慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)式慣容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種慣容器裝置，尤其是一種慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)的慣容器。
【背景技術(shù)】
[0002] "慣質(zhì)"的概念最早由英國劍橋大學(xué)Smith學(xué)者提出，基于"力-電流"的第二類機(jī) 電相似性理論，慣容器被定義為一種兩端點(diǎn)元件，施加在其兩端點(diǎn)的力與兩端點(diǎn)的相對(duì)加 速度成正比。其動(dòng)力學(xué)表達(dá)式為；，F(xiàn)為施加在慣容器兩端點(diǎn)的力，VI，v2為兩端點(diǎn)的速度， b被定義為慣質(zhì)系數(shù)，它是表征慣容器的重要物理量。
[0003] 慣容器的誕生解決了質(zhì)量元件必須W地屯、為參考系的單端點(diǎn)難題，由"慣容 器-彈黃-阻巧器"組成的新型機(jī)械隔振網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用在車輛懸架隔振、建筑物隔振及高 性能摩托車轉(zhuǎn)向補(bǔ)償領(lǐng)域。目前，慣容器較為成熟的實(shí)現(xiàn)形式有機(jī)械式與液壓式，機(jī)械式中 又包含滾珠絲桿式與齒輪齒條式，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)均是通過運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將質(zhì)量塊或飛輪的質(zhì) 量進(jìn)行放大，由此獲取較大的"虛質(zhì)量"，實(shí)現(xiàn)對(duì)慣性質(zhì)量的封裝。然而，隨著磁流變液/電 流變液等新型液體材料的出現(xiàn)W及空氣彈黃技術(shù)的日益進(jìn)步，工程上實(shí)現(xiàn)了對(duì)彈黃剛度及 阻巧系數(shù)的可控，而慣容器仍停留在被動(dòng)不可變階段，因此，實(shí)現(xiàn)慣容器慣質(zhì)系數(shù)的可變及 可控迫在眉睫。
[0004] 中國專利201110295740. 9公開了一種可變慣質(zhì)系數(shù)的齒輪齒條式慣容器裝置， 其通過安裝在飛輪槽上質(zhì)量塊的移動(dòng)改變飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，實(shí)現(xiàn)慣質(zhì)系數(shù)的可變，且 可有效克服大載荷沖擊作用，然而，卻未能實(shí)現(xiàn)慣質(zhì)系數(shù)的可控。中國專利201310686427. 7 公開了一種可控慣容和阻巧磁流變慣容器裝置及控制方法，利用磁流變液從缸體左腔經(jīng)細(xì) 長管流向右腔時(shí)產(chǎn)生的巨大慣性效應(yīng)來設(shè)計(jì)慣容器，并通過改變細(xì)長管管徑調(diào)節(jié)慣容器的 慣質(zhì)系數(shù)，具有較高的研究價(jià)值，但是應(yīng)用磁流變液的慣容器與阻巧器禪合機(jī)理較為復(fù)雜， 且其模型的非線性較強(qiáng)，慣質(zhì)系數(shù)與阻巧系數(shù)的控制原理仍在進(jìn)一步探索中。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 為了解決已成慣容器的慣質(zhì)系數(shù)不可變的難題，本實(shí)用新型提出一種慣質(zhì)系數(shù)兩 級(jí)可調(diào)式慣容器，滿足工程實(shí)際應(yīng)用。
[0006] 本實(shí)用新型是通過W下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007] 慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)式慣容器，包括上吊耳、飛輪室、滾珠絲桿、行程室、飛輪、絲桿 螺母、下吊耳，所述上吊耳與飛輪室的上端較接，飛輪位于飛輪室內(nèi)、且固定在滾珠絲桿的 上端，所述滾珠絲桿另一端伸出飛輪室、并延伸入行程室內(nèi)，絲桿螺母固定在行程室的上端 面內(nèi)壁上、且與滾珠絲桿曬合，下吊耳較接在行程室的下端面上；其特征在于，所述飛輪內(nèi) 設(shè)有數(shù)個(gè)均勻分布的徑向管狀導(dǎo)槽，所述導(dǎo)槽內(nèi)設(shè)置有能夠徑向移動(dòng)的磁體子，所述飛輪 的外圈設(shè)置有與外部電源電連接的環(huán)形磁鐵線圈，所述外部電源能夠提供方向相反的直流 電。
[000引進(jìn)一步地，所述飛輪與滾珠絲桿之間通過鍵連接，所述滾珠絲桿的端部裝有位于 飛輪上部的壓緊螺母。
[0009] 進(jìn)一步地，飛輪下端與飛輪室之間設(shè)有裝于滾珠絲桿上的軸承。
