CN108506399A - 基于介电弹性体的可调刚度支撑装置 - Google Patents

基于介电弹性体的可调刚度支撑装置 Download PDF

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Abstract

一种基于介电弹性体的可调刚度支撑装置，包括：基座及与之相连的弹性悬臂梁和介电弹性体索带，其中：弹性悬臂梁与介电弹性体索带相连，弹性悬臂梁和介电弹性体索带的另一端分别与基座相连，检测仪器设置于弹性悬臂梁上，其中：介电弹性体索带由弹性体膜和柔性电极组成，本发明结构结构简单、响应快、控制方便、功耗低，可通过对介电弹性体索带施加电压控制结构的刚度和阻尼，从而实现较宽工作频带内的振动控制。

Description

基于介电弹性体的可调刚度支撑装置
技术领域
本发明涉及一种MEMS领域的技术，具体是一种基于介电弹性体的可调刚度支撑装置。
背景技术
随着航空航天、微电子、机器人等高新技术的发展，对系统的振动控制成为各种系统设计中必须考虑的问题。介电弹性体作为一种典型的电活性聚合物，具有本征柔性和阻尼特性，当受到外加电场的作用时，其刚度和阻尼特性都会发生改变，且具有高能量密度、高机电转换效率、高响应速度等优点。另外介电弹性体控制方便、操作安静、质轻、成本低，因而在振动控制领域有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明针对现有技术结构复杂、功耗较大等缺陷，提出一种基于介电弹性体的可调刚度支撑装置，利用介电弹性体电可调拉伸刚度和阻尼的性质，使支撑梁的刚度和阻尼随之改变，从而实现控制振动强度，使之稳定在一定的范围内；且该结构简单紧凑，响应快，控制方便，功耗低，工作频带宽。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：基座及与之相连的弹性悬臂梁和介电弹性体索带，其中：弹性悬臂梁与介电弹性体索带相连，弹性悬臂梁和介电弹性体索带的另一端分别与基座相连，检测仪器设置于弹性悬臂梁上，其中：介电弹性体索带由弹性体膜和柔性电极组成。
所述的弹性悬臂梁上沿纵向分布有若干用于设置检测仪器的安装孔，越靠近右侧的安装孔处的刚度越小。
所述的弹性悬臂梁采用弹簧钢、PET或环氧树脂制成。
所述的弹性体膜预拉伸后一端与基座固定连接，另一端粘接于弹性悬臂梁下侧且保持与弹性悬臂梁平行；该预拉伸使其纵向刚度较大，并且提高其电致变形性能，同时对弹性悬臂梁施加了轴向拉力可使其绷紧，从而提高整个支撑梁的承载能力；通过弹性悬臂梁的刚度来调节介电弹性体索带的预拉伸量和层数，从而获得弹性悬臂梁和介电弹性体索带之间的不同刚度比的设计组合，带来不同的振动控制性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构的主视图；
图中：1弹性悬臂梁、2介电弹性体索带、201弹性体膜、202柔性电极、3基座、4安装孔、5检测仪器。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例包括：基座3及与之相连的弹性悬臂梁1和介电弹性体索带2，其中：弹性悬臂梁1与介电弹性体索带2相连，弹性悬臂梁1和介电弹性体索带2的另一端分别与基座3相连，检测仪器5设置于弹性悬臂梁1上，其中：介电弹性体索带由弹性体膜201和柔性电极202组成。
所述的弹性悬臂梁1一端固定设置于基座3上。
所述的弹性悬臂梁1上沿纵向分布有若干用于设置检测仪器5的安装孔4，越靠近右侧的安装孔处的刚度越小，因此可以根据设备的重量和控制要求选择不同的安装位置。
所述的弹性悬臂梁1采用但不限于弹簧钢、PET或环氧树脂制成。
所述的弹性体膜201预拉伸后一端与基座3固定连接，另一端粘接于弹性悬臂梁1下侧且保持与弹性悬臂梁1平行。
所述的介电弹性体索带2经过一定的预拉伸使其纵向刚度较大，并且提高其电致变形性能，同时对弹性悬臂梁1施加了轴向拉力可使其绷紧，从而提高整个支撑梁的承载能力；可以根据弹性悬臂梁1的刚度来调节介电弹性体索带2的预拉伸量和层数，从而获得弹性悬臂梁1和介电弹性体索带2之间的不同刚度比的设计组合，带来不同的振动控制性能。
所述的柔性电极202涂覆设置于弹性体膜201悬空部分的上下表面，该弹性体膜201材料采用但不限于硅胶、天然橡胶或聚丙烯酸酯制成，柔性电极202采用但不限于碳膏、石墨粉、单壁碳纳米管溶液制成。
本装置通过以下方式实现检测：对介电弹性体索带2施加电压诱导的麦克斯韦应力会减小其拉伸应力，而且会改变其刚度和阻尼，介电弹性体索带拉伸应力的减小会改变与之相连的弹性悬臂梁的刚度特性，因而整个支撑梁的刚度和阻尼特性也会随之发生改变，随着电压的升高，其性质改变越明显；通过控制施加电压可以控制支撑梁刚度软化和硬化之间的转换，从而扩宽了振动控制的工作频带。
与现有技术相比，本装置结构简单、响应快、控制方便、功耗低，可通过对介电弹性体索带施加电压控制结构的刚度和阻尼，从而实现较宽工作频带内的振动控制。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种基于介电弹性体的可调刚度支撑装置，其特征在于，包括：基座及与之相连的弹性悬臂梁和介电弹性体索带，其中：弹性悬臂梁与介电弹性体索带相连，弹性悬臂梁和介电弹性体索带的另一端分别与基座相连，检测仪器设置于弹性悬臂梁上，其中：介电弹性体索带由弹性体膜和柔性电极组成。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的弹性悬臂梁一端固定设置于基座上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的弹性悬臂梁上沿纵向分布有若干用于设置检测仪器的安装孔，越靠近右侧的安装孔处的刚度越小。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的弹性悬臂梁采用弹簧钢、PET或环氧树脂制成。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的弹性体膜预拉伸后一端与基座固定连接，另一端粘接于弹性悬臂梁下侧且保持与弹性悬臂梁平行；该预拉伸使其纵向刚度较大，并且提高其电致变形性能，同时对弹性悬臂梁施加了轴向拉力可使其绷紧，从而提高整个支撑梁的承载能力；通过弹性悬臂梁的刚度来调节介电弹性体索带的预拉伸量和层数，从而获得弹性悬臂梁和介电弹性体索带之间的不同刚度比的设计组合，带来不同的振动控制性能。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的柔性电极涂覆设置于弹性体膜悬空部分的上下表面，该弹性体膜材料采用硅胶、天然橡胶或聚丙烯酸酯制成，柔性电极采用碳膏、石墨粉、单壁碳纳米管溶液制成。
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