CN108061121A - 一种调谐惯性质量电磁阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于阻尼器领域，并公开了一种调谐惯性质量电磁阻尼器，包括外壳及设置在所述外壳内的直线导轨、滚珠丝杠机构、固定座、增速机、直流发电机、质量块和调谐压缩弹簧，所述右端盖上可移动安装有对外连接架，所述外连接架的左端穿过所述右端盖后伸入所述外壳内并且该端固定连接在所述滚珠螺母上；所述丝杠的左端通过第一联轴器连接所述增速机的输入轴，该增速机的输出轴通过第二联轴器连接所述直流发电机；所述调谐压缩弹簧设置有两根并且它们均穿装在所述丝杠上。本发明可将外部振动结构振动产生的能量转化为质量块的运动动能和直流发电机的电能而大量消耗掉，因此能起到减振/减震的效果。
Description
技术领域
本发明属于阻尼器领域，更具体地，涉及一种电磁阻尼器。
背景技术
近年来，调谐质量阻尼器(TMD)和调谐液体阻尼器(TLD)的卓越减振性能，受到工程界的广泛关注。其主要原理是在受控结构中设置一定的质量，并附加一定的刚度和阻尼，形成一个具有自振频率的附属结构。通过调节附属结构的自振频率，使其与受控结构频率相近，从而与受控结构形成共振条件，吸收受控结构的振动能量并通过阻尼元件来进行耗散，从而达到减振效果。
传统调谐质量阻尼器(TMD)的减振性能和自身质量与被控结构的质量比有关，但是受限于安装空间等因素，其设计质量往往局限于有限的范围内。为了达到理想的控制效果，使用调谐质量阻尼器进行结构振动控制时，通常需要较大的安装和运动空间；但这样往往会占用结构的使用空间，对结构的使用功能造成一定的影响。此外，实际工程中被控结构的质量通常巨大，相应地，所用的调谐质量阻尼器的质量也十分巨大，这会使结构的竖向荷载增大，并占用较大的结构空间。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种调谐惯性质量电磁阻尼器，能将外部振动结构的振动转化为质量块的运动动能和直流发电机的电能而被大量耗散掉，从而起到减振的效果。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种调谐惯性质量电磁阻尼器，其特征在于，包括外壳及设置在所述外壳内的直线导轨、滚珠丝杠机构、固定座、增速机、直流发电机、质量块和调谐压缩弹簧，其中，
所述外壳的左右两端分别设置有左端盖和右端盖；
所述直线导轨设置在所述外壳的内壁上并且其纵向与所述外壳的纵向一致；
所述固定座安装在所述外壳的内壁上；
所述滚珠丝杠机构的丝杠的左端可转动安装在所述固定座上并且该端穿过所述固定座，该丝杠的右端可转动安装在所述右端盖上，所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母安装在所述直线导轨上；
所述右端盖上可移动安装有对外连接架，所述外连接架的左端穿过所述右端盖后伸入所述外壳内并且该端固定连接在所述滚珠螺母上，该对外连接架的右端外露于所述外壳，以用于连接外部振动结构；
所述丝杠的左端通过第一联轴器连接所述增速机的输入轴，该增速机的输出轴通过第二联轴器连接所述直流发电机，所述直流发电机可输出电能到外部电路从而耗散所述外部振动结构振动产生的能量，从而达到减震/减振的目的，该增速机的输出轴上还安装有质量块，并且该增速机的输出轴的转速大于输入轴的转速；
所述调谐压缩弹簧设置有两根并且它们均穿装在所述丝杠上，所述滚珠螺母位于这两根调谐压缩弹簧之间，每根调谐压缩弹簧的一端均压紧在所述滚珠螺母上，并且滚珠螺母左边的调谐压缩弹簧的另一端压紧在外限位套上，滚珠螺母右边的调谐压缩弹簧的另一端压紧在内限位套上，所述外限位套和内限位套分别安装在所述外壳的内壁上，所述丝杠的左端和右端分别穿过所述外限位套和内限位套。
优选地，外部振动结构为机械结构、建筑结构、桥梁结构或海洋平台。
优选地，所述质量块为由金属材料制成的圆柱体。
