一种电活性准零刚度隔振器

1.本发明涉及隔振器领域，具体涉及一种电活性准零刚度隔振器。


背景技术：

2.与线性系统相比，准零刚度(quasi-zero-stiffness,qzs)隔振器具有接近理想的高静低动刚度(high-static and low-dynamic stiffness，hsld)特性，适用于对低频振动进行隔离。一般来说，qzs隔离器是通过并行地结合正刚度和负刚度元素来实现的(ibrahim,2008)。正刚度通常由线性线性弹簧4来实现，而负刚度机构则有不同类型。在早期的研究中，研究人员设计斜线性弹簧4机构为准零刚度隔振器提供负刚度或者使用片线性弹簧4结构实现系统的负刚度。
3.介电弹性体薄膜是一种具有超弹性的电活性智能材料，其力-位移曲线存在一次刚度成分和三次非线性分成。三次曲线在其导函数零点附近，系统动态刚度接近于零，从而实现系统的准零刚度。此外，传统准零刚度隔振器只针对固定负载的振动隔离进行设计，无法适应负载变化的情况。而电活性材料的刚度特性会随着外加电压的改变而发生变化，如图1所示，从而改变隔振系统的刚度，以适应负载变化的影响。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种电活性准零刚度隔振器，其隔振频率范围大，具有较低的隔振起始频率，能够适应负载变化的干扰；且具有主动变形能力，容易对设备进行主动控制。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.本发明提供一种电活性准零刚度隔振器，包括输出平台，所述输出平台上端面的周向边缘与环形介电弹性体薄膜的内边缘固定，所述环形介电弹性体薄膜的外边缘固定在框架的顶端，所述输出平台底部设有支撑柱，所述支撑柱的底面为向外凸起的弧形凸面，所述弧形凸面上接触有两个对称布置在其两侧的滚子，所述滚子转动连接在支撑杆上并对支撑柱起到支撑作用，所述支撑杆远离滚子的一端伸入框架内且能够向内滑动一定距离，所述支撑杆上嵌套有线性弹簧，所述支撑杆上设有用于转动连接滚子的吊耳，所述线性弹簧的两端分别抵在吊耳和框架上。
7.优选地，所述框架上开有供支撑杆穿入且与其适配的沉孔，所述沉孔的内径小于线性弹簧的外径。
8.优选地，所述滚子的外轮廓与弧形凸面的外轮廓相适配。
9.优选地，两个所述滚子之间的连线与支撑柱的中心线相交。
10.优选地，所述线性弹簧采用刚性弹簧。
11.本发明的有益效果在于：
12.1、本装置隔振频率范围大，具有较低的隔振起始频率；
13.2、本装置通过电活性材料调节设备刚度，适应负载变化的干扰；
14.3、电活性材料具有主动变形能力，容易对设备进行主动控制。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为现有技术中普通隔振器介电弹性体隔振系统力-位移曲线；
17.图2为本发明实施例提供的一种电活性准零刚度隔振器的结构示意图；
18.图3为本发明实施例与不加刚度修正器的隔振系统相比得到的准零刚度隔振器的力-位移曲线；
19.图4为本发明实施例与不加刚度修正器隔振系统的隔振效果对比图。
20.附图标记说明：
21.1、环形介电弹性体薄膜；2、框架；3、支撑杆；4、线性弹簧；5、输出平台；6、支撑柱；7、弧形凸面；8、滚子；9、吊耳。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.如图2至图4所示，一种电活性准零刚度隔振器，包括输出平台5，所述输出平台5上端面的周向边缘与环形介电弹性体薄膜1的内边缘固定，所述环形介电弹性体薄膜1的外边缘固定在框架2的顶端，所述输出平台5底部设有支撑柱6，所述支撑柱6的底面为向外凸起的弧形凸面7，所述弧形凸面7上接触有两个对称布置在其两侧的滚子8，所述滚子8转动连接在支撑杆3上并对支撑柱6起到支撑作用，所述支撑杆3远离滚子8的一端伸入框架2内且能够向内滑动一定距离，所述支撑杆3上嵌套有线性弹簧4，所述支撑杆3上设有用于转动连接滚子8的吊耳9，所述线性弹簧4的两端分别抵在吊耳9和框架2上。
24.所述框架2上开有供支撑杆3穿入且与其适配的沉孔，所述沉孔的内径小于线性弹簧4的外径。
25.所述滚子8的外轮廓与弧形凸面7的外轮廓相适配。
26.两个所述滚子8之间的连线与支撑柱6的中心线相交。
27.所述线性弹簧4采用刚性线性弹簧4。
28.如图2所示，线性弹簧4、滚子8、支撑杆3以及弧形凸起7组成了刚度修正器，该设计需要确定线性弹簧4的刚度和弧形凸起7的外轮廓。本实施例设计一个弧形凸起7-线性弹簧4形式的刚度修正器，用以消除一次刚度成分，利用其力-位移曲线的三次非线性，实现隔振系统的准零刚度。同时避免了复杂刚度修正器的设计。通过分析可以得到准零刚度隔振器的力-位移曲线如图3所示，与不加刚度修正器的隔振系统相比，准零刚度隔振器在平衡位置附近存在的刚度值明显降低。
29.图4比较了准零刚度隔振系统和不加刚度修正器的隔振系统的隔振效果，从图中可以看出，本实施例的准零刚度隔振系统具有更宽有效隔振范围。同传统的准零刚度隔振器相比，本实施例的介电弹性体准零刚度隔振器，因环形介电弹性体薄膜1固有的超弹性，使得结构存在三次非线性刚度成分，弧形凸起7轮廓简单，易于制造。此外，由于介电弹性体结构为变刚度结构，可以通过改变驱动电压调整隔振系统固有频率，使其可以适应负载变化，以及弧形凸起7加工误差的影响。
30.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。


