减振及振动能发电装置 - 佰腾专利检索

摘要:

本发明公开了一种减振及振动能发电装置,包括设置于可相对移动的第一支撑座和第二支撑座之间的减振器和若干个能量转换装置,其中,所述能量转换装置包括:固定连接于第一支撑座、其上设置有通孔的安装座,固定连接于第二支撑座、其一端穿过安装座上通孔的滚珠丝杠,连接于滚珠丝杆末端的丝杠螺母,与丝杠螺母固定连接的大齿轮,与所述大齿轮啮合的小齿轮,与所述小齿轮适配的轴套,与所述安装座和轴套固定连接的轴固定座,以及发电机,所述小齿轮的轴与发电机的输入轴固定连接。本发明利用发电机中通电线圈在磁场中的作用力对振动物体进行减振,提高减振器对物体的减振效果。本发明的能量换转装置实现了将机械装置中有害的振动能到电能的转换及再利用,不仅可吸收被减振物体的振动能量,还可以提高对物体的减振效果。 - 佰腾专利检索

申请号: CN201510306293.0 专利名称: 减振及振动能发电装置 申请(专利权)人: [江苏科技大学] 发明人: [温华兵, 仲启东, 陈宁, 潘朝峰, 昝浩] 其他信息:
1.一种减振及振动能发电装置,其特征在于,包括设置于可相对移动的第一支撑座和 第二支撑座之间的减振器(3)和若干个能量转换装置(5), 其中,所述能量转换装置包括:固定连接于第一支撑座、其上设置有通孔的安装座(2), 固定连接于第二支撑座、其一端穿过安装座上通孔的滚珠丝杠(6),连接于滚珠丝杠末端的 丝杠螺母(7),与丝杠螺母固定连接的大齿轮(10),与所述大齿轮啮合的小齿轮(14),与所 述小齿轮适配的轴套(16),与所述安装座和轴套固定连接的轴固定座(15),以及发电机,所 述小齿轮的轴与发电机的输入轴固定连接; 所述丝杠螺母具有凸台部(21)、圆柱部(22)和螺纹部(23),所述凸台部位于安装座内 靠近第一支撑座的一侧,所述圆柱部过盈配合套筒(8)和轴承(9),所述螺纹部位于安装座 外侧且与大齿轮螺接; 还包括轴承固定座(11)和轴承盖板(12),所述轴承固定座上设置有与轴承适配的容置 部,所述轴承固定座、轴承盖板和安装座上对应设置有固定孔,通过螺栓将三者固定; 能量换转装置和具有一定刚度和阻尼的减振器构成了轴向上的质量~弹簧~阻尼减 振系统;滚珠丝杠和所述丝杠螺母构成滚珠丝杠副,将上层支撑座与下层支撑座之间的相 对振动通过滚珠丝杠转换成大齿轮的旋转,大齿轮与小齿轮通过外啮合连接,增速后带动 发电机的旋转轴产生旋转运动,将上层支撑座与下层支撑座之间的相对往复振动转化为大 齿轮、小齿轮和发电机的旋转轴产生正逆方向旋转运动; 套筒两端分别与丝杠螺母的凸台部下沿及轴承接触,从而在轴向对轴承进行限位。 2.如权利要求1所述的减振及振动能发电装置,其特征在于,所述轴固定座的上部通过 上端支架(13)与安装座固定连接,其下部通过下端支架与发电机的输入轴连接,所述轴固 定座通过螺栓连接一发电机基座(19),所述发电机基座与发电机的外壳螺接固定。 3.如权利要求2所述的减振及振动能发电装置,其特征在于,所述大齿轮和小齿轮的齿 数比大于3。 4.如权利要求2所述的减振及振动能发电装置,其特征在于,所述能量转换装置为2个 以上。
< p > 减振及振动能发电装置 < /p > < p > 技术领域 < /p > < p > 本发明涉及减振技术,特别是一种减振及振动能发电装置。 < /p > < p > 背景技术 < /p > < p > 振动问题广泛存在于机械工业和其他工业部门中,这些问题不仅会导致机器和仪 表工作效率的低下,还会引起机械结构的辐射噪声。振动无处不在,而振动的能量被白白损 耗掉了,现有的减振措施往往将振动的能量转化为热能而浪费掉,这是由于振动的能量就 像水能、生物能、核能,不易被转换,如何再利用振动的能量是节能的方向之一,也是现有措 施的不完善之处。 < /p > < p > 在某些特定的领域,技术人员设计了车用避震发电系统,但是这种系统是根据特 定工况而专门设计的,不具有普适性,在其他机器中无法使用,或者效率很低,达不到减振 发电的目的。 < /p > < p > 发明内容 < /p > < p > 发明目的:提供一种减振及振动能发电装置,以解决现有技术存在的上述问题。 < /p > < p > 技术方案:一种减振及振动能发电装置,包括设置于可相对移动的第一支撑座和 第二支撑座之间的减振器和若干个能量转换装置, < /p > < p > 其中,所述能量转换装置包括:固定连接于第一支撑座、其上设置有通孔的安装 座,固定连接于第二支撑座、其一端穿过安装座上通孔的滚珠丝杠,连接于滚珠丝杆末端的 丝杠螺母,与丝杠螺母固定连接的大齿轮,与所述大齿轮啮合的小齿轮,与所述小齿轮适配 的轴套,与所述安装座和轴套固定连接的轴固定座,以及发电机,所述小齿轮的轴与发电机 的输入轴固定连接。 < /p > < p > 在进一步的实施例中,所述丝杠螺母具有凸台部、圆柱部和螺纹部,所述凸台部位 于安装座内靠近第一支撑座的一侧,所述圆柱部过盈配合套筒和轴承,所述螺纹部位于安 装座外侧且与大齿轮螺接。 < /p > < p > 在进一步的实施例中,所述能量转换装置还包括轴承固定座和轴承盖板,所述轴 承固定座上设置有与轴承适配的容置部,所述轴承固定座、轴承盖板和安装座上对应设置 有固定孔,通过螺栓将三者固定。