CN105156553A - 旋转等效惯性质量阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种旋转等效惯性质量阻尼器，包括平动/转动转换装置（滚珠螺杆/螺母、传动轴，止推轴承）、转动质量、耗能元件、套筒和基座。当耗能元件中填充硅油时，为被动控制阻尼器；当填充MR液时，为半主动控制阻尼器。通过平动/转动转换装置，将阻尼器两端较小的相对平动，转化为传动轴及其上转动质量的高速旋转；通过连接在传动轴上的活塞在耗能元件中的平动，产生粘滞阻尼力。本发明当采用被动控制阻尼器时，可预先设定阻尼器最优转动质量以及耗能构件的等效粘滞系数；当采用半主动控制阻尼器时，可预先设定阻尼器转动质量，并根据情况调节MR液的等效粘滞系数。本发明可应用于建筑结构、桥梁结构、桥梁拉索、汽车及机械振动控制等。

Description

旋转等效惯性质量阻尼器

技术领域

本发明涉及一种旋转等效惯性质量阻尼器，属于工程结构消能减振技术领域。

背景技术

当结构体系受到外界动力荷载激励时，传统结构体系通过非线性变形和损伤来消耗输入能量；带有阻尼器等消能减振装置的结构体系可以通过阻尼器消耗一部分输入能量。阻尼器的耗能能力与其两端的相对位移或者速度正相关。但是传统阻尼器，由于具有一定的正刚度，会在一定程度上阻止阻尼器两端的相对位移及相对速度。与此同时，有研究指出半主动控制阻尼器的优势来源于其控制算法可以实现拟负刚度；由于在现实中实现真正的负刚度具有一定困难；本发明通过滚珠螺母/螺杆将阻尼器两端平动转化成转动质量的高速转动，获得较大转动惯性质量从而得到等效负刚度；并根据连接系统的动力学特性预先设定转动质量的大小和耗能构件的粘滞系数至理论最优值；当耗能元件内填充MR液体时，可以通过控制算法实现根据结构实时状态，调整阻尼器粘滞系数至实际最优值。以上特点，保证了该型阻尼器数倍于传统油阻尼器的耗能能力和良好的鲁棒性；可以有效地减小主体结构在受激励时的损伤并减少修复难度，具有现实重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转等效惯性质量阻尼器。

本发明通过滚珠螺母/螺杆将阻尼器两端平动转化成转动质量的高速转动，获得较大转动惯性质量，从而得到明显的等效负刚度；利用活塞剪切粘滞液体（硅油或者MR液体）消耗输入能量；当采用MR液体作为粘滞液体时，根据结构状态实时调节MR液体的粘滞系数，改变其耗能大小，调整阻尼器粘滞系数至最优值。该型阻尼器由于具有负刚度的特性，可以提供数倍于传统油阻尼器的耗能能力和良好的鲁棒性。本发明传动概念清晰，传力路径简洁，制造工艺简单，性价比高。

本发明提出的旋转等效惯性质量阻尼器，包括平动/转动转换装置、转动质量、耗能元件、套筒和基座，平动/转动转换装置包括滚珠螺杆和滚珠螺母，耗能元件包括活塞、硅油或MR液，基座分为左腔室和右腔室；左腔室内安装转动质量，右腔室内安装活塞；滚珠螺杆贯穿于左腔室和右腔室内，且一端伸出左腔室；转动质量套于滚珠螺杆外，滚珠螺杆伸入右腔室的一端连接活塞，滚珠螺杆与转动质量之间设有滚珠螺母，滚珠螺杆的左右平动，通过滚珠螺母使左腔室中的转动质量产生高速旋转，产生较大的等效惯性质量；右腔室内充满硅油或MR液；当耗能元件中填充硅油时，为一种被动控制阻尼器；当耗能元件中填充MR液时，为一种半主动控制阻尼器。

本发明中，所述转动质量两边装有止推轴承，所述止推轴承位于左腔室内两侧，可以有效的传递推力，并保证转动质量的旋转；所述转动质量两侧安装有滚珠导轨，确保转动质量转动时不发生摇摆。

本发明中，所述滚珠螺母位于转动质量中间部分，保证转动质量转动时的平衡。

本发明中，所述转动质量采取可拼装形式，以方便根据连接系统特性进行调节转动质量的大小。

本发明中，活塞圆盘中开有四个小孔；当填充粘滞液体为MR液时，活塞圆盘上缠有线圈并接入控制电路。

本发明中，当采用被动控制阻尼器时，可以预先设定阻尼器最优转动质量以及耗能构件的等效粘滞系数；当采用半主动控制阻尼器时，可以预先设定阻尼器最优转动质量，并根据系统情况实时调节MR液的等效粘滞系数。与一般技术的阻尼器及现有外杯旋转式轴向电涡流阻尼器相比，本发明的优点是：

