CN210978324U - 一种可控刚度的可调惯容器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可控刚度的可调惯容器系统，包括滚珠丝杠、内筒、外筒、滚子轴承和弹簧等；滚珠丝杠的一端与上盖连接，另一端深入内筒中，可相对内筒作轴向和旋转运动；下盖通过滚子轴承与内筒连接，内筒可相对下盖旋转，内筒的外壁上环绕激励线圈；外筒套设在内筒的外壁，且外筒可相对于内筒作轴向移动，外筒的两端用外筒盖进行密封，外筒与内筒之间的空间填充有磁流变液；第一弹簧套设在外筒上部，并通过滚子轴承与上盖连接且可相对上盖旋转；第二弹簧套设在外筒下部，其一端和内筒的轴肩接触，另一端和外筒盖接触；内筒内设有可调质量块套筒。本实用新型解决了现有惯容器系统无法调节“惯质系数”、无法实时控制刚度参数的问题。

Description

一种可控刚度的可调惯容器系统

技术领域

本实用新型涉及一种可控刚度的可调惯容器系统。

背景技术

惯容器能够衰减轨道车辆、汽车、机械设备和土木建筑等结构的振动，改善其稳定性并提高可靠性和安全性。在机械系统中，惯容器系统相当于一个可以两端移动的质量元件，产生力的大小与其两端的相对加速度成正比，力与相对加速度的比值称为“惯质系数”。“惯质系数”与系统质量元件的质量大小相关，质量越大、“惯质系数”越大。普通的惯容器系统结构较为复杂，实用性较差，且质量元件的质量无法调节。而针对不同的结构系统，为抑制其振动、需要不同大小的“惯质系数”，传统的惯容器也无法实现这一功能，从而无法满足结构振动的减振需求。

传统的结构减振系统采用被动悬挂系统，其刚度系数是固定不变的，由于结构系统的固有振动频率与其悬挂系统的刚度大小成正相关关系，故系统的固有振动频率也是固定不变的。而在某些振动激励作用下，当激励频率等于结构固有振动频率时，将引起结构共振并导致结构振动加剧，结构系统的稳定性和安全性大幅降低，所以避免结构系统共振至关重要。磁流变液是一种智能材料，其黏度可以根据外加磁场的大小变化而变化。磁流变减振结构以磁流变作为阻尼液，需要的电流通常很小，一般为1～2安倍，可实时控制且反应迅速，达到毫秒级。应用新型磁流变减振结构可实现控制其刚度系数的目的，改变结构固有振动频率从而避免结构共振，可更好的衰减机械系统振动。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本实用新型提出一种可控刚度的可调惯容器系统，其不仅可以通过调节可调质量块套筒的个数调节其“惯质系数”，而且还可以实时控制并调节其刚度系数，通过调节其“惯质系数”可以大幅衰减结构振动，通过调节其刚度系数可以改变结构的固有振动频率，避免结构固有振动频率与外界激励振动频率接近而引起的共振，更好的对结构振动进行衰减。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种可控刚度的可调惯容器系统，其特殊之处在于：

包括滚珠丝杠、内筒、外筒、上盖、下盖、滚子轴承和弹簧；

所述滚珠丝杠由螺杆、螺帽和钢球组成，所述螺杆的一端与上盖连接，另一端通过螺帽深入内筒内，螺帽与内筒通过螺钉连接，螺杆可相对于内筒作轴向移动和旋转运动；

所述下盖通过第二滚子轴承与内筒连接在远离滚珠丝杠的一端，内筒可相对于下盖旋转运动；

所述内筒的外壁上设有环状凸起，环状凸起上设有凹槽，凹槽内环绕激励线圈；

所述外筒套设在内筒的外壁，且外筒可相对于内筒进行轴向移动，内筒的环状凸起位于外筒内，外筒的两端分别用第一外筒盖和第二外筒盖进行密封，外筒与内筒之间的空间填充有磁流变液；

