CN117662683A - 一种水平运动式惯质系数可变的惯容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平运动式惯质系数可变的惯容器，涉及减隔振技术领域，解决了现有惯容器放大效果弱、结构复杂、密封难、惯性放大单元数量调整困难的问题。本发明包括惯容器核心和惯容器支架，惯容器支架包括梯型丝杠、支撑座和支撑杆，两个支撑座之间设置有支撑杆和梯型丝杠，惯容器核心固定设置在支撑杆上，梯型丝杠与惯容器核心的梯形丝杠用螺帽啮合，梯型丝杠轴向运动带动惯容器核心的梯形丝杠用螺帽、转接过渡盘以及偏心飞轮盘转动。本发明通过大导程角梯形丝杠提供平动到转动的转化，不同厚度的偏心飞轮盘提供转动惯量可变的放大效果；机械形式简单，结构之间的逻辑递进关系紧密，能够实现惯质系数的可调和有效放大。
Description
技术领域
本发明涉及减隔振技术领域，具体为一种水平运动式惯质系数可变的惯容器。
背景技术
水下航行器航行时各机械设备产生的低频振动严重影响其声隐身性能，目前通常采用的被动隔振器取得了较好的中高频振动控制效果，但存在低频振动稳定性与隔振效果难以协调的矛盾，引入惯容元件是解决该问题的有效可行手段之一。
惯容是一种具有两个独立端点、且类似于弹簧和阻尼器的元件，惯容两端点上施加的力与其相对加速度的比值为惯质系数。采用运动转换装置的放大效果，惯容器的惯质系数远大于其自身重量，进一步地，惯容器、阻尼器和弹簧等组合，能够有效提升减隔振效果。
惯容器样件加工完成后，其惯质系数为常数，现有的研究诸如齿轮齿条型惯容，主要通过齿轮与齿条之间的啮合来实现运动的转换，相比于其它结构，这种结构形式对惯容系数的放大效果较弱，且齿轮之间的啮合摩擦系数较大。滚珠丝杠型惯容机械构造复杂，在大能量减隔振系统中，才能够推动滚珠丝杠型惯容机构，另外，特定需求的滚珠丝杠加工较为麻烦，部分工程实用价值受到限制。液压式惯容虽能够实现更优越的惯性放大效果，但流体管道密封难，防渗漏能力弱，加工精度要求高。另外，以上结构缺乏标准可调化设计，制作实现后，难以根据实际需要增大或减小惯性放大单元；水下航行器等设备的隔振区间有限，而一般惯容元件竖直布置时，超过了有效区间。
发明内容
本发明为了解决上述提到的现有技术中齿轮齿条型惯容器放大效果较弱、滚珠丝杠型惯容器机械构造复杂、液压式惯容器管道密封难且难以根据实际需要调整惯性放大单元的数量，以及水下航行器等设备的隔振区间有限等问题，特此提出了一种水平运动式惯质系数可变的惯容器。本发明通过大导程角梯形丝杠提供平动到转动的转化，不同厚度的偏心飞轮盘提供转动惯量可变的放大效果；机械形式简单，结构之间的逻辑递进关系紧密，且易于选用标准化元件并实施，能够实现惯质系数的可调和有效放大。
本发明提出了一种水平运动式惯质系数可变的惯容器，其具体包括惯容器核心和惯容器支架，惯容器核心设置在惯容器支架上，惯容器支架包括两个支撑座、两个支撑杆和梯型丝杠，两个支撑座中间设置有两个支撑杆和梯型丝杠，惯容器核心设置在两个支撑杆和梯型丝杠上；梯型丝杠从惯容器核心中心穿过并与其螺纹啮合；惯容器核心包括外固定套、滚动轴承、转接过渡盘、梯形丝杠用螺帽、若干偏心飞轮盘、两个全螺纹螺柱和若干螺母，外固定套内圈与滚动轴承连接，外圈与两个支撑杆固定连接；滚动轴承内圈与转接过渡盘连接；转接过渡盘中心设置有梯形丝杠用螺帽，梯形丝杠用螺帽与梯型丝杠螺纹啮合；转接过渡盘左侧和梯形丝杠用螺帽右侧均设置有若干偏心飞轮盘，并通过两个全螺纹螺柱和若干螺母将转接过渡盘、梯形丝杠用螺帽和若干偏心飞轮盘固定在一起；梯型丝杠轴向运动时，通过梯形丝杠用螺帽带动转接过渡盘以及若干偏心飞轮盘转动。
更进一步地，所述外固定套内圈设置有挡肩，滚动轴承外圈一侧靠在挡肩上，另一侧通过外固定套上设置的若干螺丝对外圈压紧；转接过渡盘外圈设置有挡肩，滚动轴承内圈一侧靠在挡肩上，另一侧通过转接过渡盘上设置的若干螺丝对内圈压紧。
更进一步地，所述外固定套上对称设置有两个轴孔，支撑杆从轴孔中穿过并通过若干螺栓与外固定套固定连接。
