CN101555922A - 螺旋孔式粘滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

螺旋孔式粘滞阻尼器是一种用于工程结构振动控制的消能减振装置。该阻尼器包括缸筒、导杆、压紧螺母、双金属导向套、无轴向间隙结构活塞、阻尼棒、阻尼介质、多重密封措施以及阻尼器两端的连接装置。该阻尼器通过带有螺旋槽道的阻尼棒与活塞的配合，在阻尼器内部有限的空间内成倍增加阻尼通道的长度，有效增强阻尼器的耗能效果，并且通过无轴向间隙结构技术提高阻尼器的响应速度。

Description

螺旋孔式粘滞阻尼器

技术领域

本发明为一种工程结构减振装置，可以有效的抑制工程结构在地震和风振作用下的结构振动响应。

背景技术

利用粘滞阻尼器进行结构振动控制的研究在发达国家最早始于军工企业，随着研究的深入进行，这一技术逐步进入民用领域，如航空航天、铁路机车、汽车、机械设备以及土木工程等，均取得了比较满意的使用效果。时至今日，全球已在数以百计的工程中使用了粘滞阻尼器，涉及到高层建筑、高耸结构、桥梁、铁道、体育馆、海洋石油平台甚至卫星发射塔等多种结构形式。

出于商业利益的考虑，国外对此类产品仅有一些大致的介绍，详细的设计、生产和应用等技术资料并不多见，处于技术垄断地位。国内对粘滞阻尼器的研究起步较晚，目前对于粘滞阻尼器的开发，结构形式比较单一，且技术不成熟。此外，对于不同结构形式阻尼器的研究，有助于开发出耗能能力更强、性能更稳定的阻尼器。

常规的粘滞阻尼器为了满足工程对大吨位的设计要求，受到诸多工艺上限制，且由于加工工艺及密封问题，常因渗漏影响阻尼器的使用寿命。因此，研发了一种螺旋孔式粘滞阻尼器，输出力大，耗能能力强，力学性能稳定，且具有抗渗性好、使用寿命长的优点。

发明内容

技术问题：为了克服常规粘滞阻尼器的不足，本发明提供了一种设计简单、加工方便、性能稳定的大吨位螺旋孔式粘滞阻尼器。

技术方案：本发明的螺旋孔式粘滞阻尼器以主缸筒为主体，在主缸筒内的中部设有活塞，两端分别设有导向套，导杆的内端位于活塞和两个导向套中，导杆的外端与连接耳环相接；在导向套与导杆之间设置双金属滑动轴承；主缸筒的一端封有压紧螺母，另一端通过连接螺母连接副缸筒，主缸筒内的活塞两端的空腔内注满阻尼介质；副缸筒的外端通过连接螺母连接副缸耳环；在活塞中设有螺旋孔式阻尼装置，该阻尼装置是由阻尼棒插在活塞的对称孔道中构成的，在阻尼棒外表面加工有螺旋槽，活塞借助压板与半环键装配在导杆的中间位置。

导向套与导杆之间通过矩形密封圈和轴用聚氨酯油封配合密封，导向套与缸筒之间通过三道橡胶II O型圈进行密封。

活塞与主缸筒之间采用孔用聚氨酯油封与聚四氟乙烯矩形耐磨环联合密封。

活塞与导杆之间采用橡胶II O型圈进行密封。

有益效果：本发明提供了一种设计简单、加工方便、性能稳定的大吨位粘滞阻尼器。该阻尼器通过阻尼棒槽道与活塞孔道之间的配合，形成阻尼通道；设置在阻尼棒外表面的螺旋槽道，既便于成批量加工，又在有限空间内成倍加长了阻尼通道，可有效提高阻尼器的输出阻尼力，增加阻尼器的消能减振效果。