所述轴固定座的上部通过上端支架与安装座固定连接,其 下部通过下端支架与发电机的输入轴连接,所述轴固定座通过螺栓连接一发电机基座,所 述发电机基座与发电机的外壳螺接固定。所述大齿轮和小齿轮的齿数比大于3。所述能量转 换装置为2个以上(即可以为2个、3个或更多个)。 < !-- SIPO < DP n="1" > -- > < /p > < p > 有益效果:本发明改善了现有机械装置振动能量的浪费问题;与此同时,利用发电 机中通电线圈在磁场中的作用力,抵消被减振物体的振动作用力,从而对物体进行减振,提 高了减振系统的减振性能。 < /p > < p > 附图说明 < /p > < p > 图1是本发明的振动能转换电能装置。 < /p > < p > 图2是能量换转装置的局部放大A视图。 < /p > < p > 图3是第一支撑座的正视图。 < /p > < p > 图4是上第一支撑座的B向剖视图。 < /p > < p > 图5是丝杠和丝杠螺母组成的滚珠丝杠副正视图。 < /p > < p > 图6是丝杠和丝杠螺母组成的滚珠丝杠副右视图。 < /p > < p > 图7是轴承固定座俯视图。 < /p > < p > 图8是轴承固定座的C向剖视图。 < /p > < p > 图9是轴承座盖板的俯视图。 < !-- SIPO < DP n="2" > -- > < /p > < p > 图10是轴承座盖板的D向剖视图。 < /p > < p > 图11是大齿轮的剖视图。 < /p > < p > 图12是小齿轮的剖视图。 < /p > < p > 图13是上端支架的俯视图。 < /p > < p > 图14是轴固定座的俯视图。 < /p > < p > 图15是下端支架的俯视图。 < /p > < p > 图16是轴的正视图。 < /p > < p > 图17是轴套的剖视图。 < /p > < p > 附图标记说明如下:1 第一支撑座或称上层支撑座、2 安装座、3 减振器、4 第二 支撑座或称下层支撑座、5 能量换转装置、6 滚珠丝杠、7 丝杠螺母、8 套筒、9 轴承、10 大 齿轮、11 轴承固定座、12 轴承座盖板、13 上端支架、14 小齿轮、15 轴固定座、16 轴套、17 轴、18 下端支架、19 发电机基座、20 发电机、21 凸台部、22 圆柱部、23 螺纹部。 < /p > < p > 具体实施方式 < /p > < p > 结合附图描述本发明的结构和原理。 < !-- SIPO < DP n="3" > -- > < /p > < p > 本发明的减振及振动能发电装置主要由第一支撑座(即该实施例中的上层支撑 座)1、U形的安装座2、减振器3、第二支撑座(即该实施例中的下层支撑座)4和能量换转装置 5组成。 < /p > < p > 其中能量换转装置5主要包括滚珠丝杠6、丝杠螺母7、套筒8、轴承9、大齿轮10、轴 承固定座11、轴承座盖板12、上端支架13、小齿轮14、轴固定座15、轴套16、轴17、下端支架 18、发电机基座19和发电机20。 < /p > < p > 其中,所述滚珠丝杠6的一端与下层支撑座4相连接,另一端安装所述丝杠螺母7, 所述丝杠螺母7的外圆自上而下依次套装套筒8、轴承9和大齿轮10,其中所述轴承9的外圆 套装有相连接的轴承固定座11和轴承座盖板12,所述套筒8穿装在U形安装座2直径为D1的 安装孔中,轴承固定座11和轴承座盖板12通过直径为D2的螺栓孔与所述U形安装座2连接, 从而使所述能量换转装置5与所述上层支撑座1相连接,所述大齿轮10与所述小齿轮14通过 外啮合连接,小齿轮14的轴17自上而下分别与轴固定座15、轴套16、下端支架18和发电机20 的输入轴连接,轴固定座15的上端通过上端支架13与U形安装座2连接,轴固定座15的侧面 通过螺栓与发电机基座19连接,发电机20的外壳通过螺栓固定在发电机基座19上;能量换 转装置5和具有一定刚度和阻尼的减振器3构成了轴向上的质量~弹簧~阻尼减振系统;滚 珠丝杠6和所述丝杠螺母7构成滚珠丝杠副,将上层支撑座1与下层支撑座4之间的相对振动 通过滚珠丝杠6转换成所述大齿轮10的旋转,所述大齿轮10与所述小齿轮14通过外啮合连 接,增速后带动发电机20的旋转轴产生旋转运动,也就将上层支撑座1与下层支撑座4之间 的相对往复振动转化为大齿轮10、小齿轮14和发电机20的旋转轴产生正逆方向旋转运动, 从而实现发电机20的发电和对物体实施减振的双重效果。 < /p > < p > 如图3所示,上层支撑座1的材料为碳钢,由若干个U形安装座2焊接在一块长方形 的平板结构上,U形安装座2数量与能量换转装置5的数量相同。如图4所示,U形安装座2的底 部中心位置开设一个直径为D1的安装孔,安装孔的直径D1略大于丝杠螺母的凸台结构21的 外径D4(如图8所示)。 < /p > < p > 如图4所示,安装孔的四周均布4个直径为D2的小孔,以通过螺栓连接上层支撑座1 和轴承座盖板12、轴承固定座11上直径为D2的螺栓孔,从而将能量换转装置5的一端固定在 上层支撑座1上。