[发明专利]馈能型橡胶节点、设计方法、装置及电子设备

权利要求书

1.一种馈能型橡胶节点的设计方法，馈能型橡胶节点包括：

芯轴，其内部设置有一容置腔体，所述容置腔体具有一开口，所述开口延伸至所述芯轴的表面；

橡胶层，套设于所述芯轴上且覆盖所述开口；

外套，套设于所述橡胶层上；

压电元件，设置于所述容置腔体内且与所述外套接触；

馈能元件，设置于所述容置腔体内且电性连接于所述压电元件；

其中，作用在所述外套上的载荷发生变化时，所述外套上所受的载荷通过所述橡胶层作用在所述压电元件上，所述压电元件产生变形将机械能转变为电能产生电压，电压通过所述馈能元件进行收集并存储；

监控元件，设置于所述容置腔体内且电性连接于所述馈能元件，所述监控元件根据所述馈能元件的输出电压获得载荷量并输出；

其中，所述芯轴的一端开设有出线孔，所述出线孔连通于所述容置腔体，连接所述馈能元件及所述监控元件的导线通过所述出线孔引出连接至储能设备及监控设备；

其中，所述馈能型橡胶节点的设计方法，其特征在于，包括：

容许尺寸设计步骤：根据所述馈能型橡胶节点的外部安装尺寸、芯轴与外套的内部尺寸以及各方向的极限载荷确定容置腔体的尺寸，根据所述容置腔体的尺寸，确定压电元件和馈能元件的容许尺寸；

压电元件参数设计步骤：通过调整所述压电元件的参数匹配所述馈能型橡胶节点的刚度和振幅；

馈能元件参数设计步骤：通过调整馈能元件参数，匹配所述馈能型橡胶节点的振动能量与电能的转换收集；

监控元件参数设计步骤：通过调整所述监控元件的参数，匹配所述橡胶节点的受力特性；

其中，所述容许尺寸设计步骤包括：

分析步骤根据所述馈能型橡胶节点的外部安装尺寸、芯轴与外套的内部尺寸以及各方向的极限载荷，获得所述馈能型橡胶节点的强度；

计算步骤：根据所述馈能型橡胶节点的强度获得容置腔体尺寸的极限范围；

调整步骤：根据所述极限范围确定所述容置腔体的尺寸，根据所述容置腔体的尺寸，确定所述压电元件和所述馈能元件的容许尺寸；

其中，所述压电元件参数设计步骤包括：

根据以下关系式确定压电元件参数：

；

；

其中，芯轴直径为D，作用在橡胶节点外套上的载荷为F，橡胶节点的刚度为G（x），橡胶节点的位移为x，橡胶节点的有效载荷面积与压电元件的有效作用面积之比为k，压电元件的介电常数为，压电元件的厚度为h，压电元件的面积为A，压电元件的应变为δ，压电元件产生的电荷为q，压电元件的压电常数为；

其中，所述馈能元件参数设计步骤包括：

所述馈能元件由电子元器件组成，通过调整所述馈能元件中的二极管参数，电容参数，电阻参数，匹配橡胶节点振动能量与电能的转换收集，通过Multisim软件进行仿真分析，选取最佳参数，提高所述压电元件的能量输出率；

其中，所述监控元件参数设计步骤包括：

施加载荷步骤：对所述馈能型橡胶节点施加不同载荷，所述载荷作用到所述压电元件上产生输出电压；

处理步骤：对所述输出电压进行滤波和放大处理；

构建步骤：构建不同载荷作用下，所述载荷与所述输出电压的对应关系。

2.一种馈能型橡胶节点的设计装置，其特征在于，应用上述权利要求1所述的设计方法，所述设计装置包括：

容许尺寸设计单元：根据所述馈能型橡胶节点的外部安装尺寸、芯轴与外套的内部尺寸以及各方向的极限载荷确定容置腔体的尺寸，根据所述容置腔体的尺寸，确定压电元件和馈能元件的容许尺寸；

压电元件参数设计单元：通过调整所述压电元件的参数匹配所述馈能型橡胶节点的刚度和振幅；

馈能元件参数设计单元：通过调整馈能元件参数，匹配所述馈能型橡胶节点的振动能量与电能的转换收集；

监控元件参数设计单元：通过调整所述监控元件的参数，匹配所述橡胶节点的受力特性。

3.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述的设计方法。