CN115045959A - 一种曲筒分体式惯容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种曲筒分体式惯容器，该惯容器包括：壳体；平动端：其包括一端伸入所述壳体内部的平动轴，所述平动轴与所述壳体滑动连接；转动端：其包括一端伸入所述壳体内部的转动轴，所述转动轴的中心轴线与所述平动轴的中心轴线位于同一直线上，所述转动轴与所述壳体转动连接，转动轴伸入所述壳体内部的一端固定设有旋转筒，所述旋转筒设有围绕所述旋转筒的中心轴线布置的螺纹凸起或螺纹凹槽，所述平动轴伸入所述壳体内部的一端通过所述螺纹凸起或螺纹凹槽，并与所述旋转筒滚动连接，当所述平动轴水平往复移动时，所述平动轴驱使所述旋转筒转动。与现有技术相比，本发明惯容器可实现惯性强增效，且结构简单，易于实施，具有惯容系数可调性。
Description
技术领域
本发明属于振动控制技术领域，涉及一种曲筒分体式惯容器。
背景技术
目前已有多种典型惯容实现机制，如滚珠丝杠式惯容、齿轮齿条式惯容、液压式惯容以及电磁式惯容等。其中，利用运动形式从平动转换到转动的装置主要为滚珠丝杠式和齿轮齿条式，现有的惯容及惯容系统相关专利也多采用这种形式。齿轮齿条式惯容主要通过齿条、小齿轮和大齿轮的啮合传动，带动飞轮转动从而提供较大的惯容系数，但这种形式对惯容系数的放大效果较弱。而滚珠丝杠式惯容虽然能够实现更优越的惯性增效效果，但是其机械构造复杂，惯容系数难以调整，需要的加工精度高，制作成本高。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种曲筒分体式惯容器，以克服现有技术中惯容系统惯性增效效果较差、惯容系数难以调整、机械构造复杂、加工精度要求高或制作成本高等缺陷。本发明提出一种曲筒分体式惯容器，能够实现惯性强增效，而且机械形式简单，易于实施，且能够实现惯容系数可调性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种曲筒分体式惯容器，包括：
壳体；
平动端：其包括一端伸入所述壳体内部的平动轴，所述平动轴与所述壳体滑动连接；
转动端：其包括一端伸入所述壳体内部的转动轴，所述转动轴的中心轴线与所述平动轴的中心轴线位于同一直线上，所述转动轴与所述壳体转动连接，所述转动轴伸入所述壳体内部的一端固定设有旋转筒，所述旋转筒设有围绕所述旋转筒的中心轴线布置的螺纹凸起或螺纹凹槽，所述平动轴伸入所述壳体内部的一端通过所述螺纹凸起或螺纹凹槽，并与所述旋转筒滚动连接，当所述平动轴水平往复移动时，所述平动轴驱使所述旋转筒转动。
进一步的，当所述旋转筒设有所述螺纹凹槽时，所述螺纹凹槽设置在所述旋转筒的外表面，所述平动轴伸入所述壳体内部的一端设有滚球，所述滚球嵌入所述螺纹凹槽中。
更进一步的，所述滚球设有两个，两个滚球围绕所述旋转筒的中心轴线对称布置。
更进一步的，所述平动轴伸入所述壳体内部的一端设有用于支撑所述滚球的第一支架。
进一步的，当所述旋转筒设有所述螺纹凹槽时，所述螺纹凹槽设置在所述旋转筒的内表面，所述平动轴伸入所述壳体内部的一端设有滚球，所述滚球嵌入所述螺纹凹槽中。
更进一步的，所述滚球设有两个，两个滚球围绕所述旋转筒的中心轴线对称布置。
更进一步的，所述平动轴伸入所述壳体内部的一端设有用于支撑所述滚球的第二支架。
进一步的，当所述旋转筒设有螺纹凸起时，所述螺纹凸起设置在所述旋转筒的外表面，所述平动轴伸入所述壳体内部的一端设有滚球单元，所述滚球单元包括两个滚球，两个滚球分别设置在所述螺纹凸起的两侧且紧贴所述螺纹凸起。
更进一步的，所述滚球单元设有两组，两组滚球单元围绕所述旋转筒的中心轴线对称布置。
更进一步的，所述平动轴伸入所述壳体内部的一端设有用于支撑所述滚球单元的第三支架。
进一步的，所述转动轴设有飞轮，当所述旋转筒转动时，所述转动轴带动所述飞轮转动。
更进一步的，所述转动轴与所述飞轮焊接或螺栓连接。
本发明提出一种曲筒分体式惯容器，能够实现运动形式由平动到转动的转换。本发明惯容器的出力与平动端和转动端两者之间的相对加速度成比例，比值为惯容系数。该曲筒分体式惯容器通过其转动端的旋转筒以及附加飞轮的转动惯量能够高效放大惯容器的惯容系数，实现惯性强增效。此外，该惯容器的惯容系数可以通过改变旋转筒筒壁上螺纹(螺纹凹槽或螺纹凸起)曲线以及飞轮的参数进行调整，实际应用过程中可按需拆卸飞轮或更换旋转筒，进而对惯容系数进行调整，而不用更换整个装置。