上层支撑座1通过螺栓连接在减振器3的上部,对被减振物体起到支撑的作 用。减振器3的个数和参数可根据减振需要进行选型确定。 < /p > < p > 滚珠丝杠6可采用高碳铬轴承钢GCr15,滚珠丝杠6直径为D6的一端通过螺纹与下 层支撑座4连接,直径为D7的一端旋装入丝杠螺母7,使滚珠丝杠6与丝杠螺母7装配为螺旋 运动副,即丝杠螺母7通过旋转才能与滚珠丝杠6发生轴向位移。如图5所示,丝杠螺母7从左 到右依次加工成凸台结构(即丝杠螺母的凸台部)、外径为D5的光滑圆柱结构(即圆柱部)和 直径为D5的螺纹结构(即螺纹部)。丝杠螺母7的外圆自上而下依次套装套筒8、轴承9和大齿 轮10。 < /p > < p > 套筒8为圆环状结构,材料为碳钢,壁厚为3~5mm,内径比丝杠螺母7光滑圆柱结构 22外径D5略小,通过过盈连接安装在丝杠螺母7的光滑圆柱结构22外侧,其两端分别与丝杠 螺母的凸台结构21下沿及轴承9接触,从而在轴向对轴承9进行限位(如图2所示)。 < /p > < p > 轴承9的内径略小于丝杠螺母7圆柱端外径D5,通过过盈装配套在丝杠螺母的光滑 圆柱结构22外侧(如图2所示)。轴承9在轴向分别通过套筒8和轴承固定座11进行限位并固 定。 < /p > < p > 如图11所示,大齿轮10的材料为碳钢,加工成扁平的圆盘状,在其中心的通孔处加 工内螺纹,通过内螺纹与丝杠螺母7直径为D5的螺纹结构23连接,并拧紧到一定的预应力。 大齿轮10在轴向与轴承9之间保留3~5mm的间隙,以便大齿轮10旋转时不与轴承9碰撞。滚 珠丝杠副通过丝杠螺母7的旋转导致在滚珠丝杠6的线性运动,带动螺母7和具有大转动惯 量的大齿轮10做旋转运动,使振动的能量转化成大齿轮10的旋转动能。 < /p > < p > 设计时,大齿轮10的半径和厚度应根据要求设计,使大齿轮10的转动惯量达到使 用要求。为了防止飞轮在转速较大时脱落,可以在大齿轮10上设计锁紧机构。小齿轮14通过 外啮合与大齿轮10连接,小齿轮14的轴17自上而下分别与轴固定座15、轴套16、下端支架18 和发电机20输入轴连接,轴固定座15的上端通过上端支架13与U形安装座2连接,轴固定座 15的侧面通过螺栓与发电机基座19连接,发电机20的外壳通过螺栓固定在发电机基座19 上。轴承固定座11的材料为碳钢,形状为方形的钢板含一大一小两个同心圆形内孔,大内孔 直径与所述轴承9的外径相同,大内孔深度与轴承9的厚度相同,小内孔直径小于大内孔直 径4~10mm,小内孔的深度为4~5mm,从而可使所述轴承9坐落安装在所述轴承固定座11的 内部。在大圆四周和方形钢板四个角上分别开设有连接所述轴承固定座11与所述轴承座盖 板12直径分别为D3和D2的螺栓孔。 < /p > < p > 轴承座盖板12的板厚为2~5mm,形状为方形的钢板含一个内孔。方形钢板尺寸与 轴承固定座11相同,内径比轴承9的外径小4~10mm。轴承座盖板12与轴承固定座11通过直 径为D3的孔用螺栓相互连接(如图2所示),再通过直径为D2的螺栓孔固定在中间质量块直 径为D1的安装孔上。 < /p > < p > 工作原理: < /p > < p > 如图1所示,被减振物体将振动传递到上层支撑座1时,上层支撑座1与下层支撑座4之间产生的相对位移Dx,大齿轮10储存的旋转动能 < img file="BDA0000732341890000051.GIF" wi="562" he="147" img-content="drawing" img-format="GIF" orientation="portrait" inline="no" > 与大齿轮10的转动惯量J和旋转角速度w有关,与其转动惯量成正比,并与旋转角速度的平方成正比。而大齿轮10的旋转角速度 < img file="BDA0000732341890000052.GIF" wi="240" he="139" img-content="drawing" img-format="GIF" orientation="portrait" inline="no" > 与滚珠丝杠6的螺距p及能量换转装置5两端的相对速度 < img file="BDA0000732341890000053.GIF" wi="65" he="59" img-content="drawing" img-format="GIF" orientation="portrait" inline="no" > 有关。上层支撑座1与下层支撑座4之间产生的相对速度越大,大齿轮10的旋转角速度越高,则大齿轮10储存的旋转动能越多。通过合理设计大齿轮10的转动惯量和滚珠丝杠6的螺距,可调节大齿轮10储存旋转动能的能力,在大齿轮10一定质量的情况下,应尽可能增加其转动惯量,以提高其储能能力。对于高速旋转的大齿轮10,由于旋转运动动能是其振动时产生的平动动能的上百倍,从而利用较小质量的大齿轮10,极大地吸收被减振物体振动的能量,从而将振动的能量通过大齿轮10与小齿轮14的啮合传递到发电机上,达到了能量的转化、存储及再利用的效果。 < /p > < p > 以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这 些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述 的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不 必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外,本发明的各种不同的实施 方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公 开的内容。 < !-- SIPO < DP n="4" > -- > < /p >
