CN108591396A - 一种基于变胞原理的可变惯质惯容器 - Google Patents

一种基于变胞原理的可变惯质惯容器 Download PDF

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Abstract

本发明属于惯容器技术领域，尤其涉及一种基于变胞原理的可变惯质惯容器。基于变胞原理的可变惯质惯容器包括惯容器主体、弹簧和变胞机构；惯容器主体包括飞轮室、行程室、滚珠丝杠、丝杠螺母和飞轮，其中，所述滚珠丝杠的第一端延伸至飞轮室内并与飞轮室转动连接，位于飞轮室内的飞轮与滚珠丝杠第一端的轴端固定连接；所述变胞机构设置在行程室内，并且变胞机构的第一端与行程室转动连接；所述滚珠丝杠的第二端穿过丝杠螺母后与变胞机构第二端连接；所述弹簧套设在滚珠丝杠的外侧，弹簧位于飞轮室和行程室之间，并且弹簧的一端相对于飞轮室固定，另一端相对于行程室固定。该惯容器具有灵敏度高、体积小、结构简单、无时滞现象的优点。

Description

一种基于变胞原理的可变惯质惯容器
技术领域
本发明属于惯容器技术领域，尤其涉及一种基于变胞原理的可变惯质惯容器。
背景技术
随着减振技术的发展，减振机构不再局限于传统的弹簧和阻尼器。早在2002年，英国剑桥大学的Smith教授就通过对传统机电模拟理论的研究，提出了一种物理性质与质量块相似的惯容器。通过力放大机构，惯容器可以实现将其上百千克的惯性质量转化为质量只有几百克的飞轮旋转之中。但是，传统的惯容器封装完成后不能对惯质系数进行调节，无法应对复杂工况下的减振要求。
现有的可变惯质系数的惯容器，虽然能够实现对惯质系数进行调节，但是存在灵敏度低、体积大、加工困难、有时滞现象等缺陷而不易广泛使用。亟需设计一款灵敏度高、体积小、结构简单、无时滞现象的可变惯质系数的惯容器。
变胞原理就是采用特定方法，使机构的拓扑结构加以变化，以实现机构的自由度的变化。变胞机构是指能在瞬时使某些构件发生合并/分离、或出现几何奇异，并使机构有效构件数或自由度数发生变化，从而产生新构型的机构。利用变胞机构能够根据环境和工况的变化以及任务需求，进行自我重组和重构的特点，设计一种基于变胞原理的可变惯质惯容器。将变胞原理应用于可变惯质惯容器的设计，可使可变惯质惯容器适应不同的任务需求，进而更好的发挥其功能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种基于变胞原理的可变惯质惯容器，解决了现有技术中灵敏度低、体积大、加工困难、有时滞现象等问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种基于变胞原理的可变惯质惯容器，其包括惯容器主体、弹簧和变胞机构；
所述惯容器主体包括飞轮室、行程室、滚珠丝杠、丝杠螺母和飞轮，其中，所述滚珠丝杠的第一端延伸至飞轮室内并与飞轮室转动连接，位于飞轮室内的飞轮与滚珠丝杠第一端的轴端固定连接；
所述变胞机构设置在行程室内，并且变胞机构的第一端与行程室转动连接；
所述丝杠螺母设置在行程室的入口端，所述滚珠丝杠与丝杠螺母螺纹连接，所述滚珠丝杠的第二端穿过丝杠螺母后与变胞机构第二端连接；
所述弹簧套设在滚珠丝杠的外侧，弹簧位于飞轮室和行程室之间，并且弹簧的一端相对于飞轮室固定，另一端相对于行程室固定。
优选的，所述飞轮室通过上端轴承与滚珠丝杠转动连接；
所述飞轮室上设置有凸台，滚珠丝杠轴上设置有轴肩，通过凸台和轴肩对上端轴承进行定位。
优选的，所述行程室内设置有小轴，所述小轴与行程室转动连接，所述变胞机构通过小轴与行程室转动连接。
优选的，所述小轴通过下端轴承与行程室转动连接，所述小轴上设置有用于下端轴承内圈定位的卡簧，行程室上设置有用于下端轴承外圈定位的凸台。
优选的，所述滚珠丝杠的第一端位于飞轮室的外侧设置有挡板，所述挡板上设置有挡板定位孔，所述丝杠螺母上设置有丝杠螺母定位孔，所述弹簧的一端安装在挡板定位孔内，另一端安装在丝杠螺母定位孔内。
优选的，所述滚珠丝杠轴上设置有用于挡板定位的定位轴肩。
优选的，所述变胞机构包括四根相同的连杆，四根连杆连通通过柱销顺次两两连接；
四根连杆分别为第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，其中第一连杆和第二连杆的连接处设置有第一配重轮，第三连杆和第四连杆的连接处设置有第二配重轮，第一配重轮和第二配重轮规格相同；
