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Abstract

本发明公开了一种可切换的齿轮齿条式惯容，包括电磁感应线圈机构、可切换惯容和壳体，电磁感应线圈机构包括一个电源发生器、一个带有电磁铁芯的螺线管和若干线圈。可切换惯容包括齿条，七个大小齿轮、三个连接杆、两个轴承、一个套筒、两个离合器、一个飞轮和一个顶部为磁铁的切换杆。其中第一齿轮与第二齿轮同轴连接，第三齿轮、第四齿轮和第六齿轮同轴连接，第五齿轮、第七齿轮通过轴承和飞轮同轴连接，其中第四齿轮与第五齿轮啮合，第六齿轮与第七齿轮啮合，齿条与第一齿轮啮合，切换杆通过套筒与第三连接杆连接。本发明元器件尺寸可大可小，安装便捷，解决了传统齿轮齿条惯容由于结构固定导致惯容量不可切换的问题。

Description

一种可切换的齿轮齿条式惯容
技术领域
本发明属于机械振动控制领域，特别是一种可切换的齿轮齿条式惯容。
背景技术
惯容是一种作用在两个端点的力与两个端点的相对加速度成正比的双端点机械元件，其中该比例系数是个常数，称为惯容量，单位为千克。
惯容主要用于结构减振，动力吸振以及代替质量。目前可用于车辆减振、风机减振，建筑物减振等。在车辆减振中，惯容主要用于提升车辆乘坐舒适性、悬架行程以及轮胎动载荷性能；在风机减振中，主要用于减少风载荷以及地震载荷对风机的影响；在建筑物减振中主要用于减缓地震对建筑物的影响。
惯容的提出丰富了机械元件的数目，也实现了电路元件与机械元件的类比，在电路系统中最基本的电路元件分为电阻、电感和电容，对应到机械系统为阻尼、弹簧和惯容。根据惯容的定义，通过物理方法已经实现了多种结构的惯容，目前惯容的物理实现方式主要可分为：齿轮齿条惯容、滚珠丝杠惯容、液压惯容和气体惯容。
传统的齿轮齿条式惯容主要是通过齿轮齿条的传动来驱动飞轮的旋转。具体是通过在齿条一端施加力的作用，齿条受力做直线运动，齿条的直线运动会带动齿轮的转动最终带动飞轮的旋转，这样就通过将齿条的直线运动转化为飞轮的旋转运动，根据齿条与齿轮之间的传动作用，最终实现惯容的概念。传统齿轮齿条惯容由于其结构固定，齿轮之间的传动比不可改变，导致惯容量不可变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可切换的齿轮齿条式惯容，以实现惯容的惯容量切换。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种可切换的齿轮齿条式惯容，包括壳体、设置壳体内的齿条、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、套筒、第一离合器、第二离合器、飞轮、切换杆、电磁感应线圈机构；
所述齿条与第一齿轮啮合；所述第一齿轮通过第一连接杆与第二齿轮同轴连接；所述第二齿轮与第三齿轮啮合；所述第三齿轮通过第二连接杆依次与第四齿轮、第六齿轮同轴连接；所述第四齿轮与第五齿轮啮合，构成第一传动机构；所述第六齿轮与第七齿轮啮合，构成第二传动机构；所述第一传动机构与第二传动机构的传动比不同；所述第五齿轮、第七齿轮、飞轮通过第三连接杆同轴连接；所述套筒套接在第五齿轮、第七齿轮之间，套筒两侧分别设有第一离合器和第二离合器；所述第一离合器和第二离合器分别与第五齿轮和第七齿轮连接；所述第五齿轮和第七齿轮均通过轴承与第三连接杆连接；所述套筒上连接有切换杆，所述切换杆上设有磁铁，磁铁与电磁感应线圈机构作用，用于控制切换杆摆动方向，从而控制第一离合器和第二离合器的开合。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
本发明通过切换不同齿轮之间的传动比，能够实现惯容的惯容量改变。
附图说明
图1为所述可切换齿轮齿条惯容的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1，本发明的一种可切换的齿轮齿条式惯容，包括壳体22、设置壳体22内的齿条1、第一齿轮2、第二齿轮3、第三齿轮5、第四齿轮6、第五齿轮9、第六齿轮7、第七齿轮10、第一连接杆4、第二连接杆8、第三连接杆15、套筒17、第一离合器11、第二离合器12、飞轮16、切换杆18、电磁感应线圈机构；
所述齿条1与第一齿轮2啮合；所述第一齿轮2通过第一连接杆4与第二齿轮3同轴连接；所述第二齿轮3与第三齿轮5啮合；所述第三齿轮5通过第二连接杆8依次与第四齿轮6、第六齿轮7同轴连接；所述第四齿轮6与第五齿轮9啮合，构成第一传动机构；所述第六齿轮7与第七齿轮10啮合，构成第二传动机构；所述第一传动机构与第二传动机构的传动比不同；所述第五齿轮9、第七齿轮10、飞轮16通过第三连接杆15同轴连接；所述套筒17套接在第五齿轮9、第七齿轮10之间，套筒17两侧分别设有第一离合器11和第二离合器12；所述第一离合器11和第二离合器12分别与第五齿轮9和第七齿轮10连接；所述第五齿轮9和第七齿轮10均通过轴承13与第三连接杆15连接；所述套筒17上连接有切换杆18，所述切换杆18上设有磁铁，磁铁与电磁感应线圈机构作用，用于控制切换杆18摆动方向，从而控制第一离合器11和第二离合器12的开合。所述飞轮16用于储能。
所述电磁感应线圈机构包括电源发生器20、螺线管19、连接杆21；所述螺线管19通过连接杆21与壳体22固定；所述螺线管19上套接有多圈导线；所述电源发生器20用于对导线进行供电以产生磁场，磁场作用于磁铁以控制切换杆18摆动方向。
进一步的，所述第一齿轮2为直齿轮；所述第二齿轮3、第三齿轮5、第四齿轮6、第五齿轮9、第六齿轮7、第七齿轮10均为斜齿轮。
所述可切换的齿轮齿条惯容还包括两个端点，第一端点23是齿条1的受力端点，第二端点24是壳体22的等效端点。当齿条1受到力的作用时，齿条1会做直线运动，齿条1的直线运动会带动第一齿轮2的旋转，第一齿轮2的旋转通过第一连接杆4会带动第二齿轮3的旋转，第二齿轮3的旋转会带动第三齿轮5的旋转，由于第二连接杆8的作用，第三齿轮5的旋转会带动第四齿轮6和第六齿轮7旋转，第四齿轮6的旋转会带动第五齿轮9的转动，第六齿轮7的旋转会带动第七齿轮10的转动。
根据电磁感应定律，当电源发生器20给螺线管线圈19通电，电流为正方向时，会在螺线管19两端产生左侧为N极的磁场，此时切换杆的磁铁18与螺线管19由于磁力的作用会相互吸引，从而控制切换杆18和套筒17向右移动，套筒17压缩第二离合器12的压片弹簧，第二离合器12的摩擦盘在自身压盖的作用下与第七齿轮10分离，第一离合器11与第五齿轮9贴合，由于离合器的作用，此时第五齿轮9的转动通过第一离合器11和第三连接杆15的作用，会带动飞轮16的转动。
当电流方向为负方向时，会在螺线管19两端产生左侧为S极的磁场，此时切换杆的磁铁18与螺线管19由于磁力的作用会相互排斥，从而控制切换杆18和套筒17向左移动，套筒17压缩第一离合器11，第一离合器11与第五齿轮9分离，第二离合器12与第七齿轮10贴合，由于离合器的作用，此时第七齿轮10的转动通过第二离合器12和第三连接杆15带动飞轮16的转动。
当离合器切换的动态过程很短，且忽略飞轮16转向过程的阻力矩时，根据能量守恒，飞轮16的动能等于齿条1上的力做的功。因此可切换惯容的惯容量为：
Figure BDA0002748664870000031
其中r1为齿轮1的半径，r2为齿轮2的半径，r3为齿轮3的半径，r4为齿轮4的半径，r5为齿轮5的半径，r6为齿轮6的半径，r7为齿轮7的半径，γ为飞轮的半径，m为飞轮的质量。

