CN106989129A - 一种大位移电涡流阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程结构振动控制技术领域，提供了一种大位移电涡流阻尼器，包括多级套筒、导体片、永磁体、圆形橡胶垫片、导杆、连接球铰和滚珠支座。本发明的大位移电涡流阻尼器，多级套筒结构成倍的增大了阻尼器的位移行程，若阻尼器的套筒级数为n，每级套筒凹槽的长度为L，则本发明阻尼器的位移行程约为L～nL。大位移电涡流阻尼器可显著增强阻尼器的耗能控制效果。结构发生振动时，多级套筒皆参与工作同时耗能；各级套筒内部的耗能单元可以根据需要增加设置；导体片的材料采用铜片，其导电性能很好，产生的电涡流阻尼较大，价格适中，性价比高。大位移电涡流阻尼器与主体结构的连接非常方便，只需将阻尼器两端的连接球铰与主体结构固定。

Description

一种大位移电涡流阻尼器

技术领域

本发明属于工程结构振动控制技术领域，具体涉及一种大位移电涡流阻尼器。

背景技术

航空、航天、机械、土木等工程领域普遍存在着振动问题，如何有效减轻和抑制振动响应给工程结构带来的危害，一直是工程技术人员的研究重点。结构振动控制是通过在工程结构上安装耗能或吸能装置，或将非承重构件设计成耗能元件来减轻结构由外荷载作用引起的动力响应。因此，相对于传统的采用结构体系直接抵御外荷载作用的思路，结构振动控制技术是工程结构抗振减振和防灾减灾设计方法的重要突破。

结构振动控制按照是否需要外部能量输入，一般可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制；按照控制装置的工作机理又可分为耗能、吸能和隔断振动能量三类。被动控制不需要外界系统提供能量，控制过程不依赖于结构反应及外界干扰信息，而且具有构造简单、可靠性高、造价低、易于维护等诸多优点，是目前应用最为广泛的控制技术。

近年来各种利用粘弹性材料、粘滞流体等材料开发的阻尼器取得了一定的减振效果，但此类材料制作的阻尼器在工程中的应用尚需克服诸如抗疲劳、抗老化、耐久性、耐腐蚀性及流体阻尼器可能存在的漏液现象等普遍存在的问题。电涡流阻尼器是基于导体(非导磁材料)在磁场中运动产生电涡流效应的原理来工作。当涡电流产生后，磁场便会对导体产生阻尼力阻止导体的运动，导体内产生的涡电流以热能的形式耗散到周围的介质中。于是电涡流阻尼器不断地将振源传来的动能转化为导体中的涡电流，又将涡电流转化成热能，达到耗能减振的目的。因此，电涡流阻尼器具有结构简单、无接触、无磨损、无需工作介质、寿命长及刚度和阻尼可控等特点，具有极好的应用前景。

阻尼器在结构振动控制中所耗散能量的大小既与阻尼器自身的材料性能有关，也与阻尼器安装位置结构相对变形的大小有关。多数阻尼器由于自身位移行程较小，当工程结构产生大幅振动时需要将阻尼器的尺寸设计较大方能适用，因此，设计开发适用于大位移的阻尼器具有重要的工程实际意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种大位移电涡流阻尼器，利用多级套筒成倍的增大了阻尼器的位移行程，结合各级套筒内设置的多组电涡流耗能单元显著增强了阻尼器的耗能控制效果。

本发明的技术方案：

一种大位移电涡流阻尼器，包括多级套筒、导体片2、永磁体3、圆形橡胶垫片4、导杆9、连接球铰10和滚珠支座11；

所述的多级套筒包括首级套筒1和中间级套筒8，中间级套筒8设置多个；各级套筒，筒体与端盖6通过螺杆5连接；所述的首级套筒1位于最外部，其外径最大，其端部设有与连接球铰10相连的机构，连接球铰10被固定在需要的位置；所述的多个中间级套筒8的外径依次减小，相邻两中间级套筒8间通过两组滚珠7套装，滚动实现自由伸缩；

所述的滚珠7按其在大位移电涡流阻尼器上的位置分为两组，一组滚珠7嵌在各级套筒端盖6与各中间级套筒8外壁的凹槽内；另一组滚珠7嵌在各中间级套筒端部的滚珠支座11与各级套筒内壁的凹槽内，两组滚珠7及相应的凹槽共同完成对各级套筒的位移导向；

所述的圆形橡胶垫片4设置在各级套筒端部内壁的中心部位，起到防止各级套筒之间压缩时发生刚性碰撞的作用；

各中间级套筒8端部外壁间隔设有多个永磁体3和多个滚珠支座11，永磁体3和滚珠支座11沿套筒周间隔布置，在滚珠支座11一侧设置防止各级套筒之间拉伸时发生刚性碰撞的橡胶块12；