本发明曲筒分体式惯容器的惯容系数可以根据旋转筒上的螺旋线的表达式进行调整，在这里以基础螺旋线水平投影的表达式为y＝x3为例推导本发明曲筒分体式惯容器的惯容系数的理论表达式，其他螺旋线表达式的推导过程类似。请参见图1，将基础螺纹线进行平移和对称获得整体螺旋线。
对一个基础螺旋线进行分析，请参见图2，旋转筒对滚球2-3的相互作用力大小为FN，方向垂直于滚球2-3与螺旋线的切线方向。同时忽略滚球2-3尺寸的影响，假设滚球2-3沿竖向运动的长度为x，则根据螺旋线的表达式，滚球2-3沿水平方向运动的长度为
且该点切线与x轴的夹角为α，
将FN沿水平方向和竖直方向进行分解，其中沿竖向的分力与支架对滚球2-3的作用力相平衡，假设存在两个滚球2-3，则竖向的分力大小为F/2，F为作用于平动端处的外力。水平方向的分力为Fl，根据几何关系可以得到：
根据力的相互作用，滚球2-3对旋转筒的切向力大小也为Fl，方向沿旋转筒筒壁的切向。因此平动端对旋转筒的扭矩T为：
式(2)中，r为旋转筒的半径，并且从式(2)中可以看出滚球的个数对平动端施加给旋转筒的扭矩大小无关。
请参见图3，其中θ为当滚球竖直向下运动x长度时旋转筒3-2旋转的角度，所以θ与x之间的几何关系为：
式(3)中，r为旋转筒的半径。
对式(3)两边同时求1阶导数和2阶导数，则可以得到：
因此对旋转筒3-2受力分析可以得到：
式(6)中，T为平动端对旋转筒3-2的扭矩，J为旋转筒3-2加飞轮的转动惯量，假设旋转筒3-2为薄壁圆筒，则可以忽略旋转筒3-2的转动惯量，仅考虑飞轮的转动惯量，则J＝mR2，m为飞轮的物理质量，R为飞轮的半径。将式(2)和式(5)带入式(6)中可以得到：
假定滚球的运动是简谐运动，即假定滚球竖直向下运动的长度x＝Xeiωt，其中X是滚球运动位移的幅值，e是自然指数，i是虚数单位
ω为滚球简谐运动的频率，t为滚球运动的时间，则滚球速度可以表示为
进而式(7)可以表示为：
式(9)中，
和
为惯容器两端的加速度，对于本发明曲筒分体式惯容器，转动端加速度取
因此曲筒分体式惯容器的惯容系数min理论表达式为：
从式(10)中可以发现本发明曲筒分体式惯容器为非线性惯容器，其惯容系数与飞轮参数、螺旋线参数、旋转筒半径、滚球所处位置以及滚球最大行程相关。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明曲筒分体式惯容器，通过其平动端水平往复运动带动转动端旋转以实现惯容力学行为，该装置的惯容系数来源于旋转筒或飞轮，在实现惯性强增效的同时还能够增加该装置在实际应用过程中惯容系数的可调整性；
(2)本发明曲筒分体式惯容器结构简单，易于实施，不要求高加工精度，制作成本较低。
附图说明
图1为实施例1曲筒分体式惯容器的结构示意图；
图2为实施例1曲筒分体式惯容器平动端的结构示意图；
图3为实施例1曲筒分体式惯容器转动端的结构示意图；
图4为实施例2曲筒分体式惯容器的结构示意图；
图5为实施例2曲筒分体式惯容器平动端的结构示意图；
图6为实施例2曲筒分体式惯容器转动端的结构示意图；
图7为实施例3曲筒分体式惯容器的结构示意图；
图8为实施例3曲筒分体式惯容器平动端的结构示意图；
图9为实施例3曲筒分体式惯容器转动端的结构示意图；
图10为基础螺旋线经过平移和对称获得的螺旋线整体示意图；
图11为旋转筒对滚球的作用力分析图；
图12为旋转筒的几何关系示意图。
图中标记说明：
1-壳体、2-1-平动轴、2-2-第一支架、2-3-滚球、2-4-第二支架、2-5-第三支架、3-1-转动轴、3-2-旋转筒、3-3-外表面螺纹凹槽、3-4-飞轮、3-5-内表面螺纹凹槽、3-6-螺纹凸起。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为克服现有技术中惯容系统惯性增效效果较差、惯容系数难以调整、机械构造复杂、加工精度要求高或制作成本高等缺陷，本发明提供了一种曲筒分体式惯容器，请参见图1-9，该惯容器包括：
壳体1；