< p > 结合附图描述本发明的结构和原理。 < /p > < p > 本发明的减振及振动能发电装置主要由第一支撑座(即该实施例中的上层支撑 座)1、U形的安装座2、减振器3、第二支撑座(即该实施例中的下层支撑座)4和能量换转装置 5组成。 < /p > < p > 其中能量换转装置5主要包括滚珠丝杠6、丝杠螺母7、套筒8、轴承9、大齿轮10、轴 承固定座11、轴承座盖板12、上端支架13、小齿轮14、轴固定座15、轴套16、轴17、下端支架 18、发电机基座19和发电机20。 < /p > < p > 其中,所述滚珠丝杠6的一端与下层支撑座4相连接,另一端安装所述丝杠螺母7, 所述丝杠螺母7的外圆自上而下依次套装套筒8、轴承9和大齿轮10,其中所述轴承9的外圆 套装有相连接的轴承固定座11和轴承座盖板12,所述套筒8穿装在U形安装座2直径为D1的 安装孔中,轴承固定座11和轴承座盖板12通过直径为D2的螺栓孔与所述U形安装座2连接, 从而使所述能量换转装置5与所述上层支撑座1相连接,所述大齿轮10与所述小齿轮14通过 外啮合连接,小齿轮14的轴17自上而下分别与轴固定座15、轴套16、下端支架18和发电机20 的输入轴连接,轴固定座15的上端通过上端支架13与U形安装座2连接,轴固定座15的侧面 通过螺栓与发电机基座19连接,发电机20的外壳通过螺栓固定在发电机基座19上;能量换 转装置5和具有一定刚度和阻尼的减振器3构成了轴向上的质量~弹簧~阻尼减振系统;滚 珠丝杠6和所述丝杠螺母7构成滚珠丝杠副,将上层支撑座1与下层支撑座4之间的相对振动 通过滚珠丝杠6转换成所述大齿轮10的旋转,所述大齿轮10与所述小齿轮14通过外啮合连 接,增速后带动发电机20的旋转轴产生旋转运动,也就将上层支撑座1与下层支撑座4之间 的相对往复振动转化为大齿轮10、小齿轮14和发电机20的旋转轴产生正逆方向旋转运动, 从而实现发电机20的发电和对物体实施减振的双重效果。 < /p > < p > 如图3所示,上层支撑座1的材料为碳钢,由若干个U形安装座2焊接在一块长方形 的平板结构上,U形安装座2数量与能量换转装置5的数量相同。如图4所示,U形安装座2的底 部中心位置开设一个直径为D1的安装孔,安装孔的直径D1略大于丝杠螺母的凸台结构21的 外径D4(如图8所示)。 < /p > < p > 如图4所示,安装孔的四周均布4个直径为D2的小孔,以通过螺栓连接上层支撑座1 和轴承座盖板12、轴承固定座11上直径为D2的螺栓孔,从而将能量换转装置5的一端固定在 上层支撑座1上。上层支撑座1通过螺栓连接在减振器3的上部,对被减振物体起到支撑的作 用。减振器3的个数和参数可根据减振需要进行选型确定。 < /p > < p > 滚珠丝杠6可采用高碳铬轴承钢GCr15,滚珠丝杠6直径为D6的一端通过螺纹与下 层支撑座4连接,直径为D7的一端旋装入丝杠螺母7,使滚珠丝杠6与丝杠螺母7装配为螺旋 运动副,即丝杠螺母7通过旋转才能与滚珠丝杠6发生轴向位移。如图5所示,丝杠螺母7从左 到右依次加工成凸台结构(即丝杠螺母的凸台部)、外径为D5的光滑圆柱结构(即圆柱部)和 直径为D5的螺纹结构(即螺纹部)。丝杠螺母7的外圆自上而下依次套装套筒8、轴承9和大齿 轮10。 < /p > < p > 套筒8为圆环状结构,材料为碳钢,壁厚为3~5mm,内径比丝杠螺母7光滑圆柱结构 22外径D5略小,通过过盈连接安装在丝杠螺母7的光滑圆柱结构22外侧,其两端分别与丝杠 螺母的凸台结构21下沿及轴承9接触,从而在轴向对轴承9进行限位(如图2所示)。 < /p > < p > 轴承9的内径略小于丝杠螺母7圆柱端外径D5,通过过盈装配套在丝杠螺母的光滑 圆柱结构22外侧(如图2所示)。轴承9在轴向分别通过套筒8和轴承固定座11进行限位并固 定。 < /p > < p > 如图11所示,大齿轮10的材料为碳钢,加工成扁平的圆盘状,在其中心的通孔处加 工内螺纹,通过内螺纹与丝杠螺母7直径为D5的螺纹结构23连接,并拧紧到一定的预应力。 大齿轮10在轴向与轴承9之间保留3~5mm的间隙,以便大齿轮10旋转时不与轴承9碰撞。滚 珠丝杠副通过丝杠螺母7的旋转导致在滚珠丝杠6的线性运动,带动螺母7和具有大转动惯 量的大齿轮10做旋转运动,使振动的能量转化成大齿轮10的旋转动能。 < /p > < p > 设计时,大齿轮10的半径和厚度应根据要求设计,使大齿轮10的转动惯量达到使 用要求。