一种电磁式凸轮惯容系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电磁式凸轮惯容系统，该系统包括固定轴(1)、空心旋转筒(2)、移动轴(3)、传动轴(4)、内磁体套筒(6)和外磁体套筒(5)，所述的空心旋转筒(2)与固定轴(1)连接，所述的内磁体套筒(6)和外磁体套筒(5)分别设于空心旋转筒(2)内外，并固定在固定轴(1)上，所述的移动轴(3)与传动轴(4)连接，所述的传动轴(4)与固定轴(1)连接。与现有技术相比，本发明专利技术采用一种空间凸轮式惯容来实现力惯性学行为，其机械形式简单，易于实施；将该惯容系统与电磁学原理结合，在惯容系统旋转筒内外增加磁体套筒，通过旋转筒的高速旋转来切割磁感线产生阻尼；该惯容系统兼具惯容器及阻尼器特征。该惯容系统兼具惯容器及阻尼器特征。该惯容系统兼具惯容器及阻尼器特征。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁式凸轮惯容系统


[0001]本专利技术属于振动控制
，涉及一种电磁式凸轮惯容系统。

技术介绍

[0002]目前已有多种实现机制能过模拟惯容的力学行为，如滚珠丝杠型惯容、齿轮齿条型惯容、调谐液体型惯容等。其中，利用平动到转动的运动形式转换装置主要为滚珠丝杠式和齿轮齿条式，现有的惯容及惯容系统相关专利也多采用这种形式。齿轮齿条式惯容主要通过齿轮与齿条之间的啮合来实现运动的转换，这种形式对惯容系数的放大效果较弱。而滚珠丝杠式惯容虽然能够实现更优越的质量增效效果，但是其机械构造复杂，需要的加工精度高，制作成本高。
[0003]中国专利CN113083649A公开了一种空间凸轮式惯容器，所述惯容器包括固定轴、旋转筒和可移动的移动杆，所述旋转筒套设在固定轴外，所述旋转筒的外侧壁上沿周向设有螺旋通槽，所述移动杆垂直于固定轴的轴线设置，所述移动杆的端部沿固定轴的轴线方向可移动地位于螺旋通槽中。该专利的惯容器运行时产生惯性力，即产生与惯容器两端相对加速度成比例的力，能够实现质量强增效。但是，该专利在运行时仅存在惯容器的特征，具有一定的调谐作用，却没有阻尼特征，不能耗散输入的能量，在实际应用时难以达到，或需要更多的制造成本达到与兼具惯容器与阻尼器双重性能的装置一致的减震效果。
[0004]中国专利CN114135635A公开了电磁调谐惯容减振装置，包括底座、固定设置在底座上的台座以及水平移动设置在底座上的调谐质量块，台座上设有电磁飞轮式惯性质量放大机构，该电磁飞轮式惯性质量放大机构的一端与调谐质量块相连。该专利一定程度上能够实现惯容系数增效作用，但是该专利本质上是利用滚珠丝杠机制实现平动输入到飞轮转动的转化，进而实现惯容行为，该装置在运行过程中螺母与丝杠相扣的部分应力较高，因此该装置对螺母及滚珠的材质要求高，且装置结构本身也较为复杂，对螺母、丝杆螺纹、滚珠的加工精度要求都较高。此外，该装置在台座上附设永磁体，利用固定在飞轮上的导体铜板来切割磁感线，进而产生电磁阻尼。然而，这种永磁体布置方式所能够在导体铜板附近产生的磁场强度有限，电磁阻尼的产生效率较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电磁式凸轮惯容系统，本专利技术利用凸轮机械形式实现惯容力学行为的同时切割磁感线产生电磁阻尼，使得该系统不仅具有惯性特征，还具有阻尼特征。在实际应用中，该系统不仅具有惯容器的吸能特性，同时还具有阻尼器耗能特性，二者的组合还能够增强阻尼部分的耗能，具有高效减震的能力。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种电磁式凸轮惯容系统，该系统包括固定轴、空心旋转筒、移动轴、传动轴、内磁体套筒和外磁体套筒，所述的空心旋转筒与固定轴连接，所述的内磁体套筒和外磁体套筒
分别设于空心旋转筒内外，并固定在固定轴上，所述的移动轴与传动轴连接，所述的传动轴与固定轴连接。
[0008]进一步地，所述的空心旋转筒侧壁开有螺旋通槽。
[0009]进一步地，所述的内磁体套筒和外磁体套筒在过固定轴的横截面上开有直通槽。
[0010]进一步地，所述的传动轴穿过螺旋通槽和直通槽，该螺旋通槽和直通槽宽度与传动轴适配，所述的传动轴可在螺旋通槽和直通槽内滑动。
[0011]进一步地，所述的内磁体套筒和外磁体套筒上分别布置有永磁体，在二者间产生磁场。
[0012]进一步地，所述永磁体的材质为钕铁硼磁铁或铁氧体磁铁，应根据实际情况进行材料的选用。