对阻尼器缸筒、导杆及活塞等部位的加工工艺上及多道设防的密封措施，有效的增强了阻尼器的抗渗能力，延长了阻尼器的使用寿命。

活塞“无轴向间隙”结构，保证活塞与导杆同步运动，阻尼器能即时对结构振动做出响应，迅速消耗外界输入的振动能量以保证结构安全。

附图说明

下面结合附图和实施方式进一步对本发明进行说明。

图1为本发明的外观示意图；

图2为阻尼器结构纵剖面构造示意图；

图3为阻尼器缸盖部分装配构造示意图；

图4为阻尼器活塞装配构造示意图；

图5为阻尼器活塞加工图；

图6为图5A-A剖面图；

图7为阻尼棒大样图。

图中有：连接耳环1；导杆2；压紧螺母3；导向套4；主缸筒5；压板6；半环键7；活塞8；阻尼棒9；阻尼通道10；主副缸连接螺母11；副缸筒12；连接螺母13；副缸耳环14；矩形密封圈15；轴用聚氨酯油封16；双金属滑动轴承17；聚四氟乙烯矩形耐磨环18；橡胶II O型圈19；孔用聚氨酯油封20；阻尼介质21；橡胶II O型圈22；阻尼棒螺旋槽道23；阻尼棒顶面槽道24；活塞孔道25。

具体实施方式

本发明的螺旋孔式粘滞阻尼器主要包括主缸筒5、副缸筒12、导杆2、导向套4、双金属滑动轴承17、活塞8、阻尼棒9、阻尼介质21、连接耳环1、副缸耳环14以及矩形密封圈15、轴用聚氨酯油封16、橡胶II O型圈19、孔用聚氨酯油封20、橡胶II O型圈22、聚四氟乙烯矩形耐磨环18(参见图1、图2)。阻尼器导杆2与活塞8通过无轴向间隙结构相连，活塞8上设置螺旋状阻尼通道23(参见图4)，导杆2与缸筒5之间设有导向套4，在活塞8与缸筒5、导向套4与导杆2、导向套4与缸筒5之间设有多道密封(参见图3、图4)，在阻尼器两端还分别装配有与外界相连的连接耳环1、副缸耳环14。

本发明的阻尼器活塞8上根据需要对称开有孔道25，活塞孔道25直径与阻尼棒9直径一致(参见图5、图6)。为在活塞8上紧凑的空间内有效的增加阻尼通道的长度，将阻尼通道设计成螺旋形式。直接在活塞内加工出螺旋孔道在工艺上不可行，所以设计在阻尼棒9的外表面加工出螺旋槽道23(参见图7)，由活塞8与阻尼棒9配合组成阻尼通道(参见图4)。在阻尼棒螺旋槽23的尾端，要与阻尼棒9顶端的槽道24贯通，并与压板6上的阻尼孔10相连，共同组成连通活塞8两端的阻尼通道。

本发明中阻尼器活塞8的无轴向间隙结构(参见图4)，通过压板6与半环键7的配合，将活塞8与导杆2锁死，相互之间没有间隙，使得活塞8能够通过导杆2实时响应外界的振动。在活塞8与缸筒5之间，设有聚四氟乙烯耐磨环18和孔用聚氨酯油封20。

实际制造时，首先根据设计参数(截面形状、尺寸、螺距等，参见图7)在阻尼棒9外表面加工出螺旋槽23，再将加工后的阻尼棒9插入活塞8上的孔道25，然后借助压板6与半环键7将活塞装配于导杆2的中间位置，在活塞8外侧加上聚四氟乙烯矩形耐磨环18和孔用聚氨酯油封20，然后将导杆2两端各装配导向套4一套，导向套4与导杆2之间设置双金属滑动轴承17，放置到主缸筒5中，主缸筒5的一端加上压紧螺母3，另一端拧上主副缸连接螺母11并装上副缸筒12，灌入阻尼介质21并封口，最后在阻尼器两端加上连接耳环1和副缸耳环14，完成整个阻尼器的制作。在装配过程中，必须注意做好各部位的密封工作。

阻尼器主缸筒的一端封有压紧螺母，另一端通过连接螺母连接副缸筒，缸筒采用高强度合金钢无缝钢管，并对其内表面采用冷挤压工艺，或者采用珩磨和滚压工艺，提高缸筒内表面的密度和精度，增强耐磨性，防止在工作过程中被活塞拉毛或划伤而产生泄漏。

阻尼器导杆采用高强度合金钢实心导杆，除加工精度要求外，导杆外表面尚需进行镀硬铬处理，增强其强度、耐磨性和抗腐蚀能力，避免导杆表面的磨损，有利于提高阻尼器的密封效果。在恶劣条件下使用的阻尼器，则需在导杆表面喷涂一层厚0.2mm的镍基合金(镍铬硼硅)材料，其耐磨性是采用镀铬工艺导杆的数倍(硬度为HV650～1060)，显微显示软基体(镍基)上弥散分布着高硬度的化合物硬质点，为多孔结构，这种组织的自润滑性极佳，对密封材料具有很好的耐磨性。