为了防止飞轮在转速较大时脱落,可以在大齿轮10上设计锁紧机构。小齿轮14通过 外啮合与大齿轮10连接,小齿轮14的轴17自上而下分别与轴固定座15、轴套16、下端支架18 和发电机20输入轴连接,轴固定座15的上端通过上端支架13与U形安装座2连接,轴固定座 15的侧面通过螺栓与发电机基座19连接,发电机20的外壳通过螺栓固定在发电机基座19 上。轴承固定座11的材料为碳钢,形状为方形的钢板含一大一小两个同心圆形内孔,大内孔 直径与所述轴承9的外径相同,大内孔深度与轴承9的厚度相同,小内孔直径小于大内孔直 径4~10mm,小内孔的深度为4~5mm,从而可使所述轴承9坐落安装在所述轴承固定座11的 内部。在大圆四周和方形钢板四个角上分别开设有连接所述轴承固定座11与所述轴承座盖 板12直径分别为D3和D2的螺栓孔。 < /p > < p > 轴承座盖板12的板厚为2~5mm,形状为方形的钢板含一个内孔。方形钢板尺寸与 轴承固定座11相同,内径比轴承9的外径小4~10mm。轴承座盖板12与轴承固定座11通过直 径为D3的孔用螺栓相互连接(如图2所示),再通过直径为D2的螺栓孔固定在中间质量块直 径为D1的安装孔上。 < /p > < p > 工作原理: < /p > < p > 如图1所示,被减振物体将振动传递到上层支撑座1时,上层支撑座1与下层支撑座4之间产生的相对位移Dx,大齿轮10储存的旋转动能 < img src="${rootURL}/view/CN104948405B/20180727/BDA0000732341890000051.GIF" width="562" height="147" img-content="drawing" img-format="GIF" orientation="portrait" inline="no" > 与大齿轮10的转动惯量J和旋转角速度w有关,与其转动惯量成正比,并与旋转角速度的平方成正比。而大齿轮10的旋转角速度 < img src="${rootURL}/view/CN104948405B/20180727/BDA0000732341890000052.GIF" width="240" height="139" img-content="drawing" img-format="GIF" orientation="portrait" inline="no" > 与滚珠丝杠6的螺距p及能量换转装置5两端的相对速度 < img src="${rootURL}/view/CN104948405B/20180727/BDA0000732341890000053.GIF" width="65" height="59" img-content="drawing" img-format="GIF" orientation="portrait" inline="no" > 有关。上层支撑座1与下层支撑座4之间产生的相对速度越大,大齿轮10的旋转角速度越高,则大齿轮10储存的旋转动能越多。通过合理设计大齿轮10的转动惯量和滚珠丝杠6的螺距,可调节大齿轮10储存旋转动能的能力,在大齿轮10一定质量的情况下,应尽可能增加其转动惯量,以提高其储能能力。对于高速旋转的大齿轮10,由于旋转运动动能是其振动时产生的平动动能的上百倍,从而利用较小质量的大齿轮10,极大地吸收被减振物体振动的能量,从而将振动的能量通过大齿轮10与小齿轮14的啮合传递到发电机上,达到了能量的转化、存储及再利用的效果。 < /p > < p > 以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这 些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述 的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不 必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外,本发明的各种不同的实施 方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公 开的内容。 < /p >
1.一种减振及振动能发电装置,其特征在于,包括设置于可相对移动的第一支撑座和第二支撑座之间的减振器(3)和若干个能量转换装置(5), 其中,所述能量转换装置包括:固定连接于第一支撑座、其上设置有通孔的安装座(2),固定连接于第二支撑座、其一端穿过安装座上通孔的滚珠丝杠(6),连接于滚珠丝杆末端的丝杠螺母(7),与丝杠螺母固定连接的大齿轮(10),与所述大齿轮啮合的小齿轮(14),与所述小齿轮适配的轴套(16),与所述安装座和轴套固定连接的轴固定座(15),以及发电机,所述小齿轮的轴与发电机的输入轴固定连接。 2.如权利要求1所述的减振及振动能发电装置,其特征在于,所述丝杠螺母具有凸台部(21)、圆柱部(22)和螺纹部(23),所述凸台部位于安装座内靠近第一支撑座的一侧,所述圆柱部过盈配合套筒(8)和轴承(9),所述螺纹部位于安装座外侧且与大齿轮螺接。 