优选地，所述右端盖包括固定连接在一起的固定板和支撑座。
优选地，所述外壳包括从左至右依次连接在一起的电机座、增速机座和丝杠座，所述左端盖设置在所述电机座的左端，所述右端盖设置在所述丝杠座的右端。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)当外部振动结构振动并带动对外连接架做直线运动时，由于滚珠螺母与丝杠这一机构的作用，直线运动转化为了丝杠的旋转运动，经过增速机的转速放大作用，质量块的转速大大提高，因此土木结构振动的能量转化为质量块的运动动能而被大量消耗掉。
2)通过增加两个压缩弹簧，使得本阻尼器具有固有频率。在减振/震的工程应用中，通过调节阻尼器的固有频率与受控结构相近，则可获得类似调谐质量阻尼器的减振效果。由于本发明可以通过丝杆将直线运动转为高速转动，并通过增速器放大转速，并可以驱动圆柱体(飞轮)的高速转动，从而获得很大的等效惯性质量。因此，本发明(调谐惯性质量电磁阻尼器)可获得很大的等效质量比，具有比传统调谐质量阻尼器更为优越的减振/震性能。
3)本发明所提供的一种调谐惯性质量电磁阻尼器中配有与高速旋转质量块直连的直流发电机。通过其高速旋转，可快速切割磁感线，在外接闭合电路中产生感应电流，而旋转的转子受到洛伦兹力的作用，会产生与转速成正比的反扭矩，这个反扭矩通过滚珠丝杆可转换成阻碍外部振动结构振动的电磁阻尼力。
4)本发明具有阻尼可控、阻尼密度高、温度适应性好和惯性质量效应显著等优点。
5)本发明可通过一个很小质量的圆柱体(飞轮)来模拟一个很大的等效惯性质量，可以实现大等效质量比(>0.5)，振动控制效果显著。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1，一种调谐惯性质量电磁阻尼器，包括外壳及设置在所述外壳内的直线导轨16、滚珠丝杠机构、固定座14、增速机7、直流发电机9、质量块12和调谐压缩弹簧3，其中，
所述外壳的左右两端分别设置有左端盖8和右端盖；
所述直线导轨16设置在所述外壳的内壁上并且其纵向与所述外壳的纵向一致；
所述固定座14安装在所述外壳的内壁上；
所述滚珠丝杠机构的丝杠4的左端可转动安装在所述固定座14上并且该端穿过所述固定座14，该丝杠4的右端可转动安装在所述右端盖上，所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母2安装在所述直线导轨16上；
所述右端盖上可移动安装有对外连接架1，所述外连接架的左端穿过所述右端盖后伸入所述外壳内并且该端固定连接在所述滚珠螺母2上，该对外连接架1的右端外露于所述外壳，以用于连接外部振动结构；
所述丝杠4的左端通过第一联轴器13连接所述增速机7的输入轴，该增速机7的输出轴通过第二联轴器11连接所述直流发电机9，所述直流发电机9可输出电能到外部电路从而耗散所述外部振动结构振动产生的能量，从而达到减震/减振的目的，该增速机7的输出轴上还安装有质量块12，并且该增速机7的输出轴的转速大于输入轴的转速；优选地，外部振动结构为机械结构、建筑结构、桥梁结构或海洋平台。
所述调谐压缩弹簧3设置有两根并且它们均穿装在所述丝杠4上，所述滚珠螺母2位于这两根调谐压缩弹簧3之间，每根调谐压缩弹簧3的一端均压紧在所述滚珠螺母2上，并且滚珠螺母2左边的调谐压缩弹簧3的另一端压紧在外限位套15上，滚珠螺母2右边的调谐压缩弹簧3的另一端压紧在内限位套17上，所述外限位套15和内限位套17分别安装在所述外壳的内壁上，所述丝杠4的左端和右端分别穿过所述外限位套15和内限位套17。
进一步，所述质量块12为由金属材料制成的圆柱体。
进一步，所述右端盖包括固定连接在一起的固定板18和支撑座19，丝杠4的右端可转动安装在支撑座19上。
进一步，所述外壳包括从左至右依次连接在一起的电机座10、增速机座6和丝杠座5，所述左端盖8设置在所述电机座10的左端，所述右端盖设置在所述丝杠座5的右端。
