CN108730410A - 可调式惯性质量阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调式惯性质量阻尼器，涉及建筑震动的技术领域，包括飞轮外筒和位于飞轮外筒内且与飞轮外筒同轴设置的内筒柱；内筒柱外套设有第一电磁线圈；第一电磁线圈和飞轮外筒之间设置有第一磁流变机构；惯性质量阻尼器还包括与飞轮外筒固定连接且可带动飞轮外筒绕自身轴心线旋转的传动装置；惯性质量阻尼器还包括能够随着飞轮外筒旋转而转动的可拆卸的外接飞轮筒，用于调节惯性质量；以缓解了现有技术中存在的惯性质量无法调整的技术问题。

Description

可调式惯性质量阻尼器

技术领域

本发明涉及建筑振动的技术领域，尤其是涉及一种可调式惯性质量阻尼器。

背景技术

阻尼器，是以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。阻尼具有吸能减震的作用，在航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业中应用各种各样的阻尼器(或减震器)来减振消能。从二十世纪七十年代后，人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中，其发展十分迅速。

阻尼器作为一种耗能装置，一般构造是一个具有内外两个筒的装置，内外筒之间设置具有高阻尼性能的可流动材料，内外筒的相对运动可以使装置具有高阻尼性能。通过在结构中设置阻尼器可以达到增大结构阻尼，增加结构耗能，从而实现结构抗震防灾的目的。

现有的阻尼器虽然能够提供阻尼力，但是惯性质量无法调整，无法提供更好的耗能，这一问题在目前的技术中还无法解决。

发明内容

本发明的目的在于提供可调式惯性质量阻尼器，以缓解了现有技术中存在的惯性质量无法调整的技术问题。

本发明提供一种可调式惯性质量阻尼器，包括飞轮外筒和位于飞轮外筒内且与飞轮外筒同轴设置的内筒柱；内筒柱外套设有第一电磁线圈；第一电磁线圈和飞轮外筒之间设置有第一磁流变机构；惯性质量阻尼器还包括与飞轮外筒固定连接且可带动飞轮外筒绕自身轴心线旋转的传动装置；惯性质量阻尼器还包括能够随着飞轮外筒旋转而转动的可拆卸的外接飞轮筒，用于调节惯性质量。

进一步的，飞轮外筒和外接飞轮筒之间设置有磁力装置，飞轮外筒通过磁力装置带动外接飞轮筒旋转。

进一步的，外接飞轮筒套设于飞轮外筒。

进一步的，磁力装置为绕飞轮外筒外壁设置的第二电磁线圈和位于第二电磁线圈与外接飞轮筒之间的第二磁流变机构。

进一步的，外接飞轮筒和飞轮外筒之间沿着飞轮外筒的轴向设置有多组的滚珠组件，用于防止外接飞轮筒和飞轮外筒之间轴向发生位移。

进一步的，外接飞轮筒套设于飞轮柱。

进一步的，内筒柱和外接飞轮筒之间沿着内筒柱的轴向设置有多组的滚珠组件，用于防止外接飞轮筒和内筒柱之间轴向发生位移。

进一步的，磁力装置包括设置于外接飞轮筒的横截面和飞轮外筒的横截面之间的第三磁流变机构和套设于第三磁流变机构的第三电磁线圈。

进一步的，外接飞轮筒的外表面形成与飞轮外筒的内表面相对的环形插接面，插接面外套设有第四电磁线圈且第四电磁线圈和飞轮外筒之间设有和第四磁流变机构。

进一步的，磁力装置包括设置于外接飞轮筒的横截面和飞轮外筒的横截面之间的磁流变闸。

进一步的，传动装置包括平动单元和转动单元，转动单元与飞轮外筒固定连接，转动单元在平动单元平动下发生转动。

进一步的，传动装置为滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺栓为平动单元，滚珠丝杠的螺母为转动单元，螺栓穿过螺母滑动插入内筒柱。