Claims (6)

1.一种可切换的齿轮齿条式惯容，其特征在于，包括壳体(22)、设置壳体(22)内的齿条(1)、第一齿轮(2)、第二齿轮(3)、第三齿轮(5)、第四齿轮(6)、第五齿轮(9)、第六齿轮(7)、第七齿轮(10)、第一连接杆(4)、第二连接杆(8)、第三连接杆(15)、套筒(17)、第一离合器(11)、第二离合器(12)、飞轮(16)、切换杆(18)、电磁感应线圈机构；
所述齿条(1)与第一齿轮(2)啮合；所述第一齿轮(2)通过第一连接杆(4)与第二齿轮(3)同轴连接；所述第二齿轮(3)与第三齿轮(5)啮合；所述第三齿轮(5)通过第二连接杆(8)依次与第四齿轮(6)、第六齿轮(7)同轴连接；所述第四齿轮(6)与第五齿轮(9)啮合，构成第一传动机构；所述第六齿轮(7)与第七齿轮(10)啮合，构成第二传动机构；所述第一传动机构与第二传动机构的传动比不同；所述第五齿轮(9)、第七齿轮(10)、飞轮(16)通过第三连接杆(15)同轴连接；所述套筒(17)套接在第五齿轮(9)、第七齿轮(10)之间，套筒(17)两侧分别设有第一离合器(11)和第二离合器(12)；所述第一离合器(11)和第二离合器(12)分别与第五齿轮(9)和第七齿轮(10)连接；所述第五齿轮(9)和第七齿轮(10)均通过轴承(13)与第三连接杆(15)连接；所述套筒(17)上连接有切换杆(18)，所述切换杆(18)上设有磁铁，磁铁与电磁感应线圈机构作用，用于控制切换杆(18)摆动方向，从而控制第一离合器(11)和第二离合器(12)的开合。
2.根据权利要求1所述的可切换的齿轮齿条式惯容，其特征在于，所述电磁感应线圈机构包括电源发生器(20)、螺线管(19)、连接杆(21)；所述螺线管(19)通过连接杆(21)与壳体(22)固定；所述螺线管(19)上套接有多圈导线；所述电源发生器(20)用于对导线进行供电以产生磁场，磁场作用于磁铁以控制切换杆(18)摆动方向。
3.根据权利要求1所述的可切换的齿轮齿条式惯容，其特征在于，所述第一齿轮(2)为直齿轮。
4.根据权利要求1所述的可切换的齿轮齿条式惯容，其特征在于，所述第二齿轮(3)、第三齿轮(5)均为斜齿轮。
5.根据权利要求1所述的可切换的齿轮齿条式惯容，其特征在于，所述第四齿轮(6)、第五齿轮(9)均为斜齿轮。
6.根据权利要求1所述的可切换的齿轮齿条式惯容，其特征在于，所述第六齿轮(7)、第七齿轮(10)均为斜齿轮。
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