CN114763817B - 一种杆式结构的惯容装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种杆式结构的惯容装置。该惯容装置包括箱体、轨道杆、质量块、滑动摆杆、摆杆、输入杆；所述箱体内壁顶部设置有固定基座，摆杆顶端与固定基座铰链连接，摆杆底端与滑动摆杆顶端滑动相连，滑动摆杆底端与质量块铰链连接；所述摆杆的顶端和底端之间沿着摆杆延伸方向开设一条导槽，箱体侧壁开设输入通道用于穿入输入杆，输入杆通过导槽与摆杆铰链连接；所述量块设置有贯穿本体的圆形通道，轨道杆沿着平行于输入杆的方向穿过圆形通道，且轨道杆的两端通过箱体上设置的小孔穿出箱体并固定，从而将质量块固定在箱体内部的轨道杆上，并将质量块自由度限制为1。本发明结构简单、成本较低，并且能够降低对制造精度的要求、减小工作噪声。

Description

一种杆式结构的惯容装置
技术领域
本发明属于振动控制技术领域，特别是一种杆式结构的惯容装置。
背景技术
惯容是一种新型机械储能元件，凭借具有两个可移动端点这一特性，惯容克服了质量元件只有一个可移动端点的缺陷从而完善了机电类比理论。尽管土木工程领域最早发明了惯容系统，但在机械领域惯容系统随后得到了更加迅猛发展。在首先应用于世界一级方程式锦标赛中之后，惯容开始在各式各样的振动控制工程实践中发挥作用，如汽车悬架系统、楼宇减震系统、风机结构振动控制系统等。
当前主要的惯容装置有齿条飞轮结构、滚珠丝杠结构以及液压式惯容，相关研究表明某些情况下使用这些惯容可显著提升系统性能。然而，齿条飞轮结构的惯容采用齿轮传动，对制造精度要求高，否则容易发生质量损耗，且啮合传动会产生噪声；滚珠丝杠结构的惯容与液压式惯容结构复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、成本较低的杆式结构惯容装置，并且能够降低对制造精度的要求、减小工作噪声。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种杆式结构的惯容装置，包括箱体、轨道杆、质量块、滑动摆杆、摆杆、输入杆；所述箱体内壁顶部设置有固定基座，摆杆顶端与固定基座铰链连接，摆杆底端与滑动摆杆顶端滑动相连，滑动摆杆底端与质量块铰链连接；
所述摆杆的顶端和底端之间沿着摆杆延伸方向开设一条导槽，箱体侧壁开设输入通道用于穿入输入杆并限制输入杆的自由度，输入杆通过导槽与摆杆铰链连接；
所述质量块设置有贯穿本体的圆形通道，轨道杆沿着平行于输入杆的方向穿过圆形通道，且轨道杆的两端通过箱体上设置的小孔穿出箱体并固定，从而将质量块固定在箱体内部的轨道杆上，并将质量块自由度限制为1。
进一步地，所述固定基座上设置两个第一铰接孔，摆杆顶端设置一个第二铰接孔，第一铰接孔、第二铰接孔通过第一铰接轴连接，摆杆能够绕着第一铰接轴旋转。
进一步地，所述输入杆的一端设置有两个第三铰接孔，第三铰接孔、导槽通过第二铰接轴连接，第二铰接轴能够沿着导槽滑动，当输入杆水平移动时，摆杆相应的摆动。
进一步地，所述摆杆的底部开设一段腔体，滑动摆杆的上部无缝插入腔体内并能够自由滑动，实现摆杆与滑动摆杆之间的滑动相连。
进一步地，所述滑动摆杆的底端设置第四铰接孔，质量块的顶部设置两个第五铰接孔，第四铰接孔、第五铰接孔通过第三铰接轴连接，质量块能够绕着第三铰接轴旋转。
