[发明专利]可调节负刚度系统

说明书

一种可变刚度结构，其包含被配置成在第一方向上屈曲的第一负刚度元件、被配置成在与所述第一方向相反的第二方向上屈曲的第二负刚度元件，及以操作方式联接到所述第一与第二负刚度元件的端以控制所述可变刚度结构的刚度的致动器。所述第一负刚度元件和所述第二负刚度元件为模式‑3屈曲横杆。

技术领域

本公开大体上涉及负刚度机构，并且更具体地说，涉及可调节负刚度机构。

背景技术

各种非线性结构展现负机械刚度，例如突弹跳变横杆和屈曲横杆。还可通过具有经钉扎或夹固边界的弹簧和/或横杆的各种组合和布置来展现负刚度。例如，可归因于组件中的一个的过度旋转或组件之间的滚动或滑动接触而展现负刚度。负刚度机构适用于各种应用，包含隔振、减震和信号处理。

此外，许多相关技术负刚度机构通过使用较高阶模式屈曲横杆实现高度隔离的行进和接近线性的负刚度。然而，使用较高阶模式屈曲横杆限制改变负刚度(在一阶横杆弯曲情况下为可能的)的能力且限制形成可广泛调节正弹簧组件的能力。例如，当横杆屈曲时，其展现高负刚度，且当横杆未屈曲时，其展现正刚度。然而，归因于较高模式屈曲的性质，负刚度通常与横杆压缩量无关，并且因此将常规负刚度机构限于最多两个状态(即，许多相关技术负刚度机构可在仅两个负刚度状态-开和关之间切换)。换句话说，许多相关技术负刚度机构不被配置成在多个负刚度状态之间切换或变化。相比之下，并有被配置成在多个状态之间切换的横杆的装置将由于完整装置刚度为所有横杆的总和而允许装置展现多个值的负刚度。

发明内容

本公开涉及可变刚度结构的各种实施例。在一个实施例中，所述可变刚度结构包含被配置成在第一方向上屈曲的第一负刚度元件、被配置成在与所述第一方向相反的第二方向上屈曲的第二负刚度元件，及以操作方式联接到所述第一与第二负刚度元件的端以控制所述可变刚度结构的刚度的致动器。所述第一负刚度元件和所述第二负刚度元件为模式-3屈曲横杆。所述第一负刚度元件可包含至少两个负刚度屈曲横杆的第一堆叠，且所述第二负刚度元件可包含至少两个负刚度屈曲横杆的第二堆叠。所述可变刚度结构还可包含所述第一堆叠的邻近负刚度屈曲横杆之间的至少一个第一间隔物和所述第二堆叠的邻近负刚度屈曲横杆之间的至少一个第二间隔物。所述可变刚度结构还可包含所述第一堆叠的所述负刚度屈曲横杆中最内的一个和所述第二堆叠的所述负刚度屈曲横杆中最内的一个之间的至少一个弹性元件。

本公开还涉及可调节负刚度系统的各种实施例。在一个实施例中，所述可调节负刚度系统包含中心轴、围绕所述中心轴径向布置的一系列负刚度构件，和致动器。每个负刚度构件被配置成在未屈曲状态和屈曲状态之间移动。所述致动器被配置成与所述负刚度构件的外端接合以在所述未屈曲状态和所述屈曲状态之间选择性地移动负刚度构件的对置对。所述致动器可包含具有可围绕所述中心轴旋转且环绕所述一系列负刚度构件的所述外端的内向凸轮表面的凸轮。所述凸轮的旋转被配置成在所述未屈曲状态和所述屈曲状态之间依序移动负刚度构件的对置对。所述凸轮的所述内向凸轮表面在圆周方向上可具有非正弦形状或不规则形状。

所述内向凸轮表面可包含被配置成使所述负刚度构件屈曲的一系列压缩区段和被配置成不使所述负刚度构件屈曲的一系列松弛区段。所述一系列压缩区段中的每个压缩区段可在与所述中心轴的纵向轴线间隔开第一径向距离的第一端和与所述纵向轴线间隔开小于所述第一径向距离的第二径向距离的第二端之间非线性地转变。所述一系列压缩区段中的每个压缩区段可与所述中心轴的纵向轴线间隔开基本上恒定的第一径向距离，且所述一系列松弛区段中的每个松弛区段可与所述中心轴的所述纵向轴线间隔开大于所述第一径向距离的基本上恒定的第二径向距离。所述凸轮的所述内向凸轮表面可被配置成使得所述凸轮围绕所述中心轴的从大致(约)15度到大致(约)45度的角度的旋转使至少一对对置负刚度构件在所述未屈曲状态和所述屈曲状态之间移动(变化)。