各级套筒端部设置有防止压缩时发生刚性碰撞的圆形橡胶垫片4，位于端部的中心部位；

导体片2固定在各级套筒内壁，其与永磁体3相对布置；

所述的导杆9为阻尼器的末级，导杆端部设置永磁体3和滚珠支座11的方式与中间级套筒8上设置永磁体3和滚珠支座11的方式相同，或根据实际尺寸调整；导杆9设有与连接球铰10相连的机构，连接球铰10被固定在需要的位置。

所述的多级套筒和端盖6均采用导磁材料制成。

所述的导体片2采用铜片。

所述的圆形橡胶垫片4半径等于相邻下一级套筒的外壁半径。

本发明的有益效果：

(1)本发明的大位移电涡流阻尼器，多级套筒结构成倍的增大了阻尼器的位移行程，若阻尼器的套筒级数为n，每级套筒凹槽的长度为L，则本发明阻尼器的位移行程约为L～nL。

(2)本发明的大位移电涡流阻尼器，可以显著增强阻尼器的耗能控制效果。结构发生振动时，多级套筒皆参与工作同时耗能；各级套筒内部的耗能单元(永磁体和导体片)可以根据需要增加设置；导体片的材料采用铜片，其导电性能很好，产生的电涡流阻尼较大，价格适中，性价比高。

(3)本发明的大位移电涡流阻尼器，可以很方便的调节阻尼参数。通过调节相邻套筒的直径，可以改变永磁体与导体片之间的距离，以及调整导体片厚度、永磁体磁场强度等，均可实现阻尼参数的调节。

(4)本发明的大位移电涡流阻尼器，采用永磁体提供连续不断的磁场源，无需外界能源，避免了供电不便或不能保证可靠供电对阻尼器的使用带来的障碍。同时，由于永磁体和导体片的物理性能保持长期不变，阻尼器能提供长期稳定的减振效果。

(5)本发明的大位移电涡流阻尼器，各级套筒和端盖的设置基本避免了磁路的漏磁，不仅提高了电涡流阻尼的效率，而且避免了对周围各种元器件的影响。

(6)本发明的大位移电涡流阻尼器，与主体结构的连接非常方便，只需将阻尼器两端的连接球铰与主体结构固定即可。

(7)本发明的大位移电涡流阻尼器，具有构造简单、无磨损、无需工作介质、寿命长、易于维护等优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种大位移电涡流阻尼器的纵向剖面图。

图2为本发明实施例提供的一种大位移电涡流阻尼器的A-A剖面图。

图3为本发明实施例提供的一种大位移电涡流阻尼器的B-B剖面图。

图4为本发明实施例提供的一种大位移电涡流阻尼器的C-C剖面图。

图5为本发明实施例提供的一种大位移电涡流阻尼器的D-D剖面图。

图中：1首级套筒；2导体片；3永磁体；4圆形橡胶垫片；5螺杆；6端盖；7滚珠；8中间级套筒；9导杆；10连接球铰；11滚珠支座；12橡胶块。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种大位移电涡流阻尼器，利用多级套筒成倍的增大了阻尼器的位移行程，结合各级套筒内设置的多组电涡流耗能单元显著增强了阻尼器的耗能控制效果。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图5，本发明实施例提供的一种大位移电涡流阻尼器的一个实施例，包括：首级套筒1、导体片2、永磁体3、圆形橡胶垫片4、中间级套筒8、导杆9、连接球铰10以及滚珠支座11等；

本实施例中设置了3级采用导磁材料制成的套筒，三级套筒的外径可根据实际需要依次减小；

在各级套筒的开放端利用螺杆5将端盖6固定在各级套筒的筒壁上，端盖6亦采用导磁材料制成，本实施例中各级端盖与筒壁的连接设置了8根螺杆；

相邻套筒之间通过两组滚珠7的滚动保证自由伸缩；

滚珠7按其在阻尼器上的位置分为两组，一组滚珠嵌在各级套筒端盖6与各中间级套筒8外壁的凹槽内，另一组滚珠嵌在各滚珠支座11与各级套筒内壁的凹槽内。凹槽的范围根据滚珠7的设计行程确定，凹槽两端加工成同滚珠7半径的球面倒角。这样，两组滚珠及相应的凹槽共同完成对各级套筒的位移导向；

滚珠支座11固接在中间级套筒8端部的外壁上，在滚珠支座11旁设置防止各级套筒之间拉伸时发生刚性碰撞的橡胶块12；

永磁体3亦设置在各中间级套筒8端部的外壁上，与滚珠支座11沿筒周间隔布置；

导体片2固定在各级套筒内壁与永磁体3相对的位置，导体片2的覆盖范围略大于永磁体3的设计行程，以便充分切割磁感线。导体片2采用铜片，其导电性能很好，产生的电涡流明显，价格适中，性价比高；

