本發(fā)明涉及工程隔振，特別是一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器及控制方法。

背景技術(shù)：

1、作為兩端點慣性元件，慣容器的提出為隔振技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供了新的思路；將慣容器引入車輛懸架系統(tǒng)中，為基于“彈簧-阻尼”的傳統(tǒng)懸架結(jié)構(gòu)提供質(zhì)量阻抗特性，有效提升了車輛懸架系統(tǒng)的隔振性能；其中，慣容器的實現(xiàn)形式有滾珠絲杠式、齒輪齒條式以及液力式；準零剛度隔振理論以其動剛度趨于零的特性，在工程隔振領域具有優(yōu)異性能。現(xiàn)有準零剛度隔振器一般由正剛度彈簧承受載荷，負剛度機構(gòu)抵消正剛度彈簧的剛度，使系統(tǒng)的動剛度趨于零；正剛度一般由彈簧提供，負剛度機構(gòu)有多種形式，例如斜置或水平彈簧、電磁彈簧、雙穩(wěn)定層合板、菱形機構(gòu)及x形機構(gòu)等；

2、當前技術(shù)所存在的缺陷及弊端：車輛行駛過程中，載荷、車速、路況等行駛狀態(tài)會有較大變化，而不同工況對車輛的平順性和操縱穩(wěn)定性有著不同的要求，懸架特性也要相應改變；應用準零剛度控制能夠有效提高懸架隔振性能，但現(xiàn)有準零剛度隔振器均存在結(jié)構(gòu)復雜、安裝困難等問題，且被動慣容器結(jié)構(gòu)參數(shù)固化，無法實現(xiàn)慣質(zhì)系數(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)，不能滿足多種不同工況下車輛的隔振需求；

3、鑒于上述情況，有必要對現(xiàn)有的隔振技術(shù)加以改進，使其能夠適應現(xiàn)在對車輛隔振使用的需要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、實現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器，包括殼體、設置于殼體內(nèi)的電磁離合器、與電磁離合器連接的飛輪、與飛輪連接的輸出錐齒輪、設置于輸出錐齒輪兩側(cè)且與輸出錐齒輪分別嚙合連接的行星錐齒輪、與行星錐齒輪嚙合連接的輸入錐齒輪、與輸入錐齒輪連接的絲杠、設置于絲杠上且與其連接的絲杠螺母，所述絲杠螺母與絲杠形成滾珠絲杠副，所述行星錐齒輪、輸出錐齒輪、輸入錐齒輪外側(cè)設有轉(zhuǎn)子殼體，兩側(cè)的行星錐齒輪之間設有轉(zhuǎn)子齒輪軸，所述轉(zhuǎn)子齒輪軸的兩端安裝在轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子殼體外側(cè)設有轉(zhuǎn)子磁體，所述殼體內(nèi)對應轉(zhuǎn)子磁體位置固定設有定子繞組，所述殼體的上端、絲杠螺母下端設有固定吊耳。

2、對本技術(shù)方案的進一步補充，所述輸入錐齒輪與絲杠的上端固定連接且通過絲杠軸承與殼體內(nèi)表面連接。

3、對本技術(shù)方案的進一步補充，所述輸出錐齒輪與飛輪一端固定連接且通過飛輪軸承與殼體內(nèi)表面連接。

4、對本技術(shù)方案的進一步補充，所述飛輪另一端與電磁離合器輸入端固定連接且電磁離合器輸出端與殼體固定連接。

5、對本技術(shù)方案的進一步補充，所述行星錐齒輪通過軸承連接到轉(zhuǎn)子齒輪軸上，所述轉(zhuǎn)子齒輪軸的兩端固定安裝于轉(zhuǎn)子殼體上。

6、對本技術(shù)方案的進一步補充，所述轉(zhuǎn)子殼體通過上下兩個轉(zhuǎn)子軸承分別與輸入錐齒輪、輸出錐齒輪連接。

7、對本技術(shù)方案的進一步補充，所述轉(zhuǎn)子磁體固定安裝在轉(zhuǎn)子殼體上。

8、對本技術(shù)方案的進一步補充，所述定子繞組、轉(zhuǎn)子磁體、轉(zhuǎn)子殼體共同構(gòu)成旋轉(zhuǎn)電機。

9、一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器的控制方法，包括半主動控制模式、饋能模式、主動控制模式三種工作模式。