进一步的，内筒柱接近螺母的一端与螺母转动限位连接，且内筒柱和螺母之间设置有滚珠组件，用于防止摩擦。

进一步的，内筒柱接近螺母的一端具有凸头，螺母具有凹槽，凸头和凹槽卡接。

进一步的，可调式惯性质量阻尼器还包括支撑块，内筒柱的一端与支撑块固定连接。

进一步的，可调式惯性质量阻尼器还包括支撑块，内筒柱的一端与支撑块固定连接且支撑块和外接飞轮筒之间设置有滚珠组件，用于防止摩擦。

进一步的，磁流变机构为磁流变液加海绵或磁流变粉。

本发明的目的在于提供一种可调式惯性质量阻尼器，包括飞轮外筒、内筒柱、第一电磁线圈、第一磁流变机构、传动装置、外接飞轮筒；飞轮外筒在传动装置的作用下绕自身轴心线旋转，产生惯性质量，消耗能量，通过第一电磁线圈通电，产生磁力，第一磁流变机构在磁力的作用下内部结构发生变化，在内筒柱和飞轮外筒之间产生阻尼力，阻尼力阻碍飞轮外筒旋转，进一步的消耗能量；由于外接飞轮筒与飞轮外筒可拆卸的连接，外接飞轮筒的质量可以通过更换调整，因此惯性质量可以调节，消耗的能量的大小可以调整，实用性增强。

由于第一电磁线圈在通电的时候产生电流，通过调整电流的大小，可以调整第一磁流变机构在内筒柱和飞轮外筒之间产生阻尼力的大小。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的只有阻尼力可调的可调式惯性质量阻尼器的结构示意图；

图2从左到右依次为图1所示的可调式惯性质量阻尼器的1-1、2-2的截面图；

图3为本发明实施例提供的可调的可调式惯性质量阻尼器的第一种实现方式的结构示意图；

图4从左到右依次为图3所示的可调式惯性质量阻尼器的3-3、4-4、5-5的截面图；

图5为本发明实施例提供的可调的可调式惯性质量阻尼器的第二种实现方式的结构示意图；

图6从左到右依次为图5所示的可调式惯性质量阻尼器的6-6、7-7的截面图；

图7为本发明实施例提供的可调的可调式惯性质量阻尼器的第三种实现方式的结构示意图；

图8从左到右依次为图7所示的可调式惯性质量阻尼器的8-8、9-9、10-10的截面图；

图9为本发明实施例提供的可调的可调式惯性质量阻尼器的第四种实现方式的结构示意图；

图10从左到右依次为图9所示的可调式惯性质量阻尼器的11-11、12-12、13-13的截面图；

图11为本发明实施例提供的可调的可调式惯性质量阻尼器的第五种实现方式的结构示意图；

图12从左到右依次为图11所示的可调式惯性质量阻尼器的14-14、15-15的截面图。

图标：100-飞轮外筒；200-内筒柱；210-凸头；300-第一电磁线圈；400-第一磁流变机构；500-传动装置；510-螺母；511-凹槽；520-螺杆；600-外接飞轮筒；610-插接面；700-磁力装置；710-第二电磁线圈；720-第二磁流变机构；730-第三电磁线圈；740-第三磁流变机构；750-第四电磁线圈；760-第四磁流变机构；770-磁流变闸；800-滚珠组件；900-支撑块；1000-第一固定部；1100-第二固定部。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的中心思想在于提供一种可调式惯性质量阻尼器，通过在飞轮外筒设置外接飞轮筒，实现在飞轮外筒旋转产生惯性质量后，通过调整外接飞轮筒的质量来更改惯性质量的大小，带来了惯性质量可调的有益效果。

