CN106369094B - 一种拉杆导向式碟形弹簧阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉杆导向式碟形弹簧阻尼器，该阻尼器包括两块端板，所述的两块端板之间设有碟形弹簧组；其特征在于，所述的两块端板之间还设有反压装置，该反压装置包括两组预压拉杆和两块浮动压板，其中，所述的两块浮动压板分别设在一块端板与碟形弹簧组之间；所述的两组预压拉杆分别与所述碟形弹簧组的轴线平行，其中一组绕碟形弹簧组的轴线对称分布在碟形弹簧组的中心孔内，另一组绕碟形弹簧组的轴线对称分布在碟形弹簧组的四周；每一组预压拉杆的一头分别固定在一块浮动压板上，另一头分别穿过另一块浮动压板和与该另一块浮动压板相邻的端板固定在一限位元件上。

Description

一种拉杆导向式碟形弹簧阻尼器

技术领域

本发明涉及减震装置，特别是涉及采用碟形弹簧组的阻尼器。

背景技术

阻尼器是一种以提供运动的阻力来耗减运动能量的减震装置。利用阻尼器来吸能减震是一种被广泛应用于航天、航空、军工、枪炮以及汽车等行业的传统技术。自二十世纪七十年代以来，人们开始逐步的把利用阻尼器吸能减震的技术应用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中。而碟形弹簧阻尼器以其抗冲击能力高、成本低、减震效果好的特性被广泛应用于各种建筑的抗震结构中。

人们对于建筑物尤其是高层建筑的抗震结构的设计追求一种“抗”与“耗”相结合的综合抗震性能，即在弱风振和小地震的作用下抗震结构能为建筑物主体提供额外的附加刚度来抵抗外部载荷的作用，保持主体结构的完整性，避免结构主体出现内部损伤，而在强风振和大地震的作用下抗震结构则开始屈服变形，通过抗震结构中的阻尼器的阻尼作用来耗散外部能量，使结构主体在强风振和大地震中不至于被严重破坏甚至倒塌，保证人们的生命和财产安全。这便要求应用于抗震结构在外部弱载荷的作用下能保持刚性，不发生变形，在外部强载荷的作用下则能变形耗能。然而现有的弹簧阻尼器还无法满足上述抗震需求，任何弹簧阻尼器在外部载荷的作用下均会产生或多或少的弹性变形。因此上述人们所追求的建筑物抗震结构的性能是很难实现的。

另外，地震波的作用呈多向随机性，即，作用于建筑物上力的大小方向和频率都是随机的，因此用于抗震的阻尼器需满足以下两个要求：一是阻尼器的特征频率要与地震输入激励的共振频域错开，二是阻尼器的特征频率要与建筑物或建筑结构的特征频率错开。根据《碟形弹簧基本特性参数分析》作者易先忠的理论分析，单片碟形弹簧的自振频率(式中，K_p为刚度，m_s为碟形弹簧的质量，m为与碟形弹簧相连物体的质量，ξ为当量质量转化系数)[见，《石油机械》杂志，1995年第23卷第3期第10至等22页]，可见，当碟形弹簧的质量和与碟形弹簧相连物体的质量设计确定后，碟形弹簧自振频率的平方与上碟形弹簧的刚度成正比。

公开号为CN1932324A的发明专利申请公开了一种“可调节碟形弹簧机械式减震阻尼器”，该阻尼器包括外壳、设在外壳内的载荷连接杆和两组碟形弹簧，所述，所述载荷连接杆的中部设有与之固连的调节齿轮，所述调节齿轮两侧的载荷连接杆上分别设有与载荷连接杆螺纹配合的左旋螺母和右旋螺母，所述两组碟形弹簧分别设在所述左旋螺母和右旋螺母的外侧，并分别被夹持在所述左旋螺母或右旋螺母与外壳端部的封板之间。所述可调节碟形弹簧机械式减震阻尼器，只需拨转载荷连接杆上的调节齿轮，使所述左旋螺母和右旋螺母相互靠拢或远离即可调节两组碟形弹簧的预紧力从而调节阻尼器的阻尼系数，以满足不同频率和不同振幅的使用需求。然而该发明仍具有如下不足：

