CN210034259U - 一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器，由准零刚度隔振器和压电俘能装置耦合组成。所述的准零刚度隔振器由正刚度结构并联负刚度结构组成。所述的正刚度结构由上板、下板、套筒和线性弹簧构成。所述的负刚度结构由凸轮滚子结构和线性弹簧构成。所述的凸轮滚子结构由凸轮、凸轮支撑板、滚子、滚子夹板、滚子连杆和滑轨滑块组成。所述的压电俘能装置由PVDF压电片和负刚度结构构成。本实用新型将隔振器与压电俘能装置结合，兼具振动抑制与能量收集的双重功能，与现有技术相比具有创新性。本实用新型可以有效隔离低频振动，同时可将振动的能量转化为电能。可应用于汽车座椅的隔振发电、轨道交通的隔振发电和医疗器械的隔振发电等领域。

Description

一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器

技术领域

本实用新型涉及一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器，可以有效地隔离低频振动并将振动能量转化为电能。隔振器与压电俘能装置耦合而成，将有害的振动转化为有益的电能，结构简单合理且有效。本实用新型属于振动控制与利用领域。

背景技术

振动是自然界最普遍的现象之一，人们的生活离不开振动，生活中的声、光、热等基本物理现象都包含振动。振动在现代社会中的应用也很广泛，通信、广播、电视、雷达都是利用振动的原理，利用振动的生产装备和工艺也发展起来，例如振动传输、振动筛选、振动抛光等。但在大部分情况下，振动被认为是消极因素，振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工的精度和光洁度；振动还会加剧机械构件的疲劳磨损从而会缩短机械的使用寿命；振动引发的共振还会导致结构的变形破坏，引发灾难性的后果。隔振器可以有效隔离振源对被隔振体的振动，但是振动的能量完全被隔振器消耗了。本实用新型提出了一种新型压电与隔振结合的低频隔振器，可以将振源产生的振动能量输入到隔振器引发滑块的滑动，带动压电片的变形产生电能。本实用新型结构简单合理，压电片与隔振器的结合方式简单可靠且不会对机械设备产生干扰，具有创新性、实用性，整体加工制造方便，易于实现商业化。

发明内容

本实用新型提出了一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器，提供一种兼具振动治理与能量再利用的装置。

该隔振器采用正负刚度并联的原理，使得隔振器在静平衡位置处于零刚度，从而能在零刚度范围内实现低频隔振，提高了隔振频率范围，正负刚度结构的弹簧可以通过调节装置调节刚度以满足不同的承载与隔振要求；负刚度结构与压电片结合能有效收集振动能量，可为小功率电子元件提供动力源。

为实现上述功能要求，本实用新型采取以下技术方案予以实现。

一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器，该装置由正刚度结构、负刚度结构和压电俘能装置构成。所述的正刚度结构由上板1、小套筒2、大套筒3、限位调节器4、竖直线性弹簧5和下板6构成。小套筒2和大套筒3分别由螺栓固定在上板1和下板6上。竖直线性弹簧5由压板固定在限位调节器4和大套筒3之间，限位调节器4 由螺栓固定在小套筒2上。所述的负刚度结构由凸轮支撑板7、凸轮 8、滚子9、滚子夹板10、滚子连杆11、弹簧挡板12、水平线性弹簧13、滑块14、滑杆15和调节螺栓16构成。凸轮8和凸轮支撑板 7通过螺栓连接，凸轮8上开有滑槽防止滚子水平滑动。滚子9由螺栓和螺母固定在滚子夹板10之间，滚子夹板10、滚子连杆11和弹簧挡板12通过螺栓连接在一起，弹簧挡板12上开有弹簧卡槽。水平线性弹簧13由压板固定在两个弹簧挡板12之间。弹簧挡板12由螺栓连接在滑块14上。所述的压电俘能装置由PVDF压电片17和负刚度结构构成。PVDF压电片17由螺栓固定在弹簧挡板12上，在振动的过程中滑块14在滑杆15上水平滑动带动PVDF压电片17产生拉压变形，从而产生电能。

本实用新型的有益效果是：通过正负刚度并联实现低频隔振，扩大隔振带宽，并且在振动控制的同时进行能量收集发电，可为小功率元件提供动力源。

附图说明

图1是本实用新型中一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器的整体结构示意图及正视图；

图2是本实用新型中正刚度结构的结构示意图；

图3是本实用新型中负刚度结构的结构示意图；

图4是本实用新型中限位调节器的结构示意图。

图中：1-上板，2-小套筒，3-大套筒，4-限位调节器，5-竖直线性弹簧，6-下板，7-凸轮支撑板，8-凸轮，9-滚子，10-滚子夹板，11- 滚子连杆，12-弹簧挡板，13-水平线性弹簧，14-滑块，15-滑杆，16- 调节螺栓，17-PVDF压电片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。