实施例一

本发明实施例提供一种可调式惯性质量阻尼器，如图1、2、3、4所示，包括飞轮外筒100和位于飞轮外筒100内且与飞轮外筒100同轴设置的内筒柱200；内筒柱200外套设有第一电磁线圈300；第一电磁线圈300和飞轮外筒100之间设置有第一磁流变机构400；惯性质量阻尼器还包括与飞轮外筒100固定连接且可带动飞轮外筒100绕自身轴心线旋转的传动装置500；惯性质量阻尼器还包括能够随着飞轮外筒100旋转而转动的可拆卸的外接飞轮筒600，用于调节惯性质量。

本发明实施例的目的在于提供一种可调式惯性质量阻尼器，包括飞轮外筒100、内筒柱200、第一电磁线圈300、第一磁流变装置、传动装置500、外接飞轮筒600；飞轮外筒100在传动装置500的作用下绕自身轴心线旋转，产生惯性质量，消耗能量，通过第一电磁线圈300通电，产生磁力，第一磁流变机构400在磁力的作用下内部结构发生变化，在内筒柱200和飞轮外筒100之间产生阻尼力，阻尼力阻碍飞轮外筒100旋转，进一步的消耗能量；由于外接飞轮筒600与飞轮外筒100可拆卸的连接，外接飞轮筒600的质量可以通过更换调整，因此惯性质量可以调节，消耗的能量的大小可以调整，实用性增强。

由于第一电磁线圈300在通电的时候产生电流，通过调整电流的大小，可以调整第一磁流变机构400在内筒柱200和飞轮外筒100之间产生阻尼力的大小。

考虑到具体的实践中，飞轮外筒100和内筒柱200之间设置有第一磁流变机构400，因此，飞轮外筒100需要具有一定的密封性，因此，飞轮外筒100可以为密闭的筒状结构，还可以是多个飞轮密封连接形成的筒状结构。

考虑到内筒柱200为固定不旋转的情况，因此，内筒柱200的内在是空芯实芯均可，但是，由于飞轮外筒100的旋转可能给内筒柱200带来一定的带动力，因此，为了保证内筒柱200更好的稳定，内筒柱200采用实芯的结构。

作为优选，第一电磁线圈300的材质为铁。

第一电磁线圈300套设在内筒柱200和飞轮外筒100沿内筒柱轴线方向相对应的一段，也可以是全部。

上述的第一磁流变机构400可以为磁流变粉，也可以为附着在海绵上的磁流变液，飞轮外筒100和内筒柱200之间的径向距离较小时，可以采用磁流变粉的形式，当飞轮外筒100和内筒柱200之间的径向距离较大时，可以采用将磁流变液附着在海绵上的形式，海绵的作用是防止磁流变液在零磁场时呈现牛顿流体的状态发生流动；第一磁流变机构还可以是其他的液体，在此不再赘述。

上述的第一电磁线圈300与外接电源连接，产生磁场，当外接飞轮100在传动装置500的带动下发生旋转，通过调整电源输入给第一电磁线圈300的电流的大小来调整产生的磁力的大小，当磁力逐渐增大时，第一磁流变机构400的剪切屈服强度增大，内筒柱200和飞轮外筒100之间的阻尼力增大，实现阻尼力可调的技术效果。

由于上述的内筒柱200固定不动，当飞轮外筒100旋转时，由于两者之间存在阻尼力，致使内筒柱200通过阻尼力阻碍飞轮外筒100旋转，消耗能量。

上述的传动装置500与第一固定部1000连接，第一固定部1000与外界连接，在外界力的作用下，第一固定部1000将力传递给传动装置500，传动装置500带动飞轮外筒100旋转。

上述传动装置500包括平动单元和转动单元，转动单元与飞轮外筒100固定连接，转动单元在平动单元平动下发生转动。

传动装置500包括螺杆520和螺母510，螺母510在螺杆520的平动下发生旋转。由于螺杆520和螺母510之间的旋转运动连接，为了减少摩擦，传动装置500为滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺杆520为平动单元，滚珠丝杠的螺母510为转动单元，螺杆5200穿过螺母510滑动插入内筒柱200。

