一种基于飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器
阅读说明：本技术 一种基于飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器 (Anti-impact inertial container based on coaxial series connection of flywheel and spring ) 是由 王勇 靳献宇 田翔 叶青 汪若尘 于 2021-06-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器,包括固定轴,推力圆柱滚子轴承A,推力圆柱滚子轴承B,锥形弹簧A,锥形弹簧B,飞轮盘A,飞轮盘B,固定圈,平面涡卷弹簧,ECU等。该装置将输入的直线运动转化为飞轮的往复旋转运动。当外力通过液压系统均匀地作用在推力圆柱滚子轴承上时,推力圆柱滚子轴承压缩锥形弹簧带动飞轮盘旋转,ECU结合系统基本参数使得飞轮盘与涡卷弹簧结合,从而产生惯性效应。采用原件融合的方法,将串联的飞轮盘与弹簧元件设计为一个等效的防冲击惯容器装置,可以有效解决飞轮盘和弹簧元件空间布置问题。由于涡卷弹簧的结构特点,使得该装置能够承受大载荷冲击。(The invention relates to an anti-impact inertial container based on coaxial serial connection of a flywheel and a spring, which comprises a fixed shaft, a thrust cylindrical roller bearing A, a thrust cylindrical roller bearing B, a conical spring A, a conical spring B, a flywheel disc A, a flywheel disc B, a fixed ring, a plane volute spring, an ECU and the like. The device converts the input linear motion into the reciprocating rotary motion of the flywheel. When external force is uniformly applied to the thrust cylindrical roller bearing through the hydraulic system, the thrust cylindrical roller bearing compresses the conical spring to drive the flywheel disc to rotate, and the ECU combines basic parameters of the system to enable the flywheel disc to be combined with the volute spiral spring, so that an inertia effect is generated. By adopting an original fusion method, the flywheel disc and the spring element which are connected in series are designed into an equivalent impact-resistant inertial container device, so that the problem of spatial arrangement of the flywheel disc and the spring element can be effectively solved. Due to the structural characteristics of the spiral spring, the device can bear large load impact.)
技术领域
本发明涉及工程减振及车辆悬架领域，特指一种基于飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器。
背景技术
随着汽车制造技术的不断发展与完善，人们对汽车乘坐舒适性的要求越来越高，汽车振动问题也被更多的人关注。汽车悬架作为主要的减振系统，对车辆的行驶平顺性，操纵稳定性和乘坐舒适性起到了至关重要的作用。然而以“弹簧-阻尼”为核心元件的传统悬架性能提高已逐渐陷入瓶颈。惯容器的加入，构建了“惯容-弹簧-阻尼”结构的悬架系统新体系，突破了传统悬架系统形式，为悬架系统提供了新的设计思路和发展方向。
