CN104499594B - 位移旋转放大型形状记忆合金阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位移旋转放大型形状记忆合金阻尼器。本发明包括超弹性形状记忆合金丝、滚珠丝杠螺杆、滚珠丝杠螺母、导向支撑座、固定挡块、球轴承、夹具、固定板、套筒、左端盖、右端盖、连接螺栓、紧固螺栓。滚珠丝杠螺杆作为推拉杆通过导向支撑座支撑，只在轴向做推拉运动；滚珠丝杠螺母由球轴承支撑限制其只能做旋转运动；超弹性形状记忆合金丝穿过于滚珠丝杠螺母的通孔与固定板的通孔之间，并通过夹具夹紧固定。本发明利用滚珠丝杠将轴向直线运动转换成旋转运动从而放大形状记忆合金丝的位移行程，耗能效果显著增强，且具有自复位、结构简单、安全可靠、便于实际应用等特点，可应用于高层建筑、大跨桥梁等结构的抗震减振。

Description

位移旋转放大型形状记忆合金阻尼器

技术领域

本发明属于工程结构抗震减振技术领域，具体涉及一种主要用于高层建筑或大跨桥梁、海洋平台等土木结构振动控制的新型被动耗能阻尼器。

背景技术

地震、强风等外部激励的作用使土木工程结构容易产生大幅振动，对其安全性、舒适性构成了严重的威胁。面对现实环境中发生的各种振动灾害，提高工程结构的抗震、抗风能力和抗灾性能显得尤为重要，人们也一直在探求各种方法来有效减轻和抑制振动响应给工程结构带来的危害。近年来各种利用粘弹性材料、粘滞流体等材料开发的阻尼器取得了一定的减振效果，但此类材料制作的阻尼器在工程中的应用尚需克服诸如抗疲劳、抗老化、耐久性、耐腐蚀性及流体阻尼器可能存在的渗漏现象等普遍存在的问题。形状记忆合金是一种新型功能材料，具有显著的形状记忆效应、超弹性和高阻尼特性，以及可恢复变形大、高耗能、良好的耐腐蚀和耐疲劳性等优点且其拉扭效果俱佳，开发利用形状记忆合金材料阻尼器可以克服已有常规阻尼器的诸多问题。目前，国内外学者陆续开展了一些形状记忆合金材料阻尼器的研究工作，如专利号ZL03111064.9，锥形形状记忆合金阻尼器的专利，通过设计不同台形的组合连接关系来发挥形状记忆合金的超弹性耗能；专利号ZL200610200568.3，混合型形状记忆合金阻尼器，通过奥氏体丝和马氏体弹簧的结合设计来实现耗能特性与自复位效果的同时发挥；专利号ZL200810010036.2，复合型形状记忆合金摩擦阻尼器，通过采用形状记忆合金丝与摩擦耗能装置的结合设计来提高耗能效果；专利号ZL200810137193.X，形状记忆合金阻尼器，通过设计利用奥氏体细丝缠绕线圈制成微弹簧摩擦阻尼材料，通过改变材料的利用方式来增强阻尼器的耗能能力。由于阻尼器在结构振动中所耗散能量的大小既与阻尼器自身材料性能有关，也与阻尼器安装位置处结构的相对变形大小有关，上述多数阻尼器不具备放大位移或位移放大较小的功能，因此，设计开发出能放大形状记忆合金丝的相对位移、增大阻尼器的位移行程以显著增强耗能控制效果的阻尼器有非常必要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有形状记忆合金阻尼器耗能能力较低的问题，提供一种位移旋转放大型形状记忆合金阻尼器，该阻尼器是一种减振耗能能力强、效率高，能自复位且结构简单、便于工程实际应用的被动耗能阻尼器，主要用于高层建筑、大跨度桥梁、海洋平台等结构物的振动控制。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该位移旋转放大型形状记忆合金阻尼器，它包括套筒，套筒的左、右端通过螺纹连接有左端盖和右端盖，左端盖内侧通过紧固螺栓固连有导向支撑座，右端盖内侧通过紧固螺栓固连有固定板；一根滚珠丝杠螺杆穿过左端盖和导向支撑座的中心孔伸入到套筒内，并由导向支撑座支撑；所述滚珠丝杠螺杆位于套筒内的螺杆上连接有滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠螺母通过连接螺栓与一安装于套筒内的球轴承的内钢圈固连，所述球轴承的外钢圈外侧焊接于套筒内壁上，且球轴承的左、右侧面通过均匀设在套筒内壁上的固定挡块限制；所述滚珠丝杠螺母和固定板上相对应的位置各均匀设有两个以上的通孔，相对应的通孔之间穿过超弹性形状记忆合金丝，通孔处通过夹具夹紧固定超弹性形状记忆合金丝。

具体的，所述超弹性形状记忆合金丝为NiTi记忆合金丝。

本发明的滚珠丝杠螺杆作为推拉杆经由导向支撑座支撑，只在轴向做推拉运动；球轴承的外钢圈外侧焊接于套筒内壁，并经由固定挡块限制；滚珠丝杠螺母与球轴承的内钢圈经由连接螺栓固结连为一体，从而控制了滚珠丝杠螺母的轴向运动，使其只做旋转运动；超弹性形状记忆合金丝穿过于滚珠丝杠螺母的通孔与固定板的对应通孔之间，并通过夹具夹紧固定；当滚珠丝杠螺杆受到拉压力产生轴向相对运动时，滚珠丝杠螺杆的推拉来回直线运动通过内部滚珠转换成滚珠丝杠螺母的正反向旋转运动，滚珠丝杠螺母旋转带动超弹性形状记忆合金丝旋转拉伸，实现了形状记忆合金丝位移行程的放大，从而在往复的过程中实现了耗能效果的显著增强，且同时阻尼器具备着自复位的能力。