进一步地，所述轨道杆的两端设有螺纹，通过与螺纹配套的螺母将轨道杆的两端进行固定。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)摆杆下部为腔体结构，腔口套在滑动摆杆上；质量块中间开有圆形通道，箱体下部也开有小孔，轨道杆由小孔与圆形通道从箱体与质量块中穿过，将质量块固定在箱体内部的轨道杆上，结构简单、制造成本低；(2)摆杆顶端与箱体固定基座铰链连接，摆杆底端与滑动摆杆顶端滑动相连，滑动摆杆底端与质量块铰链连接，输入杆通过导槽与摆杆铰链连接，采用杠杆传动方式，不需要很高的制造精度且能减小工作噪声。
附图说明
图1为本发明杆式结构惯容装置的三维图。
图2为本发明杆式结构惯容装置的剖面装配图。
图3为箱体的剖视图。
图4为图2中箱体铰链的三维图。
图5为摆杆的三维图。
图6为图5的剖面图。
图7为滑动摆杆的三维图。
图8为质量块的三维图。
图9为质量块的剖面图。
图10为轨道杆的三维图。
图11为输入杆的三维图。
图12为输入杆的剖面图。
图13为本发明杆式结构的惯容装置原理示意图。
具体实施方式
本发明一种杆式结构的惯容装置，其特征在于，包括箱体1、轨道杆2、质量块3、滑动摆杆4、摆杆5、输入杆6；所述箱体1内壁顶部设置有固定基座7，摆杆5顶端与固定基座7铰链连接，摆杆5底端与滑动摆杆4顶端滑动相连，滑动摆杆4底端与质量块3铰链连接；
所述摆杆5的顶端和底端之间沿着摆杆延伸方向开设一条导槽11，箱体1侧壁开设输入通道8用于穿入输入杆6并限制输入杆6的自由度，输入杆6通过导槽11与摆杆5铰链连接；
所述量块3设置有贯穿本体的圆形通道16，轨道杆2沿着平行于输入杆6的方向穿过圆形通道16，且轨道杆2的两端通过箱体1上设置的小孔9穿出箱体并固定，从而将质量块3固定在箱体1内部的轨道杆2上，并将质量块3自由度限制为1。
进一步地，所述固定基座7上设置两个第一铰接孔10，摆杆5顶端设置一个第二铰接孔12，第一铰接孔10、第二铰接孔12通过第一铰接轴连接，摆杆5能够绕着第一铰接轴旋转。
进一步地，所述输入杆6的一端设置有两个第三铰接孔18，第三铰接孔18、导槽11通过第二铰接轴连接，第二铰接轴能够沿着导槽11滑动，当输入杆6水平移动时，摆杆5相应的摆动。
进一步地，所述摆杆5的底部开设一段腔体13，滑动摆杆4的上部无缝插入腔体13内并能够自由滑动，实现摆杆5与滑动摆杆4之间的滑动相连。
进一步地，所述滑动摆杆4的底端设置第四铰接孔14，质量块3的顶部设置两个第五铰接孔15，第四铰接孔14、第五铰接孔15通过第三铰接轴连接，质量块3能够绕着第三铰接轴旋转。
进一步地，所述轨道杆2的两端设有螺纹17，通过与螺纹17配套的螺母将轨道杆2的两端进行固定。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
结合图1～图12，一种杆式结构的惯容装置，包括箱体1、轨道杆2、质量块3、滑动摆杆4、摆杆5、输入杆6。箱体1内含有固定基座7、两个小孔9、输入通道8。固定基座7与摆杆5铰链相连。摆杆5与滑动摆杆4滑动相连。滑动摆杆4与质量块3通过第四铰接孔14、第五铰接孔15相连。质量块3中间开有圆形通道16，箱体1下部也开有小孔9，轨道杆2可由小孔9与圆形通道16从箱体1与质量块3中穿过，将质量块3固定在箱体1内部的轨道杆2上，并将其自由度限制为1。输入杆6穿过输入通道8与摆杆5通过第三铰接孔18、导槽11相连。
箱体1左侧开有输入通道8用来限制输入杆6的自由度；箱体1内部含固定基座7，用于与摆杆5进行铰链连接；箱体1左侧与右侧开有小孔9，用于放置轨道杆2。为符合惯容特性，箱体1质量应尽可能小。
摆杆5的上部为第二铰接孔12，用于与箱体1进行铰链连接；摆杆5中部有导槽11，用于与输入杆6进行铰链相连，使输入杆6水平移动时，摆杆5可以相应的摆动；摆杆5下部为腔体13，腔口可套在滑动摆杆4上，实现摆杆5与滑动摆杆4之间的滑动相连。为符合惯容特性，摆杆5的质量应尽可能小。