惯性质量产生的流程为：第一固定部1000发生震动，力量传递给传动装置500的螺杆520，螺杆520发生平动，由于螺杆520和螺母510之间螺纹连接，螺母510发生转动，螺母510与飞轮外筒100固定连接，螺母510带动飞轮外筒100绕自身轴心线高速旋转，从而产生惯性质量。

上述的螺杆520滑动插入内筒柱200，螺杆520的作用不仅是传动的作用，当螺杆520的轴心线和内筒柱200的轴心线重合时，螺杆520为内筒柱200的径向支撑，用于防止内筒柱200在飞轮外筒100高速旋转时，通过阻尼力带动内筒柱200发生径向位于，带来内筒柱200的损坏。

考虑到内筒柱200在飞轮外筒100内需要固定，因此，内筒柱200接近螺母510的一端与螺母510转动限位连接，且内筒柱200和螺母510之间设置有滚珠组件800，用于防止摩擦。

上述的限位连接是指既限定内筒柱200的位置，由能够实现螺母510相对于内筒柱200的旋转，因此，内筒柱200接近螺母510的一端具有凸头210，螺母520具有凹槽511，凸头210和凹槽511卡接，在凸头210与凹槽接触的各个平面均设置有滚珠组件800。

此时的滚珠组件800还可以是设置于内筒柱200的一端与螺母510连接的止推轴承。

此时的滚珠组件800包括保持架和多个滚珠，多个滚珠彼此紧贴设置于保持架的轨道上，沿着内筒柱200的轴向，凸头210的前侧壁和后侧壁的滚珠组件800均为多个相同圆心直径沿着径向依次增大设置的圆环，凸头210的外侧壁为沿着轴向相同直径的多个圆环形滚珠组件800。

上述的外接飞轮筒600与飞轮外筒100可拆卸的连接，可拆卸的原因是：不同的外接飞轮筒600的质量不同，当外接飞轮筒600随着飞轮外筒100旋转时，通过调整连接不同质量的外接飞轮筒600来调整惯性质量的大小。

上述的可拆卸连接的方式可以为磁力连接，也可以为卡接，只要能够实现连接即可以，在此不再赘述。当采用磁力连接时，飞轮外筒100和外接飞轮筒600之间设置有磁力装置700，飞轮外筒100通过磁力装置带动外接飞轮筒600旋转；磁力装置700包括电磁线圈和磁流变机构。

通过磁力装置700来实现飞轮外筒100带动外接飞轮筒的原理为：当飞轮外筒100高速旋转时，电磁线圈通电，产生磁力，磁流变机构内部发生变化产生阻尼力，即外接飞轮筒600阻碍飞轮外筒100发生旋转，相当于粘合力，所以，飞轮外筒100带动外接飞轮筒600旋转，从而惯性质量增大。

上述的外接飞轮筒600与飞轮外筒100之间产生阻尼力从而实现惯性质量可调整的具体实现方式如下：

第一种实现方式

如图3、4所示，外接飞轮筒600套设于飞轮外筒100；磁力装置700为绕飞轮外筒100外壁设置的第二电磁线圈710和位于第二电磁线圈710与外接飞轮筒600之间的第二磁流变机构720。

上述的外接飞轮筒600与飞轮外筒100的长度相同，第二电磁线圈710和第二磁流变机构720均位于飞轮外筒100接近第一固定环1000的端部。

考虑到外接飞轮筒600随着飞轮外筒100旋转的过程中也发生旋转，可能发生轴向位移，为了避免这样的现象出现，外接飞轮筒600和飞轮外筒100之间沿着飞轮外筒100的轴向设置有多组的滚珠组件800，用于防止外接飞轮筒600和飞轮外筒100之间轴向发生位移。

