CN105133741B - 应变增幅装置及阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应变增幅装置及阻尼器，它包括第一连接钢板、外夹层钢板、偏心扇形齿轮和第二连接钢板，所述外夹层钢板为两块，所述第一连接钢板的下部位于两块所述外夹层钢板之间的上部，所述偏心扇形齿轮设置两块所述外夹层钢板之间，所述第二连接钢板设置两块外夹层钢板之间的下部，所述第一连接钢板下侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮上齿啮合。本发明通过增加阻尼器的应变量来增强其耗能的效率，使其从微小震动开始就可以高效耗能，而一旦超出阻尼器设计应变，则触发限位器耗能，使阻尼器整体性能趋于稳定，不至于因变形过大而产生大幅的阻尼衰减。通过本发明减少了阻尼器的使用数量和安装工程量，从而降低了整体成本。
Description
技术领域
本发明涉及建筑防震技术领域，具体涉及一种应变增幅装置及阻尼器。
背景技术
板式阻尼器是由阻尼橡胶和钢板组成，安装在建筑上，当结构因水平作用(地震、强风)而产生变形时，带动钢板运动使阻尼橡胶产生剪切变形，阻尼橡胶在反复的变形过程中耗散掉外部传来的能量，达到减轻建筑结构晃动趋势的效果。板式阻尼器具有微小应变耗能、体型小巧等特点，但由于其材料的特性，在微小变形时耗能效率不高，这是因为在粘弹性阻尼器的耗能计算公式中(式中Wcj是阻尼器耗能的数值，Cj是阻尼器参数，T1是周期，而uj则表示变形量)。耗能与变形量的平方数成正比，所以，虽然粘弹性阻尼器可以在微小变形下就可以耗能，但实际上在微小变形时并不能有效发挥其阻尼性能。
现有的板式阻尼器存在如下缺点：虽然在发生微小应变时就可以耗能，但耗能量小，往往需要安装大量的阻尼器才能发挥明显的效果。这使得采用粘弹性阻尼器的技术方案成本偏高，从而不具有市场竞争力。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种应变增幅装置及阻尼器，用于解决现有阻尼器耗能效果不理想的技术问题。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种应变增幅装置，它包括第一连接钢板、外夹层钢板、偏心扇形齿轮和第二连接钢板，所述外夹层钢板为两块，所述第一连接钢板的下部位于两块所述外夹层钢板之间的上部，所述偏心扇形齿轮设置两块所述外夹层钢板之间，所述第二连接钢板设置两块外夹层钢板之间的下部，所述第一连接钢板下侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮上齿啮合，所述偏心扇形齿轮通过第一齿轮轴与两块外夹层钢板转动连接，所述第二连接钢板上侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮下齿啮合。
为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：
根据本发明的一个实施方案，所述第一连接钢板还通过设置的第一直线滑动装置与两块外夹层钢板连接。
根据本发明的另一个实施方案，所述第二连接钢板还通过设置的第二直线滑动装置与两块外夹层钢板连接。
根据本发明的另一个实施方案，所述第一直线滑动装置和/或第二直线滑动装置为直线轴承。
根据本发明的另一个实施方案，两块外夹层钢板的上部上分别设置向内侧延伸的延伸部，第一连接钢板的两个侧面分别设置与所述外夹层钢板上部的延伸部对应的凸起部；所述外夹层钢板上部的延伸部与所述第一连接钢板上的凸起部之间可以形成一个用于安装所述直线轴承的安装位；或者不需要安装直线轴承。
根据本发明的另一个实施方案，所述外夹层钢板上部的延伸部的下侧面设置用于安装直线轴承的弧形凹槽，对应的所述第一连接钢板上的凸起部的上侧面也设置有弧形凹槽。