10、對本技術(shù)方案的進一步補充，所述半主動控制模式的具體控制方法為：做直線往復運動時，電磁離合器斷開，飛輪和輸出錐齒輪具有相對殼體旋轉(zhuǎn)的自由度，絲杠螺母相對殼體做直線運動，帶動絲杠與輸入錐齒輪繞自身軸線轉(zhuǎn)動，輸入錐齒輪帶動行星錐齒輪、輸出錐齒輪及飛輪繞自身軸線轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)慣性封裝；當電流流過定子繞組，依據(jù)電磁感應定律，在磁場作用下轉(zhuǎn)子磁體帶動轉(zhuǎn)子殼體繞自身軸線轉(zhuǎn)動，從而帶動行星錐齒輪繞轉(zhuǎn)子殼體軸線轉(zhuǎn)動，改變輸入錐齒輪與輸出錐齒輪之間的傳動比，實現(xiàn)慣質(zhì)系數(shù)的改變；

11、所述饋能模式的具體控制方法為：做直線往復運動時，電磁離合器結(jié)合，飛輪和輸出錐齒輪與殼體固定連接，絲杠螺母相對殼體做直線運動，帶動絲杠與輸入錐齒輪繞自身軸線轉(zhuǎn)動，由于輸出錐齒輪與殼體固定連接無法轉(zhuǎn)動，輸入錐齒輪驅(qū)動行星錐齒輪自轉(zhuǎn)的同時繞轉(zhuǎn)子殼體公轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)子殼體與轉(zhuǎn)子磁體繞自身軸線轉(zhuǎn)動，使得轉(zhuǎn)子磁場切割定子繞組，定子繞組產(chǎn)生反電動勢，將振動能量轉(zhuǎn)化為電能，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)振動能量的回收；

12、所述主動模式的具體控制方法為：做直線往復運動時，電磁離合器結(jié)合，飛輪和輸出錐齒輪與殼體固定連接，定子繞組通入電流產(chǎn)生磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁體及轉(zhuǎn)子殼體繞自身軸線轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子殼體帶動行星錐齒輪自轉(zhuǎn)的同時繞轉(zhuǎn)子殼體公轉(zhuǎn)，由于輸出錐齒輪與殼體固定連接無法轉(zhuǎn)動，行星錐齒輪驅(qū)動輸入錐齒輪與絲杠繞自身軸線轉(zhuǎn)動，將旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩通過滾珠絲杠副轉(zhuǎn)化為絲杠螺母的直線輸出力，從而實現(xiàn)裝置主動控制。

13、其有益效果在于，基于準零剛度慣容控制策略，控制電磁離合器嚙合斷開和旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)動方向，能夠?qū)崿F(xiàn)“半主動控制”“饋能”及“主動控制”三種不同工作模式；當電磁離合器嚙合時，裝置工作在“饋能”模式下，利用滾珠絲杠將直線運動轉(zhuǎn)換為齒輪旋轉(zhuǎn)運動，帶動旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)系統(tǒng)的振動能量回收。相較于直線電機，利用錐齒輪的差速傳動特性能夠提高電機饋能功率。當電磁離合器斷開，旋轉(zhuǎn)電機與行星齒輪轉(zhuǎn)動方向相同時，裝置工作在“半主動控制”模式下，通過控制旋轉(zhuǎn)電機與行星齒輪公轉(zhuǎn)相對轉(zhuǎn)速變化，改變飛輪轉(zhuǎn)動速度，實現(xiàn)裝置慣質(zhì)系數(shù)無級可調(diào)；當旋轉(zhuǎn)電機與行星齒輪轉(zhuǎn)動方向相反時，裝置切換為“主動控制”模式，旋轉(zhuǎn)電機作為力發(fā)生器，電機轉(zhuǎn)矩通過錐齒輪及滾珠絲杠對振動系統(tǒng)進行主動控制，有效解決了準零剛度控制下慣質(zhì)系數(shù)小于零的主動實現(xiàn)問題，本發(fā)明滿足了準零剛度慣容控制策略對懸架慣性力的不同要求。

