专利名称：可变惯质系数的齿轮齿条式惯容器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种惯容器装置，特指可变惯质系数的齿轮齿条式惯容器装置。
背景技术：
中国专利200810123830. 8公开了一种齿轮齿条式惯容器，又叫齿轮齿条惯性质量蓄能器或齿轮齿条惯性蓄能器，如同机械系统中的弹簧和阻尼器一样，这种装置不需要以惯性坐标系为参考系，是一种真正的两端点元件。在新的机电模拟理论中，通过采用该装置代替传统的质量元件，使得机械与电路系统中相模拟的元件严格对等，从而解决了机电模拟理论运用上的难题。该装置可广泛用于隔振技术领域，如车辆悬架、火车悬架、建筑物防震和吸收动力机械振动等方向。齿轮齿条式惯容器由箱体、飞轮、小齿轮轴A、大齿轮、小齿轮轴B和齿条组成，其结构形式为齿条置于箱体的导槽内，可进行平动，齿条与小齿轮轴B相啮合，大齿轮与小齿轮轴B同轴相联，并与小齿轮轴A相啮合，飞轮则与齿轮轴A同轴相联。其工作原理为 齿条和箱体可视为惯容器的两个端点，当一对外力相对作用于两个端点时，齿条相对于箱体产生平动，带动相啮合的各个齿轮转动，最终驱动飞轮旋转。此过程中，使得两端点的动能转化为飞轮的势能而储存。齿轮齿条式惯容器的动力学方程为F =其中厂表示施加在两端点上的
力、力表示惯质系数(其单位为1^)、為和、表示两端点的加速度，惯质系数可由齿轮组的转
动惯量、半径以及飞轮的转动惯量计算出。根据动力学方程，改变飞轮和齿轮组的尺寸便可得到具有合适惯质系数的齿轮齿条式惯容器。在应用过程中，齿轮齿条式惯容器由于采用勻质飞轮，其自身重量较大，且一经设计其惯质系数不可改变，尤其是在大载荷的瞬间作用下，由于内部机械惯性的作用，容易产生瞬时大阻抗而发生过载。
发明内容
为了克服齿轮齿条式惯容器自身重量大，惯质系数不可变，难以承受大载荷瞬时作用的不足，本发明设计出一种可变惯质系数的齿轮齿条式惯容器，从而解决以上问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括箱体、飞轮、小齿轮轴A、大齿轮、小齿轮轴B、齿条、导槽、圆柱体质量块和磁性套圈；齿条置于箱体上的导轨内平动，同小齿轮轴B相啮合，大齿轮与小齿轮轴B同轴相联固定于箱体上，并与小齿轮轴A相啮合， 飞轮则与小齿轮轴A同轴相联固定于箱体上，飞轮上沿径向开有圆柱状导槽，圆柱体质量块嵌套在导槽内自由沿径向滑动；在飞轮的轴心安置磁性套圈，套圈的磁力设置为可在飞轮静止时吸附质量块于飞轮轴心附近即可；所开导槽的条数，以及质量块的重量视工程实际需要的惯质系数计算而定。根据质量块的嵌套方式和形状的不同，本发明专利有另外两种具体技术方案。
方案一包括箱体、飞轮、小齿轮轴A、大齿轮、小齿轮轴B、齿条、导槽、质量块和磁性套圈。齿条和箱体可视为惯容器的两个端点，当一对作用力作用于惯容器的两个端点时， 齿条相对箱体产生平动，并带动相啮合的各个齿轮转动，最终驱动飞轮旋转；飞轮旋转的同时，导槽内的质量块在离心力的作用下沿径向运动。方案一的特点在于，将质量块设计成横截面为“工”字形的长方体，其质量块上的两凹槽与飞轮上导槽内的两边缘形成嵌套配合，质量块可在导槽内嵌套径向滑动。方案二区别于方案一之处，主要是在飞轮的导槽内，于导槽对称轴位置径向安置小导杆，将质量块设计为空心圆柱体，并穿过小导杆在导槽内径向滑动。本发明的有益效果是减少传统齿轮齿条式惯容器自重的同时，使惯容器的惯质系数随运动状态的改变而改变，并能更好地承受大载荷瞬时作用于惯容器所造成的冲击， 结构简单易行。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是可变惯质系数的齿轮齿条式惯容器正面示意图。图2是包含质量块的飞轮局部背面示意图。图3是“工”字形长方体质量块与飞轮导槽嵌套配合横截面示意图。图4是空心圆柱体质量块穿过小导杆嵌套配合示意图。图中，1.箱体，2.齿条，3.大齿轮，4.小齿轮轴B，5.小齿轮轴A，6.飞轮，7.导槽，
