CN109780153B

CN109780153B - 一种扭振馈能装置

Info

Publication number: CN109780153B
Application number: CN201910065690.1A
Authority: CN
Inventors: 史文库; 刘鹤龙; 陈龙
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2039-01-24
Also published as: CN109780153A

Abstract

本发明公开了一种扭振馈能装置，包括：固定壳，其与内燃机箱体固连，并且所述固定壳内部具有第一容纳槽转子盘；转子盘，其同轴设置在所述固定壳内部，并且与所述第一容纳槽相对侧内部具有第二容纳槽；弹性元件，其设置在所述第一容纳槽和所述第二容纳槽构成的容纳空间内，并且所述弹性元件两侧均抵靠在所述第一容纳槽内侧和所述第二容纳槽内侧；齿圈，其同轴固置在所述转子盘的另一侧；太阳齿轮，其同轴设置在所述齿圈中部，且中心固设在内燃机曲轴上，传递扭矩；多个行星齿轮，其分别同时与所述齿圈以及所述太阳齿轮啮合；输出架，其与所述太阳轮同轴设置，端面与所述行星齿轮中心连接，所述输出架的中心与内燃机输出端连接。

Description

一种扭振馈能装置

技术领域

本发明涉及车辆传动系统技术领域，尤其涉及一种扭振馈能装置。

背景技术

随着机械结构朝着轻量化、高速化的发展，动力传动系统的扭振问题不断突出，成为机械结构主要的振动噪声来源之一。传动系扭振的产生原因是车辆的往复式活塞内燃发动机曲柄连杆机构周期性运动，以及其气缸内燃气爆炸产生的周期性气体压力，使得内燃机输出的扭矩具有周期性。当发动机的激励频率与动力传动系统扭振的固有频率重合时，就会产生共振。系统在发生共振时，会有较大的扭振载荷产生，严重削弱了工作可靠性与耐久性，同时还会产生较大的振动噪声，影响乘坐舒适性。

针对传动系的扭振问题，常用的办法是在输入端与输出端之间增加由弹性元件与阻尼元件组成的扭转减振装置，通过弹性元件进行缓冲，通过阻尼元件对振动能量吸收。

一般情况下，扭振的能量通过阻尼元件转化为热能散耗掉，并没有将这部分能量进行更好的回收利用，不利于可持续发展。现有一些专利提供了将扭振能量转化为电磁能的思路，但是一般将定子、转子分别安装在输入、输出端，这样的结构会造成定子、转子随着传动系统一直转动，产生结构强度要求高、工作不可靠的问题。

一般的扭振减振器的弹性元件会随着传动系统转动，在离心力的作用下会加速磨损。同时，当发生共振时，会产生较大的扭振振幅，工作在较大振动幅值的工况下也会造成弹性元件的过早损坏。

发明内容

本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种扭振馈能装置，通过行星齿轮机构将传动系统的扭振部分转移到齿圈上，能够将传动系的扭振能量转化为电能进行回收，有利于可持续发展。

