專利名稱：液力慣容器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種慣容器裝置，特指液力慣容器裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)電一體化已經(jīng)成為新世紀(jì)工程領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。在這種一體化過程中 經(jīng)常需要將機(jī)械與電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化后當(dāng)成一個大系統(tǒng)來研究。傳統(tǒng)工程應(yīng)用中，機(jī)械與電 子系統(tǒng)存在兩種對應(yīng)關(guān)系，一種是“力_電壓”對應(yīng)，即質(zhì)量、阻尼和彈簧分別與電感、電阻 和電容對應(yīng)，另一種是“力_電流”對應(yīng)，即質(zhì)量、阻尼和彈簧分別與電容、電阻和電感對應(yīng)。上述電子網(wǎng)絡(luò)元件均具有兩個獨立、自由的端點，即電感、電阻和電容的兩個端點 均不受特定參考點的限制。然而，質(zhì)量元件卻不是一個真正的兩端點元件，這是因為質(zhì)量的 一個端點是它的質(zhì)心，而另一個卻總是與慣性參考系相連，即機(jī)械接地。因此，質(zhì)量元件實 際上和一端接地的電容對應(yīng)。這極大地限制了人們設(shè)計機(jī)電系統(tǒng)時的自由性和靈活度，更 糟糕的是，長期以來積累的大量的電子網(wǎng)絡(luò)理論和研究電子網(wǎng)絡(luò)的方法不能應(yīng)用于機(jī)械網(wǎng) 絡(luò)的分析與綜合。不僅如此，這種不嚴(yán)格的對應(yīng)還限制了被動機(jī)械網(wǎng)絡(luò)的性能。因此，必須 找到一種真正的兩端點機(jī)械元件來替代質(zhì)量元件。中國專利200810123830. 8公開了一種齒輪齒條慣容器(又叫齒輪齒條慣性質(zhì)量 蓄能器或齒輪齒條慣性蓄能器)，像彈簧和阻尼器一樣這種裝置是一種真正的兩端點元件。 因此，用這種慣容器替代傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)中的質(zhì)量元件，機(jī)械與電子網(wǎng)絡(luò)就嚴(yán)格對應(yīng)了起來。 機(jī)械與電子網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格對應(yīng)后，大量的電子網(wǎng)絡(luò)理論和研究方法便可以應(yīng)用于機(jī)械系統(tǒng)，包 括汽車懸架系統(tǒng)、車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、火車懸架系統(tǒng)、建筑隔振系統(tǒng)、直升機(jī)隔振系統(tǒng)、動力吸振 裝置等等。該齒輪齒條慣容器包括箱體、飛輪、齒輪軸A、大齒輪、齒輪軸B和齒條，其中齒 條置于箱體上的燕尾槽內(nèi)，同齒輪軸B相嚙合，大齒輪與齒輪軸B同軸相聯(lián)，與齒輪軸A相 嚙合，飛輪則與齒輪軸A同軸相聯(lián)。當(dāng)外力沿齒條運動方向施加于箱體和齒條的末端時，齒 條相對于箱體會產(chǎn)生相對位移，帶動齒輪軸B、大齒輪和齒輪軸A旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動飛輪旋轉(zhuǎn)。 事實上，在運動過程中，齒條將相對于箱體做直線運動，而且齒條和箱體就是齒輪齒條慣容 器的兩個端點。齒輪齒條慣容器的動力學(xué)方程為f=b *a，其中/、a和力分別表示施加在兩 端點上的力、兩端點的相對加速度和慣容系數(shù)，慣容系數(shù)可由齒輪組的轉(zhuǎn)動慣量和半徑以 及慣性體的轉(zhuǎn)動慣量計算出。根據(jù)動力學(xué)方程，改變慣性體和齒輪組的尺寸便可得到具有 合適慣容系數(shù)的齒輪齒條慣容器。齒輪齒條慣容器克服了機(jī)械與電子網(wǎng)絡(luò)之間不能嚴(yán)格對 應(yīng)的缺點。盡管很容易設(shè)計出齒輪齒條慣容器，但齒輪在嚙合時齒間存在背隙(回程間隙)卻 是個嚴(yán)重的問題。