根据本发明的另一个实施方案，两块外夹层钢板的中部分别设置向内侧延伸的延伸部，所述第二连接钢板的两个侧面分别设置与所述外夹层钢板中部的延伸部对应的凸起部；所述外夹层钢板中部的延伸部与所述第二连接钢板上的凸起部之间可形成一个用于安装所述直线轴承的安装位，或者无需安装该直线轴承。
根据本发明的另一个实施方案，所述外夹层钢板中部的延伸部的上侧面设置用于安装直线轴承的弧形凹槽，对应的所述第二连接钢板上的凸起部的下侧面也设置有弧形凹槽。
根据本发明的另一个实施方案，所述偏心扇形齿轮的两个侧面与外夹层钢板之间各设置一个垫板。
根据本发明的另一个实施方案，两块所述外夹层钢板之间的两端分别设置一个限位器。
根据本发明的另一个实施方案，所述限位器是一种限位垫板或板式阻尼器。
根据本发明的另一个实施方案，所述外夹层钢板和/或第二连接钢板下侧设置用于与阻尼器上的钢板连接的凹槽。
根据本发明的另一个实施方案，所述偏心扇形齿轮上齿的分度圆半径与偏心扇形齿轮下齿的分度圆半径之间的比值范围为1～3。
根据本发明的另一个实施方案，它还包括防尘罩，所述防尘罩将两块所述外夹层钢板的外表面覆盖；所述第二连接钢板与两块所述外夹层钢板之间各设置一个防油板，所述防油板与所述第二连接钢板连接，所述防油板不与所述外夹层钢板连接。
本发明还可以是：
一种阻尼器，它包括第一连接钢板、偏心扇形齿轮、阻尼器外夹层钢板和阻尼器中间夹层钢板，所述阻尼器外夹层钢板为两块，所述第一连接钢板的下部位于两块所述阻尼器外夹层钢板之间的上部，所述偏心扇形齿轮位于两块所述阻尼器外夹层钢板之间，所述阻尼器中间夹层钢板位于两块所述阻尼器外夹层钢板之间，所述偏心扇形齿轮通过第一齿轮轴与两块所述阻尼器外夹层钢板转动连接，所述第一连接钢板下侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮上齿啮合，所述阻尼器中间夹层钢板上侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮下齿啮合。
以及还可以是一种阻尼器，它包括发明内容部分所述的应变增幅装置。
该阻尼器可与所述应变增幅装置粘接、焊接，或整体成型等。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：
本发明的一种应变增幅装置及阻尼器，通过增加阻尼器的应变量来增强其耗能的效率，使其从微小变形开始就可以高效耗能，从而提升其在实际应用中的竞争优势。
附图说明
为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
图1示出了根据本发明一个实施例的应变增幅装置的正面结构示意图。
图2示出了根据本发明一个实施例的应变增幅装置的侧面结构示意图。
图3示出了图1的剖面结构示意图。
图4示出了根据本发明一个实施例的应变增幅装置与阻尼器连接的局部示意图。
图5示出了根据本发明一个实施例的应变增幅装置的使用状态示意图。
图6示出了根据本发明一个实施例的板式阻尼器正面结构示意图。
图7示出了根据本发明一个实施例的板式阻尼器侧面结构示意图。
图8示出了根据本发明一个实施例的偏心扇形齿轮结构示意图。
图9示出了根据本发明一个实施例的板式阻尼器安装使用状态示意图。
图10示出了根据本发明一个实施例的板式阻尼器整体结构示意图。
图11示出了根据本发明一个实施例的阻尼器位移-耗能示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－第一连接钢板，2－偏心扇形齿轮，3－阻尼器外夹层钢板，4－阻尼器中间夹层钢板，5－粘弹性体，6－限位齿轮，7－第一齿轮轴，8－第二齿轮轴，9－直线轴承，10－垫板，11－延伸部，12－凸起部，13－型钢连接段，14－上梁，15－第二连接钢板，16－外夹层钢板，17－限位器，18－凹槽，19－凹形腔体，20－粗虚线部分，21－防尘罩，22－防油板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