1、所述载荷连接杆是在两组碟形弹簧的共同作用下保持平衡的，两组碟形弹簧的预紧力虽然能够调节，但是无论如何调节，两组碟形弹簧对载荷连接杆的作用力都是一组大小相等，方向相反的力，只需在载荷连接杆上施加任何外力都会破坏这种平衡，使两组碟形弹簧发生变形，所以所述的阻尼器无法预设早期刚度；

2、依靠对两组碟形弹簧预压来改变碟形弹簧的阻尼系数，这种改变十分有限，这导致阻尼器的等效刚度调节范围小，往往无法满足建筑隔震对于频率的要求；

3、该发明中必须配合使用两组碟形弹簧，才能在阻尼器受到压或拉荷载时都提供阻尼，这不仅造成了一定的浪费，还使得阻尼器的长度大大的增加了，不适合一些安装空间紧凑的场合使用。

公开号为CN101457553A的发明专利申请公开了一种“弹簧刚度可调式调谐质量减振器”，该减振器是一种复合阻尼器，通过改变质量块的厚度改变其特征频率，通过改变粘滞阻尼器的工作介质的流量改变其阻尼比，通过改变弹簧的有效工作长度改变其刚度，其中改变弹簧的有效工作长度的手段有三种，一是采用固化材料将弹簧位于固化筒内的一段固化，二是往螺旋弹簧的中心内塞入约束块，并二者过盈配合，使与约束块接触的一段弹簧失效，三是在约束块表面设置螺旋状凸起，将螺旋状凸起卡在弹簧丝之间，使弹簧丝之间卡有螺旋状凸起的一段弹簧失效。由此可见，该专利申请方案中的弹簧虽然可改变刚度，但所述的弹簧不仅有效工作长度明显缩短，而且只能压缩耗能减振，不能拉伸耗能减振。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种拉杆导向式碟形弹簧阻尼器，该碟形弹簧阻尼器不仅保持了碟形弹簧组的有效工作长度，而且既可压缩耗能减振，又可拉伸耗能减振。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种拉杆导向式碟形弹簧阻尼器，该阻尼器包括两块端板，所述的两块端板之间设有由一组碟形弹簧叠合组成的碟形弹簧组；其特征在于，

所述的两块端板之间还设有反压装置，该反压装置包括数量分别至少为三根的两组预压拉杆、两块浮动压板和数量为所述两组预压拉杆数量之和的限位元件，其中，

所述的两块浮动压板分别设在一块端板与碟形弹簧组之间；

所述的两组预压拉杆分别与所述碟形弹簧组的轴线平行，其中一组绕碟形弹簧组的轴线对称分布在碟形弹簧组的中心孔内，另一组绕碟形弹簧组的轴线对称分布在碟形弹簧组的四周；每一组预压拉杆的一头分别固定在一块浮动压板上，另一头分别穿过另一块浮动压板和与该另一块浮动压板相邻的端板固定在一限位元件上；

所述的限位元件分别作用在两块端板上，通过两组预压拉杆将所述的两块浮动压板之间的距离限制为碟形弹簧组压缩至预设的早期刚度时的长度。

为便于调节两块浮动压板之间的距离，使其等于将碟形弹簧组压缩至预设早期刚度的长度，上述方案中所述的限位元件为六角法兰螺母，所述的预压拉杆为光杆螺栓，二者螺纹连接固定在一起。

为了避免限位元件与两块端板之间产生刚性撞击，上述方案中，所述的两块端板与限位元件接触的表面上分别嵌设有弹性高分子材料，如橡胶片。

本发明所述的阻尼器可广泛用于各种一维隔震领域，如，机械设备内部振动的隔离、设备基础隔震、建筑结构的抗震加固、建筑基础隔震等。

本发明所述的阻尼器具有如下有益效果：

(1)仅需一组碟形弹簧就可使阻尼器无论所受轴向外力为正向还是反向，所述的碟形弹簧组均能产生弹性压缩变形而耗能，不仅节省了一组碟形弹簧，而且大大的缩短了阻尼器的长度。

(2)当动载荷大于阻尼器所设早期刚度的抵御能力时，双向弹性变形对称，因此外力载荷的正负方向的变化不影响其压缩变形而耗能的效果。

(3)可预设早期刚度，改变预压拉杆的长度即可改变整个阻尼器的早期刚度，当早期刚度大于零时，外力在克服该早期刚度之前无法使阻尼器产生变形，因此将其用于建筑结构抗震时，可预设地震设防等级，显著降低隔震成本。

