CN109723779B

CN109723779B - 基于液压的连续可变惯容

Info

Publication number: CN109723779B
Application number: CN201910025395.3A
Authority: CN
Inventors: 陈志强; 刘元策; 张海中
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: CN109723779A

Abstract

本发明公开了一种基于液压的连续可变惯容，包括飞轮组件、第一齿条齿轮机构、第二齿条齿轮机构和壳体，飞轮组件包括T形飞轮管、第一活塞组件和两个第二活塞组件，两根第二圆管关于T形飞轮管的中心对称轴线对称设置在T形飞轮管内，且一端伸出T形飞轮管，第一活塞组件一端设置在T形飞轮管的第三根管内，且一端伸出第三根管；T形飞轮管的第三根管底面中心设有轴承，第二齿条齿轮机构与上述轴承连接，第一齿条齿轮机构与第一圆管连接，且第一齿条齿轮机构位于壳体内，第一活塞组件和两个第二活塞组件之间的T形飞轮管内填充液压油。本发明解决了现有的惯容大部分具有固定的惯性，不能在工作时实时调节惯性，只能作为被动无源元件使用的问题。

Description

基于液压的连续可变惯容

技术领域

本发明属于储能元件，具体涉及一种基于液压的连续可变惯容。

背景技术

惯容是双端机械储能装置，在其两个端子处施加的大小相等、方向相反的力与端子之间的相对加速度成比例，比例系数称为惯性。惯容包括一个传动结构和一个惯性机构，它将平移运动转换为旋转运动，存储和释放来自其两个端子的能量。

在传统的工程应用中，机械和电气系统之间存在类比，即“力-电流”类比。在这个类比中，机械网络的力和相对速度类似于电路的电流和相对电压。通过这种方式，惯容，阻尼和弹簧的物理特性可以分别对应于电容，电阻和电感的电特性。换句话说，惯容是一种机械元件，起到与电网络中未接地电容类似的作用。具体地，通过惯容的力与其两个端子的相对加速度(相对速度的导数)成比例，而通过电容的电流与其两个端子之间的相对电压的导数成比例。

惯容的一种用途是用在车辆悬架系统中。惯容可以将车辆悬架系统的性能(即乘坐舒适性)提高35％至40％，其中乘坐舒适性由车辆的垂直位移确定。惯容解决方案在一级方程式赛车中是众所周知的，它首先被迈凯轮采用并命名为“J-Damper”作为悬架系统的一部分。当调谐到轮胎的固有振荡频率时，惯容减小了悬架上的机械负载。在该背景下已经使用它来减少轮胎与地面之间的接触面负荷的垂直变化。特别地，惯容将轴向运动转换成旋转运动以吸收悬架系统中的能量。该解决方案用于平滑轮胎上的接触面负载变化。惯容还被建议用来减少机器振动。此外，研究人员正在研究在铁路车辆中使用惯容的可能性。

可以通过将飞轮与齿条啮合来构造典型的惯容，飞轮的枢轴形成装置的一个端子，齿条形成另一个端子。惯容也可以通过几种不同的方法实现，例如滚珠丝杠式惯容、扭转式惯容、液压活塞式惯容、液压泵式惯容、螺旋式液体惯容等。

在半主动悬架系统中，可变惯容与具有固定惯性的惯容具有相同的重要性。现有的惯容大部分具有固定的惯性，因此它们是被动运行的元件，只能作为无源元件使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于液压的连续可变惯容，解决了现有的惯容大部分具有固定的惯性，不能在工作时实时调节惯性，只能作为被动无源元件使用的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于液压的连续可变惯容，包括飞轮组件、第一齿条齿轮机构、第二齿条齿轮机构和壳体，飞轮组件包括T形飞轮管、第一活塞组件和两个第二活塞组件，两根第二圆管关于T形飞轮管的中心对称轴线对称设置在T形飞轮管内，且一端伸出T形飞轮管，第一活塞组件一端设置在T形飞轮管的第三根管内，且一端伸出第三根管；T形飞轮管的第三根管底面中心设有轴承，第二齿条齿轮机构与上述轴承连接，第一齿条齿轮机构与第一圆管连接，且第一齿条齿轮机构位于壳体内，第一活塞组件和两个第二活塞组件之间的T形飞轮管内填充液压油。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)可通过液压结构的驱动改变飞轮的旋转臂长度，从而改变飞轮的转动惯量，使惯容的惯性连续可变。

(2)具有可连续改变惯性的功能使得可以将惯容用于更广泛的应用范围。

附图说明

图1为本发明基于液压的连续可变惯容的立体图。

图2为图1的后视图。

图3为图1的正视剖面图。

图4为本发明的局部立体图一。

图5为局部俯视图。

图6为本发明的局部立体图二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图6，本发明所述的基于液压的连续可变惯容，包括飞轮组件、第一齿条齿轮机构、第二齿条齿轮机构和壳体15，飞轮组件包括T形飞轮管1、第一活塞组件和两个第二活塞组件，T形飞轮管1包括第一圆管和两根第二圆管，第一圆管底部带有端盖，两根第二圆管对称设置在第一圆管底部的外侧壁的两侧，共同构成T形飞轮管1，两个第二活塞组件分别一端伸入第二圆管，另一端伸出第二圆管，第一活塞组件一端伸入第一圆管，另一端伸出第一圆管，第一圆管底面中心设有轴承，第二齿条齿轮机构与上述轴承连接，第一齿条齿轮机构与第一圆管连接，且第一齿条齿轮机构和第一圆管头部均位于壳体15内，第一活塞组件和两个第二活塞组件之间的T形飞轮管1内填充液压油。