背隙會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)過程中兩相鄰齒不能有效地接觸，由于背隙的存在，在高 速旋轉(zhuǎn)換向時會導(dǎo)致遲滯現(xiàn)象和相位的滯后。更嚴(yán)重的是，齒輪齒條慣容器在大負(fù)荷作用 下，齒很容易因短時過載或沖擊載荷而產(chǎn)生過載折斷。因此，工程上迫切需要一種制造成本低廉的慣容器，能夠承受大載荷，能夠解決齒 輪齒條慣容器背隙和承載能力有限的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述裝置的缺點，提供一種液力慣容器裝置 使得機(jī)械與電了網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格對應(yīng)，并且該裝置能夠承受大的外載荷，制造成本低廉。本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是液力慣容器裝置包括大液壓缸、小 液壓缸和質(zhì)量塊。大液壓缸內(nèi)的兩個腔與小液壓缸內(nèi)的兩個腔是對應(yīng)連通的，質(zhì)量塊與小 液壓缸活塞桿的端部相連，大液壓缸內(nèi)的活塞運動通過油液帶動小液壓缸內(nèi)的活塞運動， 最終驅(qū)動質(zhì)量塊平動。根據(jù)大、小液壓缸的活塞桿形式不同，本發(fā)明專利有兩種具體技術(shù)方案。方案一
本發(fā)明包括大液壓缸、小液壓缸、質(zhì)量塊A、高壓軟管A和高壓軟管B。
大液壓缸包括缸體A和放置在缸體A中的活塞A以及與活塞A相連的活塞桿A，活 塞A把缸體A分成兩個腔，腔A和腔B，腔A內(nèi)靠近缸體A端部設(shè)有一個油口 A，腔B內(nèi)靠近 缸體A端部設(shè)有一個油口 B，活塞桿A從缸體A的腔A —端伸出。小液壓缸包括缸體B和放置在缸體B中的活塞B以及與活塞B相連的活塞桿B，活 塞B把缸體B分成兩個腔，腔C和腔D，腔C內(nèi)靠近缸體B端部設(shè)有一個油口 C，腔D內(nèi)靠近 缸體B端部設(shè)有一個油口 D，活塞桿B從缸體B的腔D —端伸出。質(zhì)量塊A與伸出小液壓缸的活塞桿B的端部相連。高壓軟管A的兩端分別與油口 A和油口 D相連接，高壓軟管B的兩端分別與油口 B和油口 C相連接。連接后，大液壓缸的腔A和小液壓缸的腔D就連通為一個腔，大液壓缸 的腔B和小液壓缸的腔C就連通為一個腔，兩腔內(nèi)均充滿油液。腔A和腔D內(nèi)活塞A與活塞B的有效面積之比等于腔B和腔C內(nèi)活塞A與活塞B 的面積之比。為了保證本發(fā)明有足夠大的慣容系數(shù)，大、小液壓缸的活塞A與活塞B的有效 面積之比大于3。有效面積為活塞橫載面積減去活塞桿的橫載面積。方案二
方案二與方案一的不同之處在于，方案二中大液壓缸的腔B中增加了一根活塞桿C，活 塞桿C的一端與活塞A相連，另一端從大液壓缸的腔B伸出，小液壓缸的腔C中增加了一根 活塞桿D，活塞桿D的一端與活塞B相連，另一端從小液壓缸的腔C伸出與增加的質(zhì)量塊B 相連。液力慣容器裝置的其它部件，像缸體A、缸體B、活塞A、活塞B以及高壓軟管A和高壓 軟管B都是完全一樣的。本發(fā)明的有益效果是，液壓缸可以用來承載高壓，還可以消除背隙的問題，而且眾 所周知，工程上液壓技術(shù)已相當(dāng)成熟，所以很容易制造出比齒輪齒條慣容器成本更低的液 力慣容器。此外，對于振動控制系統(tǒng)來說，消耗振動能量的阻尼元件通常是其組件之一，而 本發(fā)明正好能夠兼做阻尼元件，這是因為，本發(fā)明內(nèi)部有用于傳遞力的液體，只需在液體的 通路上添加適當(dāng)?shù)淖枘釞C(jī)構(gòu)即可兼做阻尼元件，因此不必再專門為系統(tǒng)增加阻尼元件?？?之，與齒輪齒條慣容器相比本發(fā)明為振動系統(tǒng)提供了一種能承載大載荷且可以兼做阻尼元 件的理想慣容器裝置。


