一种飞轮单向转动的齿轮齿条惯容装置的制作方法

本发明属于振动控制装置，具体为一种飞轮单向转动的齿轮齿条惯容装置。

背景技术：

惯容是一种具有两个独立端点、且类似于弹簧和阻尼器的元件。惯容具有两个端点上施加的力与其端点之间的相对加速度成正比例的性质。该比值即为“惯容量”。由“惯容-弹簧-阻尼器”组成的机械隔振网络被广泛应用于车辆悬挂隔振、建筑物隔振等领域。惯容由于结构相对简单、效果相对较好，所以应用广泛。目前主要有滚珠丝杠式惯容、齿轮齿条惯容、液压式惯容。惯容量可以由齿轮组的转动惯量、半径以及飞轮的转动惯量计算出。改变飞轮的旋转方向而不改变惯容量。早期提出的齿轮齿条惯容通过将齿条的直线水平运动转化为飞轮的转动，把两个端点的作用力转化为飞轮的转动储存起来，进而实现减振效果。在该装置下，齿条首先朝一个方向运动，则飞轮随之转动，但当齿条朝相反方向运动，则飞轮也会随之朝相反方向转动。飞轮两个方向的旋转运动，不利于进一步将飞轮的能量转换为电能等来进行振动能量采集。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种元器件少、元器件尺寸可大可小、封装安全、安装便捷的飞轮单向转动的齿轮齿条惯容装置。

技术方案：本发明所述的一种飞轮单向转动的齿轮齿条惯容装置，包括齿条、第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构、飞轮和外壳，第一传动机构包括共中心轴一的小齿轮一和大齿轮一，第二传动机构包括共中心轴二的小齿轮二和大齿轮二，第三传动机构包括共中心轴三的小齿轮三和大齿轮三，中心轴三沿与中心轴二同心圆的一段圆弧进行移动，齿条与小齿轮一啮合，大齿轮一与小齿轮二啮合，大齿轮二与小齿轮三啮合，飞轮随大齿轮三的移动与之啮合或分离。

大齿轮一的直径大于大齿轮二的直径。大齿轮二的直径大于大齿轮三的直径。飞轮的直径大于大齿轮三的直径，小于大齿轮二的直径，有利于维持飞轮稳定，不跑飞。优选地，大齿轮一、大齿轮二、大齿轮三、飞轮的直径比为15∶8∶6∶10。

齿条安装在外壳的齿条槽处，进行水平运动。第三传动机构逆时针转动时，大齿轮三与飞轮啮合，第三传动机构顺时针转动时，大齿轮三与飞轮脱离啮合。

齿条、第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构、飞轮呈从低到高阶梯状分布，且均封装于外壳内。中心轴一、中心轴二、中心轴三和飞轮的轴均固定于外壳的槽处。第三传动机构半固定。

为了使飞轮始终单向(逆时针方向)转动，齿轮齿条惯容装置还包括第四传动机构和第五传动机构，第四传动机构包括共中心轴四的小齿轮四和大齿轮四，第五传动机构包括共中心轴五的小齿轮五和大齿轮五，小齿轮四与大齿轮二啮合，中心轴五沿与中心轴四同心圆的一段圆弧进行移动，大齿轮四与小齿轮五啮合，飞轮随大齿轮五的移动与之啮合或分离。

第四传动机构顺时针转动时，第三传动机构顺时针转动，大齿轮四与飞轮脱离，大齿轮五与飞轮啮合。第四传动机构逆时针转动时，第三传动机构逆时针转动，大齿轮四与飞轮啮合，大齿轮五与飞轮脱离。

齿条、第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构、飞轮、第四传动机构、第五传动机构均由同种材料制成。中心轴四固定于外壳的槽处。第五传动机构半固定。

工作原理：主要是利用机械传动和第三传动机构的可移动性来实现飞轮的单向转动。利用机械传动，将齿条的直线水平运动转化为第一传动机构的转动，第一传动机构进而继续通过与第二传动机构的齿咬合将自身转动传递给第三传动机构。不计转动咬合摩擦，由于第一传动机构的大齿轮一的尺寸大于第二传动机构的大齿轮二的尺寸，则大齿轮二具有更大的转速。同样第二传动机构的大齿轮二通过始终与第三传动机构的小齿轮三咬合，将自身的转动传递给小齿轮三，因为大齿轮二的尺寸较大齿轮三的大，在相同材质和密度的条件下，大齿轮三的质量更小，综合齿轮和质量，大齿轮三具有更大的转速，且因为中心轴三不固定，位于以中心轴三二为圆心的同心圆的一段圆弧上，大齿轮三与小齿轮三在大齿轮二的带动下，逆着第二传动机构的转动方向运动。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、元器件少、元器件尺寸可大可小、封装安全、安装便捷；

