CN104074921B - 一种滚珠式隔震装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滚珠式隔震装置，其结构包括上、下面板、固定在下面板上的多个凹面底座、固定在上面板之上的可以在凹面底座上滚动的多个万向球，所述的下面板和上面板之间设置有导向机构。本发明解决了隔震装置对被隔震物品的隔震效果的好坏对被隔震物品的重量敏感的问题，同时解决了被隔震物品在隔震装置上放置时易于出现转动的问题。该发明在工程中应用，能够产生较大地经济效益和明显的社会效益，具有非常好的应用前景。

Description

一种滚珠式隔震装置

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别是涉及工程结构减振（震）技术领域。

背景技术

博物馆文物具有重要的文化、历史和艺术价值，保护意义重大。我国的文物防震研究多针对古建筑的抗震性能和抗震加固技术方面进行的，而针对馆藏文物防震对策的研究较少。1994年1月17日美国洛杉矶里氏6.6级地震、1995年1月17日日本阪神淡路7.2级地震、1999年9月21日台湾花莲南投间7.6级地震、2008年5月12日中国汶川8.0级地震等大地震发生时，许多博物馆及文物遭到了巨大的灾害，如汶川8.0级地震中，仅四川省就有２１６家文物收藏单位的３１６９件馆藏文物受到不同程度破坏，造成了巨大的损失。因此文物方面的防震技术越来越受到世界各地文物保护和地震防灾部门的高度重视，文物防震保护的问题亟待解决。

就我国馆藏浮放文物的现状而言，传统的支、粘、卡、绑等方法是主要防震技术手段，它们虽然在一定程度上可提高文物的抗震性能，但也存在破坏文物、加固效果差、影响外观等问题。与国内相比，日本、美国等国家均采用了不同类型的文物隔震装置。相对于传统的方法来说，文物隔震技术则是“软功”，更多的是采用减震吸震缓冲材料或结构，将文物与底座隔开，达到保护文物的目的。其中，由于被动隔震装置具有造价低、实用方便等优点，因而在这些国家的博物馆领域得到广泛应用。这些装置被安放在文物或展柜底部，在地震作用下，装置产生运动，以避开地震波卓越频率，并耗散部分地震能量，从而使文物得到保护。从馆藏浮放文物隔震装置的研发现状来看，国内方面在此方面严重不足，而国外方面如日本、美国、意大利等国家已普遍推广使用不同类型文物隔震装置以实现基于先进技术的文物防震保护。滚轮式、滚轴式、滚珠式、滑块式、摩擦摆式等不同类型隔震装置得以研发，空气弹簧、恒力弹簧、磁石、形状记忆合金等不同类型隔震材料得以应用，使得文物隔震装置的开发前景广阔。然而从文物隔震装置的隔震效果来看，实现构造简单、小容积、低传导比(文物的响应加速度峰值与输入地震波加速度峰值之比)及避免文物竖向摇摆，并保证隔震装置的可靠性、耐久性仍是一个重要的课题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种对文物、展柜、重要设备进行隔震的装置，在地震来临时，该隔震装置可以产生较好隔震作用，可以有效保护物品免遭损坏。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种滚珠式隔震装置，包括上面板、下面板、凹面底座，万向球，多个凹面底座固定在下面板上、多个万向球固定在上面板之上并能在凹面底座上滚动，所述的下面板和上面板之间设置有导向机构，该导向机构为下面板和上面板之间设置的双向直线导轨，该导向机构使得上面板与下面板之间保持平动而不会发生相对转动。

进一步可以将所述的万向球替换为凸球面的滑块。

优选的，所述的下面板与上面板之间还设置有固结该上下面板的剪力销或定力锁或定力扣，当地震时上下面板之间的水平力达到一定值时，剪力销或定力锁或定力扣被剪断或打开，上部结构才能在下部结构的凹面中滚动。

优选的，所述的凹面底座是球面、双曲面或椭球面，通过调整凹面的尺寸，改变结构的固有频率。

优选的，上面板与下面板之间设置有防尘结构，防尘结构为防尘布、橡胶或弹性密封板。

优选的，所述的万向球内部设置有竖向隔震弹簧，弹簧为螺旋弹簧、碟簧、或其他弹性材料体。

优选的，设置四个万向球，凹面底座凹面的边缘设置有缓冲橡胶圈，剪力销设置为圆柱体，圆柱的中间部分加工成一段应力集中的薄弱环节，以便于在一固定的剪力作用下剪断，剪力销的材料选择钢、其他金属、或非金属材料，凹面底座的凹面部分镀铬处理。

