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CN116928257A - 一种气动轮式惯容器 - Google Patents

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CN116928257A
CN116928257A CN202310921451.8A CN202310921451A CN116928257A CN 116928257 A CN116928257 A CN 116928257A CN 202310921451 A CN202310921451 A CN 202310921451A CN 116928257 A CN116928257 A CN 116928257A
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CN
China
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pneumatic
cylinder
conversion chamber
air guide
piston rod
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CN202310921451.8A
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English (en)
Inventor
张瑞甫
刘松赫
吴敏君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/1034—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect of movement of a liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/1022—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the linear oscillation movement being converted into a rotational movement of the inertia member, e.g. using a pivoted mass

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种气动轮式惯容器，包括活塞杆、密封活塞、气缸、导气管、转换腔和气动轮；所述活塞杆固接于密封活塞，所述密封活塞安装于气缸内且将气缸分为气体不直接互通的两部分，气体不直接互通的两部分通过导气管分别与连通至所述转换腔；所述活塞杆水平振动致使气缸内气体不直接互通的两部分与所述转换腔产生气压差，在转换腔内形成气流，驱动叶片转动，以模拟惯容的力学行为。与现有技术相比，本发明可实现质量强增效，且机械形式简单，安装灵活，易于实施。

Description

一种气动轮式惯容器
技术领域
本发明涉及振动控制技术领域，尤其是涉及一种气动轮式惯容器。
背景技术
目前已有多种机制能够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、空间凸轮式惯容、螺旋气体式惯容以及波浪管环绕式气体惯容等。
其中，利用气压差实现惯容行为的装置主要为螺旋式气体惯容以及波浪管环绕式气体惯容，二者均通过气压传动将外力做功转化为管内液体做螺旋或波浪式运动的动能，这种结构形式受限于管内液体的密度与长度，且对液体行程具有限制，因此惯容系数较小、质量增效效果弱，且加工精度要求高，制作成本较高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种气动轮式惯容器，可实现质量强增效，且机械形式简单，安装灵活，易于实施。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供了一种气动轮式惯容器，包括活塞杆、密封活塞、气缸、导气管、转换腔和气动轮；所述活塞杆固接于密封活塞，所述密封活塞安装于气缸内且将气缸分为气体不直接互通的两部分，气体不直接互通的两部分通过导气管分别与连通至所述转换腔；
所述活塞杆水平振动致使气缸内气体不直接互通的两部分与所述转换腔产生气压差，在转换腔内形成气流，驱动叶片转动，以模拟惯容的力学行为。
优选地，所述轮体设置在所述转换腔的腔外，且所述轮体与叶片绕同一轴线转动。
优选地，所述轮体为可拆卸轮体，且可拆卸轮体尺寸为依据实际需求进行选取
优选地，所述气缸上具有至少三个开口；其中，两个开口分别通过导气管接通至气缸内气体不直接互通的两部分，其它开口位置设置以不干涉容纳活塞杆轴向运动为准。
优选地，所述转换腔至少具有两开口与导气管相连，且保证工作时气体流动能通过整个转换腔并驱动气动轮。
优选地，所述转换腔为扁平式转换腔，且与导气管相连的转换腔两开口位置设置以保证气体直吹气动轮叶片为准。
优选地，所述导气管为软管。
优选地，所述导气管的截面积小于气缸以活塞杆运动方向为法线的截面积。
优选地，所述导气管将气缸内气体不直接互通的两部分与转换腔相连，保持内部气体联通且时刻保持气密状态，以隔绝内外气体交换。
优选地，所述气动轮式惯容器的惯容系数表达式为：
式中，A1为气缸以活塞杆轴向运动方向为法线的截面面积，A2为导气管截面积，Fin为活塞杆上的轴向力，u1为活塞杆的位移，ml为气动轮的叶片质量，mw为轮体质量，Rl为叶片半径，Rw为轮体半径。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明利用气压驱动的形式将活塞杆的振动转化为气动轮的转动，惯容系数主要来源于气动轮的质量、气动轮叶片与轮体的半径差与导气管和气缸截面的面积差，能够实现质量强增效，可调节性强，且机械形式简单，易于实施。
3)气动轮的轮体可安装在转换腔外，且可采用多个可拆卸且尺寸不同的轮体，方便更换以实现惯容系数可调性，在实际应用中灵活度高。
4)通过软管式导气管、气缸与转换腔为分体式结构设置，能够适应狭小或特殊空间的安装需求。
5)扁平式转换腔设置，使得气体在穿越转换腔时更易于推动气动轮叶片，且转换腔的两开口使得气体可直吹叶片。
附图说明