为了解决以上问题，发明人发明了一种应变增幅装置，该应变增幅装置可应用于普通的阻尼器上，如板式阻尼器等，使从建筑传来的变形通过本应变增幅装置增幅后传给阻尼橡胶，以此增加阻尼橡胶的变形量，提高耗能效率，具体方案如下：
如图1～图5所示，一种应变增幅装置，它包括第一连接钢板1、外夹层钢板16、偏心扇形齿轮2和第二连接钢板15，外夹层钢板16为两块，所述第一连接钢板1位于两块外夹层钢板16之间的上部，即第一连接钢板1下端伸入两块外夹层钢板16之间的上部，所述第一连接钢板1下侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮2上齿啮合，所述第一连接钢板1还通过设置的第一直线滑动装置与两块外夹层钢板16滑动连接，所述偏心扇形齿轮2通过第一齿轮轴7与两块外夹层钢板16转动连接，所述第二连接钢板15设置两块外夹层钢板16之间的下部，所述第二连接钢板15上侧通过设置齿与所述偏心扇形齿轮2下齿啮合。
第二连接钢板15也可通过设置的第二直线滑动装置与两块外夹层钢板16滑动连接。
以上提到的直线滑动装置优选直线轴承9，或者直线滑动装置也可选择能够实现上述相对移动功能的其他装置。
为了便于安装直线滑动装置，可在第一连接钢板1、第二连接钢板15和外夹层钢板16上相应设置安装位置，具体而言，两块外夹层钢板16的上部上分别设置向内侧延伸的延伸部11，第一连接钢板1的两个侧面分别设置与所述外夹层钢板16上部的延伸部11对应的凸起部12，所述外夹层钢板16上部的延伸部11与所述第一连接钢板1上的凸起部12之间形成一个用于安装所述直线轴承9的安装位。外夹层钢板16上部的延伸部11的下侧面设置用于安装直线轴承9的弧形凹槽，对应的所述第一连接钢板1上的凸起部12的上侧面也设置有弧形凹槽。
两块外夹层钢板16的中部分别设置向内侧延伸的延伸部11，所述第二连接钢板15的两个侧面分别设置与所述外夹层钢板16中部的延伸部11对应的凸起部12，所述外夹层钢板16中部的延伸部11与所述第二连接钢板15上的凸起部12之间形成一个用于安装所述直线轴承9的安装位。所述外夹层钢板16中部的延伸部11的上侧面设置用于安装直线轴承9的弧形凹槽，对应的所述第二连接钢板15上的凸起部12的下侧面也设置有弧形凹槽。
对于偏心扇形齿轮2可以是多个，图1中示出了3个的情况，偏心扇形齿轮2的两个侧面与外夹层钢板16之间可各设置一个垫板10。
为了防止应变增幅装置变形过大的情况，可在两块外夹层钢板16之间的上部两端各设置一个限位器17。该限位器17可以是一种限位垫板或板式阻尼器，如粘弹性摩擦板式阻尼器，当实际应变超过其设计应变时，起到补充耗能的作用。
如图4所示，图4的左边是外夹层钢板16或第二连接钢板15，图4的右边是阻尼器的外层或中间层钢板，外夹层钢板16和/或第二连接钢板15下侧设置用于与阻尼器上的钢板连接的凹槽18，在该凹槽18处可采用结构胶粘接或焊接的方式进行固定连接。再如图1所示，外夹层钢板16或第二连接钢板15的下端可设置成与阻尼器的外层或中间层钢板连接的凹形腔体19。
如图5所示，图5示出了根据本发明一个实施例的应变增幅装置的使用状态示意图，应变增幅装置设置在板式阻尼器，图5的粗虚线部分20表示表示应变增幅装置与板式阻尼器的内、外层钢板连接处，其具体连接方式如图4所示。
以及为了防尘，它还包括防尘罩21，所述防尘罩21将两块所述外夹层钢板16的外表面覆盖，包括两块外夹层钢板16形成的前后面，左右侧面，顶面；所述第二连接钢板15与两块所述外夹层钢板16之间各设置一个防油板22，防尘罩21可以采用0.2mm厚的不锈钢板，可将以上限位器17的顶面和一个侧面覆盖，防尘罩21可起到防尘、美化的作用；所述第二连接钢板15与两块所述外夹层钢板16之间各设置一个防油板22，所述防油板22与所述第二连接钢板15连接，所述防油板22不与所述外夹层钢板16连接，防油板22可起到防尘、防油的作用。