更进一步地，所述支撑座上设置有连接件，通过连接件与外部机构连接。
更进一步地，所述两个支撑座包括支撑座一和支撑座二，支撑座一包括通孔一和两个通孔二，支撑杆一端从通孔二中穿过并通过若干螺栓与支撑座一固定连接；梯型丝杠一端从通孔一中穿过，与支撑座一滑动连接；支撑座二包括两个通孔三和通孔四，支撑杆另一端从通孔三中穿过与支撑座二滑动连接；梯型丝杠另一端从通孔四中穿过并通过若干螺栓与支撑座二固定连接。
更进一步地，所述支撑座一还包括石墨铜套，石墨铜套设置在通孔一中，与梯型丝杠滑动连接。
更进一步地，所述支撑座二还包括两个直线轴承，直线轴承设置在通孔三中，与支撑杆滑动连接。
更进一步地，所述若干偏心飞轮盘包括两个小偏心飞轮盘、两个中偏心飞轮盘和两个大偏心飞轮盘，两个小偏心飞轮盘分别和转接过渡盘以及梯形丝杠用螺帽连接；中偏心飞轮盘一端和小偏心飞轮盘连接，另一端和大偏心飞轮盘连接。
更进一步地，所述小偏心飞轮盘厚度小于中偏心飞轮盘，中偏心飞轮盘厚度小于大偏心飞轮盘。
更进一步地，所述梯型丝杠导程角大于45度。
本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器的有益效果为：
(1)本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器，克服了现有技术中齿轮齿条型惯容放大效果较弱、滚珠丝杠型惯容机械构造复杂、液压式惯容管道密封难，且难以根据实际需要调整惯性放大单元的数量，以及水下航行器等设备的隔振区间有限等问题，通过设置的大导程角的梯形丝杠将平动运动转化为转动运动，整体结构简单，降低了机械设备产生的低频振动对水下航行器声隐身性能的影响；
(2)本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器，通过不同厚度的偏心飞轮盘提供转动惯量可变的放大效果，能够起到灵活调节转动惯量增效的作用，在实际工程中，可根据需要在其它结构不变的条件下，只增加偏心飞轮盘，既可调节系统的惯质系数。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的整体结构示意图；
图2是本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器的外固定套、滚动轴承、转接过渡盘、梯形丝杠用螺帽的连接结构示意图；
图3是本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器的转接过渡盘和梯形丝杠用螺帽之间的装配关系示意图；
图4是本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器的梯形丝杠偏心轮旋转结构示意图；
图5是本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器的惯容器支架(不包括梯型丝杠)结构示意图；
图6是本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器的支撑座一的结构示意图；
图7是本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器的支撑座二的结构示意图；
其中：1-外固定套，101-轴孔，102-端面一，103-螺纹孔一，104-端面二，105-端面三，106-端面四，107-端面五，2-滚动轴承，3-转接过渡盘，301-螺纹孔二，302-通孔一，303-通孔二，304-内凹槽，305-螺纹孔三，4-内六角紧定螺丝一，5-十字大头螺丝，6-大头内六角螺丝，7-梯形丝杠用螺帽，8-小偏心飞轮盘，9-中偏心飞轮盘，10-大偏心飞轮盘，11-全螺纹螺柱，12-螺母，13-梯型丝杠，14-支撑杆，15-支撑座，151-支撑座一，1501-通孔三，1502-通孔四，152-支撑座二，1503-通孔五，1504-通孔六，1505-支撑座孔，16-直线轴承，17-石墨铜套，18-连接件，1801-连接件孔，19-内六角紧定螺丝二，20-内六角紧定螺丝三。