平动端：其包括一端伸入所述壳体1内部的平动轴2-1，所述平动轴2-1与所述壳体1滑动连接；
转动端：其包括一端伸入所述壳体1内部的转动轴3-1，所述转动轴3-1的中心轴线与所述平动轴2-1的中心轴线位于同一直线上，所述转动轴3-1与所述壳体1转动连接，所述转动轴3-1伸入所述壳体1内部的一端固定设有旋转筒3-2，所述旋转筒3-2设有围绕所述旋转筒3-2的中心轴线布置的螺纹凸起3-6或螺纹凹槽，所述平动轴2-1伸入所述壳体1内部的一端通过所述螺纹凸起3-6或螺纹凹槽，并与所述旋转筒3-2滚动连接，当所述平动轴2-1水平往复移动时，所述平动轴2-1驱使所述旋转筒3-2转动。
在一些具体的实施方式中，请参见图1-3，当所述旋转筒3-2设有所述螺纹凹槽时，所述螺纹凹槽设置在所述旋转筒3-2的外表面(即外表面螺纹凹槽3-3)，所述平动轴2-1伸入所述壳体1内部的一端设有滚球2-3，所述滚球2-3嵌入外表面螺纹凹槽3-3中。
更具体的实施方式中，所述滚球2-3设有两个，两个滚球2-3围绕所述旋转筒3-2的中心轴线对称布置。
更具体的实施方式中，所述平动轴2-1伸入所述壳体1内部的一端设有用于支撑所述滚球2-3的第一支架2-2。
在一些具体的实施方式中，请参见图4-6，当所述旋转筒3-2设有所述螺纹凹槽时，所述螺纹凹槽设置在所述旋转筒3-2的内表面(即内表面螺纹凹槽3-5)，所述平动轴2-1伸入所述壳体1内部的一端设有滚球2-3，所述滚球2-3嵌入内表面螺纹凹槽3-5中。
更具体的实施方式中，所述滚球2-3设有两个，两个滚球2-3围绕所述旋转筒3-2的中心轴线对称布置。
更具体的实施方式中，所述平动轴2-1伸入所述壳体1内部的一端设有用于支撑所述滚球2-3的第二支架2-4。
在一些具体的实施方式中，请参见图7-9，当所述旋转筒3-2设有螺纹凸起3-6时，所述螺纹凸起3-6设置在所述旋转筒3-2的外表面，所述平动轴2-1伸入所述壳体1内部的一端设有滚球单元，所述滚球单元包括两个滚球2-3，两个滚球2-3分别设置在所述螺纹凸起3-6的两侧且紧贴所述螺纹凸起3-6。
更具体的实施方式中，所述滚球单元设有两组，两组滚球单元围绕所述旋转筒3-2的中心轴线对称布置。
更具体的实施方式中，所述平动轴2-1伸入所述壳体1内部的一端设有用于支撑所述滚球单元的第三支架2-5。
在一些具体的实施方式中，请参见图1、图3、图4、图6、图7和图9，所述转动轴3-1设有飞轮3-4，当所述旋转筒3-2转动时，所述转动轴3-1带动所述飞轮3-4转动。
更具体的实施方式中，所述转动轴3-1与所述飞轮3-4焊接或螺栓连接。
实施例1：
本实施例提供了一种曲筒分体式惯容器，如图1-3所示，该惯容器包括壳体1、平动轴2-1、第一支架2-2、滚球2-3、转动轴3-1、旋转筒3-2、外表面螺纹凹槽3-3、飞轮3-4。
平动轴2-1的一端伸入壳体1内部，平动轴2-1与壳体1滑动连接。转动轴3-1的一端伸入壳体1内部，转动轴3-1的中心轴线与平动轴2-1的中心轴线位于同一直线上，转动轴3-1与壳体1转动连接，转动轴3-1伸入壳体1内部的一端固定设有旋转筒3-2，旋转筒3-2的外表面设有外表面螺纹凹槽3-3，外表面螺纹凹槽3-3围绕旋转筒3-2的中心轴线布置在旋转筒3-2上。
平动轴2-1伸入壳体1内部的一端设有两个滚球2-3，两个滚球2-3嵌入外表面螺纹凹槽3-3中，两个滚球2-3围绕旋转筒3-2的中心轴线对称布置。平动轴2-1伸入壳体1内部的一端设有用于支撑滚球2-3的第一支架2-2。
转动轴3-1还设有飞轮3-4，当旋转筒3-2转动时，转动轴3-1带动飞轮3-4转动。转动轴3-1与飞轮3-4焊接或螺栓连接。
本实施例惯容器由平动端和转动端两部分组成，平动端由平动轴2-1、第一支架2-2、滚球2-3组成，转动端由转动轴3-1、旋转筒3-2、外表面螺纹凹槽3-3、飞轮3-4组成。平动端与转动端通过第一支架2-2上的滚球2-3相连。当该曲筒分体式惯容器工作时，平动轴2-1发生水平运动，使滚球2-3在旋转筒3-2上的外表面螺纹凹槽3-3内发生运动，并带动旋转筒3-2产生旋转运动，进一步带动飞轮3-4产生旋转运动。整个过程中，将平动轴2-1的水平运动转化为旋转筒3-2和飞轮3-4的旋转运动，能够实现惯容元件的两端点惯性特征。
实施例2：