圖1為單側(cè)活塞桿液力慣容器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為雙側(cè)活塞桿液力慣容器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-大液壓缸 2-缸體A 3-油口 A 4-腔A 5_活塞桿A 6_活塞A 7_腔B 8-油液9-高壓軟管A 10-油口 B 11-高壓軟管B 12-小液壓缸 13-缸體 B 14-油口 C 15-腔C 16-活塞B 17-活塞桿B 18-腔D 19-油口 D 20-質(zhì)量塊A 21-活塞桿C 22-質(zhì)量塊B 23-活塞桿D。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。根據(jù)大液壓缸7的活塞桿All和小液壓缸19的活塞桿B24形式的不同，下面分兩 個實施例對本發(fā)明加以說明。實施例一
本發(fā)明包括大液壓缸1、小液壓缸12、質(zhì)量塊A20、高壓軟管A9和高壓軟管B11。大液壓缸1包括缸體A2和放置在缸體A2中的活塞A6以及與活塞A6相連的活塞 桿A5，活塞A6把缸體A2分成兩個腔，腔A4和腔B7，腔A4內(nèi)靠近缸體A2端部設(shè)有一個油 口 A3，腔B7內(nèi)靠近缸體A2端部設(shè)有一個油口 B10，活塞桿A5從缸體A2的腔A4 一端伸出。小液壓缸12包括缸體B13和放置在缸體B13中的活塞B16以及與活塞B16相連 的活塞桿B17，活塞B16把缸體B13分成兩個腔，腔C15和腔D18，腔C15內(nèi)靠近缸體B13端 部設(shè)有一個油口 C14，腔D18內(nèi)靠近缸體B13端部設(shè)有一個油口 D19，活塞桿B17從缸體B13 的腔D18—端伸出。質(zhì)量塊A20與伸出小液壓缸12的活塞桿B17的端部相連。高壓軟管A9的兩端分別與油口 A3和油口 D19相連接，高壓軟管Bll的兩端分別 與油口 BlO和油口 C14相連接。連接后，大液壓缸1的腔A4和小液壓缸12的腔D18就連 通為一個腔，大液壓缸1的腔B7和小液壓缸12的腔C15就連通為一個腔，兩腔內(nèi)均充滿油 液8。腔A4和腔D18內(nèi)活塞A6與活塞B16的有效面積(活塞面積減去活塞桿的橫載面 積)之比等于腔B7和腔C15內(nèi)活塞A6與活塞B16的面積之比。為了保證本發(fā)明有足夠大 的慣容系數(shù)，腔A4和腔D18內(nèi)活塞A6與活塞B16的有效面積之比大于3。實施例二
實施例二與實施例一的不同之處在于，實施例二中大液壓缸1的腔B7中增加了一根活 塞桿C21，活塞桿C21的一端與活塞A6相連，另一端從大液壓缸1的腔B7伸出，小液壓缸 12的腔C15中增加了一根活塞桿D23，活塞桿D23的一端與活塞B16相連，另一端從小液壓 缸12的腔C15伸出與增加的質(zhì)量塊B22相連。液力慣容器裝置的其它部件，像缸體A2、缸 體B13、活塞A6、活塞B16以及高壓軟管A9和高壓軟管Bll都是完全一樣的。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施過程作進(jìn)一步說明。對于實施例一，如圖1所示，當(dāng)?shù)却蠓聪虻耐饬?，沿軸向施加于活塞桿A5和缸 體A2時，活塞桿A5推動大液壓缸1內(nèi)的活塞A6相對于缸體A2做直線運動，腔B7的油液 通過高壓軟管Bll從腔B7流向腔C15，腔B7和腔C15內(nèi)油液的壓力增加形成高壓區(qū)，同時腔D18的油液通過液壓軟管A9從腔D18流向腔A4，腔D18和腔A4內(nèi)油液的壓力減小形成 低壓區(qū)，于是活塞B16兩側(cè)形成了壓差，壓差驅(qū)動活塞B16連同活塞桿B17 —起向腔D18的 一邊運動，最終驅(qū)動質(zhì)量塊A20運動。結(jié)果是，外力通過大液壓缸1和小液壓缸12推動質(zhì) 量塊A20運動，從而獲得了慣性器的特征，事實上，液力慣容器就是通過兩個液壓缸把質(zhì)量 塊A20的慣性封裝了起來。如果外力以相反的方向施加于活塞桿A5和缸體A2時，活塞B16 以相反的方向運動，即這是一個相反的過程。實施例二中的雙側(cè)活塞桿液力慣容器，如圖2所示，與實施例一中的單側(cè)活塞桿 液力慣容器工作原理相同，如圖1所示。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的特點做進(jìn)一步說明。像彈簧、阻尼器以及電容、電阻和電感一樣，慣容器也是一種理想元件，因此把實 際裝置抽象成慣容器時，必須忽略掉一些次要的因素，比如較小的滑動摩擦，還有像理想液 壓阻尼器那樣，要忽略活塞、活塞桿、活塞筒以及油液的質(zhì)量，對于本發(fā)明同樣要做忽略次 要因素的理想化處理。對于實施例一，如圖1所示，忽略油液8的質(zhì)量，計活塞桿B17、活塞B16及質(zhì)量塊 A20的總質(zhì)量為 ，設(shè)活塞A6和活塞B16有效面積分別為Sr和Sr，并理想地認(rèn)為油液8不 可壓縮，不計高壓軟管液阻，則由液力慣容器裝置的運動關(guān)系可得