本发明的对外连接块1为整个装置用于和外部振动结构相连，其外部接口为一个螺杆，通过螺纹配合可以和外部振动结构做可拆卸的连接；滚珠螺母2与丝杠4为适应结构大小的滚珠丝杠机构，可将外部振动结构振动而推动滚珠螺母做的直线运动转化丝杠的旋转运动；直线导轨16为限制滚珠螺母旋转的机构，让滚珠螺母2只能沿直线导轨16作直线运动；两个调谐压缩弹簧3位于滚珠螺母2的两侧，而且均处于压缩状态。当滚珠螺母2作直线运动时，调谐压缩弹簧将提供弹性恢复力。因此，本装置的压缩弹簧和等效惯性质量一起构成一个等效质量-弹簧系统，这个系统具有固有频率。在结构减振的设计中，需调节阻尼器的固有频率与受控结构的频率相近，即可获得类似传统调谐质量阻尼器的减振/减震效果。
内限位套17和外限位套15分别对滚珠螺母两端的压缩弹簧进行轴向限位；第一联轴器13将旋转的丝杠与增速机7的输入轴固连，实现运动的传递；增速机7可根据具体的应用对减速比进行设置和调节，以适应不同的质量块转速的输出；质量块12为整个装置能量消耗的装置，其惯性质量可以更换，以适应不用的应用；联轴器11用于增速机7与直流发电机9的固连；直流发电机9处于整个阻尼器装置的最后一环，其通过采集质量块的转速输出相应的电流，电能输入外接电路，从而转换为热能耗散。
此外，本实施例中，固定板18、丝杆座5、支撑座19、固定座14、增速机座6、电机座10、稳固座8，为整体装置的支撑与稳固结构。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种调谐惯性质量电磁阻尼器，其特征在于，包括外壳及设置在所述外壳内的直线导轨、滚珠丝杠机构、固定座、增速机、直流发电机、质量块和调谐压缩弹簧，其中，
所述外壳的左右两端分别设置有左端盖和右端盖；
所述直线导轨设置在所述外壳的内壁上并且其纵向与所述外壳的纵向一致；
所述固定座安装在所述外壳的内壁上；
所述滚珠丝杠机构的丝杠的左端可转动安装在所述固定座上并且该端穿过所述固定座，该丝杠的右端可转动安装在所述右端盖上，所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母安装在所述直线导轨上；
所述右端盖上可移动安装有对外连接架，所述外连接架的左端穿过所述右端盖后伸入所述外壳内并且该端固定连接在所述滚珠螺母上，该对外连接架的右端外露于所述外壳，以用于连接外部振动结构；
所述丝杠的左端通过第一联轴器连接所述增速机的输入轴，该增速机的输出轴通过第二联轴器连接所述直流发电机，所述直流发电机可输出电能到外部电路从而耗散所述外部振动结构振动产生的能量，从而达到减震/减振的目的，该增速机的输出轴上还安装有质量块，并且该增速机的输出轴的转速大于输入轴的转速；
所述调谐压缩弹簧设置有两根并且它们均穿装在所述丝杠上，所述滚珠螺母位于这两根调谐压缩弹簧之间，每根调谐压缩弹簧的一端均压紧在所述滚珠螺母上，并且滚珠螺母左边的调谐压缩弹簧的另一端压紧在外限位套上，滚珠螺母右边的调谐压缩弹簧的另一端压紧在内限位套上，所述外限位套和内限位套分别安装在所述外壳的内壁上，所述丝杠的左端和右端分别穿过所述外限位套和内限位套。
2.根据权利要求1所述的一种调谐惯性质量电磁阻尼器，其特征在于，外部振动结构为机械结构、建筑结构、桥梁结构或海洋平台。
3.根据权利要求1所述的一种调谐惯性质量电磁阻尼器，其特征在于，所述质量块为由金属材料制成的圆柱体。
4.根据权利要求1所述的一种调谐惯性质量电磁阻尼器，其特征在于，所述右端盖包括固定连接在一起的固定板和支撑座。
5.根据权利要求1所述的一种调谐惯性质量电磁阻尼器，其特征在于，所述外壳包括从左至右依次连接在一起的电机座、增速机座和丝杠座，所述左端盖设置在所述电机座的左端，所述右端盖设置在所述丝杠座的右端。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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