图1为实施例1中的气动轮式惯容器结构示意图；
图2为实施例2中的气动轮式惯容器结构示意图；
图中：1-活塞杆；2-密封活塞；3-气缸；4-导气管；5-转换腔；6-气动轮；601-叶片；602-轮体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例给出了一种气动轮式惯容器，包括活塞杆1、密封活塞2、气缸3、导气管4、转换腔5和气动轮6；
活塞杆1固接于密封活塞2，其轴向方向与气缸3轴线相同，密封活塞2安装于气缸3内，且将气缸3分为气体不直接互通的两部分；
气缸3至少具有三个开口，本实施例以三个开口为例进行说明，其中两个分别位于气缸3内的两部分并与导气管4相连接，第三个开口可容纳活塞杆1的轴向运动；
转换腔5至少具有两开口与导气管4相连，且应相互远离并保证装置工作时气体流动能通过整个转换腔5并驱动气动轮6；
气动轮6包括叶片601与轮体602两部分，叶片601安装在转换腔5内部，轮体602与叶片601相连接且二者能够绕同一轴线转动，安装在转换腔5的外部；导气管4将气缸3的两部分与转换腔5相连，实现装置内部气体的联通；装置应时刻保持气密状态，以隔绝装置内外气体的交换，装置内部气体填充为空气。
气动轮式惯容器的惯容实现原理：
活塞杆1在外界的驱动下进行水平振动，带动密封活塞2在气缸3内部滑动，使气缸3内两部分与转换腔5产生气压差，驱动压力升高的气体沿一侧导气管4流向转换腔5，而转换腔5内的气体沿另一侧导气管流向压力减小的部分，使转换腔5内产生气体流动并驱动气动轮叶片601，使叶片601带动轮体602进行转动，利用气压驱动的形式将活塞杆的振动转化为气动轮的转动，实现了平动与转动的转化，从而模拟惯容的力学行为，实现质量强增效。
惯容器的出力与两端点相对加速度成比例，比值即为惯容系数，惯容器的惯容系数推导如下：
假定气缸以活塞杆轴向运动方向为法线的截面面积为A1，导气管截面积为A2，活塞杆上的轴向力为Fin，其位移为u1，气动轮的叶片质量为ml、轮体质量为mw，气动轮绕轴线转动的角速度为ω，叶片半径为Rl，轮体半径为Rw，叶片外沿线速度为，忽略气体质量与装置摩擦导致的能量损耗。
气动轮的转动惯量为：
且角速度与速度的物理关系为：
因此气动轮的动能可表示为：
Fin所做的功为：
W＝Finu1 (4)
由于气缸与转换腔通过导气管相连且气体直吹在气动轮叶片上，因此导气管中气体流速与叶片外沿线速度可认为相等，且在导气管与气缸相连的截面上流量相同，则有如下关系：
在惯容器工作中，Fin所做的功完全转换为气动轮的动能，二者保持相同功率，则有如下关系：
将公式(5)带入公式(6)化简可得：
根据惯容系数的定义可知所述惯容器惯容系数表达式为：
因此，惯容器的惯容系数来源于气动轮叶片与轮体的质量、气动轮叶片与轮体的半径差以及气缸截面与导气管截面的面积差，通过调整气动轮式惯容器气动轮的各项参数、气缸的尺寸以及导气管的尺寸，即可高效放大惯容器的惯容系数，实现质量强增效，且机械形式简单，易于实施，同时更换不同尺寸的轮体也可以实现惯容系数的可调性，便于在实际应用中灵活调整。
作为一种优选的方案，采用轮体602外置于转换腔5的实施形式，便于对轮体602进行更换，以实现惯容系数的可调性。
作为一种优选的方案，导气管4采用软管的实施形式，实现了气动轮6与气缸3的分体式结构，便于适应不同的安装场景。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中的气缸3上设置有5个开口；其中，气体不直接互通的两部分分别设置有两个开口，另外一个开口用于贯穿活塞杆，不干涉容纳活塞杆1轴向运动。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种气动轮式惯容器，其特征在于，包括活塞杆(1)、密封活塞(2)、气缸(3)、导气管(4)、转换腔(5)和气动轮(6)；所述活塞杆(1)固接于密封活塞(2)，所述密封活塞(2)安装于气缸(3)内且将气缸(3)分为气体不直接互通的两部分，气体不直接互通的两部分通过导气管(4)分别与连通至所述转换腔(5)；所述气动轮(6)包括连接的叶片(601)与轮体(602)，所述叶片(601)安装在所述转换腔(5)内；
所述活塞杆(1)水平振动致使气缸(3)内气体不直接互通的两部分与所述转换腔(5)产生气压差，在转换腔(5)内形成气流，驱动叶片(601)转动，以模拟惯容的力学行为。
2.根据权利要求1所述的一种气动轮式惯容器，其特征在于，所述轮体(602)设置在所述转换腔(5)的腔外，且所述轮体(602)与叶片(601)绕同一轴线转动。
3.根据权利要求2所述的一种气动轮式惯容器，其特征在于，所述轮体(602)为可拆卸轮体，且可拆卸轮体尺寸为依据实际需求进行选取。
4.根据权利要求1所述的一种气动轮式惯容器，其特征在于，所述气缸(3)上具有至少三个开口；其中，两个开口分别通过导气管(4)接通至气缸(3)内气体不直接互通的两部分，其它开口位置设置以不干涉容纳活塞杆(1)轴向运动为准。
5.根据权利要求1所述的一种气动轮式惯容器，其特征在于，所述转换腔(5)至少具有两开口与导气管(4)相连，且保证工作时气体流动能通过整个转换腔(5)并驱动气动轮(6)。
6.根据权利要求5所述的一种气动轮式惯容器，其特征在于，所述转换腔(5)为扁平式转换腔，且与导气管(4)相连的转换腔(5)两开口位置设置以保证气体直吹气动轮叶片为准。
7.根据权利要求1所述的一种气动轮式惯容器，其特征在于，所述导气管(4)为软管。
8.根据权利要求1所述的一种气动轮式惯容器，其特征在于，所述导气管(4)的截面积小于气缸(3)以活塞杆(1)运动方向为法线的截面积。
9.根据权利要求1所述的一种气动轮式惯容器，其特征在于，所述导气管(4)将气缸(3)内气体不直接互通的两部分与转换腔(5)相连，保持内部气体联通且时刻保持气密状态，以隔绝内外气体交换。
10.根据权利要求1所述的一种气动轮式惯容器，其特征在于，所述气动轮式惯容器的惯容系数表达式为：
式中，A1为气缸(3)以活塞杆(1)轴向运动方向为法线的截面面积，A2为导气管(4)截面积，Fin为活塞杆(1)上的轴向力，u1为活塞杆(1)的位移，ml为气动轮(6)的叶片(601)质量，mw为轮体(602)质量，Rl为叶片(601)半径，Rw为轮体(602)半径。
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