所述第一齿条齿轮机构包括第一齿条和若干齿轮，一个齿轮2固定在第一圆管外壁，上述齿轮与其他齿轮啮合构成齿轮传动，并与第一齿条13啮合，第一齿条13一端伸出壳体15，拉动第一齿条13带动齿轮传动，进而带动T形飞轮管1转动。

所述第一活塞组件包括第一活塞17和第一活塞杆16，第一活塞17和第一活塞杆16的一端伸入第一圆管，第一活塞杆16的另一端伸出第一圆管。

所述第二活塞组件包括第二活塞9、第二活塞杆7和活塞端帽8，第二活塞9一端固连第二活塞杆7，并伸入第二圆管，另一端固连活塞端帽8，伸出第二圆管，活塞端帽8防止第二活塞组件整体滑入第二圆管。

第二齿条齿轮机构包括第二齿轮10和两根第二齿条11，第二齿轮10固定在第一圆管底面的轴承上，两根第二齿条11分别一端固定在活塞端帽8内壁，且两根第二齿条11上下平行设置，并分别与第二齿轮10啮合，保证了两个活塞端帽8与旋转轴的垂直距离相等，因此保证了飞轮的稳定性。

由于转动惯量等于质量与旋转半径的平方的乘积，因此飞轮的转动惯量J可以如下计算

J＝2mR²

其中m是每个活塞端帽8的质量，R是活塞端帽8的旋转半径。设作用于第一齿条13和壳体15的相等、相反的力大小为F，T形飞轮管1旋转的角速度即活塞端帽8旋转的角速度为ω，齿条13与壳体15的相对速度为v，ω与v之比为α，则

ω＝αv

飞轮的动能为：

忽略其它损耗，则力F做的功全部转化为飞轮的动能，故力F的功率等于飞轮的动能对时间t的导数，即

从而本发明所述基于液压的连续可变惯容的惯性为

b＝Jα²

由上式可知惯性b由可变的转动惯量J控制，并且惯性b与转动惯量J成比例。因此，通过所述液压机构控制飞轮中活塞端帽8的旋转半径可使得本发明所述的惯容具有连续可变的惯性。利用这种控制机构，惯容可以作为悬架系统中的半主动部件。此外，可以调整活塞端帽8的质量以使惯性发生更大的变化。

本发明中公开的基于液压的飞轮可以替换任何以飞轮作为惯性机构的惯容中的飞轮，以将它们从固定的惯容转换成可变的惯容。

Claims

1.一种基于液压的连续可变惯容，其特征在于：包括飞轮组件、第一齿条齿轮机构、第二齿条齿轮机构和壳体（15），飞轮组件包括T形飞轮管（1）、第一活塞组件和两个第二活塞组件，两个第二活塞组件关于T形飞轮管（1）的中心对称轴线对称设置在T形飞轮管（1）内，且一端伸出T形飞轮管（1），第一活塞组件一端设置在T形飞轮管（1）的第三根管内，且一端伸出第三根管；T形飞轮管（1）的第三根管底面中心设有轴承，第二齿条齿轮机构与上述轴承连接，第一齿条齿轮机构与第一圆管连接，且第一齿条齿轮机构位于壳体（15）内，第一活塞组件和两个第二活塞组件之间的T形飞轮管（1）内填充液压油；

第二齿条齿轮机构包括第二齿轮（10）和两根第二齿条（11），第二齿轮（10）固定在第三根管底面的轴承上，两根第二齿条（11）分别一端固定在活塞端帽（8）内壁，且两根第二齿条（11）上下平行设置，并分别与第二齿轮（10）啮合；

所述第二活塞组件包括第二活塞（9）、第二活塞杆（7）和活塞端帽（8），第二活塞（9）一端固连第二活塞杆（7），并伸入T形飞轮管（1），另一端固连活塞端帽（8），伸出T形飞轮管（1）。

2.根据权利要求1所述的基于液压的连续可变惯容，其特征在于：所述第一齿条齿轮机构包括第一齿条和若干齿轮，一个齿轮固定在第三根管外壁，上述齿轮与其他齿轮啮合构成齿轮传动，并与第一齿条（13）啮合，第一齿条（13）一端伸出壳体（15），拉动第一齿条（13）带动齿轮传动，进而带动T形飞轮管（1）转动。

3.根据权利要求1所述的基于液压的连续可变惯容，其特征在于：所述第一活塞组件的活塞杆的一端伸出T形飞轮管（1）。