本发明的另一个目的是通过声子晶体吸振结构，可以针对共振区域的频率范围进行隔振，减小扭振振幅。

本发明提供的技术方案为：一种扭振馈能装置，包括：

固定壳，其与内燃机箱体固连，并且所述固定壳内部具有第一容纳槽；

转子盘，其同轴设置在所述固定壳内部，并且与所述第一容纳槽相对侧内部具有第二容纳槽；

弹性元件，其设置在所述第一容纳槽和所述第二容纳槽构成的容纳空间内，并且所述弹性元件两端均同时抵靠在所述第一容纳槽内侧和所述第二容纳槽内侧；

齿圈，其同轴固置在所述转子盘的另一侧；

太阳齿轮，其同轴设置在所述齿圈中部，且中心固设在内燃机曲轴上，传递扭矩；

多个行星齿轮，其分别同时与所述齿圈以及所述太阳齿轮啮合；

输出架，其与所述太阳轮同轴设置，端面与所述行星齿轮中心连接，所述输出架的中心与内燃机输出端连接；

局域共振型声子晶体组件，其固设在所述转子盘上，与所述固定壳相对设置。

优选的是，所述局域共振型声子晶体组件包括：

基体板，其与所述转子盘固连，所述基体板上设置多个通孔；

基体，其穿过所述通孔与所述基体板固定，并且所述基体具有中空容纳腔；

散射体，其固定设置在所述中空容纳腔中。

优选的是，还包括：

多个永磁体，其设置在所述固定壳内壁；

多个硅钢片，其沿所述转子盘外周均匀分布；

闭合线圈，其缠绕固定在所述硅钢片上；

其中，所述永磁体与所述硅钢片间隔相对设置。

优选的是，

所述第一容纳槽和所述第二容纳槽均为容纳槽；以及

在所述第一容纳槽内设置第一凸起；

在所述第二容纳槽内设置第二凸起；

所述弹性元件的两端均同时抵靠所述第一凸起和所述第二凸起。

优选的是，还包括：

连接销，其一端与所述输出架连接；

深沟球轴承，其内侧与所述连接销的另一端配合，外侧与所述行星齿轮内圈配合。

优选的是，

所述齿圈端面设置有多个螺纹孔，所述螺纹孔内匹配螺杆，所述齿圈通过所述螺杆固定于所述转子盘端面。

优选的是，

所述基体板数量为10个。

优选的是，

所述弹性元件为长弧形弹簧。

优选的是，

所述基体板采用碳纤维板制备。

优选的是，

所述基体为弹性材料；以及

所述散射体采用铅材料。

本发明所述的有益效果：1)本发明通过调整行星齿轮的传动比，可以实现不同的转速输出速比；2)本发明通过调整永磁体与线圈的参数，可以实现阻尼大小的调整；3)本发明通过调整声子晶体组件的材料、通孔数量、通孔大小等参数，可以实现对共振频率范围的扭振隔振，提高弹性元件的使用寿命；4)本发明设计的电起动的、可调整阻尼的传动扭转减振装置结构简单，制造方便，加工成本低，工作可靠；5)能够对扭振能量进行回收，有利于可持续发展。

附图说明

图1为本发明一种扭振馈能装置主视图上的剖视图。

图2为本发明一种扭振馈能装置转子盘的前端轴测视图。

图3为本发明一种扭振馈能装置安装基体板后的转子盘前端轴测视图。

图4为本发明一种扭振馈能装置固定壳的后端轴测视图。

图5为本发明一种扭振馈能装置局域共振型声子晶体组件的主视图。

图6为本发明一种扭振馈能装置输出架的轴测视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-4所示，本发明的一种扭振馈能装置，包括固定壳110与内燃机箱体固连；固定壳110内壁设置有多个永磁体111，固定壳110内部具有第一容纳槽。转子盘120同轴设置在所述固定壳110的内部，并且与所述第一容纳槽相对侧内部具有第二容纳槽；弹性元件190其设置在所述第一容纳槽和所述第二容纳槽构成的容纳空间内，并且所述弹性元件的两端均同时抵靠在所述第一容纳槽内侧和所述第二容纳槽内侧。弹性元件190用于在固定壳与转子盘之间弹性连接，优选的为长弧形弹簧。齿圈130同轴设置在所述转子盘的另一侧；齿圈130的端面布有若干个的螺纹孔，内圈设有内齿，在螺纹孔内匹配设置螺杆131，螺杆131将齿圈130固定在转子盘表面。太阳齿轮170与齿圈130同侧设置，其中心内部有内花键或键槽，与内燃机曲轴(输入端)通过连接轴连接来传递扭矩，传递扭矩。多个行星齿轮140的外齿分别与所述齿圈130以及所述太阳齿轮170啮合。如图6所示，输出架160与行星齿轮140端面接触并连接，输出架160的中心具有凸起161，凸起161的内孔设有花键或矩形键，通过键连接方式与输出端连接，传递扭矩。局域共振型声子晶体组件固设在所述转子盘120上，与所述固定壳110相对设置。

如图5所示，局域共振型声子晶体组件包括基体板、基体、散射体。基体板180与所述转子盘120通过胶接固连，所述基体板应选用密度较小、弹性模量较大材料，优选为碳纤维板，所述基体板设置有均匀分布的通孔。基体181以胶接的方式固定于基体板180的通孔内，并且所述基体具有中空容纳腔；基体181为弹性材料，可优选为硅橡胶材料。散射体182包覆于基体181的中空容纳腔内，所述散射体182为圆柱状，选用密度较大材料，优选为铅材料。

多个永磁体111设置在固定壳110内壁；多个硅钢片121沿所述转子盘120外周均匀分布；闭合线圈122缠绕固定在所述硅钢片121上；其中，永磁体111与硅钢片121间隔相对设置。