惯容器是一种具有两个端子的机械装置，具有相位超前及通高频、阻低频的特性。自2002年英国剑桥大学Smith教授提出以来，惯容器的形式与种类得到了快速的发展。惯容器的引入实现了机械与电子网络之间严格地对应，客观上促进了机械网络的发展。目前，惯容器较为成熟的实现形式有机械式和液压式，机械式中又包含滚珠丝杠式和齿轮齿条式，其结构特点是通过运动转换机构将质量块或飞轮的质量进行放大，由此获取较大的“虚质量”，实现对惯性质量的封装。弹簧与飞轮相结合起来的惯容器结构融合了两个组件的优点，将输入的直线运动转化为飞轮的往复旋转运动。当外力通过液压系统均匀地作用在推力圆柱滚子轴承上时，推力圆柱滚子轴承压缩锥形弹簧带动飞轮盘旋转，ECU结合系统基本参数使得飞轮盘与涡卷弹簧结合，从而产生惯性效应。采用原件融合的方法，将串联的飞轮盘与弹簧元件设计为一个等效的防冲击惯容器装置，可以有效解决飞轮盘和弹簧元件空间布置问题。由于涡卷弹簧外端紧压在固定圈的槽中，当冲击力达到临界值时，涡卷弹簧外端自动弹到下一个槽中，保证了系统的安全，使得该装置能够承受大载荷冲击。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，以及丰富惯容器的形式，本发明提供一种基于飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器装置。采用原件融合的方法，将串联的飞轮盘与弹簧元件设计为一个等效的防冲击惯容器装置，可以有效解决飞轮盘和弹簧元件空间布置问题。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种基于飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器，包括推力圆柱滚子轴承A(1)、锥形弹簧A(2)、伸缩杆A(3)、飞轮盘A(4)、传感器(5)、深沟球轴承A(6)、右涡卷弹簧(7)、左涡卷弹簧(8)、深沟球轴承B(9)、飞轮盘B(10)、锥形弹簧B(11)、推力圆柱滚子轴承B(12)、固定轴(13)、伸缩杆B(14)、执行装置(15)、固定圈(16)、ECU(17)；
所述固定轴(13)由一体成型的螺纹轴与对称设置的深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)组成；所述深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)之间设有固定圈(16)，所述深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)外圈装配有螺纹，所述深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)内圈与固定轴(13)固连；
所述固定轴(13)的一端设有推力圆柱滚子轴承A(1)，所述推力圆柱滚子轴承A(1)靠近固定圈(16)的一端与锥形弹簧A(2)固连，所述锥形弹簧A(2)另一端与飞轮盘A(4)固连；
所述固定轴(13)的另一端设有推力圆柱滚子轴承B(12)，推力圆柱滚子轴承B(12)靠近固定圈(16)的一端与锥形弹簧B(11)固连；锥形弹簧B(11)另一端与飞轮盘B(10)固连；
所述固定圈(16)其上开有凹槽与螺栓孔并且与外部机构相连，所述左涡卷弹簧(8)外端与右涡卷弹簧(7)平行并列放置，所述右涡卷弹簧(7)内端挂钩与飞轮盘A(4)上带有伸缩杆(3)的卡槽到固定轴(13)距离相等，所述左涡卷弹簧(8)内端挂钩与飞轮盘B(10)上带有伸缩杆(14)的卡槽到固定轴(13)距离相等。
进一步，所述推力圆柱滚子轴承A(1)，锥形弹簧A(2)，飞轮盘A(4)，右涡卷弹簧(7)，左涡卷弹簧(8)，飞轮盘B(10)，锥形弹簧B(11)，推力圆柱滚子轴承B(12)始终保持同心，即几何中心在一条直线上，推力圆柱滚子轴承A(1)，推力圆柱滚子轴承B(12)大小形状相同；锥形弹簧A(2)，锥形弹簧B(11)大小形状相同；飞轮盘A(4)，飞轮盘B(10)大小形状相同但螺纹螺旋方向相反。
进一步，所述固定轴(13)上有螺旋方向相同，螺距相等的螺纹，螺纹线长度沿固定轴(13)中心横切面对称分布。