技术特征：
1.一种电活性准零刚度隔振器，其特征在于，包括输出平台(5)，所述输出平台(5)上端面的周向边缘与环形介电弹性体薄膜(1)的内边缘固定，所述环形介电弹性体薄膜(1)的外边缘固定在框架(2)的顶端，所述输出平台(5)底部设有支撑柱(6)，所述支撑柱(6)的底面为向外凸起的弧形凸面(7)，所述弧形凸面(7)上接触有两个对称布置在其两侧的滚子(8)，所述滚子(8)转动连接在吊耳(9)上并对支撑柱(6)起到支撑作用，所述吊耳(9)固定在支撑杆(3)上，所述支撑杆(3)远离吊耳(9)的一端伸入框架(2)内且能够向内滑动一定距离，所述支撑杆(3)上嵌套有线性弹簧(4)，所述线性弹簧(4)的两端分别抵在吊耳(9)和框架(2)上。2.如权利要求1所述的一种电活性准零刚度隔振器，其特征在于，所述框架(2)上开有供支撑杆(3)穿入且与其适配的沉孔，所述沉孔的内径小于线性弹簧(4)的外径。3.如权利要求1所述的一种电活性准零刚度隔振器，其特征在于，所述滚子(8)的外轮廓与弧形凸面(7)的外轮廓相适配。4.如权利要求1所述的一种电活性准零刚度隔振器，其特征在于，两个所述滚子(8)之间的连线与支撑柱(6)的中心线相交。5.如权利要求1所述的一种电活性准零刚度隔振器，其特征在于，所述线性弹簧(4)采用刚性弹簧。

技术总结
本发明公开了一种电活性准零刚度隔振器，包括输出平台，输出平台上端面的周向边缘与环形介电弹性体薄膜的内边缘固定，环形介电弹性体薄膜的外边缘固定在框架的顶端，输出平台底部设有支撑柱，支撑柱的底面为向外凸起的弧形凸面，弧形凸面上接触有两个滚子，滚子转动连接在支撑杆上并对支撑柱起到支撑作用，支撑杆远离滚子的一端伸入框架内且能够向内滑动，支撑杆上嵌套有线性弹簧，所述支撑杆上设有用于转动连接滚子的吊耳，线性弹簧的两端分别抵在吊耳和框架上；本装置隔振频率范围大，具有较低的隔振起始频率；通过电活性材料调节设备刚度，适应负载变化的干扰；电活性材料具有主动变形能力，容易对设备进行主动控制。容易对设备进行主动控制。容易对设备进行主动控制。


技术研发人员：孟立立 王威 苑俊峰 田宪华
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2022/4/12