1)可以实现拟负刚度；

2)可以根据所连接系统的模态特性，预先设定最优的转动质量和粘滞液体粘滞系数；

3)当采用MR液体作为粘滞液体时，可以根据结构实时状况调节阻尼器粘滞系数的大小，实现阻尼器参数最优取值；

4)本发明由于具有负刚度的特性，可以提供数倍于传统油阻尼器的耗能能力和良好的鲁棒性；

5)惯性质量元件与耗能元件分开设计，保证了阻尼器分工的明确和参数设定的灵活性。传动概念清晰，传力路径简洁，制造工艺简单，性价比高。

附图说明

图1是本发明旋转等效惯性质量阻尼器被动控制方案剖面大样图；

图2是本发明旋转等效惯性质量阻尼器半主动控制方案剖面大样图；

图3是本发明旋转等效惯性质量阻尼器活塞大样图；

图4是本发明阻尼器力－位移曲线。

图中标号：1为第一止推轴承，2为转动质量，3为第二止推轴承，4为滚珠螺杆，5为滚珠螺母，6为活塞，7为基座，8为硅油，9为控制电路，10为线圈，11为孔洞，12为磁流变MR液。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：

如图1-3所示，本发明为一种旋转等效惯性质量阻尼器，包括，平动/转动转换装置、转动质量、耗能元件、套筒和基座。平动/转动转换装置包括滚珠螺杆４、滚珠螺母５和止推轴承，转动质量２采用可拼装桶状转动质量，耗能元件为活塞６、硅油８或磁流变MR液１２。基座７内部空间分为左腔室和右腔室；左腔室中安装转动质量２，右腔室中安装活塞６、填充硅油８或磁流变MR液１２；转动质量２和活塞６连接在滚珠螺杆４上；滚珠螺杆４的左右平动，通过滚珠螺母５使左腔室内转动质量产生高速旋转。

所述装置为拟负刚度阻尼器，其在简谐荷载作用下滞回环表现为负刚度，如图4；其负刚度大小可以通过预先设定转动质量的大小进行调节；其滞回环饱满程度，可以通过设定硅油的粘滞系数或者调节线圈中磁场大小进行调整。

以上是本发明的典型是实例，本发明的实施不限于此。

Claims (6)

1.旋转等效惯性质量阻尼器，包括平动/转动转换装置、转动质量、耗能元件、套筒和基座，平动/转动转换装置包括滚珠螺杆和滚珠螺母，耗能元件包括活塞、硅油或MR液，其特征在于基座分为左腔室和右腔室；左腔室内安装转动质量，右腔室内安装活塞；滚珠螺杆贯穿于左腔室和右腔室内，且一端伸出左腔室；转动质量套于滚珠螺杆外，滚珠螺杆伸入右腔室的一端连接活塞，滚珠螺杆与转动质量之间设有滚珠螺母，滚珠螺杆的左右平动，通过滚珠螺母使左腔室内的转动质量产生高速旋转，产生较大的等效惯性质量；右腔室内充满硅油或MR液；当耗能元件中填充硅油时，为一种被动控制阻尼器；当耗能元件中填充MR液时，为一种半主动控制阻尼器。

2.根据权利要求１所述的旋转等效惯性质量阻尼器，其特征在于所述转动质量两边装有止推轴承，所述止推轴承位于左腔室内两侧，可有效的传递推力，并保证转动质量的旋转；所述转动质量两侧安装有滚珠导轨，确保转动质量转动时不发生摇摆。

3.根据权利要求１所述的旋转等效惯性质量阻尼器，其特征在于所述滚珠螺母位于转动质量中间部分，保证转动质量转动时的平衡。

4.根据权利要求１所述的旋转等效惯性质量阻尼器，其特征在于所述转动质量采取可拼装形式，以方便根据连接系统特性进行调节转动质量的大小。

5.根据权利要求１所述的旋转等效惯性质量阻尼器，其特征在于活塞圆盘中开有四个小孔；当填充粘滞液体为MR液时，活塞圆盘上缠有线圈并接入控制电路。

6.根据权利要求１所述的旋转等效惯性质量阻尼器，其特征在于当采用被动控制阻尼器时，可预先设定阻尼器最优转动质量以及耗能构件的等效粘滞系数；当采用半主动控制阻尼器时，可预先设定阻尼器最优转动质量，并根据系统情况实时调节MR液的等效粘滞系数。