[发明专利]大振幅变准零刚度振动抑制与能量俘获一体化结构

说明书

本发明公开了一种大振幅变准零刚度振动抑制与能量俘获一体化结构，包括非线性吸振系统、变准零刚度隔振系统和俘能系统；非线性吸振系统用于吸收大幅度振动；变准零刚度隔振系统用于吸收微幅振动和隔离振动；俘能系统将振动转化为电能，起到振动抑制的效果；本发明能够同时实现振动抑制过程中的振动能量俘获，兼顾了高隔振灵敏性与宽负刚度区间，对微幅振动和大幅振动都有很好的隔振效果，可以很好地应用在汽车、轮船、海洋等具有复杂振动激励的环境。实现了宽准零刚度区间的同时具有对微幅振动的高敏感性。

技术领域

本发明属于非线性动力学技术领域，具体涉及一种振动抑制与能量俘获一体化结构。

背景技术

传统的线性隔振系统只有在激励频率高于隔振系统固有频率的倍时才能发挥较好的隔振效果，因此传统线性隔振系统只能有效隔离高频振动，但现实应用中往往更需要隔离低频振动。因此，降低隔振系统的固有频率成为低频振动控制的关键问题，为解决这类问题有学者提出了具有高静态承载能力、低动态刚度准零刚度结构。

近年来，随着国内外学者对准零刚度隔振的原理、结构设计展开深入研究，具有高静态、低动态刚度等优良特性的准零刚度隔振器广泛应用于各个领域，有效的解决了各种应用环境的低频振动隔离问题。但现有的准零刚度结构存在宽准零刚度区间与高隔振灵敏度不能很好的兼顾的难题。大部分隔振器在振动幅度较大的响应情况下，偏离平衡位置后刚度值迅速升高，不能很好地适应大振幅振动环境。此外，近年来，振动能量俘获成为了学术界和工业界共同关注的前沿热点技术之一，如何将振动隔离与振动能量俘获结合起来成为当下隔振系统研究的关键问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种大振幅变准零刚度振动抑制与能量俘获一体化结构，包括非线性吸振系统、变准零刚度隔振系统和俘能系统；非线性吸振系统用于吸收大幅度振动；变准零刚度隔振系统用于吸收微幅振动和隔离振动；俘能系统将振动转化为电能，起到振动抑制的效果；本发明能够同时实现振动抑制过程中的振动能量俘获，兼顾了高隔振灵敏性与宽负刚度区间，对微幅振动和大幅振动都有很好的隔振效果，可以很好地应用在汽车、轮船、海洋等具有复杂振动激励的环境。实现了宽准零刚度区间的同时具有对微幅振动的高敏感性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种大振幅变准零刚度振动抑制与能量俘获一体化结构，包括非线性吸振系统、变准零刚度隔振系统和俘能系统；

所述非线性吸振系统用于吸收大幅度振动；所述变准零刚度隔振系统用于吸收微幅振动和隔离振动；所述俘能系统将振动转化为电能，起到振动抑制的效果；

所述非线性吸振系统包括一级底座、第五正刚度弹簧和竖直伸缩杆；所述一级底座在所述一体化结构的最下方；所述竖直伸缩杆和第五正刚度弹簧的下端都固定在一级底座上，竖直伸缩杆和第五正刚度弹簧的上端都固定在变准零刚度隔振系统底部；所述第五正刚度弹簧套在竖直伸缩杆外围，使得变准零刚度隔振系统相对于一级底座能够沿竖直方向运动而不能水平平移；

所述变准零刚度隔振系统包括凸轮变负刚度机构和第四正刚度弹簧；所述凸轮变负刚度机构包括二级底座、承重台、承重杆、第一圆弧导轨、第二圆弧导轨、第一正刚度弹簧、第二正刚度弹簧、第三正刚度弹簧、半圆导轨、第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮；

所述二级底座为U型；所述承重台在所述一体化结构的最上方；所述承重杆上端与承重台固定连接；所述第四正刚度弹簧下端固定在二级底座上，上端与承重杆固定连接；