进一步，深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)内圈与固定轴(13)固连，且深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)外圈的螺纹螺旋方向与固定轴(13)的螺纹螺旋方向相同，深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)外圈直径与固定轴(13)直径相等，深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)沿固定轴(13)中心横切面对称分布。
进一步，左涡卷弹簧(8)与右涡卷弹簧(7)平行同轴且高度相同；左涡卷弹簧(8)与右涡卷弹簧(7)外端放在固定圈卡槽内。
进一步，深沟球轴承A(6)厚度与飞轮盘A(4)厚度相等，深沟球轴承B(9)厚度与飞轮盘B(10)厚度相等。
进一步，深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)、伸缩杆A(3)、伸缩杆B(14)与执行装置(15)相连，所述执行装置(15)与ECU(17)相连，ECU(17)与传感器(5)相连。
进一步，当外力通过液压系统均匀地作用在推力圆柱滚子轴承上时，推力圆柱滚子轴承压缩锥形弹簧带动飞轮盘旋转，ECU(17)结合系统基本参数使得飞轮盘与涡卷弹簧的结合，从而产生惯性效应。
本发明的有益效果为：该装置将输入的直线运动转化为飞轮的往复旋转运动。当外力通过液压系统均匀地作用在推力圆柱滚子轴承上时，推力圆柱滚子轴承压缩锥形弹簧带动飞轮盘旋转，ECU结合系统基本参数使得飞轮盘与涡卷弹簧的结合，从而产生惯性效应。采用原件融合的方法，将串联的飞轮盘与弹簧元件设计为一个等效的防冲击惯容器装置，可以有效解决飞轮盘和弹簧元件空间布置问题。由于涡卷弹簧外端紧压在固定圈的槽中，当冲击力达到临界值时，涡卷弹簧外端自动弹到下一个槽中，保证了系统的安全，使得该装置能够承受大载荷冲击。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1为本发明所述飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器的结构剖面图；
图2为本发明所述飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器的固定圈左视图与正视图；(a)为固定圈正视图；(b)为固定圈左视图；
图3为本发明所述飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器的固定轴剖面图；
图4为本发明所述飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器的左平面涡卷弹簧；
图5为本发明所述飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器的右平面涡卷弹簧；
图6为本发明所述飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器的伸缩杆图；
图7为本发明所述飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器的ECU调节示意图；
图中：1、推力圆柱滚子轴承A，2、锥形弹簧A，3、伸缩杆A，4、飞轮盘A，5、传感器，6、深沟球轴承A，7、右涡卷弹簧，8、左涡卷弹簧，9、深沟球轴承B，10、飞轮盘B，11、锥形弹簧B，12、推力滚子轴承B，13、固定轴，14、伸缩杆B，15、执行装置，16、固定圈，17、ECU。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。如图1所示，一种基于飞轮与弹簧同轴串联的防冲击惯容器，包括推力圆柱滚子轴承A(1)、锥形弹簧A(2)、伸缩杆A(3)、飞轮盘A(4)、传感器(5)、深沟球轴承A(6)、右涡卷弹簧(7)、左涡卷弹簧(8)、深沟球轴承B(9)、飞轮盘B(10)、锥形弹簧B(11)、推力圆柱滚子轴承B(12)、固定轴(13)、伸缩杆B(14)、执行装置(15)、固定圈(16)、ECU(17)；
所述推力圆柱滚子轴承A(1)一端与锥形弹簧A(2)固连，推力圆柱滚子轴承B(12)与锥形弹簧B(11)固连；所述锥形弹簧A(2)另一端与飞轮盘A(4)固连，锥形弹簧B(11)另一端与飞轮盘B(10)固连；
所述固定轴(13)由一体成型的螺纹轴与深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)组成；所述深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)外圈装配有螺纹，所述深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)内圈与固定轴(13)固连；