本实施例中每个导体片2和与之相对的永磁体3构成一个耗能单元，本实施例的各中间级套筒端部共设置了4个耗能单元；

圆形橡胶垫片4设置在各级套筒端部内壁的中心部位，起到防止各级套筒之间压缩时发生刚性碰撞的作用，垫片半径等于相邻下一级套筒的外壁半径，垫片厚度根据实际需要确定；

导杆9为阻尼器的末级，导杆端部永磁体3和滚珠支座11的设置同中间级套筒8，或根据实际尺寸调整；

连接球铰10设置在阻尼器的两端，可很方便的与需设置阻尼器的结构部位相连。

在使用过程中，若阻尼器的套筒级数为n，每级套筒凹槽的长度为L，则本发明阻尼器的位移行程约为L～nL，可根据工程结构的位移振动强度和各级套筒内部耗能单元(永磁体3和导体片2)的布设数量选择合理的n值；本发明的阻尼器可以通过调节相邻套筒的直径，改变永磁体3与导体片2之间的距离，以及调整导体片2厚度、永磁体3磁场强度等，均可实现阻尼参数的调节；本发明的阻尼器采用永磁体3提供连续不断的磁场源，无需外界能源，适用范围较广，同时，由于永磁体3和导体片2的物理性能保持长期不变，阻尼器能提供长期稳定的耗能效果；各级套筒包括1和8以及端盖6的设置基本避免了磁路的漏磁，不仅提高了电涡流阻尼的效率，而且避免了对周围各种元器件的影响；本阻尼器与主体结构的连接非常方便，只需将阻尼器两端的连接球铰10与主体结构固定即可；本发明的大位移电涡流阻尼器，还具有构造简单、无磨损、无需工作介质、寿命长、易于维护等优点，具有广泛的应用前景。

设计本发明时需要注意：第一，本阻尼器的套筒数量n应根据结构的振动强度和各级套筒内部耗能单元的布设数量合理取值；第二，导体片2在各级套筒上的覆盖范围应略大于永磁体3的行程范围；第三，滚珠凹槽的长度即为滚珠7的设计行程，凹槽两端加工成同滚珠7半径的球面倒角，在凹槽内适当涂抹润滑油方便滚珠7滚动；第四，各中间级套筒内壁上凹槽的位置与外壁上凹槽的位置相互错开，避免削弱套筒的局部截面；第五，本阻尼器在工程结构中的布设位置应根据相应的减振方案和控制目标合理布置。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种大位移电涡流阻尼器，其特征在于，所述的大位移电涡流阻尼器包括多级套筒、导体片(2)、永磁体(3)、圆形橡胶垫片(4)、导杆(9)、连接球铰(10)和滚珠支座(11)；

所述的多级套筒包括首级套筒(1)和中间级套筒(8)，中间级套筒(8)设置多个；各级套筒，筒体与端盖(6)通过螺杆(5)连接；所述的首级套筒(1)位于最外部，其外径最大，其端部设有与连接球铰(10)相连的机构，连接球铰(10)被固定在需要的位置；所述的多个中间级套筒(8)的外径依次减小，相邻两中间级套筒(8)间通过两组滚珠(7)套装，滚动实现自由伸缩；

所述的滚珠(7)按其在大位移电涡流阻尼器上的位置分为两组，一组滚珠(7)嵌在各级套筒端盖(6)与各中间级套筒(8)外壁的凹槽内；另一组滚珠(7)嵌在各中间级套筒端部的滚珠支座(11)与各级套筒内壁的凹槽内，两组滚珠(7)及相应的凹槽共同完成对各级套筒的位移导向；

所述的圆形橡胶垫片(4)设置在各级套筒端部内壁的中心部位，起到防止各级套筒之间压缩时发生刚性碰撞的作用；

各中间级套筒(8)端部外壁间隔设有多个永磁体(3)和多个滚珠支座(11)，永磁体(3)和滚珠支座(11)沿套筒周间隔布置，在滚珠支座(11)一侧设置防止各级套筒之间拉伸时发生刚性碰撞的橡胶块(12)；

各级套筒端部内壁设置有防止压缩时发生刚性碰撞的圆形橡胶垫片(4)，位于端部内壁的中心部位；

导体片(2)固定在各级套筒内壁，其与永磁体(3)相对布置；

所述的导杆(9)为阻尼器的末级，导杆(9)端部设置永磁体(3)和滚珠支座(11)的方式与中间级套筒(8)上设置永磁体(3)和滚珠支座(11)的方式相同，或根据实际尺寸调整；导杆(9)设有与连接球铰(10)相连的机构，连接球铰(10)被固定在需要的位置。

2.根据权利要求1所述的大位移电涡流阻尼器，其特征在于，所述的多级套筒和端盖(6)均采用导磁材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的大位移电涡流阻尼器，其特征在于，所述的导体片(2)采用铜片。

4.根据权利要求1或2所述的大位移电涡流阻尼器，其特征在于，所述的圆形橡胶垫片(4)半径等于相邻下一级套筒的外壁半径。

5.根据权利要求3所述的大位移电涡流阻尼器，其特征在于，所述的圆形橡胶垫片(4)半径等于相邻下一级套筒的外壁半径。