[0010] 進(jìn)一步地，所述多個(gè)導(dǎo)槽內(nèi)的磁體子為等質(zhì)量的永磁體，且磁極均為徑向同向分 布。
[0011] 進(jìn)一步地，所述上吊耳安裝在振源上連接點(diǎn)，下吊耳安裝在振源下連接點(diǎn)。
[0012] 本實(shí)用新型W改變飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為技術(shù)出發(fā)點(diǎn)，利用滾珠絲桿副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將上下 往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為飛輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，獲取較大的慣性力，達(dá)到慣容器的實(shí)現(xiàn)效果。外端 電路的線圈與環(huán)形磁鐵線圈相連，在電流的作用下，環(huán)形磁鐵線圈將產(chǎn)生徑向分布的磁極， 當(dāng)環(huán)形磁鐵線圈的內(nèi)環(huán)磁極與磁體子產(chǎn)生斥力時(shí)，磁體子均分布在中屯、部位，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量較小，當(dāng)環(huán)形磁鐵線圈的內(nèi)環(huán)磁極與磁體子產(chǎn)生斥力時(shí)，磁體子均分布在飛輪邊緣部位， 此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大。改變外端電路的電流大小與方向，即可實(shí)現(xiàn)慣容器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在"大"、 "小"兩級(jí)工作模式的切換，實(shí)現(xiàn)慣質(zhì)系數(shù)可控。
[0013] 本實(shí)用新型的有益效果是；僅僅通過改變外部電源的電流大小與方向，即可實(shí)現(xiàn) 對(duì)慣容器裝置慣質(zhì)系數(shù)的可控，使其在"大"、"小"兩種慣質(zhì)系數(shù)的工作狀況下切換。實(shí)現(xiàn) 裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實(shí)用新型所述慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)式慣容器的結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖2為所述飛輪的徑向截面圖。
[0016] 圖中；
[0017] 1.上吊耳，2.飛輪室，3.環(huán)形磁鐵線圈，4.滾珠絲桿，5.行程室，6.壓緊螺母， 7.線圈通孔，8.飛輪，9.軸承，10.絲桿螺母，11.下吊耳，12.導(dǎo)槽，13.磁體子。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖W及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，但本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍并不限于此。
[0019] 如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型所述的慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)式慣容器，包括上吊耳 (1)、飛輪室（2)、滾珠絲桿（4)、行程室巧）、飛輪巧）、絲桿螺母（10)、下吊耳（11)。所述上 吊耳（1)與飛輪室（2)的上端較接，飛輪位于飛輪室內(nèi)、且固定在滾珠絲桿的上端，飛輪可 在滾珠絲桿的的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)。具體的，飛輪8與滾珠絲桿4通過鍵連接，在所述滾珠絲桿的 端部裝有位于飛輪上部的壓緊螺母化），實(shí)現(xiàn)飛輪的定位。
[0020] 飛輪做下端與飛輪室似之間設(shè)有裝于滾珠絲桿（4)上的軸承巧），軸承（9)內(nèi) 環(huán)與滾珠絲桿（4)共同轉(zhuǎn)動(dòng)，用于對(duì)滾珠絲桿（4)徑向定位。
[0021] 所述滾珠絲桿另一端伸出飛輪室、并延伸入行程室內(nèi)，絲桿螺母（10)固定在行程 室的上端面內(nèi)壁上、且與滾珠絲桿曬合，下吊耳較接在行程室的下端面上。
