CN106703495B - 频率可调的调谐质量阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种频率可调的调谐质量阻尼器，包括水平板、垂直板、质量板、弹簧约束装置、螺旋弹簧、齿条、轴承、飞轮、无级变速器和滑动支承件。上、下水平板和垂直板紧密相连，质量板和齿条组合与螺旋弹簧形成一体，可沿着滑动支承件往复运动；无级变速器通过传动轴附着于垂直板上。只要通过调整无级变速器齿轮比，就可以将自身的固有振动频率调整到当前的激励频率，以便于更好的达到耗能效果。当结构受到外部激励时，外部输入的能量积蓄于螺旋弹簧，进而使质量板和齿条往复运动，最终运动的齿条通过无级变速器将能量转化为飞轮的动能，使能量耗散。本发明在非常宽的振动频率范围内提供显著的阻尼性质，以及容易调谐和重新调谐的能力，耗能效果佳，鲁棒性好，具有很好的应用前景。

Description

频率可调的调谐质量阻尼器
技术领域
本发明涉及一种频率可调的调谐质量阻尼器，只要通过调整无级变速器齿轮比，就可以将自身的固有振动频率调整到当前的激励频率，能够达到很好的耗能效果，属于土木结构（包括高层建筑、高耸结构和桥梁结构等）振动控制领域。
背景技术
近年来，由于高层建筑的迅速发展，使得地震振动问题得到广泛的研究。耗能减震等被动控制技术广泛应用于减小高层建筑在地震等作用下的响应，其中TMD得益于构造简单、造价低等优点，应用最为广泛。
但TMD装置有着不可调和自适应性差的固有缺陷，TMD装置的减振效果对频率十分敏感和对不同激励的自适应差，在减小主结构在主谐振中的响应方面是非常有效的，但是对于其它频率（甚至接近谐振频率），它增加了系统运动的幅度。因此，使用配备有能够连续且准确地改变惯性的逆变器的装置可以消除上述问题，这种功能可以通过使用具有齿轮比控制系统的无级变速器来实现。本发明保留了传统TMD被动控制的优点，又有很好的可调性、适应性，可以有效提高耗能能力，这对于实际工程的减震控制具有重大的意义。
发明内容
为了解决传统TMD不可调和自适应性差的固有缺陷，本发明的目的在于提出一种频率可调的调谐质量阻尼器，该装置在发挥传统TMD优势的基础上加以改进，即通过使用具有齿轮比控制系统的无级变速器来实现连续且准确地改变惯性的逆变器的装置。本阻尼器易于调谐、鲁棒性、消能减震效果好。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。
本发明提出的一种频率可调的调谐质量阻尼器，由下水平板1、垂直板2、上水平板3、质量板4、弹簧约束装置5、螺旋弹簧6、齿条7、齿轮8、驱动轴9、轴承10、飞轮11、无级变速器12和滑动支承件13组成，其特征在于：两块垂直板2平行放置，两块垂直板与下水平板1、上水平板3连接组成框架结构；齿条7一端插入两块垂直板2之间形成的空间内，另一端连接质量板4，螺旋弹簧6穿过齿条7，一端锚固于质量板4底部，另一端连接上水平板3顶部，所述螺旋弹簧6分别通过位于上水平板3和质量板4上弹簧约束装置5进行约束，两个滑动支承件13分别装于两块垂直板2之间，所述齿条7通过两个滑动支承件13被引导；齿轮8固定于无级变速器12的驱动轴9上；飞轮11安装于无级变速器12的从动轴上，驱动轴9两端位于轴承10上，所述轴承10安装于垂直板2中；所述齿条7与齿轮8相啮合；当结构受到外部激励时，外部输入的能量积蓄于螺旋弹簧6上，进而使质量板４和齿条７往复运动，能量得到耗散，最终运动的齿条７通过无级变速器12将能量转化为飞轮11的动能;通过下水平板1将频率可调的调谐质量阻尼器安装于结构上，使得频率可调的调谐质量阻尼器的轴线平行于结构振动的方向。
本发明中，下水平板1通过焊接或螺栓连接与结构的预埋件相连，螺旋弹簧6通过焊接与上水平板3和质量板4相连。
本发明的一种频率可调的调谐质量阻尼器，
本发明中，所述下水平板1通过焊接或螺栓连接与结构预埋件相连，螺旋弹簧6通过焊接与其他部件相连。
本发明中，所述频率可调的调谐质量阻尼器轴线平行于主结构振动的方向。
本发明中，所述的频率可调的调谐质量阻尼器的参数（质量、阻尼参数）应根据特定的目的进行优化。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1）本发明改善了TMD不可调和自适应性差的缺陷。
2）本发明通过适当调整无级变速器齿轮比，可以将TMD的固有振动频率调整到当前的激励频率。允许TMD的本身振动频率的平滑改变，重新调谐容易实现，增加了其有效性的范围。
3）本发明结构形式简单，减震效果十分显著，当系统中存在噪声时，阻尼特性也被保留。
附图说明
图1为本发明频率可调的调谐质量阻尼器正立面图；
图2为本发明频率可调的调谐质量阻尼器B-B剖面图；
图3为本发明频率可调的调谐质量阻尼器A-A剖面图；
图中标号：1为下水平板、2为垂直板、3为上水平板、4为质量板、5为弹簧约束装置、6为螺旋弹簧、7为齿条、8为齿轮、9为驱动轴、10为轴承、11为飞轮、12为无级变速器、13为滑动支承件。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：如图1－图３所示，为本发明的一种频率可调的调谐质量阻尼器实施例，其主要包括下水平板1、垂直板2、上水平板3、质量板4、弹簧约束装置5、螺旋弹簧6、齿条7、齿轮8、驱动轴9、轴承10、飞轮11、无级变速器12、滑动支承件13。两垂直板2互相平行，并且与下水平板1、上水平板3组成一体；通过下水平板1将频率可调的调谐质量阻尼器安装在结构上，使得装置的轴线平行于主结构振动的方向；上水平板3上的弹簧约束装置5用于约束螺旋弹簧6，螺旋弹簧6的另一端锚固到于质量板4；质量板4连接到齿条7，齿条7在安装在垂直板2的两个滑滑动支承件13中被引导；齿轮8固定于无级变速器12上。飞轮11安装在无级变速器12的从动轴上，传动轴的轴承10安装在垂直板2中。当结构受到外部激励时，外部输入的能量积蓄于螺旋弹簧，进而使质量板和齿条往复运动，能量得到耗散，最终运动的齿条通过无级变速器将能量转化为飞轮的动能。本发明在非常宽的振动频率范围内提供显著的阻尼性质，以及容易调谐和重新调谐的能力，耗能效果极佳，鲁棒性好，具有很好的应用前景。
下水平板1上预留孔洞通过螺栓与结构上的预埋件相连，与垂直板2焊接连接，垂直板2与上水平板3焊接连接；质量板4与齿条7通过预埋件相固接，螺旋弹簧4分别与质量板4、上水平板3焊接相连；滑动支承件13嵌固在垂直板2中；无级变速器通过两个传动轴附着于垂直板上。结构受到外部激励时，通过调整无级变速器齿轮比，就可以将自身的固有振动频率调整到当前的激励频率，极大提高了该装置调谐性以及适应性，使得减振效率提高。

