CN105297938B - 一种摩擦力可变阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摩擦力可变阻尼装置，包括上摩擦板、下摩擦板以及中间的滑动板，滑动板一端设置有若干组小摩擦块，每组小摩擦块包含滑动板两侧的上、下两个小摩擦块，摩擦板中间凹下去的部分为摩擦面；摩擦面在宽度方向等分成三份，中间开有凹槽，凹槽内放置有滚针排，形成滚动摩擦面，两边为滑动摩擦面；在滑动方向，摩擦面分为5份，从中间向两边对称布置，分别为正中的1号滚动摩擦区域，相邻的2号摩擦区域和最边上的3号摩擦区域；本发明可以用于结构和设备的抗风、抗震，与TMD、隔震系统联合使用时，可以大大提高系统的隔震、减震效果，使系统在小荷载下及时启动，发挥作用；在大荷载下保证减震效果的同时限制系统的过大位移。

Description

一种摩擦力可变阻尼装置

技术领域

本发明涉及一种阻尼装置，尤其是一种摩擦力可变阻尼装置，主要用于结构和设备的抗风、抗震领域，也可与隔震装置、TMD等联合使用改善其控制效果。

背景技术

为了减轻结构和设备的风振、地震响应，可以在结构和设备上布置耗能减振装置耗散能量，达到减小结构响应的目的。耗能减振装置按其耗能机理可以分为四类：粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、金属阻尼器和摩擦阻尼器。其中摩擦阻尼器结构简单，造价低廉，容易维护，更适合推广应用。但其滞回模型大都类似矩形，即存在一个临界值（起滑力），当荷载超过该值以后，装置开始滑动，滑动时其刚度变为0，摩擦力大小不变。摩擦阻尼器的滞回特性使其控制效果随外荷载大小而变化。另外，由于强的非线性，使得阻尼器的分析和设计较线性阻尼器困难。为了克服常摩擦阻尼器的这个缺点，李宏男等发明了半主动压电摩擦阻尼器（公开号为CN 1594775A）,通过改变正压力大小改变摩擦力，但装置复杂，需要一定的能源，实现起来有一定难度。

此外，为了克服常摩擦阻尼器只能提供不变的摩擦力的缺点，申请人曾申请了专利《板式变摩擦阻尼器》，该发明的基本思路是：滑动摩擦块滑动过程中正压力大小不变，将矩形的摩擦面等分为3份，中间摩擦面摩擦系数小，两边摩擦面摩擦系数大。摩擦块静止时，与中间摩擦面接触，摩擦块开始滑动时，从摩擦系数小的中间摩擦面滑向摩擦系数大的两边摩擦面，随着位移的增大，滑块所接触的大摩擦系数面积增大，摩擦力随之增大。在具体的实施方案中，中间小摩擦系数区域安装滚珠（滚针）或者涂特氟隆涂层，后来的试验证明，这两种方案的阻尼器启动摩擦力较大，摩擦力可调范围较小。另外，由于摩擦块是整体，摩擦面上微小的不平整就会导致正压力在不同的摩擦区域分布不均匀，使阻尼器的实际力-位移曲线与理论位移曲线存在差异，效果不理想。