(4)可利用碟形弹簧的特性合理选择预设早期刚度，进而选择阻尼器的特征频域范围，避开建筑结构固有频域范围和竖向地震波的频域范围，防止共振。

(5)预设所述预压拉杆的长度即可预设阻尼器早期刚度，而且所述碟形弹簧组中没有一片碟形弹簧失效，即有效工作长度不变，不会改变碟形弹簧组原有的特性参数。

附图说明

图1～6为本发明所述阻尼器的一个具体实施例的结构示意图，其中，图1为主视图(剖视)，图2为图1的A-A剖视图，图3为图1的B-B剖视图，图4为图1的C-C剖视图，图5为图1中局部Ⅰ的放大图，图6为图1中局部Ⅱ的放大图。

图7～10为本发明所述阻尼器第二个具体实施例的结构示意图，其中，图7为主视图(剖视)，图8俯视图，图9为仰视图，图10为图7的D-D剖视图。

具体实施方式

例1

参见图1，本例中的拉杆导向式碟形弹簧阻尼器是一种可用于建筑结构抗震加固的耗能装置，该阻尼器包括两块圆盘状的端板、碟形弹簧组8和反压装置；其中，所述的碟形弹簧组8由16片碟形弹簧竖向叠合组成；所述的两块端板为分别位于碟形弹簧组8上下两端的上端板1和下端板2。所述上端板1的上表面和下端板2的下表面分别沿碟形弹簧组8的轴线向远离碟形弹簧组8的方向延伸一连接杆10，每一连接杆10的末端设有铰接孔11。

参见图1～6，所述的反压装置包括两组作为预压拉杆的光杆螺栓、两块浮动压板和十只作为限位元件的六角法兰螺母7；其中，所述的两块浮动压板分别为设在上端板1与碟形弹簧组8之间的第一浮动压板3和设在下端板2与碟形弹簧组8之间的第二浮动压板4；所述的两组光杆螺栓分别为由六根光杆螺栓组成的第一组光杆螺栓5和由四根光杆螺栓组成的第二组光杆螺栓6。

参见图1～6，所述的两组光杆螺栓中每一根均与所述的碟形弹簧组8的轴线平行，其中：

第一组光杆螺栓5中的六根光杆螺栓绕碟形弹簧组8的轴线对称分布在碟形弹簧组8的四周，将所述的碟形弹簧组4约束在该六根光杆螺栓所围成的空间内；每一根第一组光杆螺栓5具有外螺纹的一头自下而上依次穿过第二浮动压板4、第一浮动压板3和上端板1后与一只六角法兰螺母7螺纹连接在一起；所述第二浮动压板4上在每一根第一组光杆螺栓5穿过的位置设有沉孔，所述第一组光杆螺栓5下头的钉帽穿设在该沉孔内并与第二浮动压板4焊接固定死；所述第一浮动压板3和上端板1上在每一根第一组光杆螺栓5穿过的位置分别与所穿越的第一组光杆螺栓5动配合；

第二组光杆螺栓6中的四根光杆螺栓绕碟形弹簧组8的轴线对称分布在碟形弹簧组8的中心孔内；每一根第二组光杆螺栓6具有外螺纹的一头自上而下依次穿过第一浮动压板3、第二浮动压板4和下端板2后与一只六角法兰螺母7螺纹连接在一起；所述第一浮动压板3上在每一根第二组光杆螺栓6穿过的位置设有沉孔，所述第二组光杆螺栓6上头的钉帽穿设在该沉孔内并与第一浮动压板3焊接固定死；所述第二浮动压板4和下端板2上在每一根第二组光杆螺栓6穿过的位置分别与所穿越的第二组光杆螺栓6动配合。