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-图7具体说明本实施方式。本实施方式所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器具体包括惯容器核心和惯容器支架，惯容器核心设置在惯容器支架上，惯容器支架包括两个支撑座15、两个支撑杆14和梯型丝杠13，两个支撑座15中间设置有两个支撑杆14和梯型丝杠13，惯容器核心设置在两个支撑杆14和梯型丝杠13上；梯型丝杠13从惯容器核心中心穿过并与其螺纹啮合；惯容器核心包括外固定套1、滚动轴承2、转接过渡盘3、梯形丝杠用螺帽7、若干偏心飞轮盘、两个全螺纹螺柱11和若干螺母12，外固定套1内圈与滚动轴承2连接，外圈与两个支撑杆14固定连接；滚动轴承2内圈与转接过渡盘3连接；在转接过渡盘3的中心位置设置有通孔二303，梯形丝杠用螺帽7通过通孔二303安装到转接过渡盘3上，转接过渡盘3上还设置有四个通孔一302，梯形丝杠用螺帽7上对应四个通孔一302的位置同样设置有四个通孔，其中左右两个通孔与通孔一302配合通过定位销对梯形丝杠用螺帽7和转接过渡盘3之间的位置进行定位；
梯形丝杠用螺帽7中心设置有螺纹孔，螺纹孔与梯型丝杠13螺纹啮合；转接过渡盘3左侧和梯形丝杠用螺帽7右侧均设置有若干偏心飞轮盘；两个全螺纹螺柱11通过转接过渡盘3上下对称设置的两个螺纹孔三安装到转接过渡盘3上，全螺纹螺柱11两端穿过若干偏心飞轮盘上的通孔以及梯形丝杠用螺帽7上的通孔，并与若干螺母12配合将转接过渡盘3、梯形丝杠用螺帽7和若干偏心飞轮盘固定在一起；当梯型丝杠13轴向运动时，通过梯形丝杠用螺帽7带动转接过渡盘3以及若干偏心飞轮盘转动。所述转接过渡盘3为铜材料制成。所述梯型丝杠13导程角大于45度。转接过渡盘3为铜材料制成，为了保证若干偏心飞轮盘转动时不与外固定套1干涉，需要保证转接过渡盘3的总厚度超过外固定套1的厚度，因此转接过渡盘3的一侧设有一定的凸起厚度。
所述外固定套1内圈设置有挡肩，滚动轴承2外圈一侧靠在挡肩上，另一侧通过外固定套1上设置的若干十字大头螺丝5对滚动轴承2外圈压紧；转接过渡盘3外圈设置有挡肩，滚动轴承2内圈一侧靠在挡肩上，另一侧通过转接过渡盘3上设置的若干大头内六角螺丝6与螺纹孔二301配合对滚动轴承2内圈压紧，为了保证大头内六角螺丝6的螺钉头有足够的安装空间，在转接过渡盘3上设置有内凹槽304。
所述外固定套1上对称设置有两个外固定套耳，外固定套耳上设置有轴孔101，并且在端面一102上设置有两个以上的螺纹孔，支撑杆14从轴孔101中穿过，并通过端面一102上设置的螺纹孔与内六角紧定螺丝一4配合将支撑杆14与外固定套1固定连接到一起。
所述支撑座15上设置有连接件18，通过连接件18与外部机构连接，为了减轻支撑座15的重量，在支撑座15上开设有若干支撑座孔1505。
所述两个支撑座15包括支撑座一151和支撑座二152，支撑座一151包括通孔三1501和两个通孔四1502，支撑杆14一端从通孔四1502中穿过并通过若干内六角紧定螺丝二19与支撑座一151固定连接；梯型丝杠13一端从通孔三1501中穿过，与支撑座一151滑动连接；支撑座二152包括两个通孔五1503和通孔六1504，支撑杆14另一端从通孔五1503中穿过与支撑座二152滑动连接；梯型丝杠13另一端从通孔六1504中穿过并通过若干内六角紧定螺丝三20与支撑座二152固定连接。在工作时，外部机构通过支撑座二152带动梯型丝杠13进行轴向运动，支撑座二152在支撑杆14上发生滑动，通过梯型丝杠13与梯形丝杠用螺帽7的配合，将平动运动转化为转动运动。
所述支撑座一151还包括石墨铜套17，石墨铜套17设置在通孔三1501中，与梯型丝杠13滑动连接。
所述支撑座二152还包括两个直线轴承16，直线轴承16设置在通孔五1503中，与支撑杆14滑动连接。
