CN107345432A - 一种调谐质量阻尼器和减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及土木工程减震领域，公开了一种调谐质量阻尼器和减震装置。所述阻尼器包括：第一连接件和第二连接件，所述第一连接件和第二连接件用于连接建筑结构；防护箱，所述防护箱的一端与第二连接件固定连接，所述防护箱的另一端设置有开口，所述防护箱内设置有运动转换机构、弹性变形件和转动飞轮，所述运动转换机构包括直线运动部和转动部，所述直线运动部穿过所述开口与第一连接件的一端固定连接，所述转动部连接弹性变形件的一端，所述弹性变形件的另一端连接转动飞轮。本发明实施例以较小的质量通过位移转换与放大原理得到较大的等效惯性，大大减小了调谐质量阻尼器的质量。

Description

一种调谐质量阻尼器和减震装置

技术领域

本发明实施例涉及土木工程减震领域，特别是涉及一种调谐质量阻尼器和减震装置。

背景技术

减隔振技术在土木工程减震领域因简单有效得到广泛使用。目前的调谐质量阻尼器通过惯性力反作用于建筑来减少建筑结构的振动，其减震效果与质量大小正相关。因此，可以通过增加调谐质量阻尼器的质量来增强减震效果，但是增加调谐质量阻尼器的质量，会增加建筑的竖向荷载。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种质量小且储能效果好的调谐质量阻尼器。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种调谐质量阻尼器，所述阻尼器包括：

第一连接件和第二连接件，所述第一连接件和第二连接件用于连接建筑结构；

防护箱，所述防护箱的一端与第二连接件固定连接，所述防护箱的的另一端设置有开口，所述防护箱内设置有运动转换机构、弹性变形件和转动飞轮，所述运动转换机构包括直线运动部和转动部，所述运动转换机构用于将直线运动部的直线运动转换成转动部围绕直线运动部的旋转运动，或者将转动部围绕直线运动部的旋转运动转换成直线运动部的直线运动，所述直线运动部穿过所述开口与第一连接件的一端固定连接，所述转动部连接弹性变形件的一端，所述弹性变形件的另一端连接转动飞轮，所述转动飞轮具有支撑轴承，所述支撑轴承固定设置在所述防护箱的内壁上，所述支撑轴承和水平运动部互相平行。

可选的，所述运动转换机构为丝杠运动副，所述直线运动部为丝杠，所述转动部为螺母，所述丝杠与螺母螺纹连接。

可选的，所述阻尼器还包括固定设置于所述防护箱内壁上的转动轴承，所述螺母可沿转动轴承转动。

可选的，所述阻尼器还包括套设于所述丝杠上的保护弹性变形件，所述保护弹性变形件位于所述防护箱外部，设置于所述第一连接件和所述防护箱之间，所述保护弹性变形件的一端固定设置在所述防护箱上，另一端自由放置。

可选的，所述防护箱内壁上设置有两个凸起，两个所述凸起分别沿所述螺母的轴向方向放置于所述螺母的两侧，用于限制所述螺母在螺母的轴向方向上的运动。

可选的，所述支撑轴承上还设置有限位装置，所述限位装置沿所述转动飞轮的轴向方向设置于所述转动飞轮的两侧，用于限制所述转动飞轮在转动飞轮的轴向方向上的运动。

可选的，所述第一连接件和第二连接件中的任意一个为铰接连接件。

可选的，所述丝杠上位于所述防护箱内的一端设置有轴向限位装置。

可选的，所述弹性变形件和保护弹性变形件为弹簧。

为解决上述技术问题，第二方面，本发明还提供了一种减震装置，所述减震装置包括粘滞阻尼器和上述的调谐质量阻尼器，所述粘滞阻尼器和调谐质量阻尼器并联设置。

本发明实施例的有益效果是：本发明实施例通过运动转换机构将建筑物变形所引起的调谐质量阻尼器两端的直线运动转化成与直线运动方向共线的转动运动，通过转动飞轮与弹性变形件组成的惯性系统的运动吸收能量。区别于传统的调谐质量阻尼器平动吸能，本阻尼器利用转动飞轮的转动吸收能量，以较小的质量通过位移转换与放大原理得到较大的等效惯性，以较小的弹性变形件实现较大的等效刚度，大大减小了调谐质量阻尼器的质量。

