一种将振动转换为单向转动的运动转换机构转让专利
申请号 : CN202110552094.3
文献号 : CN113285556B
文献日 : 2022-03-29
发明人 : 樊康旗 , 谭钦雪 , 刘金 , 韦丹梅
申请人 : 西安电子科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种将振动转换为单向转动的运动转换机构,其特征是:至少包括底座(1)、径向轴承(2)、转子(3)、顶盖(4)、悬臂梁(5)、拨片(6)和质量块(7);所述底座(1)、径向轴承(2)、转子(3)、顶盖(4)依次同轴连接;所述径向轴承(2)嵌套在底座(1)的圆柱轴(1‑1)上;所述转子(3)嵌套在径向轴承(2)的外圈;所述顶盖(4)通过螺栓和螺母与底座(1)固定连接;所述悬臂梁(5)通过螺栓和螺母固定与顶盖(4)固定连接;所述拨片(6)和质量块(7)粘贴在悬臂梁(5)的自由端;在机械振动作用下,悬臂梁(5)振动并带动拨片(6)随悬臂梁(5)自由端一起运动,从而使拨片(6)拨动转子(3)单向转动;在机械振动作用下,悬臂梁(5)振动并带动拨片(6)随悬臂梁自由端的一起运动,拨片(6)拨动转子上的棘齿(3‑1‑1)使转子(3)产生高速单向旋转运动;当悬臂梁(5)向正向偏转时,拨片(6)的尖端接触棘齿(3‑1‑1)并推动转子(3)逆时针旋转;当拨片(6)远离棘齿(3‑1‑1)后,由于转子(3)的旋转惯性,转子(3)会继续逆时针旋转;悬臂梁(5)持续的振动将驱动转子(3)持续逆时针旋转,实现机械振动向单向旋转运动的转换;所述底座(1)包括无顶盖的圆柱筒(1‑1)、外沿(1‑2)、第一小通孔(1‑2‑
1)、圆柱轴(1‑3);所述外沿(1‑2)固定在无顶盖的圆柱筒(1‑1)的边缘;所述第一小通孔(1‑
2‑1)设置在圆柱筒(1‑1)的轴向;所述第一小通孔(1‑2‑1)为两个,两个第一小通孔(1‑2‑1)对称分布在外沿(1‑2)上;所述的圆柱轴(1‑3)垂直固定连接在底座(1)的中心;所述顶盖(4)包括与底座(1)相配合的顶板(4‑1)、第二小通孔(4‑2)、凸起(4‑3)、第三小通孔(4‑3‑
1);所述顶板(4‑1)为圆盘形;所述第二小通孔(4‑2)设置在顶板(4‑1)的轴向且对称分布在顶板(4‑1)的边缘;所述第二小通孔(4‑2)与第一小通孔(1‑2‑1)相配合;所述第二小通孔(4‑2)用于通过螺栓和螺母将顶盖(4)固定在底座(1)上;所述凸起(4‑3)为长方形片状结构;所述凸起(4‑3)垂直固定在顶板(4‑1)上;所述第三小通孔(4‑3‑1)设置在凸起(4‑3)的厚度方向;所述第三小通孔(4‑3‑1)用于通过螺栓和螺母将悬臂梁(5)固定在凸起(4‑1)上。
2.根据权利要求1所述的一种将振动转换为单向转动的运动转换机构,其特征是:所述转子(3)包括圆柱筒(3‑1)、棘齿(3‑1‑1)和大通孔(3‑2);所述棘齿(3‑1‑1)均匀分布在圆柱筒(3‑1)的内表面;所述大通孔(3‑2)位于转子(3)的中心且与圆柱筒(3‑1)同轴;所述径向轴承(2)的内圈嵌套在底座1的圆柱轴(1‑1)上,并通过过盈配合的方式与底座(1)固定连接;所述径向轴承2的外圈嵌接在转子(3)的通孔(3‑2)内,并通过过盈配合的方式与转子(3)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种将振动转换为单向转动的运动转换机构,其特征是:所述悬臂梁(5)为长方形薄片状,包括第四小通孔(5‑1);所述第四小通孔(5‑1)设置在悬臂梁(5)的厚度方向且位于悬臂梁(5)的固定端;所述第四小通孔(5‑1)与第三小通孔(4‑3‑1)相配合;所述悬臂梁(5)通过螺栓和螺母固定在顶盖的凸起(4‑1)上。
4.根据权利要求1所述的一种将振动转换为单向转动的运动转换机构,其特征是:所述拨片(6)为薄片状结构;所述拨片(6)的表面附有摩擦系数较小的材料;所述拨片(6)粘贴在悬臂梁(5)的自由端;所述质量块(7)粘贴在悬臂梁的自由端。
说明书 :
一种将振动转换为单向转动的运动转换机构
技术领域
背景技术
换为所需的运动形式,从而加以利用。例如,汽车发动机利用曲柄连杆和活塞将直线往复运
动转换为旋转运动;带有运动转换器的减振器或隔振器利用齿轮齿条机构将机械振动转换
为旋转运动。
高、工作频带有限,在低频机械振动下输出功率较小,不能满足电子设备的能量需求。为了
