CN105546037B - 主动控制式惯容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动控制式惯容器，主要包括由丝杆与螺母形成的螺旋传动副及由行星轮的外齿与外齿圈的内齿形成的齿轮啮合传动副。本发明采用电机作为主动控制元件，调节惯容器的输出力，从而适应变化的振动输入，拓宽惯容器的使用领域；采用行星飞轮组产生惯性作用，通过行星轮系的公转和自转双重运动，有效提高惯容器的惯容系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种惯容器，尤其涉及一种主动控制式惯容器。
背景技术
惯容器输出力与两端的相对加速度成正比，能够以小质量实现大质量的动力学特性，极大拓宽了振动控制的结构形式。然而，惯容器是两端元件，当作为动力吸振器等应用场合中的惯性元件使用时，其作用形式与单质量体有很大不同，不可避免地引起减振频段缩窄等问题。此外，固定结构的惯容器，其惯容系数也相应确定不变，不能适应变化的振动输入。再者，现有常用的单飞轮惯容器只利用单个飞轮的转动惯量，惯容系数受到限制。
如图1所示，为现有常用的单飞轮滚珠丝杠惯容器，其惯容系数为，较小。
发明内容
本发明的目的是解决目前固定结构的惯容器惯容系数不变，不能适应变化的振动输入，及单飞轮滚珠丝杠惯容器惯容系数受到限制的技术问题。
为实现以上发明目的，本发明提供一种主动控制式惯容器，上吊环与电机罩壳上端固定连接，所述电机罩壳下端与外齿圈上端固定连接，电机的外壳与所述外齿圈上端固定连接，电机转子与行星架内孔的一侧固定连接；
轴承座的上端与所述外齿圈固定连接，所述轴承座的内孔与轴承组的外圈固定连接，所述轴承组的内圈与丝杆固定连接，所述丝杆与螺母形成螺旋传动副；
所述螺母与螺母罩壳的上端固定连接，所述螺母罩壳的下端与下吊环固定连接；
所述行星架内孔的另一侧与所述丝杆的上端固定连接，所述行星架外周设有多个孔，各所述孔分别与行星轮轴的下端固定连接，所述行星轮轴的上端与行星轮轴承的内圈连接，所述行星轮轴承的外圈与行星轮连接，所述行星轮的外齿与所述外齿圈的内齿形成齿轮啮合传动副。
进一步地，所述行星架外周均匀对称设有数个孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用电机作为主动控制元件，调节惯容器的输出力，从而适应变化的振动输入，拓宽惯容器的使用领域，克服了固定结构的惯容器惯容系数不变，不能适应变化的振动输入的缺陷；本发明还采用行星飞轮组产生惯性作用，通过行星轮系的公转和自转双重运动，有效提高惯容器的惯容系数，克服了单飞轮滚珠丝杠惯容器惯容系数较小而受到限制的缺陷。
附图说明
图1是现有技术中单飞轮滚珠丝杠惯容器的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的结构示意图；
图3是图2中的A-A剖视图；
图4是本发明一个实施例的工作原理示意图。
图中，1-上吊环，2-电机罩壳，3-电机，4-外齿圈，5-电机转子，6-行星轮轴，7-轴承座，8-轴承组，9-丝杆，10-螺母罩壳，11-螺母，12-下吊环，13-行星架，14-行星轮，15-行星轮轴承。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图2和图3所示，本发明的主动控制式惯容器，上吊环1与电机罩壳2上端固定连接，电机罩壳2下端与外齿圈4上端固定连接，电机3外壳与外齿圈4上端固定连接。电机转子5与行星架13内孔的一侧固定连接。
轴承座7的上端与外齿圈4固定连接，轴承座7的内孔与轴承组8的外圈固定连接，轴承组8的内圈与丝杆9固定连接，丝杆9与螺母11形成螺旋传动副。
螺母11与螺母罩壳10的上端固定连接，螺母罩壳10的下端与下吊环12固定连接。
行星架13内孔的另一侧与丝杆9的上端固定连接，行星架13外周有数个孔，每个孔分别与行星轮轴6下端固定连接，行星轮轴6上端与行星轮轴承15的内圈连接，行星轮轴承15的外圈与行星轮14连接，行星轮14的外齿与外齿圈4的内齿形成齿轮啮合传动副。
如图2-4所示，本发明的主动控制式惯容器工作时，当上吊环1和下吊环12产生相对运动时，螺母罩壳10推动螺母11沿丝杆9运动，从而驱动丝杆9旋转，丝杆9驱动行星架13转动。行星轮14在行星架13的驱动下，通过与外齿圈4的啮合关系，形成既有公转又有自转的运动形式。行星轮14和行星架13的运动形成惯性力矩T b作用到丝杆9上，扭矩T b通过丝杆9和螺母11转换为直线方向的惯性作用力F b。
通过电机3给行星架13和丝杆9施加扭矩T A，扭矩T A通过丝杆9和螺母11转换为直线方向的主动作用力F A。
惯性作用力F b和主动作用力F A叠加，形成作用在上吊环1和下吊环12之间的总作用力F。因此主动惯容器可表达为图4所示的功能结构。
设下吊环12的位移为x 1，速度为v 1，加速度为a 1。上吊环1的位移为x 2，速度为v 2，加速度为a 2。行星架13、电机转子5、丝杆9的总转动惯量为J 1。行星轮数量N。单个行星轮14的自转转动惯量为J 2，分度圆半径r；公转转动惯量为J 3，公转半径R。行星架13、电机转子5、丝杆9相对外齿圈4的转角均为θ 1，转速均为ω 1，角加速度均为α 1。行星轮14自转转速ω 2。丝杆螺距P。根据能量守恒定律得：
（1）；
两侧同取微分得：
（2）；
根据行星轮系的转动关系得：
（3）；
根据丝杆传动关系得：
（4）；
将式（3）、（4）代入式（2）得：
（5）；
即：
（6）；
式中，，。
假设行星架13、电机转子5、丝杆9均为均质圆柱体，总质量为m 1，当量转动半径L；行星轮14为均质圆柱体，质量为m 2，得：
（7）；
将式（7）代入式（5）得：
（8）；
即本发明所述主动惯容器在不施加主动作用力，即T A=0时，惯容系数为：
；
即可通过质量(m 1+Nm 2)产生相当于质量为的质量体所能产生的动力学效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (2)
1.主动控制式惯容器，其特征在于，上吊环与电机罩壳上端固定连接，所述电机罩壳下端与外齿圈上端固定连接，电机的外壳与所述外齿圈上端固定连接，电机转子与行星架内孔的一侧固定连接；
轴承座的上端与所述外齿圈固定连接，所述轴承座的内孔与轴承组的外圈固定连接，所述轴承组的内圈与丝杆固定连接，所述丝杆与螺母形成螺旋传动副；
所述螺母与螺母罩壳的上端固定连接，所述螺母罩壳的下端与下吊环固定连接；
所述行星架内孔的另一侧与所述丝杆的上端固定连接，所述行星架外周设有多个孔，各所述孔分别与行星轮轴的下端固定连接，所述行星轮轴的上端与行星轮轴承的内圈连接，所述行星轮轴承的外圈与行星轮连接，所述行星轮的外齿与所述外齿圈的内齿形成齿轮啮合传动副。
2.如权利要求1所述的主动控制式惯容器，其特征在于，所述行星架外周均匀对称设有数个孔。
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