大范围变刚度行星齿轮组、变频隔振器及变频吸振器

本发明涉及机械工程、振动控制，具体是一种大范围变刚度行星齿轮组、变频隔振器及变频吸振器。

背景技术：

1、复杂动力学系统在设计与服役过程中常常面临子系统连接刚度与振动指标难以协调分配、设计计算不准确、多工况/变工况导致系统振动特性变化、不同条件的控制目标差异大、设计-制造-装配偏差大、系统内存在变频设备等问题，导致复杂系统振动控制面临很大挑战。基于被动不可调的连接器、吸振器、隔振器设计的系统的隔振特性不可调，无法在复杂系统在多变条件下保持最优性能。

2、变刚度、变频吸/隔振器有望使复杂系统在多变工况中保持最优振动控制目标，但能满足工程需要的变刚度吸/隔振器设计较为困难。首先，系统共振频率其中m、k分别为系统重量和刚度；因重量难以调节，刚度调节使变频设计的关键，频率变化x被需要使刚度调节x2倍，实际中大范围变刚度十分困难。其次，需要频率连续调节而不是少数几个阶梯变化。现有基于磁流变、电磁装置设计的变刚度/变频结构虽然能实现频率连续调节，但是能调节的范围普遍很窄。最后，很多变刚度/变频调节使用结构非线性大变形，实际实施时可能需要卸载/重新加载才能完成调节，且大变形会导致子系统之间相互干涉。例如，折叠结构能实现较大范围的刚度调节，但是需要的变形量也达40％。

3、综上述，目前对大范围、稳定、连续、小变形/无变形变刚度结构及相应的变频吸振器、隔振器需求迫切。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本发明供一种大范围变刚度行星齿轮组、变频隔振器及变频吸振器，能够在承载和结构不变的情况下将频率连续顺滑调节十倍以上(对应刚度变化100倍以上)，克服了现有变刚度和变频吸隔振器的刚度与频率调节范围窄、不可连续调节、调控所需变形大等难题，以及调控健壮性低等缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供一种大范围变刚度行星齿轮组，包括外环、挡圈、太阳轮与行星轮；

3、所述太阳轮同轴设在所述外环内，所述行星轮设在所述外环与所述太阳轮之间，且所述行星轮分别与所述外环、所述太阳轮啮合；

4、所述行星轮的数量为多个且沿环向间隔分布，所述挡圈连接在所述外环两端，以避免所述行星轮与所述外环分离；

5、所述行星轮包括实体臂与至少一个弹性臂，所述弹性臂的两端与所述实体臂相连，且所述弹性臂与所述实体臂之间围成异形孔。

6、在其中一个实施例，所述行星轮上所述弹性臂数量为两个，且所述行星轮整体呈轴对称结构。

7、在其中一个实施例，所述弹性臂上各个位置的厚度不尽相同。

8、在其中一个实施例，所述弹性臂包括变厚段与等厚段；

9、所述变厚段的第一端与所述实体臂相连，所述变厚段的第二端与所述等厚段的第一端相连，所述等厚段的第二端与所述实体臂相连；

10、所述变厚段上沿第一端到第二端方向上各位置的厚度连续增加或连续降低，所述等厚段上各位置的厚度恒定。

11、在其中一个实施例，所述弹性臂包括多个依次相连的臂节段，所述臂节段为变厚结构或等厚结构；

12、当所述臂节段为变厚结构时，所述臂节段上各个位置的厚度不尽相同；

13、当所述臂节段为等厚结构时，所述臂节段上各个位置的厚度恒定；

14、且两所述臂节段均为等厚结构时，其恒定厚度相同或不同；

15、在所述弹性臂中，对于任意相邻两所述臂节段，可采用如下三种方案中的任意一种：

16、方案1，将两所述臂节段均设置为变厚结构；

17、方案2，将两所述臂节段均设置为等厚结构；

18、方案3，将一所述臂节段设置为变厚结构，将另一所述臂节段设置为等厚结构。

19、在其中一个实施例，所述行星轮的数量为四个，且各所述行星轮沿环向等间隔分布。

20、为实现上述目的，本发明还提供一种变频吸振器，包括第一壳体、吸振质量块、第一刚性轴、第一驱动器、第一承载板与上述的大范围变刚度行星齿轮组；

21、所述第一承载板与所述大范围变刚度行星齿轮组的数量均为两个且一一对应，两所述第一承载板分别设在所述第一壳体内的两端，且分别与所述第一壳体的内壁抵接，所述大范围变刚度行星齿轮组固定嵌在对应所述第一承载板上；

22、所述第一刚性轴转动连接在所述第一壳体上，且所述第一刚性轴与两所述大范围变刚度行星齿轮组中的太阳轮过瘾配合，所述第一驱动器设在所述第一壳体上且与所述第一刚性轴传动相连，以驱动所述第一刚性轴转动；

