在2001年,SMITH教授首创性地将惯容器应用在车辆悬架系统[7]。SMITH教授及其带领的团队,将惯容器添加在传统的弹簧—阻尼器基础之上,构建成了ISD悬架系统,初次证明了惯容器可以大幅改善传统悬架的性能。国内学者们先驱性地进行了实验。之后,以此为基础,实现了惯容器在车辆悬架等多项实验上的应用,并取得了巨大成功。其所构建的两级串联型ISD悬挂[8],在随后的实验中被证明其要比以前的传统意义上的悬架好很多。
惯容器的理想模型具有如下几个特点:现有相对来说两个自由运动的端点,当有一成对出现的外激励作用在两个端点上面时,两个端点所受到的力与其加速度具有确定的常数关系。惯容器发展到了今天,出现了多种不同形式和结构[9]。具体种类如图所示:
齿轮齿条式惯容器出现的最早,在2001,惯容器理论被提出后,采用了第一种机械齿轮齿条机构的设计与实现齿轮齿条式惯性容器以飞轮的惯性为特征的惯性容器就出现了。齿轮箱的结构如图(1.31)所示,工作原理如图(1.32)所示。
采用齿轮齿条式惯容器存在高摩擦和集装箱轮和高速开关运动方向之间的齿轮齿侧间隙之间的接触间隙的问题,系统会导致延迟或相位滞后,为了解决这一问题,出现了滚珠丝杠式惯容器。滚珠丝杠式惯容器原理如图(1.34)所示。工作原理如图(1.35)所示。
上述两种结构的容器重量轻,体积小,便于组装本实用新型更适用于车辆减振系统,为增加惯容器随着使用范围和条件的不同适宜性,可以使用不同的机械零件,在其基础上几种新型的装置应运而生。
液力发生式惯容器由水轮发电机和质量块组成。液压输送式集装箱的原理如图(1.36)。当等当大反向力F沿轴向方向施加到两个凸心的中心时,凸台II相对于悬架耳朵做直线运动,从而产生相对位移,活塞杆推动大活塞运动和挤压油压由大液压缸流向小液压缸,使得小活塞运动,末了,驱动块进行移动,从而实现对于质量惯性的封装。杠杆质量惯容器,也是一种惯性容器,以惯性质量为特征容器工作的原理如图(1.37)。当等待大的反向力F垂直于杠杆当两个支架施加时,杠杆带动质量块摆动,以此实现质量惯性的封装。
与上述实现,我们可以看到,这些设备有三个共同的特点:第一,都与齿轮齿条机构,滚珠丝杆传动机构、液压装置、杠杆机构、行星齿轮、摆线钢球传动机构和设备相同,基本上都采用了放大“力”的方法;其次,利用质量或飞轮的惯性;第三,有两个独立的、自由终点,这也是最根本的特征的组件,区别于质量和惯性元件。目前,齿轮齿条、惯性容器和滚珠丝杠惯性容器设备均有上面所述的三个特点。此三点组成了惯性容器设备的特征中最基本的三个方面。即两个独立的自由终点,并可以增大质量或飞轮惯性。实际上,惯性容器设备是一个特殊的容器。它用来封装质量或者飞轮所具有的惯性,这也是惯容器命名的缘由之一。
1.4国内外研究现状及存在问题
2002年SMITH教授在第二类机电情况下(力一电流相似)机电完全相似,提出了惯容器的概念。SMITH教授为惯容器下了定义,并且带领团队研发了一种齿轮齿条式惯容器。同时介绍了应用Brune和Darlingdon方法综合机械网络]的一般步骤。对于惯容器在动力吸振器和被动悬架设计的问题进行了的研究,经分析含带有惯容器的新型悬架[10]比传统悬架具有更优秀的性能。基于此,FrankScheibe对于MalcolmC.Smith提出的几种悬架结构参数进行了优化,大大提高车辆的乘坐舒适性和轮胎接地能力。