滑动摆杆4的下部为第四铰接孔14，用于与质量块3进行铰链连接；优选的，滑动摆杆4上部应无缝插入摆杆5下部的腔体13，并可以自由滑动。为符合惯容特性，滑动摆杆4的质量应尽可能小。
质量块3的上部有第五铰接孔15，用于与滑动摆杆4进行铰链连接；质量块3的中部开有圆形通道16，轨道杆2可从圆形通道16中穿过，将质量块3固定在箱体1内部的轨道杆2上，并将其自由度限制为1。为符合惯容特性，质量块3的质量尽可能大。
轨道杆2的两端有螺纹17，可通过螺母将轨道杆2固定在箱体1下方的两个小孔9上。为符合惯容特性，轨道杆2的质量应尽可能小。
输入杆6的一端为第三铰接孔18，用于与摆杆5中部的导槽11进行铰链连接。为符合惯容特性，输入杆6的质量应尽可能小。
本发明的原理图可简化为图13所示，o、s、d为铰链连接的点，r1为os的距离，r2为sd的距离。r1与r2尽管会随着输入杆的移动而变化，但它们的比值为一个常量，可设为r2与r1的比值为α。假设端点2受水平方向的力F、输入杆的位移为x、端点2的速度为v、端点1的速度为0、质量块的速度为vm、质量块的质量为m。并假设除质量块以外其余部件的质量忽略不计。
vm与v的关系为
动能定理
两边求导
所以该发明满足惯容装置的特性。
综上所述，本发明构简单、成本较低，并且能够降低对制造精度的要求、减小工作噪声。

Claims (6)

1.一种杆式结构的惯容装置，包括箱体（1）、质量块（3）、摆杆（5）、输入杆（6），箱体（1）侧壁开设输入通道（8）用于穿入输入杆（6）并限制输入杆（6）的自由度，其特征在于，还包括轨道杆（2）、滑动摆杆（4），所述箱体（1）内壁顶部设置有固定基座（7），摆杆（5）顶端与固定基座（7）铰链连接，摆杆（5）底端与滑动摆杆（4）顶端滑动相连，滑动摆杆（4）底端与质量块（3）铰链连接；
所述摆杆（5）的顶端和底端之间沿着摆杆延伸方向开设一条导槽（11），输入杆（6）通过导槽（11）与摆杆（5）铰链连接；
所述质量块（3）设置有贯穿本体的圆形通道（16），轨道杆（2）沿着平行于输入杆（6）的方向穿过圆形通道（16），且轨道杆（2）的两端通过箱体（1）上设置的小孔（9）穿出箱体并固定，从而将质量块（3）固定在箱体（1）内部的轨道杆（2）上，并将质量块（3）自由度限制为1。
2.根据权利要求1所述的杆式结构的惯容装置，其特征在于，所述固定基座（7）上设置两个第一铰接孔（10），摆杆（5）顶端设置一个第二铰接孔（12），第一铰接孔（10）、第二铰接孔（12）通过第一铰接轴连接，摆杆（5）能够绕着第一铰接轴旋转。
3.根据权利要求1所述的杆式结构的惯容装置，其特征在于，所述输入杆（6）的一端设置有两个第三铰接孔（18），第三铰接孔（18）、导槽（11）通过第二铰接轴连接，第二铰接轴能够沿着导槽（11）滑动，当输入杆（6）水平移动时，摆杆（5）相应的摆动。
4.根据权利要求1所述的杆式结构的惯容装置，其特征在于，所述摆杆（5）的底部开设一段腔体（13），滑动摆杆（4）的上部无缝插入腔体（13）内并能够自由滑动，实现摆杆（5）与滑动摆杆（4）之间的滑动相连。
5.根据权利要求1所述的杆式结构的惯容装置，其特征在于，所述滑动摆杆（4）的底端设置第四铰接孔（14），质量块（3）的顶部设置两个第五铰接孔（15），第四铰接孔（14）、第五铰接孔（15）通过第三铰接轴连接，质量块（3）能够绕着第三铰接轴旋转。
6.根据权利要求1所述的杆式结构的惯容装置，其特征在于，所述轨道杆（2）的两端设有螺纹（17），通过与螺纹（17）配套的螺母将轨道杆（2）的两端进行固定。
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