如图5～图10所示，一种板式阻尼器，它包括第一连接钢板1和偏心扇形齿轮2，所述第一连接钢板1设置两块阻尼器外夹层钢板3之间的上部，即第一连接钢板1的下端连入两块阻尼器外夹层钢板3之间的上部，所述第一连接钢板1下侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮2上齿啮合，所述第一连接钢板1还通过设置的直线滑动装置与两块阻尼器外夹层钢板3滑动连接，所述偏心扇形齿轮2通过第一齿轮轴7与两块阻尼器外夹层钢板3转动连接，阻尼器中间夹层钢板4上侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮2下齿啮合。
一优选的实施例中还可包括限位齿轮6，所述限位齿轮6设置于两块阻尼器外夹层钢板3之间，所述限位齿轮6通过第二齿轮轴8与两块阻尼器外夹层钢板3转动连接，以及限位齿轮6与阻尼器中间夹层钢板4下侧面设置的齿啮合。本实施例的阻尼器也可采用以上实施例的限位器17的结构。
一个实施例中的直线滑动装置也可为直线轴承9，当然也可选择能够实现上述相对移动功能的其它装置。。
两块阻尼器外夹层钢板3上端分别向内折弯/延伸形成延伸部11，第一连接钢板1的两个侧面分别设置与之对应的凸起部12，所述延伸部11与凸起部12之间形成一个用于安装直线滑动装置的安装位。
所述偏心扇形齿轮2上齿的分度圆半径小于偏心扇形齿轮2下齿的分度圆半径。
所述偏心扇形齿轮2的两个侧面与阻尼器外夹层钢板3之间各设置一个垫板10。
所述限位齿轮6的两个侧面与阻尼器外夹层钢板3之间也各设置一个垫板10。
本实施例的附图中示出了偏心扇形齿轮2为两个的情况，但本发明并不限于此，偏心扇形齿轮2可以是至少一个。
应变增幅机构作用原理是：
偏心扇形齿轮2放大图样如图8所示，通过偏心扇形齿轮2利用“杠杆原理”将从第一连接钢板1传来的变形幅值扩大，使阻尼器中间夹层钢板4产生较大位移，带动粘弹性体5(橡胶)产生剪切变形，其产生的应变增幅比为R/r。所述偏心扇形齿轮2上齿的分度圆半径与偏心扇形齿轮2下齿的分度圆半径之比的范围优选为1：1～3，或者说偏心扇形齿轮2上齿与偏心扇形齿轮2下齿的传动比为1：1～3，更优选的采用1:2，一般可选r＝33mm，R＝66mm。
对于以上提到的阻尼器可以是板式阻尼器，也可以是其它的阻尼器，即本发明的应变增幅装置可运用在板式粘弹性阻尼器，板式粘滞阻尼器等。如图7所示的板式阻尼器，在阻尼器中间夹层钢板4与阻尼器外夹层钢板3之间粘接有粘弹性体5。
如图9所示，第一连接钢板1上可设置螺栓孔，通过该螺栓孔将第一连接钢板1与型钢连接段13连接，所述型钢连接段13与上梁14连接。假设在地震的情况下，上梁14受到如图9向右为F的力，型钢连接段13产生向右的位移U0，阻尼器中间夹层钢板4可能产生的位移2U0。
本发明通过增加“应变增幅装置”后的板式阻尼器，在相同外部条件下，耗能能力得到放大，特别是在微小应变时的耗能能力大幅提高，在不考虑材料应变相关性的情况下，预期可以达成(R/r)2倍耗能增幅。实际增幅水平会随着对象阻尼材料应变相关性等自身性能的影响，以某品牌粘弹性阻尼器为研究对象，进行计算机分析，考虑其材料应变相关性等特性影响，在R/r＝2的情况下，普通板式阻尼器和增加应变增幅机构的粘弹性阻尼器，其“位移-耗能”曲线如图11所示，其列举的部分实验数据如表1。分析数据表明，在R/r＝2的情况下，应变增幅机构对该粘弹性阻尼器的耗能增幅达到了3倍以上。
表1：位移-耗能的部分实验数据
从而证明了本发明的“应变增幅装置”可有效大幅地提高了板式阻尼器的耗能性能。