Claims (2)

1.一种频率可调的调谐质量阻尼器，由下水平板（1）、垂直板（2）、上水平板（3）、质量板（4）、弹簧约束装置（5）、螺旋弹簧（6）、齿条（7）、齿轮（8）、驱动轴（9）、轴承（10）、飞轮（11）、无级变速器（12）和滑动支承件（13）组成，其特征在于：两块垂直板（2）平行放置，两块垂直板与下水平板（1）、上水平板（3）连接组成框架结构；齿条（7）一端插入两块垂直板（2）之间形成的空间内，另一端连接质量板（4），螺旋弹簧（6）穿过齿条（7），一端锚固于质量板（4）底部，另一端连接上水平板（3）顶部，所述螺旋弹簧（6）分别通过位于上水平板（3）和质量板（4）上弹簧约束装置（5）进行约束，两个滑动支承件（13）分别装于两块垂直板（2）之间，所述齿条（7）通过两个滑动支承件（13）被引导；齿轮（8）固定于无级变速器（12）的驱动轴（9）上；飞轮（11）安装于无级变速器（12）的从动轴上，驱动轴（9）两端位于轴承（10）上，所述轴承（10）安装于垂直板（2）中；所述齿条（7）与齿轮（8）相啮合；当结构受到外部激励时，外部输入的能量积蓄于螺旋弹簧（6）上，进而使质量板（４）和齿条（７）往复运动，能量得到耗散，最终运动的齿条（７）通过无级变速器（12）将能量转化为飞轮（11）的动能;通过下水平板（1）将频率可调的调谐质量阻尼器安装于结构上，使得频率可调的调谐质量阻尼器的轴线平行于结构振动的方向。
2.根据权利要求1所述的频率可调的调谐质量阻尼器，其特征在于：下水平板（1）通过焊接或螺栓连接与结构的预埋件相连，螺旋弹簧（6）通过焊接与上水平板（3）和质量板（4）相连。
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