第二连杆和第三连杆的连接处设置有上固定板，第一连杆和第四连杆处设置有下固定板，所述上固定板与滚珠丝杠连接，下固定板与行程室转动连接。
优选的，所述飞轮室的上端设置有惯容器的上端点，行程室的下端设置有惯容器的下端点。
优选的，所述丝杠螺母通过紧固螺钉安装在行程室上。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的基于变胞原理的可变惯质惯容器，其具有灵敏度高、体积小、结构简单、无时滞现象的优点。当惯容器受到瞬时大载荷时，变胞机构瞬时使构件发生合并、分离，实现对惯质系数的调节，使可变惯质惯容器适应不同的任务需求，进而更好的发挥其功能。同时，传统惯容器不能单独使用，必须并联有保护弹簧，而本发明的基于变胞原理的可变惯质惯容器设有复位弹簧，因此该惯容器既可以单独作为减振器使用，也可以与阻尼器、弹簧等减振原件组合使用。
附图说明
图1为本发明具体实施方式提供的惯容器初始状态结构示意图；
图2为本发明具体实施方式提供的惯容器运动状态示意图；
图3为本发明具体实施方式提供的惯容器极限状态示意图；
图4为本发明具体实施方式提供的变胞机构结构示意图；
图5为本发明具体实施方式提供的惯容器外形示意图。
【附图标记说明】
1：行程室；2：卡簧；3：变胞机构；4：丝杠螺母；5：紧固螺钉；6：挡板；7：飞轮室；8：上端点；9：飞轮；10：上端轴承；
11：弹簧；12：滚珠丝杠；13：小轴；14：下端轴承；15：下端点；16：第一连杆；17：第一配重轮；18：第二连杆；19：上固定板；20：第三连杆；21：第二配重轮；22：第四连杆；23：下固定板；24：柱销。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1至图5所示，在本实施方式中提供了一种基于变胞原理的可变惯质惯容器，其包括惯容器主体、弹簧11和变胞机构3。
惯容器主体包括飞轮室7、行程室1、滚珠丝杠12、丝杠螺母4和飞轮9，其中，滚珠丝杠12的第一端延伸至飞轮室7内并与飞轮室7转动连接，位于飞轮室7内的飞轮9与滚珠丝杠12第一端的轴端固定连接，并且飞轮9随滚珠丝杠12同步转动。
变胞机构3设置在行程室1内，并且变胞机构3的第一端与行程室1转动连接。
丝杠螺母4设置在行程室1的入口端，滚珠丝杠12与丝杠螺母4螺纹连接，滚珠丝杠12的第二端穿过丝杠螺母4后与变胞机构3第二端连接。变胞机构3随滚珠丝杠12同步转动，并受到滚珠丝杠12下轴端的挤压和拉伸。
弹簧11套设在滚珠丝杠12的外侧，弹簧11位于飞轮室7和行程室1之间，并且弹簧11的一端相对于飞轮室7固定，另一端相对于行程室1固定。
滚珠丝杠12与丝杠螺母4连接后构成运动副，运动过程中丝杠螺母4不动，滚珠丝杠12相对丝杠螺母4移动和转动。丝杠螺母4通过紧固螺钉5安装在行程室1上。
滚珠丝杠12的第一端位于飞轮室的外侧设置有挡板6，在丝杠螺母4的上表面钻有定位孔，挡板6的下部钻有定位孔，将弹簧11安装在挡板6与丝杠螺母4之间，通过定位孔限制弹簧的位置。滚珠丝杠12轴上加工有定位轴肩，便于对挡板6进行定位。
飞轮室7通过上端轴承10与滚珠丝杠12滚动连接，通过滚珠丝杠12轴上的轴肩与飞轮室7上的凸台对上端轴承10进行定位。飞轮室7的上端设置有可变惯质惯容器上端点8，便于可变惯质惯容器的安装。
行程室1内设置有小轴13，小轴13通过下端轴承14与行程室1滚动连接。为了方便安装，下端轴承14内圈靠安装在小轴13上的卡簧2定位，外圈靠行程室1下部凸台定位。行程室1的下端设置有可变惯质惯容器的下端点15，便于可变惯质惯容器的安装。
为了对上述基于变胞原理的可变贯质惯容器进行进一步的说明，本申请还提供了其具体的工作过程，如图1、图2、图3所示，当本发明的基于变胞原理的可变惯质惯容器上、下两端点受到外部激励时，滚珠丝杠12上轴端带动飞轮9旋转，下轴端带动变胞机构旋转并相对行程室1上下移动，在滚珠丝杠12下轴端相对行程室1上下移动的过程中，会与小轴共同作用挤压、拉伸变胞机构3，当变胞机构3受到挤压时，变胞机构会张开，使得变胞机构3上的配重轮远离轴心线，产生更大的转动惯量，进而实现惯质系数的调节。当变胞机构受到拉伸时，变胞机构会收缩，使得变胞机构上的配重轮靠近轴心线，产生较小的转动惯量，进而实现惯质系数的调节。并且，该基于变胞原理的可变惯质惯容器惯质系数的变化与外部激励的变化是同步的，更好地实现了对振动信号的衰减。