发明内容

基于上述问题，本发明提出了一种摩擦力可变阻尼装置。用以解决常规摩擦阻尼器摩擦力大小不可变及受力不均匀的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种摩擦力可变阻尼装置，包括上摩擦板、下摩擦板以及中间的滑动板，横断面呈“凹”字形的上、下摩擦板以及中间的滑动板通过预紧螺栓紧压在一起；所述预紧螺栓的螺帽与上摩擦板或下摩擦板间还压缩有一碟形弹簧；所述的中间的滑动板一端设置有若干组小摩擦块，每组小摩擦块包含滑动板两侧的上、下两个小摩擦块，小摩擦块和滑动板之间设置有弹性元件；所述滑动板两边沿滑动方向安装有带螺杆轴承；所述带螺杆轴承可沿上、下摩擦板两侧凸起部分内壁滚动；所述摩擦板中间凹下去的部分为摩擦面；所述摩擦面在宽度方向分成三份，中间开有凹槽，凹槽内放置有滚针排，形成滚动摩擦面，两边为滑动摩擦面；在长度方向，即滑动方向，所述摩擦面分为5份，从中间向两边对称布置，分别为正中的1号摩擦区域，相邻的2号摩擦区域和最边上的3号摩擦区域；所述1号摩擦区域长度内，凹槽的宽度大于小摩擦块的宽度，保证小摩擦块在1号摩擦区域仅与滚针排接触，只接触滚动摩擦面，而不接触滑动摩擦面；所述 1号摩擦区域、2号摩擦区域以及3号摩擦区域的摩擦系数依次增大。

进一步地，所述小摩擦块沿滑动板滑动方向排列，且与滑动板在滑动方向不发生相对位移；所述滑动板带小圆柱，插在小摩擦块对应的孔中。

进一步地，所述2号摩擦区域以及3号摩擦区域的滑动摩擦面均与滚针排外表面平齐。

进一步地，所述2号和3号摩擦区域长度内，凹槽的宽度为小摩擦块宽度的三分之一，小摩擦块的三分之二面积与滑动摩擦面接触。

进一步地，在凹槽内放置的滚针排长度为凹槽总长度的三分之二，且置于凹槽中央。

进一步地，所述滚针排相对于上、下摩擦板以及小摩擦块均不固定；当小摩擦块相对于上、下摩擦板移动时，滚针排随动。

进一步地，所述1号摩擦区域的摩擦系数为0.005。

进一步地，所述滚针排设置有保持架。

进一步地，所述摩擦力可变阻尼装置的上摩擦板与建筑结构相连，中间滑动板与TMD的质量块相连。

本发明的工作原理为：当阻尼器位移为零时，滑动板上的小摩擦块位于摩擦面中间1号摩擦区域，小摩擦块与滚针排顶面接触，由于滚针排相对于其上、下接触面均不固定，阻尼器滑动只需克服滚动摩擦，阻尼器起滑力很小；当阻尼器位移增大，小摩擦块与2号摩擦区域摩擦面接触面积逐渐加大，摩擦力逐渐增大；当阻尼器位移大到一定限度，小摩擦块与3号摩擦区域摩擦面接触，由于3号区域摩擦面摩擦系数很大，从而实现快速平稳制动。

有益效果：

1．本发明摩擦力随位移增大而增大，具有限位功能。可以用于结构和设备的抗风、抗震，与TMD、隔震系统联合使用时，可以大大提高系统的隔震、减震效果，使系统在小荷载下及时启动，发挥作用；在大荷载下保证减震效果的同时限制系统的过大位移。

2．本发明基于正压力均匀分布的假设，利用摩擦面摩擦系数的变化实现摩擦力随位移增大而增大。通过采用若干组独立小摩擦块代替整块大摩擦块，实现不同摩擦区域正压力相同，可以有效避免摩擦面微小不平整造成的不同区域摩擦面上摩擦力分布不均匀的现象。其构造简单，原理清晰。

3．本发明的“变摩擦阻尼装置”基于滚针排的工作原理，在低摩擦区域实现了真正的滚动摩擦，增加了阻尼器摩擦力的可调范围。其起滑力很小，可以使阻尼器在很小的激励下发挥作用，并增加了限位功能，使阻尼器不会在大激励下，位移过大。

4．本发明安装在结构上后对结构不会产生附加刚度，不会影响结构本身的自振特性。同时，本发明可以做得很大，也可以做得很小，不仅适用于大型建筑，也适用于小型建筑和设备的减振。其结构简单，造价低廉，易于生产，适宜在结构和设备抗震领域推广应用。