3.如权利要求2所述的减振及振动能发电装置,其特征在于,还包括轴承固定座(11)和轴承盖板(12),所述轴承固定座上设置有与轴承适配的容置部,所述轴承固定座、轴承盖板和安装座上对应设置有固定孔,通过螺栓将三者固定。 4.如权利要求1至3任一项所述的减振及振动能发电装置,其特征在于,所述轴固定座的上部通过上端支架(13)与安装座固定连接,其下部通过下端支架与发电机的输入轴连接,所述轴固定座通过螺栓连接一发电机基座(19),所述发电机基座与发电机的外壳螺接固定。 5.如权利要求4所述的减振及振动能发电装置,其特征在于,所述大齿轮和小齿轮的齿数比大于3。 6.如权利要求4所述的减振及振动能发电装置,其特征在于,所述能量转换装置为2个以上。
< p > 减振及振动能发电装置 < /p > < p > 技术领域 < /p > < p > 本发明涉及减振技术,特别是一种减振及振动能发电装置。 < /p > < p > 背景技术 < /p > < p > 振动问题广泛存在于机械工业和其他工业部门中,这些问题不仅会导致机器和仪表 工作效率的低下,还会引起机械结构的辐射噪声。振动无处不在,而振动的能量被白白 损耗掉了,现有的减振措施往往将振动的能量转化为热能而浪费掉,这是由于振动的能 量就像水能、生物能、核能,不易被转换,如何再利用振动的能量是节能的方向之一, 也是现有措施的不完善之处。 < /p > < p > 在某些特定的领域,技术人员设计了车用避震发电系统,但是这种系统是根据特定 工况而专门设计的,不具有普适性,在其他机器中无法使用,或者效率很低,达不到减 振发电的目的。 < /p > < p > 发明内容 < /p > < p > 发明目的:提供一种减振及振动能发电装置,以解决现有技术存在的上述问题。 < /p > < p > 技术方案:一种减振及振动能发电装置,包括设置于可相对移动的第一支撑座和第 二支撑座之间的减振器和若干个能量转换装置, < /p > < p > 其中,所述能量转换装置包括:固定连接于第一支撑座、其上设置有通孔的安装座, 固定连接于第二支撑座、其一端穿过安装座上通孔的滚珠丝杠,连接于滚珠丝杆末端的 丝杠螺母,与丝杠螺母固定连接的大齿轮,与所述大齿轮啮合的小齿轮,与所述小齿轮 适配的轴套,与所述安装座和轴套固定连接的轴固定座,以及发电机,所述小齿轮的轴 与发电机的输入轴固定连接。 < /p > < p > 在进一步的实施例中,所述丝杠螺母具有凸台部、圆柱部和螺纹部,所述凸台部位 于安装座内靠近第一支撑座的一侧,所述圆柱部过盈配合套筒和轴承,所述螺纹部位于 安装座外侧且与大齿轮螺接。 < /p > < p > 在进一步的实施例中,所述能量转换装置还包括轴承固定座和轴承盖板,所述轴承 固定座上设置有与轴承适配的容置部,所述轴承固定座、轴承盖板和安装座上对应设置 有固定孔,通过螺栓将三者固定。所述轴固定座的上部通过上端支架与安装座固定连接, 其下部通过下端支架与发电机的输入轴连接,所述轴固定座通过螺栓连接一发电机基 座,所述发电机基座与发电机的外壳螺接固定。所述大齿轮和小齿轮的齿数比大于3。 所述能量转换装置为2个以上(即可以为2个、3个或更多个)。 < !-- SIPO < DP n="1" > -- > < /p > < p > 有益效果:本发明改善了现有机械装置振动能量的浪费问题;与此同时,利用发电 机中通电线圈在磁场中的作用力,抵消被减振物体的振动作用力,从而对物体进行减振, 提高了减振系统的减振性能。 < /p > < p > 附图说明 < /p > < p > 图1是本发明的振动能转换电能装置。 < /p > < p > 图2是能量换转装置的局部放大A视图。 < /p > < p > 图3是第一支撑座的正视图。 < /p > < p > 图4是上第一支撑座的B向剖视图。 < /p > < p > 图5是丝杠和丝杠螺母组成的滚珠丝杠副正视图。 < /p > < p > 图6是丝杠和丝杠螺母组成的滚珠丝杠副右视图。 < /p > < p > 图7是轴承固定座俯视图。 < /p > < p > 图8是轴承固定座的C向剖视图。 < /p > < p > 图9是轴承座盖板的俯视图。 < !-- SIPO < DP n="2" > -- > < /p > < p > 图10是轴承座盖板的D向剖视图。 < /p > < p > 图11是大齿轮的剖视图。 < /p > < p > 图12是小齿轮的剖视图。 < /p > < p > 图13是上端支架的俯视图。 < /p > < p > 图14是轴固定座的俯视图。 < /p > < p > 图15是下端支架的俯视图。 < /p > < p > 图16是轴的正视图。 < /p > < p > 图17是轴套的剖视图。 < /p > < p > 附图标记说明如下:1 第一支撑座或称上层支撑座、2 安装座、3 减振器、4 第 二支撑座或称下层支撑座、5 能量换转装置、6 滚珠丝杠、7 丝杠螺母、8 套筒、 9 轴承、10 大齿轮、11 轴承固定座、12 轴承座盖板、13 上端支架、14 小齿 轮、15 轴固定座、16 轴套、17 轴、18 下端支架、19 发电机基座、20 发电机、 21 凸台部、22 圆柱部、23 螺纹部。 < /p > < p > 具体实施方式 < /p > < p > 结合附图描述本发明的结构和原理。 < !-- SIPO < DP n="3" > -- > < /p > < p > 本发明的减振及振动能发电装置主要由第一支撑座(即该实施例中的上层支撑 座)1、U形的安装座2、减振器3、第二支撑座(即该实施例中的下层支撑座)4和能量换 转装置5组成。 < /p > < p > 其中能量换转装置5主要包括滚珠丝杠6、丝杠螺母7、套筒8、轴承9、大齿轮 10、轴承固定座11、轴承座盖板12、上端支架13、小齿轮14、轴固定座15、轴套16、 轴17、下端支架18、发电机基座19和发电机20。 < /p > < p > 其中,所述滚珠丝杠6的一端与下层支撑座4相连接,另一端安装所述丝杠螺母7, 所述丝杠螺母7的外圆自上而下依次套装套筒8、轴承9和大齿轮10,其中所述轴承9 的外圆套装有相连接的轴承固定座11和轴承座盖板12,所述套筒8穿装在U形安装座 2直径为D1的安装孔中,轴承固定座11和轴承座盖板12通过直径为D2的螺栓孔与所 述U形安装座2连接,从而使所述能量换转装置5与所述上层支撑座1相连接,所述大 齿轮10与所述小齿轮14通过外啮合连接,小齿轮14的轴17自上而下分别与轴固定座 15、轴套16、下端支架18和发电机20的输入轴连接,轴固定座15的上端通过上端支 架13与U形安装座2连接,轴固定座15的侧面通过螺栓与发电机基座19连接,发电 机20的外壳通过螺栓固定在发电机基座19上;能量换转装置5和具有一定刚度和阻尼 的减振器3构成了轴向上的质量~弹簧~阻尼减振系统;滚珠丝杠6和所述丝杠螺母7 构成滚珠丝杠副,将上层支撑座1与下层支撑座4之间的相对振动通过滚珠丝杠6转换 成所述大齿轮10的旋转,所述大齿轮10与所述小齿轮14通过外啮合连接,增速后带 动发电机20的旋转轴产生旋转运动,也就将上层支撑座1与下层支撑座4之间的相对 往复振动转化为大齿轮10、小齿轮14和发电机20的旋转轴产生正逆方向旋转运动,从 而实现发电机20的发电和对物体实施减振的双重效果。 < /p > < p > 如图3所示,上层支撑座1的材料为碳钢,由若干个U形安装座2焊接在一块长方 形的平板结构上,U形安装座2数量与能量换转装置5的数量相同。如图4所示,U形 安装座2的底部中心位置开设一个直径为D1的安装孔,安装孔的直径D1略大于丝杠 螺母的凸台结构21的外径D4(如图8所示)。 < /p > < p > 如图4所示,安装孔的四周均布4个直径为D2的小孔,以通过螺栓连接上层支撑 座1和轴承座盖板12、轴承固定座11上直径为D2的螺栓孔,从而将能量换转装置5 的一端固定在上层支撑座1上。上层支撑座1通过螺栓连接在减振器3的上部,对被减 振物体起到支撑的作用。减振器3的个数和参数可根据减振需要进行选型确定。 < /p > < p > 滚珠丝杠6可采用高碳铬轴承钢GCr15,滚珠丝杠6直径为D6的一端通过螺纹与 下层支撑座4连接,直径为D7的一端旋装入丝杠螺母7,使滚珠丝杠6与丝杠螺母7 装配为螺旋运动副,即丝杠螺母7通过旋转才能与滚珠丝杠6发生轴向位移。如图5所 示,丝杠螺母7从左到右依次加工成凸台结构(即丝杠螺母的凸台部)、外径为D5的光 滑圆柱结构(即圆柱部)和直径为D5的螺纹结构(即螺纹部)。丝杠螺母7的外圆自上 而下依次套装套筒8、轴承9和大齿轮10。 < /p > < p > 套筒8为圆环状结构,材料为碳钢,壁厚为3~5mm,内径比丝杠螺母7光滑圆柱 结构22外径D5略小,通过过盈连接安装在丝杠螺母7的光滑圆柱结构22外侧,其两 端分别与丝杠螺母的凸台结构21下沿及轴承9接触,从而在轴向对轴承9进行限位(如 图2所示)。 < /p > < p > 轴承9的内径略小于丝杠螺母7圆柱端外径D5,通过过盈装配套在丝杠螺母的光 滑圆柱结构22外侧(如图2所示)。轴承9在轴向分别通过套筒8和轴承固定座11进 行限位并固定。 < /p > < p > 如图11所示,大齿轮10的材料为碳钢,加工成扁平的圆盘状,在其中心的通孔处 加工内螺纹,通过内螺纹与丝杠螺母7直径为D5的螺纹结构23连接,并拧紧到一定的 预应力。大齿轮10在轴向与轴承9之间保留3~5mm的间隙,以便大齿轮10旋转时不 与轴承9碰撞。滚珠丝杠副通过丝杠螺母7的旋转导致在滚珠丝杠6的线性运动,带动 螺母7和具有大转动惯量的大齿轮10做旋转运动,使振动的能量转化成大齿轮10的旋 转动能。 < /p > < p > 设计时,大齿轮10的半径和厚度应根据要求设计,使大齿轮10的转动惯量达到使 用要求。为了防止飞轮在转速较大时脱落,可以在大齿轮10上设计锁紧机构。小齿轮 14通过外啮合与大齿轮10连接,小齿轮14的轴17自上而下分别与轴固定座15、轴套 16、下端支架18和发电机20输入轴连接,轴固定座15的上端通过上端支架13与U形 安装座2连接,轴固定座15的侧面通过螺栓与发电机基座19连接,发电机20的外壳 通过螺栓固定在发电机基座19上。