本发明组装前，可根据实际工程结构的控制要求选用不同螺纹间距的滚珠丝杠螺杆，以此来确定形状记忆合金丝位移行程放大幅度，实现不同的减振效果。同时，也可通过调节套筒与右端盖的螺纹连接程度来确定形状记忆合金丝的预拉程度。

超弹性形状记忆合金丝，根据需要可选用不同丝径和不同根数，如直径为1mm，2mm等；根数为2根、4根、6根等。

本发明的位移旋转放大式形状记忆合金阻尼器与现有形状记忆合金阻尼器相比，因加入了滚珠丝杠的设计，而具有如下优点：

(1)本发明将直线运动转换为旋转运动，增大了阻尼器的相对位移行程，大大增强了耗能效果；

(2)实现了高耗能和自复位功能的结合；

(3)工作原理清晰、减振效果好，构造简单、易于工程应用量产。

附图说明

图1是本发明实施例的剖面结构示意图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是图1的B-B剖面图。

图4是图1的C-C剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图1至图4，本实施例包括套筒4，套筒4的左、右端通过螺纹连接有左端盖2和右端盖11，左端盖2内侧通过紧固螺栓12固连有导向支撑座3，从图3中可见，导向支撑座3为一个方形构件；右端盖11内侧通过紧固螺栓12固连有固定板10，从图4中可见，固定板10是一个圆形构件。从图1中可见，滚珠丝杠螺杆1穿过左端盖2和导向支撑座3的中心孔伸入到套筒4内，并由导向支撑座3支撑；滚珠丝杠螺杆1位于套筒4内的螺杆上连接有滚珠丝杠螺母5，滚珠丝杠螺母5通过连接螺栓13(如图2所示)与安装于套筒4内的球轴承7的内钢圈固连，球轴承7的外钢圈外侧焊接于套筒4的内壁上，且球轴承7的左、右侧面通过均匀设在套筒4内壁上的固定挡块6限制。滚珠丝杠螺母5和固定板10上相对应的位置各均匀设有两个的通孔(如图2、图4所示)，相对应的通孔之间穿过超弹性形状记忆合金丝8，通孔处通过夹具9夹紧固定超弹性形状记忆合金丝8；超弹性形状记忆合金丝8为NiTi记忆合金丝。

以下是本实施例的制作及安装过程：

(1)对受控工程结构进行分析，根据所要求达到的性能要求，确定阻尼器的尺寸及各项参数，包括形状记忆合金丝丝径、丝长、丝数量、预拉程度，以及滚珠丝杠螺杆的螺纹间距等。

(2)购买及加工制作所需的超弹性形状记忆合金丝8、滚珠丝杠螺杆1、滚珠丝杠螺母5、导向支撑座3、球轴承7、夹具9、固定板10、套筒4、左端盖2、右端盖11、紧固螺栓12、连接螺栓13。

(3)先将固定板10通过紧固螺栓12固定于右端盖11内侧，导向支撑座3通过紧固螺栓12固定于左端盖2内侧，将球轴承7焊接于套筒4内壁并经由固定挡块6限制。

(4)再把套筒4与左端盖2通过螺纹连接紧固，将滚珠丝杠螺杆1穿过导向支撑座3与左端盖2的中心孔并经由导向支撑座3支撑，将滚珠丝杠螺母5装置好与球轴承7的内钢圈通过连接螺栓13连接紧固。

(5)将超弹性形状记忆合金丝8穿过于滚珠丝杠螺母5的通孔与固定板10的对应通孔之间，通过夹具6夹紧固定。

(6)最后将套筒4右端盖11通过螺纹连接，根据预拉要求拧固到确定位置，从而完成该阻尼器的整体组装。

使用时，将阻尼器与所处位置的结构构件连接，外部结构的拉压运动使滚珠丝杠螺杆1发生径向运动，然后驱使滚珠丝杠螺母5旋转运动，由于滚珠丝杠螺母5与球轴承7连接，可以在滚珠丝杠螺杆1作用下自由旋转运动，与滚珠丝杠螺母5相连的超弹性形状记忆合金丝8即被拉伸。在往复的运动过程中，滚珠丝杠螺母5时而顺时针，时而逆时针，从而驱使超弹性形状记忆合金丝8作拉伸往复运动，实现阻尼器的耗能作用。

Claims (2)

1.一种位移旋转放大型形状记忆合金阻尼器，其特征在于：它包括套筒，套筒的左、右端通过螺纹连接有左端盖和右端盖，左端盖内侧通过紧固螺栓固连有导向支撑座，右端盖内侧通过紧固螺栓固连有固定板；一根滚珠丝杠螺杆穿过左端盖和导向支撑座的中心孔伸入到套筒内，并由导向支撑座支撑；所述滚珠丝杠螺杆位于套筒内的螺杆上连接有滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠螺母通过连接螺栓与一安装于套筒内的球轴承的内钢圈固连，所述球轴承的外钢圈外侧焊接于套筒内壁上，且球轴承的左、右侧面通过均匀设在套筒内壁上的固定挡块限制；所述滚珠丝杠螺母和固定板上相对应的位置各均匀设有两个以上的通孔，相对应的通孔之间穿过超弹性形状记忆合金丝，通孔处通过夹具夹紧固定超弹性形状记忆合金丝。

2.根据权利要求1所述位移旋转放大型形状记忆合金阻尼器，其特征在于：所述超弹性形状记忆合金丝为NiTi记忆合金丝。