5．本发明避免了传统线性阻尼装置（如油阻尼器）造价高，维护复杂，易漏油的缺点；克服了常摩擦阻尼器在不能在不同大小荷载作用下保持同样控制效果的问题。

附图说明

图1 为本发明摩擦力可变阻尼装置构造图；

图2 为本发明上摩擦板平面图；

图3 为图2中A1-A1剖面图；

图4 为图2中A2-A2剖面图；

图5 为图2中A3-A3剖面图；

图6 为图2中A4-A4剖面图；

图7 为图2中A-A剖面图；

图8 为图2中B-B剖面图；

图9 为图2中C-C剖面图；

图10 为本发明滑动板平面图；

图11 为图10中A1-A1剖面图；

图12 为图10中A2-A2剖面图；

图13 为图10中A-A剖面图；

图14 为图10中B-B剖面图；

图15 为图10中C-C剖面图；

图中，1-上摩擦板；2-下摩擦板；3-滑动板；4-预紧螺栓；5-碟形弹簧；6-小摩擦块；7- 小圆柱；8-弹性元件 ；9-带螺杆轴承；10-滚针排；11-2号摩擦区域；12-3号摩擦区域；13预紧螺栓安装孔；14-滑动板连接孔；15-孔；16-凹槽；17-1号摩擦区域。

具体实施方式

如图1-15所示，本发明的一种摩擦力可变阻尼装置，包括上摩擦板1、下摩擦板2以及中间的滑动板3，横断面呈“凹”字形的上、下摩擦板1、2以及中间的滑动板3通过预紧螺栓4紧压在一起。预紧螺栓4的螺帽与上摩擦板1或下摩擦板2间还压缩有一碟形弹簧5。滑动板3在上、下 “凹” 字形摩擦板（如图1-9所示）形成的空间内做直线滑动。上、下摩擦板1、2与中间的滑动板3接触面之间的正压力通过改变碟形弹簧5的压缩量来控制。如图10-15所示，中间的滑动板3一端设置有若干组小摩擦块6，每组小摩擦块6包含滑动板3两侧的上、下两个小摩擦块6，小摩擦块6和滑动板3之间设置有弹性元件8，在正压力作用下，上、下小摩擦块6始终与上、下摩擦板1、2紧密接触。小摩擦块6沿滑动板3滑动方向排列，且与滑动板3在滑动方向不发生相对位移。所述滑动板3带小圆柱7，插在小摩擦块6对应的孔15中。滑动板3两边沿滑动方向安装有带螺杆轴承9。带螺杆轴承9可沿上、下摩擦板1、2两侧凸起部分内壁滚动，使得滑动板3在“凹”字形上、下摩擦板1、2形成的空间内做直线滑。摩擦板中间凹下去的部分为摩擦面。其中，摩擦面在宽度方向等分成三份，中间开凹槽16，凹槽内放置有滚针排10，形成滚动摩擦面，两边为滑动摩擦面；在长度方向，即滑动方向，摩擦面分为5份，从中间向两边对称布置，分别为正中的1号摩擦区域17，相邻的2号摩擦区域11和最边上的3号摩擦区域12。 1号摩擦区域17、2号摩擦区域11以及3号摩擦区域12的摩擦系数依次增大。2号摩擦区域11以及3号摩擦区域12的摩擦面均与滚针排10外表面平齐。

1号摩擦区域17长度内，凹槽16宽度大于小摩擦块6宽度，保证小摩擦块6在1号摩擦区域17仅与滚针排10接触，只接触滚动摩擦面，而不接触滑动摩擦面，摩擦系数为0.005。2号和3号摩擦区域长度内，凹槽16宽度为小摩擦块6宽度的三分之一，小摩擦块6的三分之二面积与滑动摩擦面接触。在凹槽16内放置的滚针排10长度为凹槽16总长度的三分之二，且置于凹槽中央。滚针排10相对于上、下摩擦板1、2以及小摩擦块6均不固定。当小摩擦块6相对于上、下摩擦板1、2移动时，滚针排10随动。同时，滚针排10还设置有保持架。且本发明的摩擦力可变阻尼装置的上摩擦板1可与建筑结构相连，中间滑动板3可与TMD（TUNED MASSDAMPER即调谐质量阻尼器）的质量块相连。其中，2号摩擦区域11根据情况选择较大的摩擦系数，而3号摩擦区域12选择很大的摩擦系数，可以实现快速制动。