23、所述吸振质量块设在所述第一壳体内且位于两所述第一承载板之间，所述吸振质量块套设在所述第一刚性轴上且与所述第一刚性轴转动配合。

24、在其中一个实施例，所述第一承载板由金属材料或硬质高分子材料制成。

25、为实现上述目的，本发明还提供一种变频隔振器，包括第二壳体、关节件、第二刚性轴、第二驱动器、第二承载板与上述的大范围变刚度行星齿轮组；

26、所述第二承载板固定设在所述第二壳体内，所述大范围变刚度行星齿轮组固定嵌在所述第二承载板上；

27、所述第二刚性轴转动连接在所述第二壳体上，且所述第二刚性轴与所述大范围变刚度行星齿轮组中的太阳轮过瘾配合，所述第二驱动器设在所述第二壳体上且与所述第二刚性轴传动相连，以驱动所述第二刚性轴转动；

28、所述关节件的第一端与所述第二刚性轴相连，所述关节件的第二端穿过所述第二壳体并位于所述第二壳体外。

29、在其中一个实施例，所述关节件的第一端为u形卡槽结构，所述u形卡槽结构的两个支板对称位于所述第二承载板两侧且均与所述第二刚性轴转动配合；

30、所述关节件的第二端为柱形结构的连接台，所述连接台的一端连接在所述u形卡槽结构的底板中心位置，另一端穿过所述第二壳体并位于所述第二壳体外，且所述连接台与所述第二壳体滑动配合。

31、与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

32、1.本发明中大范围变刚度行星齿轮组的变刚度来源于带异形孔、弹性臂的行星轮，行星轮上弹性臂产生的弯曲刚度随着压缩啮合点位置变化，改变了太阳轮与外环之间的连接刚度，产生变刚度，且其刚度变化范围可达到100倍以上，变化过程连续，变刚度不需要卸载，能在大承载下完成；

33、2.本发明中的变频吸振器的频率变化来自变刚度行星齿轮组，变频驱动的第一刚性轴与吸振质量块之间解耦，驱动力无需克服吸振质量块的启动惯性和制动惯性，能够平顺驱动，且该变频吸振器频率可调节14倍，调节过程连续稳定；

34、3.本发明中的变频隔振器的频率变化来自变刚度行星齿轮组，隔振器核心为一个变刚度关节结构，能连续、稳定、柔顺地将刚度调节100倍以上，在定载荷情况下可将频率调节10以上；

35、4.本发明中的变刚度行星齿轮组、变频隔振器及变频吸振器可采用全金属材料制备，强度高、环境适应性好。

技术特征：

1.一种大范围变刚度行星齿轮组，其特征在于，包括外环、挡圈、太阳轮与行星轮；

2.根据权利要求1所述的大范围变刚度行星齿轮组，其特征在于，所述行星轮上所述弹性臂数量为两个，且所述行星轮整体呈轴对称结构。

3.根据权利要求2所述的大范围变刚度行星齿轮组，其特征在于，所述弹性臂上各个位置的厚度不尽相同。

4.根据权利要求3所述的大范围变刚度行星齿轮组，其特征在于，所述弹性臂包括变厚段与等厚段；

5.根据权利要求3所述的大范围变刚度行星齿轮组，其特征在于，所述弹性臂包括多个依次相连的臂节段，所述臂节段为变厚结构或等厚结构；

6.根据权利要求1至4任一项所述的大范围变刚度行星齿轮组，其特征在于，所述行星轮的数量为四个，且各所述行星轮沿环向等间隔分布。

7.一种变频吸振器，其特征在于，包括第一壳体、吸振质量块、第一刚性轴、第一驱动器、第一承载板与权利要求1至6任一项所述的大范围变刚度行星齿轮组；

8.根据权利要求7所述的变频吸振器，其特征在于，所述第一承载板由金属材料或硬质高分子材料制成。

9.一种变频隔振器，其特征在于，包括第二壳体、关节件、第二刚性轴、第二驱动器、第二承载板与权利要求1至6任一项所述的大范围变刚度行星齿轮组；

10.根据权利要求9所述的变频吸振器，其特征在于，所述关节件的第一端为u形卡槽结构，所述u形卡槽结构的两个支板对称位于所述第二承载板两侧且均与所述第二刚性轴转动配合；

技术总结本发明公开了一种大范围变刚度行星齿轮组、变频隔振器及变频吸振器，变刚度行星齿轮组包括外环、挡圈、太阳轮与行星轮；太阳轮同轴设在外环内，行星轮设在外环与太阳轮之间，且行星轮分别与外环、太阳轮啮合；行星轮的数量为多个且沿环向间隔分布，挡圈连接在外环两端，以避免行星轮与外环分离；行星轮包括实体臂与至少一个弹性臂，弹性臂的两端与实体臂相连，且弹性臂与实体臂之间围成异形孔。本发明应用于机械工程、振动控制领域，能够在承载和结构不变的情况下将频率连续顺滑调节十倍以上，能够有效克服现有变刚度和变频吸隔振器的刚度与频率调节范围窄、不可连续调节、调控所需变形大、调控健壮性低等缺陷。技术研发人员：方鑫,于淼,刘芮岑,郁殿龙,温激鸿受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14