[發明專利]無鉸鏈大動程負剛度結構

有效

• 申請號: 201480083905.8
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN107002814B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 克里斯多福·B·邱吉爾;大衛·W·謝漢;吉歐佛瑞·P·麥奈特;吉耶爾莫·A·赫雷拉
• 申請（專利權）人: HRL實驗室有限責任公司
• 主分類號: F16F15/10
• 分類號: F16F15/10;F16F15/121
• 代理公司: 北京泰吉知識產權代理有限公司 11355
• 代理人: 張雅軍;謝瓊慧

一種用于隔振、沖擊緩解和/或信號處理的負剛度結構包含撓性拉伸部件和彎曲壓縮部件。所述拉伸部件的第一末端附接到第一結構。所述彎曲壓縮部件的第一末端耦合到第一結構，且所述彎曲壓縮部件的第二末端耦合到所述撓性拉伸部件的第二末端。所述拉伸部件的長度大于所述壓縮部件的長度。所述負剛度結構的頂端經配置以展現對施加于所述頂端的負載的負剛度機械響應。所述負剛度機械響應在正交于所述拉伸部件的所述長度的方向上起作用。

技術領域

以下描述大體上涉及負剛度結構，并且更確切地說涉及無鉸鏈負剛度結構。

背景技術

多種非線性結構展現負機械剛度，例如躍遷橫梁(snap-through beams)和屈曲橫梁(buckling beams)。也可以通過具有銷住或夾住的邊界的彈簧和/或橫梁的各種組合和布置而展現負剛度。舉例來說，可能由于組件中的一個的過度旋轉或者組件之間的滾動或滑動接觸而展現負剛度。負剛度機構對多種應用是有用的，包含隔振、沖擊緩解以及信號處理。

然而，現有技術負剛度機構可能并入有銷、鉸鏈或滑動機械關節，這增加了所述機構的復雜性和成本。現有技術負剛度機構還通常包含軸承組件，其增加了所述機構的成本且增加了摩擦和磨損，這可能限制所述機構的使用壽命。另外，現有技術負剛度機構大體上具有相對小的運動范圍(例如，低動程與橫梁長度比率)。舉例來說，現有技術負剛度機構可能限于近似或大約20:1或10:1的橫梁長度與動程比率(beam length to throw ratio)。

發明內容

本發明是針對負剛度結構的各種實施例。在一個實施例中，所述負剛度結構包含至少一個撓性拉伸部件和至少一個彎曲壓縮部件。所述撓性拉伸部件的第一末端耦合到第一結構。所述彎曲壓縮部件的第一末端的第一末端耦合到第二結構，且所述彎曲壓縮部件的第二末端耦合到所述撓性拉伸部件的第二末端。所述撓性拉伸部件的長度大于所述彎曲壓縮部件的長度。所述負剛度結構的頂端經配置以展現對施加于所述頂端的負載的負剛度機械響應。所述負剛度機械響應在正交于所述拉伸部件的所述長度的方向上起作用。

所述壓縮部件可具有大體上均勻厚度或非均勻厚度。所述至少一個彎曲壓縮部件可包含一系列彎曲壓縮部件的堆疊。所述至少一個撓性拉伸部件可包含一系列拉伸部件。所述至少一個壓縮部件可為矩形橫梁。所述至少一個拉伸部件可為橫梁、繩索、纜線、桿、鏈或帶。

所述負剛度結構還可包含第二彎曲壓縮部件，其具有耦合到所述第二結構的第一末端以及耦合到所述拉伸部件的第二末端的第二末端。所述第一壓縮部件可在第一方向上屈曲，且所述第二壓縮部件可在與所述第一方向相反的第二方向上屈曲。所述第一和第二壓縮部件可為余弦形的。所述負剛度結構還可包含位于所述第一壓縮部件與所述第二壓縮部件之間的第一和第二楔形嵌件。所述第一楔形嵌件可接近于所述第一和第二壓縮部件的第一末端，且所述第二楔形嵌件可接近于所述第一和第二壓縮部件的第二末端。

所述第一結構可包含界定錐形凹部的一對彎曲壁。所述拉伸部件的第一末端可接納于所述錐形凹部中。所述負剛度結構可包含耦合到所述拉伸部件的第一末端的致動器。所述致動器可經配置以調整施加于所述拉伸部件的拉伸或調整所述拉伸部件的有效長度以改變所述頂端的機械響應。所述負剛度結構可包含耦合到所述拉伸部件的第一末端的夾持致動器。所述夾持致動器可經配置以在沿著所述拉伸部件的長度的多個位置處夾持所述拉伸部件。所述第二結構可包含離合機構，其包含具有凸表面的第一離合部件以及具有與所述第一離合部件的凸表面配合的凹表面的第二離合部件。所述第二離合部件可經配置以沿著所述第一離合部件的凸表面在第一角位置與第二角位置之間滑動。