如图4-6所示，与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，旋转筒3-2不设有外表面螺纹凹槽3-3，而是在旋转筒3-2的内表面设有内表面螺纹凹槽3-5，平动轴2-1伸入壳体1内部的一端设有用于支撑滚球2-3的第二支架2-4。
实施例3：
如图7-9所示，与实施例1相比，绝大部分均相同，除了本实施例中，旋转筒3-2不设有外表面螺纹凹槽3-3，而是在旋转筒3-2的外表面设有螺纹凸起3-6，并且平动轴2-1伸入壳体1内部的一端设有滚球单元，滚球单元包括两个滚球2-3，两个滚球2-3分别设置在螺纹凸起3-6的两侧且紧贴螺纹凸起3-6。滚球单元设有两组，两组滚球单元围绕旋转筒3-2的中心轴线对称布置。平动轴2-1伸入壳体1内部的一端设有用于支撑滚球单元的第三支架2-5。当该曲筒分体式惯容器工作时，平动轴2-1发生水平运动，使滚球2-3夹着旋转筒3-2上的螺纹凸起3-6发生运动，并带动旋转筒3-2产生旋转运动，进一步带动飞轮3-4产生旋转运动。
本发明提出的曲筒分体式惯容器在实施时可对装置各项参数以及连接形式进行灵活调整。例如，转动轴3-1与飞轮3-4的连接形式可以不限于焊接、螺栓连接等形式，惯容器的惯容系数可以通过对旋转筒3-2上外表面螺纹凹槽3-3、内表面螺纹凹槽3-5或螺纹凸起3-6的曲线以及飞轮3-4参数的设计来灵活调整。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种曲筒分体式惯容器，其特征在于，包括：
壳体(1)；
平动端：其包括一端伸入所述壳体(1)内部的平动轴(2-1)，所述平动轴(2-1)与所述壳体(1)滑动连接；
转动端：其包括一端伸入所述壳体(1)内部的转动轴(3-1)，所述转动轴(3-1)的中心轴线与所述平动轴(2-1)的中心轴线位于同一直线上，所述转动轴(3-1)与所述壳体(1)转动连接，所述转动轴(3-1)伸入所述壳体(1)内部的一端固定设有旋转筒(3-2)，所述旋转筒(3-2)设有围绕所述旋转筒(3-2)的中心轴线布置的螺纹凸起(3-6)或螺纹凹槽，所述平动轴(2-1)伸入所述壳体(1)内部的一端通过所述螺纹凸起(3-6)或螺纹凹槽，并与所述旋转筒(3-2)滚动连接，当所述平动轴(2-1)水平往复移动时，所述平动轴(2-1)驱使所述旋转筒(3-2)转动。
2.根据权利要求1所述的一种曲筒分体式惯容器，其特征在于，当所述旋转筒(3-2)设有所述螺纹凹槽时，所述螺纹凹槽设置在所述旋转筒(3-2)的外表面，所述平动轴(2-1)伸入所述壳体(1)内部的一端设有滚球(2-3)，所述滚球(2-3)嵌入所述螺纹凹槽中。
3.根据权利要求2所述的一种曲筒分体式惯容器，其特征在于，所述滚球(2-3)设有两个，两个滚球(2-3)围绕所述旋转筒(3-2)的中心轴线对称布置。
4.根据权利要求3所述的一种曲筒分体式惯容器，其特征在于，所述平动轴(2-1)伸入所述壳体(1)内部的一端设有用于支撑所述滚球(2-3)的第一支架(2-2)。
5.根据权利要求1所述的一种曲筒分体式惯容器，其特征在于，当所述旋转筒(3-2)设有所述螺纹凹槽时，所述螺纹凹槽设置在所述旋转筒(3-2)的内表面，所述平动轴(2-1)伸入所述壳体(1)内部的一端设有滚球(2-3)，所述滚球(2-3)嵌入所述螺纹凹槽中。
6.根据权利要求5所述的一种曲筒分体式惯容器，其特征在于，所述滚球(2-3)设有两个，两个滚球(2-3)围绕所述旋转筒(3-2)的中心轴线对称布置，所述平动轴(2-1)伸入所述壳体(1)内部的一端设有用于支撑所述滚球(2-3)的第二支架(2-4)。
7.根据权利要求1所述的一种曲筒分体式惯容器，其特征在于，当所述旋转筒(3-2)设有螺纹凸起(3-6)时，所述螺纹凸起(3-6)设置在所述旋转筒(3-2)的外表面，所述平动轴(2-1)伸入所述壳体(1)内部的一端设有滚球单元，所述滚球单元包括两个滚球(2-3)，两个滚球(2-3)分别设置在所述螺纹凸起(3-6)的两侧且紧贴所述螺纹凸起(3-6)。
8.根据权利要求7所述的一种曲筒分体式惯容器，其特征在于，所述滚球单元设有两组，两组滚球单元围绕所述旋转筒(3-2)的中心轴线对称布置。