以上是本发明的一种典型实施方式，本发明的具体实施不限于此。

Claims (8)

1.一种摩擦力可变阻尼装置，包括上摩擦板（1）、下摩擦板（2）以及中间的滑动板（3），横断面呈“凹”字形的上、下摩擦板（1、2）以及中间的滑动板（3）通过预紧螺栓（4）紧压在一起；所述预紧螺栓（4）的螺帽与上摩擦板（1）或下摩擦板（2）间还压缩有一碟形弹簧（5）；其特征在于：所述的中间的滑动板（3）一端设置有若干组小摩擦块（6），每组小摩擦块（6）包含滑动板（3）两侧的上、下两个小摩擦块（6），小摩擦块（6）和滑动板（3）之间设置有弹性元件（8）；所述滑动板（3）两边沿滑动方向安装有带螺杆轴承（9）；所述带螺杆轴承（9）可沿上、下摩擦板（1、2）两侧凸起部分内壁滚动；所述上、下摩擦板（1、2）中间凹下去的部分为摩擦面；所述摩擦面在宽度方向分成三份，中间开有凹槽（16），凹槽（16）内放置有滚针排（10），形成滚动摩擦面，两边为滑动摩擦面；在长度方向，即滑动方向，所述摩擦面分为5份，从中间向两边对称布置，分别为正中的1号摩擦区域（17），相邻的2号摩擦区域（11）和最边上的3号摩擦区域（12）；所述1号摩擦区域长度内，凹槽的宽度大于小摩擦块的宽度，保证小摩擦块在1号摩擦区域仅与滚针排接触，只接触滚动摩擦面，而不接触滑动摩擦面；所述 1号摩擦区域（17）、2号摩擦区域（11）以及3号摩擦区域（12）的摩擦系数依次增大；所述小摩擦块（6）沿滑动板（3）滑动方向排列，且与滑动板（3）在滑动方向不发生相对位移；所述滑动板（3）带小圆柱（7），插在小摩擦块（6）对应的孔（15）中。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦力可变阻尼装置，其特征在于：所述2号摩擦区域（11）以及3号摩擦区域（12）的滑动摩擦面均与滚针排（10）外表面平齐。

3.根据权利要求2所述的一种摩擦力可变阻尼装置，其特征在于：所述2号和3号摩擦区域长度内，凹槽（16）的宽度为小摩擦块（6）宽度的三分之一，小摩擦块（6）的三分之二面积与滑动摩擦面接触。

4.根据权利要求3所述的一种摩擦力可变阻尼装置，其特征在于：在凹槽（16）内放置的滚针排（10）长度为凹槽（16）总长度的三分之二，且置于凹槽（16）中央。

5.根据权利要求4所述的一种摩擦力可变阻尼装置，其特征在于：所述滚针排（10）相对于上、下摩擦板（1、2）以及小摩擦块（6）均不固定；当小摩擦块（6）相对于上、下摩擦板（1、2）移动时，滚针排（10）随动。

6.根据权利要求5所述的一种摩擦力可变阻尼装置，其特征在于：所述1号摩擦区域（17）的摩擦系数为0.005。

7.根据权利要求1所述的一种摩擦力可变阻尼装置，其特征在于：所述滚针排（10）设置有保持架。

8.根据权利要求1所述的一种摩擦力可变阻尼装置，其特征在于：所述摩擦力可变阻尼装置的上摩擦板（1）与建筑结构相连，中间滑动板（3）与TMD的质量块相连。