所述固定圈(16)其上开有凹槽与螺栓孔并且与外部机构相连，所述左涡卷弹簧(8)外端与右涡卷弹簧(7)平行并列放置，所述右涡卷弹簧(7)内端挂钩与飞轮盘A(4)上带有伸缩杆(3)的卡槽到固定轴(13)距离相等，所述左涡卷弹簧(8)内端挂钩与飞轮盘B(10)上带有伸缩杆(14)的卡槽到固定轴(13)距离相等。
进一步，所述推力圆柱滚子轴承A(1)，锥形弹簧A(2)，飞轮盘A(4)，右涡卷弹簧(7)，左涡卷弹簧(8)，飞轮盘B(10)，锥形弹簧B(11)，推力圆柱滚子轴承B(12)始终保持同心，即几何中心在一条直线上。推力圆柱滚子轴承A(1)，推力圆柱滚子轴承B(12)大小形状相同；锥形弹簧A(2)，锥形弹簧B(11)大小形状相同；飞轮盘A(4)，飞轮盘B(10)大小形状相同但螺纹螺旋方向相反。
进一步，所述固定轴(13)上有螺旋方向相同，螺距相等的螺纹，螺纹线长度沿固定轴(13)中心横切面对称分布。
进一步，所述深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)内圈与固定轴(13)固连，且深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)外圈的螺纹螺旋方向与固定轴(13)的螺纹螺旋方向相同，深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)外圈直径与固定轴(13)直径相等，深沟球轴承A(6)、深沟球轴承B(9)沿固定轴(13)中心横切面对称分布。
进一步，所述左涡卷弹簧(8)与右涡卷弹簧(7)平行同轴且高度相同；左涡卷弹簧(8)与右涡卷弹簧(7)外端放在固定圈卡槽内。
进一步，所述深沟球轴承A(6)厚度与飞轮盘A(4)厚度相等，深沟球轴承B(9)厚度与飞轮盘B(10)厚度相等。本发明的有益效果为：该装置将输入的直线运动转化为飞轮的往复旋转运动。当外力通过液压系统均匀地作用在推力圆柱滚子轴承上时，推力圆柱滚子轴承压缩锥形弹簧带动飞轮盘旋转，ECU结合系统基本参数使得飞轮盘与涡卷弹簧的结合，从而产生惯性效应。采用原件融合的方法，将串联的飞轮盘与弹簧元件设计为一个等效的防冲击惯容器装置，可以有效解决飞轮盘和弹簧元件空间布置问题。由于涡卷弹簧外端紧压在固定圈的槽中，当冲击力达到临界值时，涡卷弹簧外端自动弹到下一个槽中，保证了系统的安全，使得该装置能够承受大载荷冲击。
具体工作过程如下：
当外力通过液压系统均匀地作用在推力圆柱滚子轴承A(1)，推力圆柱滚子轴承B(12)上时，推力圆柱滚子轴承A(1)压缩锥形弹簧A(2)带动飞轮盘A(4)旋转，飞轮盘A(4)沿固定轴(13)旋转到底部与深沟球轴承A(6)；推力圆柱滚子轴承B(12)压缩锥形弹簧B(11)带动飞轮盘B(10)旋转，飞轮盘B(10)沿固定轴(13)旋转到底部与深沟球轴承B(9)结合。
传感器(5)如转速传感器采集飞轮盘A(4)转速的信息传递给ECU(17)，同时执行装置(15)使深沟球轴承A(6)解除锁定状态；传感器(5)如转速传感器采集飞轮盘B(10)转速的信息传递给ECU(17)，同时执行装置(15)使深沟球轴承B(9)解除锁定状态；ECU(17)结合飞轮盘A(4)转速信息下达指令给伸缩杆A(3)上的执行装置(15)；固定圈(16)结合飞轮盘B(10)转速信息下达指令给伸缩杆B(14)上的执行装置(15)；传感器(5)如激光传感器检测伸缩杆A(3)与右涡卷弹簧(7)内端挂钩是否处于同一水平线上。若是，则执行装置(15)使伸缩杆A(3)弹出带动右涡卷弹簧(7)转动，传感器(5)如激光传感器关闭；传感器(5)如激光传感器检测伸缩杆B(14)与左涡卷弹簧(8)内端挂钩是否处于同一水平线上。若是，则执行装置(15)使伸缩杆B(14)弹出带动左涡卷弹簧(8)转动，传感器(5)如激光传感器关闭。伸缩杆A(3)、伸缩杆B(14)与右涡卷弹簧(7)、左涡卷弹簧(8)内端挂钩的结合几乎在同一时间完成，误差在一圈之内。若冲击力达到临界值时还在增大，则右涡卷弹簧(7)、左涡卷弹簧(8)外端自动弹到下一个槽中，保证了系统的安全，使得该装置能够承受大载荷冲击。
右涡卷弹簧(7)弹性势能达到阈值后开始反向旋转，深沟球轴承A(6)上的传感器(5)如转速传感器采集飞轮盘转速的信息给ECU(17)，ECU(17)结合飞轮盘A(4)转速信息下达指令给深沟球轴承A(6)使其锁止，同时伸缩杆A(3)收回，飞轮盘A(4)沿固定轴(13)旋转回到端点；深沟球轴承B(9)上的传感器(5)如转速传感器采集飞轮盘转速的信息给固定圈(16)，固定圈(16)结合飞轮盘B(10)转速信息下达指令给深沟球轴承B(9)使其锁止，同时伸缩杆B(14)收回，飞轮盘B(10)沿固定轴(13)旋转回到端点。