[0013]进一步地，所述的空心旋转筒通过转动套筒与固定轴连接。
[0014]进一步地，所述的传动轴通过滑动套筒与固定轴连接。
[0015]空心旋转筒与固定轴可以产生相对转动，不可产生相对滑动；传动轴与固定轴可以产生相对滑动，不可产生相对转动。
[0016]所述空心旋转筒的直径和长度应根据装置的目标性能选取，所述固定轴的直径和长度应根据空心旋转筒的直径和长度选取，所述内磁体套筒的直径和长度应根据空心旋转筒的直径和长度选取，并小于空心旋转筒的直径和长度，所述外磁体套筒的直径和长度应根据空心旋转筒的直径和长度选取，并大于空心旋转筒的直径和长度，所述传动轴的直径和长度应满足设计水平荷载下的强度要求，所述移动轴的直径应满足设计水平荷载下的强度要求，长度应根据实际安装空间选取。
[0017]进一步地，所述固定轴、传动轴、移动轴、内磁体套筒和外磁体套筒的材质为韧性良好且强度较高的坚硬固体材料，包括钢或铝合金，所述空心旋转筒的材质为导电性能良好的材料，包括钢、铜或铝，应根据实际情况进行材料的选用。
[0018]进一步地，所述的移动轴连同传动轴沿固定轴方向发生水平运动，并带动空心旋转筒产生旋转运动。
[0019]整个过程中，将移动轴的水平运动转化为空心旋转筒的旋转运动，能够实现惯容元件的两端点惯性特征；空心旋转筒在旋转的过程中切割磁体套筒之间的磁感线产生电磁阻尼。
[0020]本专利技术提出一种电磁式凸轮惯容系统。该系统能够实现运动形式由平动到转动的转换，进而实现惯容元件的两端点惯性特征；系统的旋转部分在旋转的过程中切割永磁体的磁感线，进而产生电磁阻尼。这种惯容系统的出力包含惯容元件的出力和电磁阻尼力。惯容元件部分的性能参数可以通过调整旋转空心筒螺旋通槽的螺旋曲线来进行调整，电磁阻尼元件部分的性能参数则可以通过调整磁体套筒永磁体的磁性来进行调整。
[0021]所述电磁式凸轮惯容系统的惯容系数及出力推导过程如下：
[0022]假定空心旋转筒的外径为R，厚度为t，螺距为s，长度为l，材料密度为ρ；筒上螺旋通槽的宽度为b，旋转圈数为n。当移动轴的水平加速度为
ü
时，空心旋转筒的旋转角加速度为
[0023][0024]无螺旋通槽的空心旋转筒的转动惯量为
[0025][0026]式中，m1表示无螺旋通槽的空心旋转筒的质量，为
[0027]m1＝ρgV1ꢀꢀ
(3)
[0028]其中，g表示重力加速度，V1表示无螺旋通槽的空心旋转筒的体积，为
[0029]V1＝π[R2‑
(R
‑
t)2]l
ꢀꢀ
(4)
[0030]将式(3)和(4)代入(2)可得
[0031][0032]所述有螺旋通槽的空心旋转筒转动惯量可近似估算为
[0033][0034]式中，V表示有螺旋通槽的空心旋转筒的体积，V2表示螺旋通槽的体积。螺旋通槽的体积V2可表示为
[0035][0036]式(5)和(7)代入(6)，可得
[0037][0038]当所述有螺旋通槽的空心旋转筒以旋转角加速度做旋转运动时，产生的弯矩为
[0039][0040]若忽略所述电磁式惯容系统的电磁阻尼部分，根据力的平衡原理，此时移动轴上施加的水平力F
in
为该系统的惯容部分出力，与所述有螺旋通槽的空心旋转筒所产生的弯矩M之间的关系为
[0041]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁式凸轮惯容系统，其特征在于，该系统包括固定轴(1)、空心旋转筒(2)、移动轴(3)、传动轴(4)、内磁体套筒(6)和外磁体套筒(5)，所述的空心旋转筒(2)与固定轴(1)连接，所述的内磁体套筒(6)和外磁体套筒(5)分别设于空心旋转筒(2)内外，并固定在固定轴(1)上，所述的移动轴(3)与传动轴(4)连接，所述的传动轴(4)与固定轴(1)连接。2.根据权利要求1所述的一种电磁式凸轮惯容系统，其特征在于，所述的空心旋转筒(2)侧壁开有螺旋通槽。3.根据权利要求2所述的一种电磁式凸轮惯容系统，其特征在于，所述的内磁体套筒(6)和外磁体套筒(5)在过固定轴(1)的横截面上开有直通槽。4.根据权利要求3所述的一种电磁式凸轮惯容系统，其特征在于，所述的传动轴(4)穿过螺旋通槽和直通槽，该螺旋通槽和直通槽宽度与传动轴(4)适配。5.根据权利要求1所述的一种电磁式凸轮惯容系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞甫，吴敏君，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：