如图4、图5所示，变胞机构3包括四根相同的连杆，四根连杆连通通过柱销24顺次两两连接；
四根连杆分别为第一连杆16、第二连杆18、第三连杆20和第四连杆22，其中第一连杆16和第二连杆18的连接处设置有第一配重轮17，第三连杆20和第四连杆22的连接处设置有第二配重轮21，第一配重轮17和第二配重轮21规格相同；
第二连杆18和第三连杆20的连接处设置有上固定板19，第一连杆16和第四连杆22处设置有下固定板23，上固定板19与滚珠丝杠12连接，下固定板23与行程室1转动连接
变胞机构3的变胞原理如下：当未受到外部激励时，由于弹簧11处于原始舒张状态，变胞机构3被拉伸到极限位置，相当于只有一根杆件。当受到外部激励作用时，弹簧11处于压缩状态，变胞机构3被挤压，配重轮远离轴心线运动，相当于从拉伸极限位置的一根杆件变为运动状态的四根杆件。当受到外部激励作用过大时，弹簧11被压缩至极限状态，变胞机构3也被挤压到极限状态，配重轮远离轴心线运动至最远位置，相当于从挤压运动状态的四根杆件变为挤压极限状态的一根杆件。当受到的外部激励作用减小或撤去时，弹簧11向原始舒张状态变化，变胞机构3被拉伸，配重轮靠近轴心线运动，相当于从挤压极限位置的一根杆件变为运动状态的四根杆件。
如图5所示，基于变胞原理的可变惯质惯容器易于加工，造型精致，体积小，结构紧凑，便于安装。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于变胞原理的可变惯质惯容器，其特征在于：包括惯容器主体、弹簧和变胞机构；
所述惯容器主体包括飞轮室、行程室、滚珠丝杠、丝杠螺母和飞轮，其中，所述滚珠丝杠的第一端延伸至飞轮室内并与飞轮室转动连接，位于飞轮室内的飞轮与滚珠丝杠第一端的轴端固定连接；
所述变胞机构设置在行程室内，并且变胞机构的第一端与行程室转动连接；
所述丝杠螺母设置在行程室的入口端，所述滚珠丝杠与丝杠螺母螺纹连接，所述滚珠丝杠的第二端穿过丝杠螺母后与变胞机构第二端连接；
所述弹簧套设在滚珠丝杠的外侧，弹簧位于飞轮室和行程室之间，并且弹簧的一端相对于飞轮室固定，另一端相对于行程室固定。
2.根据权利要求1所述的基于变胞原理的可变惯质惯容器，其特征在于，所述飞轮室通过上端轴承与滚珠丝杠转动连接；
所述飞轮室上设置有凸台，滚珠丝杠轴上设置有轴肩，并通过凸台和轴肩对上端轴承进行定位。
3.根据权利要求1所述的基于变胞原理的可变惯质惯容器，其特征在于，所述行程室内设置有小轴，所述小轴与行程室转动连接，所述变胞机构通过小轴与行程室转动连接。
4.根据权利要求3所述的基于变胞原理的可变惯质惯容器，其特征在于，所述小轴通过下端轴承与行程室转动连接，所述小轴上设置有用于下端轴承内圈定位的卡簧，行程室上设置有用于下端轴承外圈定位的凸台。
5.根据权利要求1所述的基于变胞原理的可变惯质惯容器，其特征在于，所述滚珠丝杠的第一端位于飞轮室的外侧设置有挡板，所述挡板上设置有挡板定位孔，所述丝杠螺母上设置有丝杠螺母定位孔，所述弹簧的一端安装在挡板定位孔内，另一端安装在丝杠螺母定位孔内。
6.根据权利要求5所述的基于变胞原理的可变惯质惯容器，其特征在于，所述滚珠丝杠轴上设置有用于挡板定位的定位轴肩。
7.根据权利要求1所述的基于变胞原理的可变惯质惯容器，其特征在于，所述变胞机构包括四根相同的连杆，四根连杆连通通过柱销顺次两两连接；
四根连杆分别为第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，其中第一连杆和第二连杆的连接处设置有第一配重轮，第三连杆和第四连杆的连接处设置有第二配重轮，第一配重轮和第二配重轮规格相同；
第二连杆和第三连杆的连接处设置有上固定板，第一连杆和第四连杆处设置有下固定板，所述上固定板与滚珠丝杠连接，下固定板与行程室转动连接。
8.根据权利要求1所述的基于变胞原理的可变惯质惯容器，其特征在于，所述飞轮室的上端设置有惯容器的上端点，行程室的下端设置有惯容器的下端点。
9.根据权利要求1所述的基于变胞原理的可变惯质惯容器，其特征在于，所述丝杠螺母通过紧固螺钉安装在行程室上。
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