优选的，导向机构是由分别固定在下面板和上面板上的直线导轨，和通过连杆铰接在一起的纵向和横向滑块组成，其中连杆与纵向滑块和横向滑块之间通过销轴相连，该导向机构有效的将上下面板之间的平动运动分解为横向和纵向的直线导轨的滑动，并可防止上下面板之间产生扭转运动。

优选的，万向球的内设置有内部循环滚动的小滚珠。

并且，提供设置上述滚珠式隔震装置的方法，该装置设置剪力销、定力锁或定力扣，在较小的震动或较小的外力的干扰下，隔震装置不产生相对移动，不发挥隔震作用，当地震的振动使隔震机构的上下部分产生的相对移动的力达到一定值时隔震装置开始产生相对移动并起到所需的隔震作用，通过改变凹面的尺寸来改变结构的固有频率。

该类隔震装置主要通过固定在上面板上的万向球在下部凹面底座的凹面内滚动来达到隔震目的，该结构简单，通过一个滚轴和一个凹面可以实现水平方向上的任意移动。通常情况下，上部结构的万向球位于凹球面的中心部位，地震时，钢珠在凹形面内自由滚动，而其上部的文物始终保持水平状态。由于装置的固定周期仅取决于凹形面的曲率及重力加速度，因此可适用于不同重量的文物隔震。该装置的恢复力由万向球上部重物的重力提供，阻尼力由滚珠与上、下层凹形板间的滚动摩擦产生。上下部结构之间还设置有导向机构，该导向机构可以保证下面板和上面板之间只能产生平动而不会产生相对的转动。

本发明的优点在于该隔震装置的结构简单，通过一个滚轴和一个凹面可以实现水平方向上的任意移动。同时该隔震装置设置有导向机构，可以保证上下部结构之间只能产生平动而不会产生相对转动，从而使该隔震装置便于在工程上应用并取得较大的经济效益和明显的社会效益。

附图说明

图1为滚珠式隔震装置的正视图。

图2为滚珠式隔震装置的俯视图。

图3为滚珠式隔震装置右视剖视图。

图4为去除上面板后的立体图。

图中：1a上面板，1b下面板，2凹面底座，3万向球，4连杆，5导轨，6纵向滑块，7销轴，8缓冲圈，9横向滑块，剪力销10。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明具体说明如下：参见图1－4，作为本发明的一个实施例的一种滚珠式隔震装置，包括上面板1a、下面板1b、凹面底座2，万向球3，多个凹面底座2固定在下面板上1b、多个万向球固定在上面板之上并能在凹面底座上滚动，所述的下面板和上面板之间设置有导向机构，该导向机构为下面板和上面板之间设置的双向直线导轨5，该导向机构使得上面板与下面板之间保持平动而不会发生相对转动，所述的下面板与上面板之间还设置有固结该上下面板的剪力销10或定力锁或定力扣，当地震时上下面板之间的水平力达到一定值时，剪力销或定力锁或定力扣被剪断或打开，上部结构才能在下部结构的凹面中滚动，所述的凹面底座是球面、双曲面或椭球面，通过调整凹面的尺寸，改变结构的固有频率，上面板与下面板之间设置有防尘结构，防尘结构为防尘布、橡胶或弹性密封板，所述的万向球内部设置有竖向隔震弹簧，弹簧为螺旋弹簧、碟簧、或其他弹性材料体，万向球的内设置有内部循环滚动的小滚珠。设置四个万向球，凹面底座凹面的边缘设置有缓冲橡胶圈，剪力销设置为圆柱体，圆柱的中间部分加工成一段应力集中的薄弱环节，以便于在一固定的剪力作用下剪断，剪力销的材料选择钢、其他金属、或非金属材料，凹面底座的凹面部分镀铬处理，导向机构是由分别固定在下面板和上面板上的直线导轨，和通过连杆4铰接在一起的纵向和横向滑块（6，9）组成，其中连杆与纵向滑块和横向滑块之间通过销轴7相连，该导向机构有效的将上下面板之间的平动运动分解为横向和纵向的直线导轨的滑动，并可防止上下面板之间产生扭转运动。并且，提供设置上述滚珠式隔震装置的方法，该装置设置剪力销、定力锁或定力扣，在较小的震动或较小的外力的干扰下，隔震装置不产生相对移动，不发挥隔震作用，当地震的振动使隔震机构的上下部分产生的相对移动的力达到一定值时隔震装置开始产生相对移动并起到所需的隔震作用，通过改变凹面的尺寸来改变结构的固有频率。可以将所述的万向球替换为凸球面的滑块。如图1～图4所示，其结构包括上下面板1、固定在下面板上的四个球面底座2、固定在上面板之上的可以在球面底座2上滚动的四个万向球3，所述的下面板和上面板之间设置有双向直线导轨5导向机构，该导向机构可以保证上面板与下面板之间保持平动而不会发生相对转动。该滚珠式隔震装置，通过可以在球面底座内滚动的万向球，将水平方向上的地震振动传递的能量部分的转化为上面板及上面板所承载的物品的势能，并利用该势能进行复位，同时通过摩擦或其他的耗能结构试验能量的耗散。上下面板之间设置有剪力销10，球面底座球面边缘设置有缓冲橡胶圈8。该结构的优点在于，可以通过改变球面的半径来改变结构的固有频率，而隔震结构的固有频率与上面板上所承载的物品的重量大小无关。同时利用剪力销，可以保证该隔震器上所承载的物品在受到外界的较小振动或水平力的干扰时，不会产生移动，而当地震来临时，剪力销会被剪断，上下面板之间可以产生自由的相对滚动，产生隔震的效果，当地震的作用超过隔震位移的范围时，万向球不会直接撞击到球面底座的边缘，而是撞到橡胶缓冲环上，通过橡胶的弹性变形和内部阻尼作用来减缓该撞击作用，从而做大范围的保护被隔震的物品。