所述第一弹簧套设在外筒上部，其一端通过第一滚子轴承与上盖连接，第一弹簧可相对于上盖旋转运动，另一端和第一外筒盖接触；

所述第二弹簧套设在外筒下部，其一端和内筒的轴肩接触，另一端和第二外筒盖接触；

所述内筒内设有可调质量块套筒。

进一步地，上述可调质量块套筒的数量为多个。

进一步地，上述可调质量块套筒通过过盈配合和胶接的方式与内筒固接。

进一步地，上述第一外筒盖、第二外筒盖和内筒之间均设有O型密封圈。

进一步地，上述第一外筒盖、第二外筒盖和外筒通过螺钉连接。

进一步地，上述上盖与螺杆通过螺钉连接。

进一步地，上述上盖与第一滚子轴承通过过盈配合和胶接连接。

进一步地，上述内筒和第二滚子轴承通过过盈配合和胶接连接。

进一步地，上述下盖和第二滚子轴承通过过盈配合和胶接连接。

本实用新型的优点：

1)“惯质系数”可以根据结构振动情况进行调节。本实用新型可通过控制其可调质量块套筒的个数调节其“惯质系数”，这是因为根据“惯质系数”的定义，惯容器两端力的大小与其两端相对加速度的比值称为“惯质系数”，类似于惯性力，其力的大小与可旋转质量的大小成正相关，质量越大，惯性力越大，“惯质系数”也就越大，通过调节可调质量块套筒的个数，改变了旋转部分的质量，也即改变了旋转部分的惯性，从而可以实现改变“惯质系数”的效果，可调质量块套筒的数量越多，该惯容器的“惯质系数”越大，反之，“惯质系数”也就越小；

2)刚度系数可以根据结构振动和外界激励实时调节。本实用新型通过可控刚度的可调惯容器的内部结构设计，根据结构振动状态和减振需要，对其激励线圈的电流大小进行控制，通过调节其激励线圈的电流大小可以改变第一弹簧和第二弹簧的工作状态和连接方式，从而可以调节其刚度系数，通过调节其刚度系数可以改变结构的固有振动频率，从而避免结构固有振动频率与外界激励振动频率接近而引起的共振，更好的对结构振动进行衰减；

3)自身结构简单，与普通减振器类似，方便安装使用。本实用新型的外型与普通减振器类似，方便安装于已有的悬挂系统中而无需改变现有的悬挂结构，内部结构简单，可调质量块套筒便于拆卸，成本低，在日常使用中具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的结构图；

图2为本实用新型连接原理示意图一；

图3为本实用新型连接原理示意图二；

图4为本实用新型连接原理示意图三。

其中，1、上盖；2、螺杆；3、内筒；4、外筒；5、下盖；6、激励线圈； 7、第一外筒盖；8、第二外筒盖；9、磁流变液；10、螺帽；11、第一弹簧；12、第二弹簧；13、第一滚子轴承；14、第二滚子轴承；15、可调质量块套筒；16、 O型密封圈；17、钢球。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，一种可控刚度的可调惯容器系统，包括上盖1、螺杆2、内筒3、外筒4、下盖5、螺帽10、第一弹簧11和第二弹簧12；所述螺杆2、螺帽10和钢球17共同组成滚珠丝杠；所述螺杆2的一端与上盖1连接，另一端通过螺帽 10深入内筒3内，螺帽10与内筒3通过螺钉连接，螺杆2可相对于内筒3作轴向移动和旋转运动；所述下盖5通过第二滚子轴承14与内筒3连接在远离滚珠丝杠的一端，内筒3可相对于下盖5旋转运动；所述内筒3的外壁上设有环状凸起，环状凸起上设有凹槽，凹槽内环绕激励线圈6；所述外筒4套设在内筒3 的外壁，且外筒4可相对于内筒3进行轴向移动，内筒3的环状凸起位于外筒4 内，外筒4的两端分别用第一外筒盖7和第二外筒盖8进行密封，外筒4与内筒3之间的空间填充有磁流变液9；所述第一弹簧11套设在外筒4上部，其一端通过第一滚子轴承13与上盖1连接，第一弹簧11可相对于上盖1旋转运动，另一端和第一外筒盖7接触；所述第二弹簧12套设在外筒4下部，其一端和内筒3的轴肩接触，另一端和第二外筒盖8接触；所述内筒3内设有可调质量块套筒15。