轴承固定座11的材料为碳钢,形状为方形的钢板含 一大一小两个同心圆形内孔,大内孔直径与所述轴承9的外径相同,大内孔深度与轴承 9的厚度相同,小内孔直径小于大内孔直径4~10mm,小内孔的深度为4~5mm,从而可 使所述轴承9坐落安装在所述轴承固定座11的内部。在大圆四周和方形钢板四个角上 分别开设有连接所述轴承固定座11与所述轴承座盖板12直径分别为D3和D2的螺栓 孔。 < /p > < p > 轴承座盖板12的板厚为2~5mm,形状为方形的钢板含一个内孔。方形钢板尺寸与轴 承固定座11相同,内径比轴承9的外径小4~10mm。轴承座盖板12与轴承固定座11通过直 径为D3的孔用螺栓相互连接(如图2所示),再通过直径为D2的螺栓孔固定在中间质量 块直径为D1的安装孔上。 < /p > < p > 工作原理: < /p > < p > 如图1所示,被减振物体将振动传递到上层支撑座1时,上层支撑座1与下层支撑座4 之间产生的相对位移Dx,大齿轮10储存的旋转动能 < img file="BDA0000732341890000051.TIF" wi="562" he="148" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes" > 与大齿轮 10的转动惯量J和旋转角速度w有关,与其转动惯量成正比,并与旋转角速度的平方成 正比。而大齿轮10的旋转角速度 < img file="BDA0000732341890000052.TIF" wi="240" he="141" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes" > 与滚珠丝杠6的螺距p及能量换转装置5两端 的相对速度 < img file="BDA0000732341890000053.TIF" wi="65" he="60" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes" > 有关。上层支撑座1与下层支撑座4之间产生的相对速度越大,大齿轮10 的旋转角速度越高,则大齿轮10储存的旋转动能越多。通过合理设计大齿轮10的转动惯 量和滚珠丝杠6的螺距,可调节大齿轮10储存旋转动能的能力,在大齿轮10一定质量的 情况下,应尽可能增加其转动惯量,以提高其储能能力。对于高速旋转的大齿轮10,由 于旋转运动动能是其振动时产生的平动动能的上百倍,从而利用较小质量的大齿轮10, 极大地吸收被减振物体振动的能量,从而将振动的能量通过大齿轮10与小齿轮14的啮合 传递到发电机上,达到了能量的转化、存储及再利用的效果。 < /p > < p > 以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的 具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换, 这些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所 描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为 了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外,本发明的各 种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当 视为本发明所公开的内容。 < !-- SIPO < DP n="4" > -- > < /p >
< p > 振动问题广泛存在于机械工业和其他工业部门中,这些问题不仅会导致机器和仪表 工作效率的低下,还会引起机械结构的辐射噪声。振动无处不在,而振动的能量被白白 损耗掉了,现有的减振措施往往将振动的能量转化为热能而浪费掉,这是由于振动的能 量就像水能、生物能、核能,不易被转换,如何再利用振动的能量是节能的方向之一, 也是现有措施的不完善之处。 < /p > < p > 在某些特定的领域,技术人员设计了车用避震发电系统,但是这种系统是根据特定 工况而专门设计的,不具有普适性,在其他机器中无法使用,或者效率很低,达不到减 振发电的目的。 < /p >
本发明公开了一种减振及振动能发电装置,包括设置于可相对移动的第一支撑座和第二支撑座之间的减振器和若干个能量转换装置,其中,所述能量转换装置包括:固定连接于第一支撑座、其上设置有通孔的安装座,固定连接于第二支撑座、其一端穿过安装座上通孔的滚珠丝杠,连接于滚珠丝杆末端的丝杠螺母,与丝杠螺母固定连接的大齿轮,与所述大齿轮啮合的小齿轮,与所述小齿轮适配的轴套,与所述安装座和轴套固定连接的轴固定座,以及发电机,所述小齿轮的轴与发电机的输入轴固定连接。本发明利用发电机中通电线圈在磁场中的作用力对振动物体进行减振,提高减振器对物体的减振效果。本发明的能量换转装置实现了将机械装置中有害的振动能到电能的转换及再利用,不仅可吸收被减振物体的振动能量,还可以提高对物体的减振效果。
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