2、飞轮在齿条的往复运动中，只在齿条的某一运动方向时进行转动，而在齿条另一方向运动时，依靠惯性转动，或者处于停止状态，实现了飞轮的单向转动；

3、能够实现对齿条水平方向上往复运动的能量利用，具有更好的性能。

附图说明

图1是本发明实施例1的不封装立体图。

图2是本发明实施例1的封装立体图。

图3是本发明实施例1省略外壳6的主视图。

图4是本发明实施例1的压缩运动示意图。

图5是本发明实施例1的拉伸运动示意图。

图6是本发明实施例2省略外壳6的主视图。

图7是本发明实施例2的压缩运动示意图。

图8是本发明实施例2的拉伸运动示意图。

具体实施方式

以说明书附图所示的方向为上、下、左、右。

实施例1

如图1～3，齿条1安装在外壳6的齿条槽处，可以灵活地往里拉和往外拉(水平运动)，外壳6内有第一传动机构2、第二传动机构3、第三传动机构4和飞轮5。中心轴三401沿与中心轴二301同心圆的一段圆弧进行移动。齿条1与第一传动机构2的小齿轮一202相互啮合，小齿轮一202与大齿轮一203同轴转动。大齿轮一203与第二传动机构3的小齿轮二302相互啮合，小齿轮二302与大齿轮二303同轴转动。大齿轮二303与第三传动机构4的小齿轮三402啮合，小齿轮三402与大齿轮三403同轴转动。大齿轮一203的直径大于大齿轮二303的直径，大齿轮二303的直径大于大齿轮三403的直径，飞轮5的直径介于大齿轮三403的直径与大齿轮二303的直径之间。小齿轮一202、大齿轮一203、小齿轮二302、大齿轮二303、小齿轮三402、大齿轮三403、飞轮5采用相同材料制成。

如图4，当齿条1向左进行压缩运动时，第一传动机构2顺时针转动，第二传动机构3逆时针转动，第三传动机构4顺时针转动，因为第三传动机构4和第二传动机构3始终咬合，中心轴三401受迫带着小齿轮三402、大齿轮三403沿着与中心轴二301同心圆的一段圆弧向上移动，大齿轮三403与飞轮5的下齿相接触，带动飞轮5朝逆时针方向转动。

如图5，当齿条1向右进行拉伸运动时，第一传动机构2逆时针转动，第二传动机构3顺时针转动，第三传动机构4逆时针转动。因为第三传动机构4和第二传动机构3始终咬合，中心轴三401受迫带着小齿轮三402、大齿轮三403沿着与中心轴二301同心圆的一段圆弧向下移动，与飞轮5脱离，飞轮5依靠惯性继续逆时针转动或者停止转动。

实施例2

如图6，对实施例1的装置进一步改进，增加第四传动机构7和第五传动机构8，第五传动机构8的中心轴五801能够沿与第四传动机构7的中心轴四701同心圆的一段圆弧进行移动。

如图7，当齿条1向左进行压缩运动时，第一传动机构2顺时针转动，第二传动机构3逆时针转动，第四传动机构7顺时针转动，带动中心轴五801沿与第四传动机构7的中心轴四701同心圆的圆弧向下移动，与飞轮5脱离。飞轮5依靠与大齿轮三403的咬合传动而转动。因为大齿轮三403顺时针转动，进而带动飞轮5逆时针转动。

如图8，当齿条1向右进行拉伸运动时，第一传动机构2逆时针转动，第二传动机构3顺时针转动，第四传动机构7逆时针转动，带动中心轴五801沿与第四传动机构7的中心轴四701同心圆的圆弧向上移动，进而大齿轮五803与飞轮5咬合，飞轮5依靠大齿轮五803的咬合传动而转动，因为大齿轮五803顺时针转动，进而飞轮5逆时针转动。而大齿轮三403与飞轮5脱离，因此不会对飞轮5产生传动。