如图1至图4所示，本实用新型为一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器，该装置由正刚度结构、负刚度结构和压电俘能装置组成。该实用新型将低频隔振器和压电俘能结合，将隔振器隔振时的上下振动转化为滑块14的水平滑动，同时带动PVDF压电片产生拉压变形，从而产生电能。

所述的正刚度结构由上板1、小套筒2、大套筒3、限位调节器 4、竖直线性弹簧5和下板6构成。小套筒2和大套筒3分别由螺栓固定在上板1和下板6上。竖直线性弹簧5由压板固定在限位调节器4和大套筒3之间，限位调节器4由螺栓固定在小套筒2上。松开限位调节器4上的紧固螺栓之后可以在小套筒2上自由滑动，从而调节竖直线性弹簧5的预压缩量改变其刚度，就可以应对不同的承载要求。

所述的负刚度结构由凸轮支撑板7、凸轮8、滚子9、滚子夹板 10、滚子连杆11、弹簧挡板12、水平线性弹簧13、滑块14、滑杆 15和调节螺栓16构成。凸轮8和凸轮支撑板7通过螺栓连接，凸轮 8上开有滑槽防止滚子水平滑动。滚子9由螺栓和螺母固定在滚子夹板10之间，滚子夹板10、滚子连杆11和弹簧挡板12通过螺栓连接在一起，弹簧挡板12上开有弹簧卡槽。水平线性弹簧13由压板固定在两个弹簧挡板12之间。弹簧挡板12由螺栓连接在滑块14上。通过调节螺栓16可以调节水平线性弹簧的预压缩量改变其刚度以满足准零刚度条件。三组负刚度结构通过螺栓连接均布在上板1上，提高了整体结构的稳定性。

所述的压电俘能装置由PVDF压电片17和负刚度结构构成。 PVDF压电片17由螺栓固定在弹簧挡板12上，在振动的过程中滑块 14在滑杆15上水平滑动带动PVDF压电片17产生拉压变形，从而产生电能。三组压电俘能装置可以更加有效地收集转化振动能量。

综上所述，本实用新型一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器利用隔振器和压电俘能耦合的方式，既对低频振动进行了有效地控制，又将振动能量收集起来给小功率电子元件供能，符合环保和可持续发展。该实用新型可以通过正负刚度结构并联的形式扩大隔振频宽，通过振动时滑块14的滑动带动PVDF压电片17产生拉压变形，从而产生电能。该实用新型可应用在轨道振动与汽车领域，用于轨道和座椅的低频隔振，同时为小功率电子元件供能。

Claims (3)

1.一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器，其特征在于：该隔振器装置由正刚度结构、负刚度结构和压电俘能装置构成；所述的压电俘能装置由PVDF压电片(17)和负刚度结构构成，PVDF压电片(17)由螺栓固定在弹簧挡板(12)上，在振动的过程中滑块(14)在滑杆(15)上水平滑动带动PVDF压电片(17)产生拉压变形，从而产生电能；所述的负刚度结构通过螺栓连接均布在上板(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器，其特征在于：所述的正刚度结构由上板(1)、小套筒(2)、大套筒(3)、限位调节器(4)、竖直线性弹簧(5)和下板(6)构成；小套筒(2)和大套筒(3)分别由螺栓固定在上板(1)和下板(6)上，竖直线性弹簧(5)由压板固定在限位调节器(4)和大套筒(3)之间，限位调节器(4)由螺栓固定在小套筒(2)上，松开限位调节器(4)上的紧固螺栓之后可以在小套筒(2)上自由滑动，从而调节竖直线性弹簧(5)的预压缩量改变其刚度，就可以应对不同的承载要求。

3.根据权利要求1所述的一种具有压电俘能功能的准零刚度低频隔振器，其特征在于：所述的负刚度结构由凸轮支撑板(7)、凸轮(8)、滚子(9)、滚子夹板(10)、滚子连杆(11)、弹簧挡板(12)、水平线性弹簧(13)、滑块(14)、滑杆(15)和调节螺栓(16)构成；凸轮(8)和凸轮支撑板(7)通过螺栓连接，凸轮(8)上开有滑槽防止滚子水平滑动，滚子(9)由螺栓和螺母固定在滚子夹板(10)之间，滚子夹板(10)、滚子连杆(11)和弹簧挡板(12)通过螺栓连接在一起，弹簧挡板(12)上开有弹簧卡槽，水平线性弹簧(13)由压板固定在两个弹簧挡板(12)之间，弹簧挡板(12)由螺栓连接在滑块(14)上，通过调节螺栓(16)可以调节水平线性弹簧的预压缩量改变其刚度以满足准零刚度条件。

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