[0022] 在安裝時(shí)，上吊耳1安裝在振源上連接點(diǎn)，下吊耳11安裝在振源下連接點(diǎn)。當(dāng)上 吊耳1與下吊耳11之間產(chǎn)生往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，絲桿螺母10經(jīng)滾珠絲桿副將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滾 珠絲桿4與飛輪8的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可獲取較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力，飛輪8的質(zhì)量被"封裝"，由此實(shí) 現(xiàn)慣容器的物理效果。
[0023] 如圖2所示，所述飛輪內(nèi)設(shè)有數(shù)個(gè)均勻分布的徑向管狀導(dǎo)槽，所述導(dǎo)槽內(nèi)設(shè)置有 能夠徑向移動(dòng)的磁體子，所述多個(gè)導(dǎo)槽內(nèi)的磁體子（13)為等質(zhì)量的永磁體，且磁極均為徑 向同向分布。所述飛輪的外圈設(shè)置有與外部電源電連接的環(huán)形磁鐵線圈，所述外部電源能 夠提供方向相反的直流電。具體的，本實(shí)施例中，在飛輪中屯、位置設(shè)置線圈通孔7,所述環(huán)形 磁鐵線圈3經(jīng)由線圈通孔7連接外部電源。
[0024] 滾珠絲桿式慣容器慣質(zhì)系數(shù)與轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和滾珠絲桿副的螺距有關(guān)，如 下式所示： \2
[0025] b =1 - U
[0026] 其中，b為慣質(zhì)系數(shù)，P為滾珠絲桿副的螺距，I為旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)滾珠絲 桿的螺距確定后，慣質(zhì)系數(shù)的大小與轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比。
[0027] 外部電源與環(huán)形磁鐵線圈相連，在電流的作用下，環(huán)形磁鐵線圈將產(chǎn)生徑向分布 的磁極，當(dāng)環(huán)形磁鐵線圈的內(nèi)環(huán)磁極與磁體子產(chǎn)生斥力時(shí)，磁體子均分布在中屯、部位，此時(shí) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，當(dāng)環(huán)形磁鐵線圈的內(nèi)環(huán)磁極與磁體子產(chǎn)生斥力時(shí)，磁體子均分布在飛輪邊 緣部位，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大。改變外端電路的電流大小與方向，即可實(shí)現(xiàn)慣容器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在 "大"、"小"兩級(jí)工作模式的切換，實(shí)現(xiàn)慣質(zhì)系數(shù)可控。
[002引下面結(jié)合理論推導(dǎo)對(duì)實(shí)例做進(jìn)一步分析說明：
[0029] 假設(shè)磁體子13均是N級(jí)指向軸屯、。
[0030] 當(dāng)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，飛輪8隨著滾珠絲桿4 一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在離屯、力的作用下， 磁體子13處于飛輪8的外端邊緣位置，此時(shí)飛輪8的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大。但由于離屯、力并不穩(wěn) 定，飛輪8的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大小并不受控制，因此，定義此時(shí)的狀態(tài)為非控制模式。
[0031] 當(dāng)需要系統(tǒng)提供"小"慣質(zhì)系數(shù)時(shí)，改變外部電源的電流大小與方向，使得布置于 飛輪8內(nèi)部外環(huán)的環(huán)形磁鐵線圈3產(chǎn)生徑向的磁極屬性，且內(nèi)環(huán)為S級(jí)，由于異名磁極相互 吸引，當(dāng)引力大于離屯、力作用時(shí)，磁體子13均被吸附在導(dǎo)槽12里端位置，飛輪8的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量較小，此時(shí)系統(tǒng)工作在"小"慣質(zhì)系數(shù)模式下。
[0032] 當(dāng)需要系統(tǒng)提供"大"慣質(zhì)系數(shù)時(shí)，再次改變外部電源的電流大小與方向，使得布 置于飛輪8內(nèi)部外環(huán)的環(huán)形磁鐵線圈3產(chǎn)生徑向的磁極屬性，且內(nèi)環(huán)為N級(jí)，由于同名磁極 相互排斥，磁體子13均在排斥力的作用下移動(dòng)至導(dǎo)槽12的外端位置，飛輪8的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較 大，此時(shí)系統(tǒng)工作在"大"慣質(zhì)系數(shù)模式下。