所述若干偏心飞轮盘包括两个小偏心飞轮盘8、两个中偏心飞轮盘9和两个大偏心飞轮盘10，两个小偏心飞轮盘8分别和转接过渡盘3以及梯形丝杠用螺帽7连接；中偏心飞轮盘9一端和小偏心飞轮盘8连接，另一端和大偏心飞轮盘10连接。所述小偏心飞轮盘、中偏心飞轮盘、大偏心飞轮盘，类似于重量不等的机械磅称秤砣，能够起到灵活调节转动惯量增效的作用，在实际工程中，可根据需要在其它结构不变的条件下，只增加偏心飞轮盘，既可调节系统的惯质系数。所述若干偏心飞轮盘，可根据转动惯量需求，选择相应的质量和直径，采用优化的方法设计偏心质量块的偏心方式、结构形式和厚度，使其轴向转动惯量达到最优，优选地，选择类扇形结构，扇形的下半部分作为偏心质量，扇形上半部分的小长矩形块起连接固定其它结构的作用。
所述小偏心飞轮盘8厚度小于中偏心飞轮盘9，中偏心飞轮盘9厚度小于大偏心飞轮盘10。在工程实际中，可根据实际情况设定不同厚度和直径的偏心飞轮盘，优选地，大偏心飞轮盘、中偏心飞轮盘、小偏心飞轮盘的厚度比为3:2:1。所述全螺纹螺柱11的长度取决于左右对称侧大偏心飞轮盘10、中偏心飞轮盘9、小偏心飞轮盘8、转接过渡盘3、梯形丝杠用螺帽7的厚度，全螺纹螺柱11不易过长，否则影响运动开始前，两支撑座15向中间位置移动时的可活动位移。
当外部机构发生振动时，大导程角的梯型丝杠13发生平动，带动偏心飞轮盘发生转动，但当振动位移较小时，其实是偏心飞轮盘绕其轴线做来回的摆动，其反作用力矩L＝Jω2α，其中，J为转动惯量，ω为角速度，α为摆动角度，具体的实际物理质量和惯容系数值，可通过改变激励位移的值，进而增加摆动角度的大小来实现。
所述支撑杆14、支撑座15、外固定套1的质量要尽量轻，这三部分在整个系统的质量占比中尽可能的小，目的是不会影响偏心飞轮盘惯容放大特性的显现。优选地，选择强度高、质量轻的航空铝材，支撑杆14结构要通过硬质阳极氧化处理，使表面光滑坚硬，从而避免因支撑座15轻微倾斜而产生的侧倾力划伤其表面。
所述偏心飞轮盘的外径大小，决定两支撑杆14的横向距离，进而影响支撑座15左右两个通孔之间的横向距离；支撑杆14和大导程角的梯型丝杠13的长度，取决于外部机构的水平移动距离、配备的偏心飞轮盘数量所带来的累积厚度总长、足够的可活动位移等因素。
总结上述实施案例，本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器，克服了现有技术中齿轮齿条型惯容放大效果较弱、滚珠丝杠型惯容机械构造复杂、液压式惯容管道密封难，且难以根据实际需要调整惯性放大单元的数量，以及水下航行器等设备的隔振区间有限等问题，通过设置的大导程角的梯形丝杠13将平动运动转化为转动运动，整体结构简单，降低了机械设备产生的低频振动对水下航行器声隐身性能的影响；本发明所述的一种水平运动式惯质系数可变的惯容器，通过不同厚度的偏心飞轮盘提供转动惯量可变的放大效果，能够起到灵活调节转动惯量增效的作用，在实际工程中，可根据需要在其它结构不变的条件下，只增加偏心飞轮盘，既可调节系统的惯质系数。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制发明，还可以是上述实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水平运动式惯质系数可变的惯容器，其特征在于：包括惯容器核心和惯容器支架，惯容器核心设置在惯容器支架上，惯容器支架包括两个支撑座(15)、两个支撑杆(14)和梯型丝杠(13)，两个支撑座(15)中间设置有两个支撑杆(14)和梯型丝杠(13)，惯容器核心设置在两个支撑杆(14)和梯型丝杠(13)上；梯型丝杠(13)从惯容器核心中心穿过并与其螺纹啮合；惯容器核心包括外固定套(1)、滚动轴承(2)、转接过渡盘(3)、梯形丝杠用螺帽(7)、若干偏心飞轮盘、两个全螺纹螺柱(11)和若干螺母(12)，外固定套(1)内圈与滚动轴承(2)连接，外圈与两个支撑杆(14)固定连接；滚动轴承(2)内圈与转接过渡盘(3)连接；转接过渡盘(3)中心设置有梯形丝杠用螺帽(7)，梯形丝杠用螺帽(7)与梯型丝杠(13)螺纹啮合；转接过渡盘(3)左侧和梯形丝杠用螺帽(7)右侧均设置有若干偏心飞轮盘，并通过两个全螺纹螺柱(11)和若干螺母(12)将转接过渡盘(3)、梯形丝杠用螺帽(7)和若干偏心飞轮盘固定在一起；梯型丝杠(13)轴向运动时，通过梯形丝杠用螺帽(7)带动转接过渡盘(3)以及若干偏心飞轮盘转动。