解决传统振动式俘能器的上述问题,研究人员已提出多种改善俘能器性能的方案,其中,通
过特定的转换机构将低频机械振动转换为旋转运动的技术方案可显著提高振动式俘能器
的性能。
harvesting shock absorber with a mechanical motion rectifier”(“带有机械运动校
正器的能量收集减振器”《智能材料和结构》),通过齿轮齿条,将机械振动转换为双向旋转
运动。
053902撰文的“Rotational electromagnetic energy harvester for human motion
application at low frequency”,(“应用于低频人体运动的旋转式电磁俘能器”《应用物
理快报》),提出了一种扭转驱动结构,通过螺杆与螺纹槽,将低频机械振动转换为双向旋转
运动。
振动转换为转子的双向旋转运动。
文的“A string‑driven rotor for efficient energy harvesting
成,可将机械振动转换为转子的双向旋转运动。
收集;(2)结构比较复杂,对材料的承载力、机械部件的加工精度、接触部件的润滑、转换器
的运动稳定性等要求较高;(3)在超低频振动作用下具有较好的性能,但在频率较高的振动
作用下工作稳定性较差,甚至无法工作。
转动换向机构存在结构复杂、振幅要求高、工作频率低、不易微小型化等缺点。
(1)可以直接将悬臂梁的振动转换为转子的单向旋转运动,无需额外的转动换向机构;(2)
结构简单,对材料、加工精度等要求较低,易于微小型化;(3)不仅能在较高频率的机械振动
环境下工作,也能在超低频且加速度幅值较高的冲击作用下工作,工作频带宽、适应性强。
发明内容
动。与现有运动转换机构相比,本发明具有结构简单、易加工、微小型化潜力大、工作频带宽
的特点。
外沿、第一小通孔、圆柱轴;所述外沿固定在无顶盖的圆柱筒的边缘;所述第一小通孔设置
在圆柱筒的轴向;所述两个第一小通孔对称分布在外沿上;所述的圆柱轴垂直固定连接在
底座的中心;所述底座、径向轴承、转子、顶盖依次同轴连接;所述径向轴承嵌套在底座的圆
柱轴上;所述转子嵌套在径向轴承的外圈;所述顶盖通过螺栓和螺母与底座固定连接;所述
悬臂梁通过螺栓和螺母与顶盖固定连接;所述拨片和质量块粘贴在悬臂梁的自由端;在机
械振动作用下,悬臂梁振动并带动拨片随悬臂梁自由端一起运动,从而拨动转子单向转动。
第一小通孔相配合;所述第二小通孔用于通过螺栓和螺母将顶盖固定在底座上;所述凸起
为长方形片状结构;所述凸起垂直固定在顶板上;所述第三小通孔设置在凸起的厚度方向;
所述第三小通孔用于通过螺栓和螺母将悬臂梁固定在凸起上。
螺栓和螺母固定在顶盖的凸起上。
固定拨片的一侧为悬臂梁运动的正方向)时,拨片的尖端接触棘齿并推动转子逆时针旋转;
当拨片远离棘齿后,由于转子的旋转惯性,转子会继续逆时针旋转。悬臂梁持续的振动将驱
动转子持续逆时针旋转,实现机械振动向单向旋转运动的转换。
附图说明
具体实施方式
7;所述底座1、径向轴承2、转子3、顶盖4依次同轴连接;所述径向轴承2嵌套在底座1的圆柱
轴1‑1上;所述转子3嵌套在径向轴承2的外圈;所述顶盖4通过螺栓和螺母与底座1固定连
接;所述悬臂梁5通过螺栓和螺母与顶盖4固定连接;所述拨片6和质量块7粘贴在悬臂梁5的
自由端。
筒1‑1的轴向;所述两个第一小通孔1‑2‑1对称分布在外沿1‑2上;所述的圆柱轴1‑3垂直固
定连接在底座1的中心。
转子3固定连接。
称分布在顶板4‑1的边缘;所述第二小通孔4‑2与第一小通孔1‑2‑1相配合;所述第二小通孔
4‑2用于通过螺栓和螺母将顶盖4固定在底座1上;所述凸起4‑3为长方形片状结构;所述凸
起4‑3垂直固定在顶板4‑1上;所述第三小通孔4‑3‑1设置在凸起4‑3的厚度方向;所述第三
小通孔4‑3‑1用于通过螺栓和螺母将悬臂梁5固定在凸起4‑1上。
4‑3‑1相配合;所述悬臂梁5通过螺栓和螺母固定在顶盖的凸起4‑1上。
述拨片6的形状包括但不限于长方形、三角形和梯形。
梁5向正向偏转(规定悬臂梁5自由端固定拨片6的一侧为悬臂梁5运动的正方向)时,拨片6
的尖端接触棘齿3‑1‑1并推动转子3逆时针旋转;当拨片6远离棘齿3‑1‑1后,由于转子3的旋
转惯性,转子3会继续逆时针旋转。悬臂梁5持续的振动将驱动转子3持续逆时针旋转,实现
机械振动向单向旋转运动的转换。
发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。