[0033] 現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)慣容器慣質(zhì)系數(shù)的可變與可控研究較少，實(shí)現(xiàn)慣質(zhì)系數(shù)的可控不 僅結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜，且控制系統(tǒng)成本昂貴，機(jī)理深?yuàn)W。本實(shí)用新型僅僅通過改變外端電路電流 的大小與方向，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)慣容器裝置慣質(zhì)系數(shù)的可控，實(shí)現(xiàn)慣質(zhì)系數(shù)"大"、"小"兩級(jí)工作 模式的切換與控制，原理簡單，方案易行。
[0034] 所述實(shí)施例為本實(shí)用新型的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方 式，在不背離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見 的改進(jìn)、替換或變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)式慣容器，包括上吊耳（1)、飛輪室（2)、滾珠絲桿（4)、行程室 巧）、飛輪巧）、絲桿螺母（10)、下吊耳（11)，所述上吊耳（1)與飛輪室似的上端較接，飛 輪位于飛輪室內(nèi)、且固定在滾珠絲桿的上端，所述滾珠絲桿另一端伸出飛輪室、并延伸入行 程室內(nèi)，絲桿螺母（10)固定在行程室的上端面內(nèi)壁上、且與滾珠絲桿曬合，下吊耳較接在 行程室的下端面上；其特征在于，所述飛輪內(nèi)設(shè)有數(shù)個(gè)均勻分布的徑向管狀導(dǎo)槽，所述導(dǎo)槽 內(nèi)設(shè)置有能夠徑向移動(dòng)的磁體子，所述飛輪的外圈設(shè)置有與外部電源電連接的環(huán)形磁鐵線 圈，所述外部電源能夠提供方向相反的直流電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)式慣容器，其特征在于，所述飛輪與滾珠 絲桿之間通過鍵連接，所述滾珠絲桿的端部裝有位于飛輪上部的壓緊螺母化）。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)式慣容器，其特征在于，飛輪（8)下端與飛 輪室（2)之間設(shè)有裝于滾珠絲桿（4)上的軸承巧）。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)式慣容器，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)槽內(nèi) 的磁體子（13)為等質(zhì)量的永磁體，且磁極均為徑向同向分布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)式慣容器，其特征在于，所述上吊耳（1)安 裝在振源上連接點(diǎn)，下吊耳（11)安裝在振源下連接點(diǎn)。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種慣質(zhì)系數(shù)兩級(jí)可調(diào)式慣容器，包括上吊耳、飛輪室、滾珠絲桿、行程室、飛輪、絲桿螺母、下吊耳，所述飛輪內(nèi)設(shè)有數(shù)個(gè)均勻分布的徑向管狀導(dǎo)槽，所述導(dǎo)槽內(nèi)設(shè)置有能夠徑向移動(dòng)的磁體子，所述飛輪的外圈設(shè)置有與外部電源電連接的環(huán)形磁鐵線圈，所述外部電源能夠提供方向相反的直流電。本實(shí)用新型以改變飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為技術(shù)出發(fā)點(diǎn)，通過改變外部電源的電流大小與方向，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)慣容器慣質(zhì)系數(shù)的可控，使其在“大”、“小”兩種慣質(zhì)系數(shù)的工作狀況下切換。實(shí)現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定性強(qiáng)。
【IPC分類】F16F15-31
【公開號(hào)】CN204284306
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420698814
【發(fā)明人】陳龍, 沈鈺杰, 張孝良, 楊軍, 蔣濤
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月19日