8.质量块，9.具有磁性的套圈，10.小导杆。
具体实施例方式在图1中，齿条2安置于箱体1的导轨内，可进行平动，齿条2和箱体1是惯容器的两个相对自由端点。齿条2与小齿轮轴B4相啮合，小齿轮轴B4和大齿轮3同轴连接固定于箱体1上，小齿轮轴A5和大齿轮3相啮合，飞轮6和小齿轮轴A5同轴连接固定于箱体1 上，在飞轮6上开出四条导槽7，导槽7的长度小于飞轮6半径，质量块8安置于导槽7内， 并进行嵌套配合，使质量块8可沿导槽7径向滑动。在图2中，飞轮6的轴心处安置具有磁性的套圈，保证静止时能够吸附质量块8于飞轮轴心附近。设小齿轮轴B4的齿轮半径为大齿轮3的半径为^，小齿轮轴A5的半径为^， 飞轮6的转动惯量为/，质量为 。为说明的简便期间，假设其它组件的质量忽略不计，箱体运动速度^=0，齿条的运动速度为^，作用于齿条的力为/V惯质系数为力，根据齿轮传动的运动特点，可以得到如下关系式
Jh^
F:去、(1)
根据惯容器动力学的定义，有
F^b Ci7-Vl^(2)
由式(1)和式(2)可知，齿轮齿条式惯容器的惯质系数，为
权利要求
1.一种可变惯质系数的齿轮齿条式惯容器装置，其特征是包括箱体(1)、飞轮(6)、小齿轮轴(A5)、大齿轮(3)、小齿轮轴(B4)、齿条(2)、导槽(7)、质量块(8)和磁性套圈(9)；齿条(2)置于箱体(1)上的导轨内平动，同小齿轮轴(B4)相啮合，大齿轮(3)与小齿轮轴(B4) 同轴相联固定于箱体(1)上，并与小齿轮轴(A5)相啮合，飞轮(6)则与小齿轮轴(A5)同轴相联固定于箱体(1)上，飞轮(6)上沿径向开有导槽(7)，所述四条导槽(7)长度小于飞轮 (6)半径，质量块(8)在导槽(7)内沿径向自由滑动，在飞轮(6)的轴心安置磁性套圈(9)。
2.根据权利要求1所述的可变惯质系数的齿轮齿条式惯容器装置，其特征是所述磁性套圈(9)的磁力在飞轮静止时将质量块(8)吸附在导槽(7)的飞轮(6)轴心一端。
3.根据权利要求1或2所述的可变惯质系数的齿轮齿条式惯容器，其特征是所述导槽(7)为圆柱状，质量块(8)为圆柱体，质量块(8)嵌套在导槽(7)内沿径向自由滑动。
4.根据权利要求1或2所述的可变惯质系数的齿轮齿条式惯容器，其特征是所述质量块(8)为横截面呈“工”字形的长方体，质量块(8)上的两凹槽与飞轮上导槽内设置的两边缘形成嵌套配合，质量块(8)在导槽(7)内沿径向自由滑动。
5.根据权利要求1或2所述的可变惯质系数的齿轮齿条式惯容器，其特征是还包括小导杆(10)，所述导槽(7)的对称轴位置径向安置小导杆(10)，质量块(8)为空心圆柱体， 并穿过小导杆，质量块(8)在导槽(7)内沿径向自由滑动。
全文摘要
一种可变惯质系数的齿轮齿条式惯容器装置。它是在惯容器的飞轮上开出导槽，嵌套配置可在导槽内自由径向运动的质量块，并在飞轮轴心处安置磁性套圈，可在静止时吸附质量块于飞轮轴心附近。当一对外力相对作用于惯容器的两个端点时，齿条间接带动固定于箱体上的飞轮旋转，离心力使质量块径向运动，实现惯质系数随运动状态而改变，减缓大载荷瞬时作用而产生的冲击，并可减少惯容器的自重，结构简单可行。
文档编号F16F15/31GK102506122SQ201110295740
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月8日 优先权日2011年10月8日
发明者张孝良, 杨晓峰, 汪若尘, 陈龙 申请人:江苏大学