附图说明

图1是本发明调谐质量阻尼器的一个实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细地说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1，本发明实施例提供了一种调谐质量阻尼器，所述阻尼器包括：第一连接件10a、第二连接件10b和防护箱20，第一连接件10a和第二连接件10b用于外接建筑结构，防护箱20内设置有运动转换机构、弹性变形件40和转动飞轮51。防护箱20的一端与第二连接件10b固定连接，防护箱20的的另一端设置有开口21。运动转换机构包括直线运动部和转动部，运动转换机构用于将直线运动部的直线运动转换成转动部围绕直线运动部的旋转运动，或者将转动部围绕直线运动部的旋转运动转换成直线运动部的直线运动。其中，所述运动转换机构可以采用丝杠运动副，所述直线运动部为丝杠31，所述转动部为螺母32，丝杠31与螺母32螺纹连接。丝杠31穿过开口21与第一连接件10a的一端固定连接，螺母32连接弹性变形件40的一端，弹性变形件40的另一端连接转动飞轮51，转动飞轮51具有支撑轴承52，支撑轴承52固定设置在防护箱20的内壁上，支撑轴承52和丝杠31互相平行。转动飞轮51具有小质量、大惯量、放大弹性变形件40的刚度的特点。在本实施例中，弹性变形件40可以采用弹簧装置。

在实际应用中，第一连接件10a和第二连接件10b可以分别连接在建筑层间，用于减少建筑层间变形；或者一端接地，另一端连接建筑结构，与隔震层配合使用，用以吸收隔震层的振动能量。建筑结构受外力变形时，第一连接件10a和第二连接件10b将发生相对直线运动，第一连接件10a将带动丝杠31的直线运动，丝杠31通过螺纹带动螺母32的转动，螺母32的转动将引起弹性变形件40的运动，弹性变形件40的运动将带动转动飞轮51沿支撑轴承52的转动，从而将第一连接件10a和第二连接件10b的相对直线运动转化为转动飞轮51的转动运动，实现了能量的吸收和存储。

本发明实施例通过运动转换机构将建筑物变形所引起的调谐质量阻尼器两端的直线运动转化成与直线运动方向共线的转动运动，通过转动飞轮与弹性变形件组成的惯性系统的运动吸收能量。区别于传统的调谐质量阻尼器平动吸能，本阻尼器利用转动飞轮的转动吸收能量，以较小的质量通过位移转换与放大原理得到较大的等效惯性，以较小的弹性变形件实现较大的等效刚度，大大减小了调谐质量阻尼器的质量。既实现了能量的存储，又可以节省空间，且避免了调谐质量阻尼器悬挂掉落、影响建筑使用高度的缺点，安全性高、安装方便。防护箱将螺母、转动飞轮等元件封闭在防护箱内，可以避免防护箱内的所有元件被环境腐蚀，增加调谐质量阻尼器的使用寿命。

在上述实施例中，所述运动转换机构选择了传动效率较高的丝杠运动副将建筑物变形所引起的调谐质量阻尼器两端的直线运动转化为与直线运动方向共线的转动运动，使用转动弹簧(即弹性变形件)替代传统调谐质量阻尼器的拉压弹簧，等效刚度变大，以较小的转动弹簧实现了较大的等效刚度。其中，调谐质量阻尼器两端的相对直线运动与转动飞轮转动运动之间的比例放大系数可根据丝杠31的螺纹间隙调节选取，转动频率可通过弹性变形件40的刚度和转动飞轮51的质量调整，实现了多频率控制建筑结构振动，相较于传统的调谐质量阻尼器对建筑结构振动控制效率与性能大大提升。在实际应用中，螺母32可以通过键槽连接弹性变形件40，弹性变形件40的另一端通过键槽连接转动飞轮51。在所述阻尼器的其他实施例中，所述运动转换机构还可以采用其他能把直线运动转换成与直线运动共线的转动运动的机构，所述弹性变形件还可以采用除弹簧外的其他弹性元件。

可选的，请参照图1，在所述阻尼器的其他实施例中，所述阻尼器还包括固定设置于所述防护箱20内壁上的转动轴承33，所述螺母32可沿转动轴承33转动。所述转动轴承33的设置，实现了螺母32的原位转动，同时转动轴承33可以对螺母32起支撑作用，以防止丝杠31受力变形。进一步的，为了限制螺母32在螺母32的轴向方向上的位移，所述防护箱20内壁上设置有两个凸起(34a，34b)，两个所述凸起(34a，34b)分别沿所述螺母32的轴向方向放置于所述螺母32的两侧。