如图2-4所示，固定壳110中部设置第一容纳槽，所述第一容纳槽内设置第一凸起112；转子盘120中部设置第二容纳槽，所述第一容纳槽内设置第二凸起123；第一容纳槽和第二容纳槽都为环形槽。所述弹性元件190设置在所述第一容纳槽和所述第二容纳槽内(对弹性元件限位)，两端同时与所述第一凸起112和第二凸起123抵靠，传递扭矩。

连接销161一端与所述输出架160连接(过盈配合)；深沟球轴承150内侧与所述连接销161的另一端过盈配合，外侧与所述行星齿轮140内圈过盈配合。连接销161的数量与行星齿轮数量相同。

实施例一：由于齿圈130与转子盘120通过螺栓131固连，转子盘120的凸起通过弹性元件190将扭矩传递给固定壳110，固定壳110与内燃机固连，因此，当内燃机输出的转速平稳时，齿圈不发生转动，齿圈相当于与固定壳固连，此时转子盘120与永磁体111不发生相对转动，线圈内无电流产生，此时无能量回收。与太阳轮相啮合的行星齿轮140在驱动转矩的作用下绕太阳轮进行转动，通过深沟球轴承150、连接销161将转速传递到输出架160，通过输出架160的内花键或矩形键将转矩转速输出。实施例二：当输入端的转速发生波动时，弹性元件190发生作用，输入转速的波动体现在齿圈130的转动上，而行星齿轮140的公转平稳，即传递到输出架160的转速平稳，起到了扭转减振的作用。齿圈130的转速波动带动转子盘120发生转动，转子盘的第二凸起随转子盘转动，压缩弹性元件190一端，而固定壳的第一凸起固定不动，对弹性元件的另一端起到限位作用。根据法拉第电磁感应定律，闭合线圈122在永磁体111产生的磁场里做切割磁感线的运动时，导体中会产生感应电流。同时，齿圈130带动线圈在磁场中转动的力矩相当于阻尼力矩，可以实现将扭振能量进行衰减，因此，该装置不仅为传动的扭振提供了阻尼，还对能量进行回收，有利于可持续发展。

实施例三：当输入端的转速发生波动时，扭转波动体现在齿圈130上，即带动转子盘120转动，局域共振型声子晶体组件中的基体板180通过与转子盘120胶接固连，也发生转动。组件中的基体181与散射体182分别组成了弹簧振子结构的弹簧与质量块，通过对基体板180、基体181、散射体182的材料选择、基体板180的厚度、通孔数量大小等参数的选择，来改变弹性波带隙的区间，可以实现对特定频率范围进行吸振，可以针对性的处理共振频率范围内输出振幅较大的问题，减少了弹性元件190的工作负担，提高其使用寿命，同时储存的部分扭振能量还可以释放出来，进一步被馈能组件进行吸收。同时，还可以对闭合线圈122通过电流，可以产生阻尼力，可以针对不同工况改变电流大小，即大振幅时电流大、小振幅时电流小，来改变减振器的阻尼，将馈能装置应用为半主动减振器。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种扭振馈能装置，其特征在于，包括：

弹性元件，其设置在所述第一容纳槽和所述第二容纳槽构成的容纳空间内；在所述第一容纳槽内设置第一凸起；在所述第二容纳槽内设置第二凸起；所述弹性元件的两端均同时抵靠所述第一凸起和所述第二凸起；

齿圈，其同轴固置在所述转子盘的另一侧；

输出架，其与所述太阳齿轮同轴设置，端面与所述行星齿轮中心连接，所述输出架的中心与内燃机输出端连接；

2.根据权利要求1所述的扭振馈能装置，其特征在于，所述局域共振型声子晶体组件包括：

散射体，其固定设置在所述中空容纳腔中。

3.根据权利要求2所述的扭振馈能装置，其特征在于，还包括：

多个永磁体，其设置在所述固定壳内壁；

多个硅钢片，其沿所述转子盘外周均匀分布；

闭合线圈，其缠绕固定在所述硅钢片上；

其中，所述永磁体与所述硅钢片间隔相对设置。

4.根据权利要求3所述的扭振馈能装置，其特征在于，还包括：

连接销，其一端与所述输出架连接；

5.根据权利要求4所述的扭振馈能装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的扭振馈能装置，其特征在于，

所述基体板数量为10个。

7.根据权利要求6所述的扭振馈能装置，其特征在于，

所述弹性元件为长弧形弹簧。

8.根据权利要求6所述的扭振馈能装置，其特征在于，

所述基体板采用碳纤维板制备。

9.根据权利要求6所述的扭振馈能装置，其特征在于，

所述基体为弹性材料；以及

所述散射体采用铅材料。