优选地，所述可调质量块套筒15的数量为多个，可调质量块套筒15通过过盈配合和胶接的方式与内筒3固接。

优选地，上述第一外筒盖7、第二外筒盖8和内筒3之间均设有O型密封圈16。

优选地，上述第一外筒盖7、第二外筒盖8和外筒4通过螺钉连接。

优选地，上述上盖1与螺杆2通过螺钉连接。

优选地，上述上盖1与第一滚子轴承13通过过盈配合和胶接连接。

优选地，上述内筒3和第二滚子轴承14通过过盈配合和胶接连接。

优选地，上述下盖5和第二滚子轴承14通过过盈配合和胶接连接。

结合图1、图2、图3和图4，本实用新型的工作过程为：

1)当上盖1相对于下盖5发生轴向相对移动时，由于上盖1和螺杆2固定连接、螺杆2与内筒3通过螺帽10连接、内筒3与下盖5通过第二滚子轴承14 连接，所以螺杆2和内筒3也发生轴向相对移动，且内筒3可通过第二滚子轴承14与下盖5发生相对旋转运动，根据滚珠丝杠结构原理，内筒3同时也发生与上盖1、螺杆2和下盖5的相对旋转运动；又由于内筒3与外筒4之间存在磁流变液，具有很大的阻尼力，且第一弹簧11与上盖1通过第一滚子轴承13连接，摩擦力较小，第二弹簧12与内筒3和外筒4连接，故可将上盖1和下盖5 的轴向相对移动转化为内筒3、外筒4、第一弹簧11和第二弹簧12的旋转运动，产生惯性力，实现惯容器功能，如图2、图3和图4中符号J所示，且J作用在上盖1和下盖5之间；同时通过调节内筒3中的可调质量块套筒15的数量，可以调节旋转部分的质量，实现“惯质系数”可调节的功能，也即图2、图3和图4 中“惯质系数”J的大小可以调节。

与此同时，上盖1与下盖5间的相对移动也对第一弹簧11产生作用力，如图2中k₁所示；第一弹簧11逐渐被压缩，其产生的作用力作用在上盖1和第一外筒盖7之间，第一外筒盖7受到力的作用后，当该作用力足够大时，将使外筒4与内筒3之间发生相对移动，外筒4与内筒3间的相对移动将迫使磁流变液9在外筒内部流动，从而产生阻尼力，也即图2中c_s所示；该阻尼力作用于内筒3和外筒4之间，由于第二弹簧12连接于内筒3与第二外筒盖8之间，故该阻尼力通过第二外筒盖8作用于第二弹簧12，使第二弹簧12发生变形产生作用力，如图2中k₂所示；由于第一弹簧11上端与上盖1连接、下端与第一外筒盖7连接，第二弹簧12上端与第二外筒盖8连接、下端与内筒3连接，而外筒 4与内筒3相对移动产生阻尼力，该阻尼力的一端作用在内筒3上也即下盖5和第二弹簧12的下端上，另一端通过第一外筒盖7与第一弹簧11作用力串联作用、通过第二外筒盖8与第二弹簧12作用力并联作用，故刚度系数k₂产生的弹簧作用力和阻尼系数c_s产生的阻尼力并联后、再与刚度系数k₁产生的弹簧作用力串联作用在上盖1和下盖5之间；阻尼系数c_s的大小与加在激励线圈6上的电流大小有关，电流越大激励线圈6产生的磁场越强，由于磁流变液9的磁效应，磁流变液9的黏度也就越大，故通过调节激励线圈6的电流大小可实现阻尼系数c_s的改变；当阻尼系数c_s很小时，第一弹簧11产生的作用力使外筒4 与内筒3发生相对移动，同时第一弹簧11产生的作用力主要用于压缩第二弹簧 12，此时相当于第一弹簧11和第二弹簧12串联作用与上盖1和下盖5之间，上盖1和下盖5之间的等效刚度较小，等于第一弹簧11和第二弹簧12的串联刚度，也即等于