可选的，请参照图1，在所述阻尼器的其他实施例中，所述阻尼器还包括套设于所述丝杠31上的保护弹性变形件60，所述保护弹性变形件60位于所述防护箱20外部，设置于所述第一连接件10a和所述防护箱20之间，所述保护弹性变形件60的一端固定设置在所述防护箱20上，另一端自由放置。保护弹性变形件60可以限制丝杠31受压最大行程，缓解外部冲击对丝杠运动副(31、32)的影响。其中，保护弹性变形件60可以为弹簧装置，或者其他弹性元件。

进一步的，请参照图1，在所述阻尼器的其他实施例中，所述丝杠31上位于所述防护箱20内的一端设置有轴向限位装置35。轴向限位装置35可以限制丝杠31的运动位移，避免丝杠31脱离防护箱20。

可选的，请参照图1，在所述阻尼器的其他实施例中，所述支撑轴承52上还设置有限位装置53，所述限位装置53沿所述转动飞轮51的轴向方向设置于所述转动飞轮51的两侧，用于限制所述转动飞轮51在转动飞轮51的轴向方向上的运动。

可选的，请参照图1，在所述阻尼器的其他实施例中，所述第一连接件10a和第二连接件10b中的任意一个为铰接连接件(图1中示除了第一连接件10a为固定连接形式，第二连接件10b为铰接形式)。阻尼器的其中一端选择铰接形式，可以在阻尼器两端受外力作用时对阻尼器起到一定的保护作用，防止阻尼器被外力损坏。

如上所述，本发明的调谐质量阻尼器起到了很好的储能作用，在实际应用时，可以将调谐质量阻尼器与粘滞阻尼器配合使用，将调谐质量阻尼器储存的能量通过粘滞阻尼器反作用于建筑结构，以抵消建筑结构受到的外力，减小建筑结构的振动。因此，相应的，本发明还提供了一种减震装置，所述减震装置包括粘滞阻尼器和上述的调谐质量阻尼器，所述粘滞阻尼器和调谐质量阻尼器并联设置。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施方式，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种调谐质量阻尼器，其特征在于，所述阻尼器包括：

第一连接件和第二连接件，所述第一连接件和第二连接件用于连接建筑结构；

防护箱，所述防护箱的一端与第二连接件固定连接，所述防护箱的的另一端设置有开口，所述防护箱内设置有运动转换机构、弹性变形件和转动飞轮，所述运动转换机构包括直线运动部和转动部，所述运动转换机构用于将直线运动部的直线运动转换成转动部围绕直线运动部的旋转运动，或者将转动部围绕直线运动部的旋转运动转换成直线运动部的直线运动，所述直线运动部穿过所述开口与第一连接件的一端固定连接，所述转动部连接弹性变形件的一端，所述弹性变形件的另一端连接转动飞轮，所述转动飞轮具有支撑轴承，所述支撑轴承固定设置在所述防护箱的内壁上，所述支撑轴承和水平运动部互相平行。

2.根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述运动转换机构为丝杠运动副，所述直线运动部为丝杠，所述转动部为螺母，所述丝杠与螺母螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的阻尼器，其特征在于，所述阻尼器还包括固定设置于所述防护箱内壁上的转动轴承，所述螺母可沿转动轴承转动。

4.根据权利要求2-3任意一项所述的阻尼器，其特征在于，所述阻尼器还包括套设于所述丝杠上的保护弹性变形件，所述保护弹性变形件位于所述防护箱外部，设置于所述第一连接件和所述防护箱之间，所述保护弹性变形件的一端固定设置在所述防护箱上，另一端自由放置。

5.根据权利要求3所述的阻尼器，其特征在于，所述防护箱内壁上设置有两个凸起，两个所述凸起分别沿所述螺母的轴向方向放置于所述螺母的两侧，用于限制所述螺母在螺母的轴向方向上的运动。

6.根据权利要求3所述的阻尼器，其特征在于，所述支撑轴承上还设置有限位装置，所述限位装置沿所述转动飞轮的轴向方向设置于所述转动飞轮的两侧，用于限制所述转动飞轮在转动飞轮的轴向方向上的运动。

7.根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述第一连接件和第二连接件中的任意一个为铰接连接件。

8.根据权利要求3所述的阻尼器，其特征在于，所述丝杠上位于所述防护箱内的一端设置有轴向限位装置。

9.根据权利要求3所述的阻尼器，其特征在于，所述弹性变形件和保护弹性变形件为弹簧。

10.一种减震装置，其特征在于，所述减震装置包括粘滞阻尼器和权利要求1-9任意一项所述的调谐质量阻尼器，所述粘滞阻尼器和调谐质量阻尼器并联设置。