参见图1并结合图5，为了避免六角法兰螺母7与两块端板之间产生刚性撞击，所述的上端板1和下端板2与六角法兰螺母7接触的表面上分别嵌设有柔性的橡胶片9。

本例所述阻尼器可按如下方法预设早期刚度：

按图1～6将所述阻尼器组装好，拧动六角法兰螺母7使其分别作用在所述的上端板1和下端板2上，通过两组光杆螺栓将两块浮动压板之间的距离限制为碟形弹簧组8压缩至预设的早期刚度时的长度即可。其中，碟形弹簧组8压缩至预设的早期刚度时的长度可根据碟形弹簧组8的特性曲线和需预设的早期刚度计算得到。另外，为了防止六角法兰螺母7在地震产生的振动过程中松动，调试好后可将六角法兰螺母7与对应的光杆螺栓焊接在一起。

参见图1，当阻尼器受到轴向的外部载荷时，无论外部载荷是压力还是拉力，只要其小于上述预压力所预设早期刚度的抵抗能力，碟形弹簧组8是不会继续变形的。当外部载荷大于所述预压力时，若外部载荷为压力，所述两块端板分别推动两块浮动压板继续压缩碟形弹簧组8产生弹性变形耗能；由于所述的第一组光杆螺栓5与第一浮动压板3和上端板1动配合，所述的第二组光杆螺栓6与第二浮动压板4和下端板2动配合，因此不会阻碍碟形弹簧组8被继续压缩；若外部载荷为拉力，所述两组光杆螺栓分别牵拉两块浮动压板相对移动压缩碟形弹簧组8产生弹性变形耗能。因为无论阻尼器所受的动载荷为拉或压，最终产生的变形均是同一碟形弹簧组8的压缩变形，所以阻尼器的双向弹性变形必然是对称的。

例2

参见图7～10，本例中的拉杆导向式碟形弹簧阻尼器为一种可用于建筑物竖向隔震的隔振装置(也称隔震支座)，本例与例1相比主要具有如下区别：

1、作为隔震支座，为便于安装，本例中省略了例1中两块端板上所设的连接杆，而将上端板1自边缘先向上轴向延伸再向外径向延伸，并于边缘处均匀设有连接螺栓孔12；将下端板2自边缘先向下轴向延伸再向外径向延伸，并于边缘处均匀设有连接螺栓孔12；其中上端板1的上表面与第一组光杆螺栓5的上端之间以及下端板2的下表面与第二组光杆螺栓6的下端之间分别设有大于碟形弹簧组8振幅的间隙。

2、所述第一组光杆螺栓5由八根光杆螺栓组成，第二组光杆螺栓9由五根光杆螺栓组成；对应的作为限位元件的六角法兰螺母7的数量增加至十三只。

本例上述以外的其它实施方式与例1相同。

Claims (5)

1.一种拉杆导向式碟形弹簧阻尼器，该阻尼器包括两块端板，所述的两块端板之间设有由一组碟形弹簧叠合组成的碟形弹簧组；其特征在于，

所述的两块端板之间还设有反压装置，该反压装置包括两组预压拉杆、两块浮动压板和数量为所述两组预压拉杆数量之和的限位元件，其中每组预压拉杆的数量至少为三根；其中，

所述的两块浮动压板分别设在一块端板与碟形弹簧组之间；

所述的两组预压拉杆分别与所述碟形弹簧组的轴线平行，其中一组绕碟形弹簧组的轴线对称分布在碟形弹簧组的中心孔内，另一组绕碟形弹簧组的轴线对称分布在碟形弹簧组的四周；每一组预压拉杆的一头分别固定在一块浮动压板上，另一头分别穿过另一块浮动压板和与该另一块浮动压板相邻的端板固定在一限位元件上；

所述的限位元件分别作用在两块端板上，通过两组预压拉杆将所述的两块浮动压板之间的距离限制为碟形弹簧组压缩至预设的早期刚度时的长度。

2.根据权利要求1所述的一种拉杆导向式碟形弹簧阻尼器，其特征在于，该拉杆导向式碟形弹簧阻尼器为用于建筑结构抗震加固的阻尼器。

3.根据权利要求1所述的一种拉杆导向式碟形弹簧阻尼器，其特征在于，该拉杆导向式碟形弹簧阻尼器为用于建筑物抗震的竖向隔震装置。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种拉杆导向式碟形弹簧阻尼器，其特征在于，所述的限位元件为六角法兰螺母，所述的预压拉杆为光杆螺栓，二者螺纹连接固定在起。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种拉杆导向式碟形弹簧阻尼器，其特征在于，所述的两块端板与限位元件接触的表面上分别嵌设有弹性高分子材料。