2)当阻尼系数逐渐增大到c_m时，如图3所示，阻尼系数c_m产生的阻尼力与第二弹簧12产生的作用力并联后的作用力也逐渐增大，导致第二弹簧12两端的相对位移逐渐减小、第一弹簧11两端的相对位移逐渐增大，第一弹簧11 的刚度系数k₁逐渐占据主导地位，上盖1与下盖5之间的等效刚度也逐渐增大。

3)当加在激励线圈6上的电流足够大时，此时阻尼系数c_l也足够大，如图 4所示，其产生的阻尼力也足够大使得外筒4和内筒3之间无法相对移动，此时第二弹簧12的相对位移为零，上盖1和下盖5间的相对位移只作用在第一弹簧11上，此时上盖1和下盖5之间的等效刚度系数等于第一弹簧11的刚度系数，如图4中k₁所示，也即上盖1和下盖5之间的等效刚度系数的最大值。故通过控制激励线圈6的电流大小可以调节阻尼系数的大小，从而可实现上盖1和下盖5之间等效刚度的可控制调节功能，其等效刚度系数的调节范围为

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，本领域的技术人员其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行调节，或者对其中部分技术特征进行等同替换。所以，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种可控刚度的可调惯容器系统，其特征在于：

包括上盖(1)、螺杆(2)、内筒(3)、外筒(4)、下盖(5)、螺帽(10)、第一弹簧(11)和第二弹簧(12)；

所述螺杆(2)、螺帽(10)和钢球(17)共同组成滚珠丝杠；所述螺杆(2)的一端与上盖(1)连接，另一端通过螺帽(10)深入内筒(3)内，螺帽(10)与内筒(3)通过螺钉连接，螺杆(2)可相对于内筒(3)轴向移动和旋转运动；所述下盖(5)通过第二滚子轴承(14)与内筒(3)连接在远离螺杆(2)的一端，内筒(3)可相对于下盖(5)旋转运动；所述内筒(3)的外壁上设有环状凸起，环状凸起上设有凹槽，凹槽内环绕激励线圈(6)；

所述外筒(4)套设在内筒(3)的外壁，且外筒(4)可相对于内筒(3)进行轴向移动，内筒(3)的环状凸起位于外筒(4)内，外筒(4)的两端分别用第一外筒盖(7)和第二外筒盖(8)进行密封，外筒(4)与内筒(3)之间的空间填充有磁流变液(9)；

所述第一弹簧(11)套设在外筒(4)上部，其一端通过第一滚子轴承(13)与上盖(1)连接，第一弹簧(11)可相对于上盖(1)旋转运动，另一端和第一外筒盖(7)接触；

所述第二弹簧(12)套设在外筒(4)下部，其一端和内筒(3)的轴肩接触，另一端和第二外筒盖(8)接触；

所述内筒(3)内设有可调质量块套筒(15)。

2.根据权利要求1所述的一种可控刚度的可调惯容器系统，其特征在于：所述可调质量块套筒(15)的数量为多个，可调质量块套筒(15)通过过盈配合和胶接的方式与内筒(3)固接。

3.根据权利要求2所述的一种可控刚度的可调惯容器系统，其特征在于：第一外筒盖(7)、第二外筒盖(8)和内筒(3)之间均设有O型密封圈(16)。

4.根据权利要求3所述的一种可控刚度的可调惯容器系统，其特征在于：第一外筒盖(7)、第二外筒盖(8)和外筒(4)通过螺钉连接。

5.根据权利要求4所述的一种可控刚度的可调惯容器系统，其特征在于：上盖(1)与螺杆(2)通过螺钉连接。

6.根据权利要求5所述的一种可控刚度的可调惯容器系统，其特征在于：上盖(1)与第一滚子轴承(13)通过过盈配合和胶接连接。

7.根据权利要求6所述的一种可控刚度的可调惯容器系统，其特征在于：内筒(3)和第二滚子轴承(14)通过过盈配合和胶接连接。

8.根据权利要求7所述的一种可控刚度的可调惯容器系统，其特征在于：下盖(5)和第二滚子轴承(14)通过过盈配合和胶接连接。

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