本发明通过增加阻尼器的应变量来增强其耗能的效率，使其从微小震动开始就可以高效耗能，而一旦超出阻尼器设计应变，则触发限位器耗能，使阻尼器整体性能趋于稳定，不至于因变形过大而产生大幅的阻尼衰减。通过本发明减少了阻尼器的使用数量和安装工程量，从而降低了整体成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (10)
1.一种应变增幅装置，其特征在于它包括第一连接钢板(1)、外夹层钢板(16)、偏心扇形齿轮(2)和第二连接钢板(15)，所述外夹层钢板(16)为两块，所述第一连接钢板(1)的下部位于两块所述外夹层钢板(16)之间的上部，所述偏心扇形齿轮(2)设置两块所述外夹层钢板(16)之间，所述第二连接钢板(15)设置两块外夹层钢板(16)之间的下部，所述第一连接钢板(1)下侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮(2)上齿啮合，所述偏心扇形齿轮(2)通过第一齿轮轴(7)与两块外夹层钢板(16)转动连接，所述第二连接钢板(15)上侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮(2)下齿啮合；所述偏心扇形齿轮(2)的下齿和上齿的分度圆半径比或应变增幅比R/r大于1。
2.根据权利要求1所述的应变增幅装置，其特征在于两块外夹层钢板(16)的上部上分别设置向内侧延伸的延伸部(11)，第一连接钢板(1)的两个侧面分别设置与所述外夹层钢板(16)上部的延伸部(11)对应的凸起部(12)。
3.根据权利要求1所述的应变增幅装置，其特征在于两块外夹层钢板(16)的中部分别设置向内侧延伸的延伸部(11)，所述第二连接钢板(15)的两个侧面分别设置与所述外夹层钢板(16)中部的延伸部(11)对应的凸起部(12)。
4.根据权利要求1所述的应变增幅装置，其特征在于两块所述外夹层钢板(16)之间的两端分别设置一个限位器(17)。
5.根据权利要求4所述的应变增幅装置，其特征在于所述限位器(17)是一种限位垫板或板式阻尼器。
6.根据权利要求1所述的应变增幅装置，其特征在于所述外夹层钢板(16)和/或第二连接钢板(15)下侧设置用于与阻尼器上的钢板连接的凹槽(18)。
7.根据权利要求1所述的应变增幅装置，其特征在于所述偏心扇形齿轮(2)的下齿和上齿的分度圆半径比或应变增幅比R/r小于等于3。
8.根据权利要求1所述的应变增幅装置，其特征在于它还包括防尘罩(21)，所述防尘罩(21)将两块所述外夹层钢板(16)的外表面覆盖；所述第二连接钢板(15)与两块所述外夹层钢板(16)之间各设置一个防油板(22)，所述防油板(22)与所述第二连接钢板(15)连接，所述防油板(22)不与所述外夹层钢板(16)连接。
9.一种阻尼器，其特征在于它包括权利要求1～8任一项所述的应变增幅装置。
10.一种阻尼器，其特征在于它包括第一连接钢板(1)、偏心扇形齿轮(2)、阻尼器外夹层钢板(3)和阻尼器中间夹层钢板(4)，所述阻尼器外夹层钢板(3)为两块，所述第一连接钢板(1)的下部位于两块所述阻尼器外夹层钢板(3)之间的上部，所述偏心扇形齿轮(2)位于两块所述阻尼器外夹层钢板(3)之间，所述阻尼器中间夹层钢板(4)位于两块所述阻尼器外夹层钢板(3)之间，所述偏心扇形齿轮(2)通过第一齿轮轴(7)与两块所述阻尼器外夹层钢板(3)转动连接，所述第一连接钢板(1)下侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮(2)上齿啮合，所述阻尼器中间夹层钢板(4)上侧面通过设置齿与所述偏心扇形齿轮(2)下齿啮合；所述偏心扇形齿轮(2)的下齿和上齿的分度圆半径比或应变增幅比R/r大于1。
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