2.根据权利要求1所述的水平运动式惯质系数可变的惯容器，其特征在于：所述外固定套(1)内圈设置有挡肩，滚动轴承(2)外圈一侧靠在挡肩上，通过外固定套(1)上设置的若干螺丝对外圈另一侧压紧；转接过渡盘(3)外圈设置有挡肩，滚动轴承(2)内圈一侧靠在挡肩上，通过转接过渡盘(3)上设置的若干螺丝对内圈另一侧压紧。
3.根据权利要求2所述的水平运动式惯质系数可变的惯容器，其特征在于：所述外固定套(1)上对称设置有两个轴孔(101)，支撑杆(14)从轴孔(101)中穿过并通过若干螺栓与外固定套(1)固定连接。
4.根据权利要求1所述的水平运动式惯质系数可变的惯容器，其特征在于：所述支撑座(15)上设置有连接件(18)，通过连接件(18)与外部机构连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的水平运动式惯质系数可变的惯容器，其特征在于：所述两个支撑座(15)包括支撑座一(151)和支撑座二(152)，支撑座一(151)包括通孔三(1501)和两个通孔四(1502)，支撑杆(14)一端从通孔四(1502)中穿过并通过若干螺栓与支撑座一(151)固定连接；梯型丝杠(13)一端从通孔三(1501)中穿过，与支撑座一(151)滑动连接；支撑座二(152)包括两个通孔五(1503)和通孔六(1504)，支撑杆(14)另一端从通孔五(1503)中穿过与支撑座二(152)滑动连接；梯型丝杠(13)另一端从通孔六(1504))中穿过并通过若干螺栓与支撑座二(152)固定连接。
6.根据权利要求5所述的水平运动式惯质系数可变的惯容器，其特征在于：所述支撑座一(151)还包括石墨铜套(17)，石墨铜套(17)设置在通孔三(1501)中，与梯型丝杠(13)滑动连接。
7.根据权利要求5所述的水平运动式惯质系数可变的惯容器，其特征在于：所述支撑座二(152)还包括两个直线轴承(16)，直线轴承(16)设置在通孔五(1503)中，与支撑杆(14)滑动连接。
8.根据权利要求1所述的水平运动式惯质系数可变的惯容器，其特征在于：所述若干偏心飞轮盘包括两个小偏心飞轮盘(8)、两个中偏心飞轮盘(9)和两个大偏心飞轮盘(10)，两个小偏心飞轮盘(8)分别和转接过渡盘(3)以及梯形丝杠用螺帽(7)连接；中偏心飞轮盘(9)一端和小偏心飞轮盘(8)连接，另一端和大偏心飞轮盘(10)连接。
9.根据权利要求8所述的水平运动式惯质系数可变的惯容器，其特征在于：所述小偏心飞轮盘(8)厚度小于中偏心飞轮盘(9)，中偏心飞轮盘(9)厚度小于大偏心飞轮盘(10)。
10.根据权利要求1所述的水平运动式惯质系数可变的惯容器，其特征在于：所述梯型丝杠(13)导程角大于45度。
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2023
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| CN115749032A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-03-07 | 重庆交通大学 | 一种位移和加速度分级双控混合阻尼器 |
| CN115749032B (zh) * | 2022-12-05 | 2024-05-24 | 重庆交通大学 | 一种位移和加速度分级双控混合阻尼器 |
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