權(quán)利要求
一種液力慣容器裝置，其特征在于，包括大液壓缸(1)、小液壓缸(12)、質(zhì)量塊A(20)、高壓軟管A(9)和高壓軟管B(11)；大液壓缸(1)包括缸體A(2)、活塞A(6)和活塞桿A(5)，所述活塞A(6)設(shè)置在缸體A(2)中，活塞A(6)把缸體A(2)分成腔A(4)和腔B(7)兩個腔，活塞桿A(5)與活塞A(6)相連，活塞桿A(5)從缸體A(2)的腔A(4)一端伸出，腔A(4)內(nèi)靠近缸體A(2)端部設(shè)有一個油口A(3)，腔B(7)內(nèi)靠近缸體A(2)端部設(shè)有一個油口B(10)；小液壓缸(12)包括缸體B(13)、活塞B(16)以及與活塞B(16)相連的活塞桿B(17)，所述活塞B(16)設(shè)置在缸體B(13)中，活塞B(16)把缸體B(13)分成腔C(15)和腔D(18)兩個腔，活塞桿B(17)與活塞B(16)相連，活塞桿B(17)從缸體B(13)的腔D(18)一端伸出，腔C(15)內(nèi)靠近缸體B(13)端部設(shè)有一個油口C(14)，腔D(18)內(nèi)靠近缸體B(13)端部設(shè)有一個油口D(19)；質(zhì)量塊A(20)與伸出小液壓缸(12)的活塞桿B(17)的端部相連；高壓軟管A(9)的兩端分別與油口A(3)和油口D(19)相連接，高壓軟管B(11)的兩端分別與油口B(10)和油口C(14)相連接，大液壓缸(1)的腔A(4)和小液壓缸(12)的腔D(18)連通為一個腔，大液壓缸(1)的腔B(7)和小液壓缸(12)的腔C(15)就連通為一個腔，兩腔內(nèi)均充滿油液(8)；腔A(4)和腔D(18)內(nèi)活塞A(6)與活塞B(16)的有效面積之比等于腔B(7)和腔C(15)內(nèi)活塞A(6)與活塞B(16)的面積之比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液力慣容器裝置，其特征在于，所述腔A(4)和腔D (18)內(nèi) 活塞A (6)與活塞B (16)的有效面積之比大于3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液力慣容器裝置，其特征在于，還包括活塞桿C(21)、質(zhì) 量塊B (22)和活塞桿D (23)，在所述大液壓缸(1)的腔B (7)中增加了一根活塞桿C (21)， 所述活塞桿C (21)的一端與活塞A (6)相連，所述活塞桿C (21)的另一端從大液壓缸(1) 的腔B (7)伸出；在所述小液壓缸(12)的腔C (15)中增加了一根活塞桿D (23)，所述活塞 桿D (23)的一端與活塞B (16)相連，所述活塞桿D (23)的另一端從小液壓缸(12)的腔C (15)伸出，并與增加的質(zhì)量塊B (22)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液力慣容器裝置，包括大液壓缸、小液壓缸和質(zhì)量塊。大液壓缸內(nèi)的兩個腔和小液壓缸內(nèi)的兩個腔是對應(yīng)連通的，質(zhì)量塊與小液壓缸活塞桿的端部相連。當(dāng)外力沿活塞桿的軸向施加于大液壓缸的活塞桿和缸體時，活塞相對于缸體做直線運動，推動油液從大液壓缸流向小液壓缸，使得小液壓缸內(nèi)的活塞兩側(cè)形成壓差，壓差驅(qū)動小液壓缸活塞運動，最終驅(qū)動質(zhì)量塊運動，從而獲得慣容器的特征。本發(fā)明內(nèi)部有用于傳遞力的液體，只需在液體的通路上添加適當(dāng)?shù)淖枘釞C(jī)構(gòu)即可兼做阻尼元件，因此不必再專門為系統(tǒng)增加阻尼元件。本發(fā)明為振動系統(tǒng)提供了一種能承載大載荷且可以兼做阻尼元件的理想慣容器裝置。
文檔編號F15B1/04GK101975200SQ20101051095
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者張孝良, 江浩斌, 汪若塵, 聶佳梅, 陳龍 申請人:江蘇大學(xué)