9.根据权利要求8所述的一种曲筒分体式惯容器，其特征在于，所述平动轴(2-1)伸入所述壳体(1)内部的一端设有用于支撑所述滚球单元的第三支架(2-5)。
10.根据权利要求1所述的一种曲筒分体式惯容器，其特征在于，所述转动轴(3-1)设有飞轮(3-4)，当所述旋转筒(3-2)转动时，所述转动轴(3-1)带动所述飞轮(3-4)转动。
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ID=83161032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210680504.7A Pending CN115045959A (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-15 | 一种曲筒分体式惯容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115045959A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2115851C1 (ru) * | 1995-05-23 | 1998-07-20 | Юрий Николаевич Травин | Механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное или вращательного движения в возвратно-поступательное (варианты) |
| CN105003591A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-28 | 石家庄铁道大学 | 惯容系数可调的惯容器 |
| CN105782342A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-07-20 | 江苏科技大学 | 一种惯容值可调的滚珠丝杆式惯容器 |
| CN109972762A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-05 | 湖南科技大学 | 一种调谐式电磁惯质阻尼器 |
| CN113294475A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-08-24 | 江苏大学 | 一种筒型凸轮式往复惯容器装置 |
-
2022
- 2022-06-15 CN CN202210680504.7A patent/CN115045959A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2115851C1 (ru) * | 1995-05-23 | 1998-07-20 | Юрий Николаевич Травин | Механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное или вращательного движения в возвратно-поступательное (варианты) |
| CN105003591A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-28 | 石家庄铁道大学 | 惯容系数可调的惯容器 |
| CN105782342A (zh) * | 2016-04-27 | 2016-07-20 | 江苏科技大学 | 一种惯容值可调的滚珠丝杆式惯容器 |
| CN109972762A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-05 | 湖南科技大学 | 一种调谐式电磁惯质阻尼器 |
| CN113294475A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-08-24 | 江苏大学 | 一种筒型凸轮式往复惯容器装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220913 |