其中剪力销设置为圆柱体，圆柱的中间部分加工成一段应力集中的薄弱环节，以便于销钉在一固定的剪力作用下剪断，剪力销的材料可以选择钢、其他金属、或非金属材料。球面底座的球面部分镀铬处理，以保证球面的硬度和防腐质量。

其中双向导轨导向机构，可以有效的将上下面板之间的平动运动分解为横向和纵向的直线导轨的滑动，并可防止上下面板之间产生扭转运动。

其中的万向球内部设置有竖向减振隔震弹簧，该处的弹簧可以为叠簧或螺旋弹簧或其他弹性材料。万向球的内设置有内部循环滚动的小滚珠，可以减少万向球内部的摩擦，保证滚动的可靠性。

最后所要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种滚珠式隔震装置，其特征在于：包括上面板、下面板、凹面底座，万向球或凸球面滑块，多个凹面底座固定在下面板上、多个万向球或凸球面滑块固定在上面板之上并能在凹面底座上滚动，所述的下面板和上面板之间设置有导向机构，该导向机构为下面板和上面板之间设置的双向直线导轨，该导向机构使得上面板与下面板之间保持平动而不会发生相对转动；

所述的下面板与上面板之间还设置有固结该上下面板的剪力销或定力锁或定力扣，当地震时上下面板之间的水平力达到一定值时，剪力销或定力锁或定力扣被剪断或打开，上部结构才能在下部结构的凹面中滚动；

所述的万向球或凸球面滑块内部设置有竖向隔震弹簧，弹簧为螺旋弹簧、碟簧、或其他弹性材料体；

凹面底座凹面的边缘设置有缓冲橡胶圈，剪力销设置为圆柱体，圆柱的中间部分加工成一段应力集中的薄弱环节，以便于在一固定的剪力作用下剪断，剪力销的材料选择钢、其他金属、或非金属材料，凹面底座的凹面部分镀铬处理；

导向机构是由分别固定在下面板和上面板上的直线导轨，和通过连杆铰接在一起的纵向和横向滑块组成，其中连杆与纵向滑块和横向滑块之间通过销轴相连，该导向机构有效的将上下面板之间的平动运动分解为横向和纵向的直线导轨的滑动，并可防止上下面板之间产生扭转运动。

2.按照权利要求1所述的滚珠式隔震装置，其特征在于：所述的凹面底座是球面、双曲面或椭球面，通过调整凹面的尺寸，改变结构的固有频率。

3.按照权利要求1所述的滚珠式隔震装置，其特征在于：上面板与下面板之间设置有防尘结构，防尘结构为防尘布或弹性密封板。

4.按照权利要求1所述的滚珠式隔震装置，其特征在于：万向球或凸球面滑块内设置有内部循环滚动的小滚珠。

5.一种如上述权利要求1-4中任一所述的一种滚珠式隔震装置的设置方法，其特征在于：该装置设置剪力销、定力锁或定力扣，在较小的震动或较小的外力的干扰下，隔震装置不产生相对移动，不发挥隔震作用，当地震的振动使隔震机构的上下部分产生的相对移动的力达到一定值时隔震装置开始产生相对移动并起到所需的隔震作用，通过改变凹面的尺寸来改变结构的固有频率。