阻尼器缸盖部分包括压紧螺母、导向套和密封。导杆两端各装配导向套一套，导向套为环型，安装在导杆和缸筒之间，一端通过卡槽卡在缸筒上，外部通过压紧螺母与缸筒固定。传统金属导向套承受径向力且耐磨能力差，长期工作使得导杆与导向套间隙过大，阻尼器密封和工作稳定性变差，进而导致渗漏。因此，本发明采用配有双金属滑动轴承(表面涂层为聚四氟乙烯)的导向套，可以避免钢材之间直接接触，降低导向套与运动导杆之间的摩擦力，有效减小在部件表面产生划痕的概率，提高其抗弯曲性、对中性、自润滑耐磨性，从而保证阻尼器的工作寿命。导向套与导杆之间通过矩形密封圈和轴用聚氨酯油封配合密封；导向套与缸筒之间通过三道橡胶II O型圈进行密封。

本发明活塞设计了“无轴向间隙”结构，借助压板与半环键的配合，将活塞与导杆锁死，从而减少运动过程中活塞对导杆的滞后影响，保证活塞与导杆同步运动。这种结构使得阻尼器对振动非常敏感，在外界输入能量的激励作用下，阻尼器响应速度快，滞回曲线饱满，可迅速取得明显的能量耗散效果。

活塞与缸筒之间的密封采用聚四氟乙烯耐磨环与橡胶II O型密封圈联合使用的方法，该方法使活塞与缸筒之间的摩擦系数极小，可有效减轻因活塞的往复运动对缸筒的磨损，避免出现拉缸的情况，保证活塞与缸筒之间的有效密封。活塞与导杆之间采用橡胶II O型圈进行密封。

阻尼孔的大小、形状是影响阻尼器性能的主要因素之一。在活塞上对称开2至6个大小相同的孔道，孔道内安装有阻尼棒，阻尼棒外表面加工有呈螺旋状的阻尼槽道。阻尼棒大小规格一致，仅其上开设的阻尼槽道截面形状、大小及螺距有变化。对同一个阻尼器，缸筒、导杆和活塞等主要部件尺寸可保持不变，仅通过更换不同设计参数的阻尼棒，即可获得不同的阻尼效果，便于标准、批量生产。

Claims (4)

1、一种螺旋孔式粘滞阻尼器，其特征是该阻尼器以主缸筒(5)为主体，在主缸筒(5)内的中部设有活塞(8)，两端分别设有导向套(4)，导杆(2)的内端位于活塞(8)和两个导向套(4)中，导杆(2)的外端与连接耳环(1)相接；在导向套(4)与导杆(2)之间设置双金属滑动轴承(17)；主缸筒(5)的一端封有压紧螺母(3)，另一端通过连接螺母(11)连接副缸筒(12)，主缸筒(5)内的活塞(8)两端的空腔内注满阻尼介质(21)；副缸筒(12)的外端通过连接螺母(13)连接副缸耳环(14)；在活塞(8)中设有螺旋孔式阻尼装置，该阻尼装置是由阻尼棒(9)插在活塞(8)的对称孔道(25)中构成的，在阻尼棒(9)外表面加工有螺旋槽(23)，活塞(8)借助压板(6)与半环键(7)装配在导杆(2)的中间位置。

2、根据权利要求1所述的螺旋孔式粘滞阻尼器，其特征是：导向套(4)与导杆(2)之间通过矩形密封圈(15)和轴用聚氨酯油封(16)配合密封，导向套(4)与缸筒(5)之间通过三道橡胶IIO型圈(22)进行密封。

3、根据权利要求1所述的螺旋孔式粘滞阻尼器，其特征是：活塞(8)与主缸筒(5)之间采用孔用聚氨酯油封(20)与聚四氟乙烯矩形耐磨环(18)联合密封。

4、根据权利要求1所述的螺旋孔式粘滞阻尼器，其特征是：活塞(8)与导杆(2)之间采用橡胶IIO型圈(19)进行密封。

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