技術(shù)特征：

1.一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器，其特征在于，包括殼體(1)、設置于殼體(1)內(nèi)的電磁離合器(2)、與電磁離合器(2)連接的飛輪(4)、與飛輪(4)連接的輸出錐齒輪(11)、設置于輸出錐齒輪(11)兩側(cè)且與輸出錐齒輪(11)分別嚙合連接的行星錐齒輪(12)、與行星錐齒輪(12)嚙合連接的輸入錐齒輪(14)、與輸入錐齒輪(14)連接的絲杠(9)、設置于絲杠(9)上且與其連接的絲杠螺母(10)，所述絲杠螺母(10)與絲杠(9)形成滾珠絲杠副，所述行星錐齒輪(12)、輸出錐齒輪(11)、輸入錐齒輪(14)外側(cè)設有轉(zhuǎn)子殼體(7)，兩側(cè)的行星錐齒輪(12)之間設有轉(zhuǎn)子齒輪軸(13)，所述轉(zhuǎn)子齒輪軸(13)的兩端安裝在轉(zhuǎn)子殼體(7)內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子殼體(7)外側(cè)設有轉(zhuǎn)子磁體(6)，所述殼體(1)內(nèi)對應轉(zhuǎn)子磁體(6)位置固定設有定子繞組(5)，所述殼體(1)的上端、絲杠螺母(10)下端設有固定吊耳。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器，其特征在于，所述輸入錐齒輪(14)與絲杠(9)的上端固定連接且通過絲杠軸承(8)與殼體(1)內(nèi)表面連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器，其特征在于，所述輸出錐齒輪(11)與飛輪(4)一端固定連接且通過飛輪軸承(3)與殼體(1)內(nèi)表面連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器，其特征在于，所述飛輪(4)另一端與電磁離合器(2)輸入端固定連接且電磁離合器(2)輸出端與殼體(1)固定連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器，其特征在于，所述行星錐齒輪(12)通過軸承連接到轉(zhuǎn)子齒輪軸(13)上，所述轉(zhuǎn)子齒輪軸(13)的兩端固定安裝于轉(zhuǎn)子殼體(7)上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子殼體(7)通過上下兩個轉(zhuǎn)子軸承(15)分別與輸入錐齒輪(14)、輸出錐齒輪(11)連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子磁體(6)固定安裝在轉(zhuǎn)子殼體(7)上。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器，其特征在于，所述定子繞組(5)、轉(zhuǎn)子磁體(6)、轉(zhuǎn)子殼體(7)共同構(gòu)成旋轉(zhuǎn)電機。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器的控制方法，其特征在于，包括半主動控制模式、饋能模式、主動控制模式三種工作模式。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器的控制方法，其特征在于，所述半主動控制模式的具體控制方法為：做直線往復運動時，電磁離合器(2)斷開，飛輪(4)和輸出錐齒輪(11)具有相對殼體(1)旋轉(zhuǎn)的自由度，絲杠螺母(10)相對殼體(1)做直線運動，帶動絲杠(9)與輸入錐齒輪(14)繞自身軸線轉(zhuǎn)動，輸入錐齒輪(14)帶動行星錐齒輪(12)、輸出錐齒輪(11)及飛輪(4)繞自身軸線轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)慣性封裝；當電流流過定子繞組(5)，依據(jù)電磁感應定律，在磁場作用下轉(zhuǎn)子磁體(6)帶動轉(zhuǎn)子殼體(7)繞自身軸線轉(zhuǎn)動，從而帶動行星錐齒輪(12)繞轉(zhuǎn)子殼體(7)軸線轉(zhuǎn)動，改變輸入錐齒輪(14)與輸出錐齒輪(11)之間的傳動比，實現(xiàn)慣質(zhì)系數(shù)的改變；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于差速傳動的可調(diào)慣容器及控制方法，可調(diào)慣容器包括殼體、設置于殼體內(nèi)的電磁離合器、與電磁離合器連接的飛輪、與飛輪連接的輸出錐齒輪、設置于輸出錐齒輪兩側(cè)且與輸出錐齒輪分別嚙合連接的行星錐齒輪、與行星錐齒輪嚙合連接的輸入錐齒輪、與輸入錐齒輪連接的絲杠、設置于絲杠上且與其連接的絲杠螺母，行星錐齒輪、輸出錐齒輪、輸入錐齒輪外側(cè)設有轉(zhuǎn)子殼體，兩側(cè)的行星錐齒輪之間設有轉(zhuǎn)子齒輪軸，轉(zhuǎn)子齒輪軸的兩端安裝在轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)子殼體外側(cè)設有轉(zhuǎn)子磁體，殼體內(nèi)對應轉(zhuǎn)子磁體位置固定設有定子繞組，殼體的上端、絲杠螺母下端設有固定吊耳；有益效果是，滿足了準零剛度慣容控制策略對懸架慣性力的不同要求。

技術(shù)研發(fā)人員：沈鈺杰,彭宇,馬森磊,王鵬宇,張?zhí)煲?王敏麗,鄭茜,施泠竹,楊曉峰,夏孜霖
受保護的技術(shù)使用者：江蘇大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6