行星滚柱丝杠式惯容器及其惯质系数计算方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110778672A(43)申请公布日2020.02.11(21)申请号201911105741.5(22)申请日2019.11.13(71)申请人江苏科技大学地址212008江苏省镇江市京口区梦溪路2号(72)发明人温华兵张坤刘伟刘尊程袁桐桐(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人张超(51)Int.Cl.F16H25/22(2006.01)F16H25/24(2006.01)F16F15/315(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图2页(54)发明名称行星滚柱丝杠式惯容器及其惯质系数计算方法(57)摘要本发明公开了一种行星滚柱丝杠式惯容器及其惯质系数计算方法，包括壳体，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体通过螺栓连接形成空腔，所述空腔内设有行星滚柱丝杠式惯容组件，所述行星滚柱丝杠式惯容组件包括中心丝杠、行星滚柱、轴端挡板和飞轮，所述中心丝杠位于飞轮的中心处且与行星滚柱通过螺纹啮合连接，所述行星滚柱的两端可转动的安装在轴端挡板的内部，所述轴端挡板通过螺钉固定在飞轮的上下表面中心处，行星滚柱与飞轮通过螺纹啮合连接，所述飞轮通过轴承可转动的安装在空腔内。本发明采用行星滚柱和飞轮共同产生惯性作用，通过行星滚柱的公转和自转双重运动，有效提高惯容器的惯质比和适用性。CN110778672ACN110778672A权利要求书1/3页1.一种行星滚柱丝杠式惯容器，包括壳体，其特征在于：所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体通过螺栓连接形成空腔，所述空腔内设有行星滚柱丝杠式惯容组件，所述行星滚柱丝杠式惯容组件包括中心丝杠、行星滚柱、轴端挡板和飞轮，所述中心丝杠位于飞轮的中心处且与行星滚柱通过螺纹啮合连接，所述行星滚柱的两端可转动的安装在轴端挡板的内部，所述轴端挡板通过螺钉固定在飞轮的上下表面中心处，行星滚柱与飞轮通过螺纹啮合连接，所述飞轮通过轴承可转动的安装在空腔内。2.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠式惯容器，其特征在于：所述行星滚柱设有多组，多组行星滚柱以中心丝杠中心为圆心环形阵列分布在中心丝杠的周侧，多组行星滚柱的两端均通过轴端挡板内的安装孔可转动的安装在轴端挡板上。3.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠式惯容器，其特征在于：所述轴承的外圈卡接在位于空腔内的上壳体和下壳体之间，轴承的内圈卡接在飞轮的侧面，飞轮与壳体为可相对转动结构。4.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠式惯容器，其特征在于：所述上壳体的中心处设有贯穿孔，所述中心丝杠贯穿上壳体的贯穿孔上下运动；所述下壳体为中空且底部密封的壳体，下壳体的底部中心处向下延伸形成空心圆柱结构，所述空心圆柱结构的直径小于下壳体的直径，中心丝杠的底端在下壳体的空心圆柱结构内上下运动。5.根据权利要求4所述的行星滚柱丝杠式惯容器，其特征在于：所述中心丝杠伸出上壳体的顶端设有上吊耳；所述下壳体的空心圆柱结构底端设有下吊耳。6.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠式惯容器，其特征在于：所述行星滚柱的材料为锆或30Cr；所述中心丝杠和行星滚柱的螺纹部分均经过淬火处理或喷涂铁氟龙。7.一种行星滚柱丝杠式惯容器的惯质系数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设x1、x2为惯容器两端位移，R为飞轮外圈半径，r2为行星滚柱半径，另外，丝杠半径为r1，飞轮和行星滚柱高度为h，根据能量守恒定律得：式中F——惯容器输出力，JF——飞轮转动惯量，JZ1——行星滚柱自转转动惯量，JZ2——行星滚柱公转转动惯量，ωF——飞轮-丝杠相对角速度，ωZ1——行星滚柱自转角速度，ωZ2——行星滚柱公转角速度，N——行星滚柱数量；对式(1)两侧同求微分得：F(v1-v2)＝JFωFαF+N(JZ1ωZ1αZ1+JZ2ωZ2αZ2)(2)式中αF——飞轮-丝杠相对角加速度，αZ1——行星滚柱自转角加速度，αZ2——行星滚柱公转角加速度，v1、v2——惯容器两端速度；(2)参考行星轮系，得丝杠、行星滚柱和飞轮的传动关系为：2CN110778672A权利要求书2/3页将式(3)(4)代入(2)得：根据丝杠传动关系得：式中p——丝杠导程，a1、a2——两端加速度；将式(6)代入(5)得：(3)设飞轮和行星滚柱密度为ρ，其质量为：式中mF——飞轮质量，mZ——单个行星滚柱质量；其转动惯量为：将(9)代入(7)得：由式(10)可知，行星滚柱式惯容器的输出力与其两端加速度成正比，符合惯容器的力学特征定义；因此，惯容器的惯质系数的具体表达式如下：3CN110778672A权利要求书3/3页惯质系数b由行星滚柱半径和高度、飞轮半径和高度、行星滚柱数量、丝杠导程和半径以及材料密度所确定。4CN110778672A说明书1/6