上述的滚珠组件800为环状，多组，沿着飞轮外筒100的轴向设置依次设置。

第二种实现方式

外接飞轮筒600套设于所述飞轮柱200；内筒柱200和外接飞轮筒600之间沿着内筒柱200的轴向设置有多组的滚珠组件，用于防止外接飞轮筒600和内筒柱200之间轴向发生位移。

此时的滚珠组件800为环状，多组，沿着内筒柱200的轴向设置依次设置。

此时的外接飞轮筒600位于飞轮柱200远离螺母510的一端。

本实现方式有多种形式：

第一种：

磁力装置700包括设置于外接飞轮筒600的横截面和飞轮外筒100的横截面之间的第三磁流变机构740和套设于第三磁流变机构740的第三电磁线圈730。

第二种：

外接飞轮筒600的外表面形成与飞轮外筒100的内表面相对的环形插接面610，插接面610外套设有第四电磁线圈750且第四电磁线圈750和飞轮外筒100之间设有和第四磁流变机构760。

第四电磁线圈750和第四磁流变机构760的长度小于插接面610的长度。

第三种：

磁力装置700包括设置于外接飞轮筒600的横截面和飞轮外筒100的横截面之间的磁流变闸770。

磁流变闸770包括两个闸片，两个闸片在外接飞轮筒600的横截面和飞轮外筒100的横截面之间相对设置且分别与外接飞轮筒600的横截面和飞轮外筒100的横截面连接，当磁力增大时，磁流变闸770逐渐通过磁力接通，两个闸片接合到一起，飞轮外筒100旋转从而带动外接飞轮筒600旋转。

上述的各种实现方式中，可调式惯性质量阻尼器还包括支撑块900，内筒柱200的一端与支撑块900固定连接。支撑块900背离内筒柱200的一端与第二固定部1100固定连接，支撑块900的作用是给予内筒柱200一个支撑固定，防止内筒柱200在磁力的作用下随着飞轮外筒100旋转。

内筒柱200的一端与支撑块900固定连接且支撑块900和外接飞轮筒600之间设置有滚珠组件800，用于防止摩擦。

上述所有的滚珠组件800都可以为保持架和设置在保持架上的滚珠组成，用于保持位置和减小摩擦。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (17)

1.一种可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，包括飞轮外筒和位于所述飞轮外筒内且与所述飞轮外筒同轴设置的内筒柱；

所述内筒柱外套设有第一电磁线圈；所述第一电磁线圈和所述飞轮外筒之间设置有第一磁流变机构；

所述惯性质量阻尼器还包括与所述飞轮外筒固定连接且可带动所述飞轮外筒绕自身轴心线旋转的传动装置；

所述惯性质量阻尼器还包括能够随着所述飞轮外筒旋转而转动的可拆卸的外接飞轮筒，用于调节惯性质量。

2.根据权利要求1所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述飞轮外筒和所述外接飞轮筒之间设置有磁力装置，所述飞轮外筒通过磁力装置带动所述外接飞轮筒旋转。

3.根据权利要求2所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述外接飞轮筒套设于所述飞轮外筒。

4.根据权利要求3所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述磁力装置为绕所述飞轮外筒外壁设置的第二电磁线圈和位于所述第二电磁线圈与所述外接飞轮筒之间的第二磁流变机构。

5.根据权利要求4所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述外接飞轮筒和所述飞轮外筒之间沿着所述飞轮外筒的轴向设置有多组的滚珠组件，用于防止所述外接飞轮筒和所述飞轮外筒之间轴向发生位移。

6.根据权利要求2所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述外接飞轮筒套设于所述飞轮柱。

7.根据权利要求6所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述内筒柱和所述外接飞轮筒之间沿着所述内筒柱的轴向设置有多组的滚珠组件，用于防止所述外接飞轮筒和所述内筒柱之间轴向发生位移。

8.根据权利要求7所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述磁力装置包括设置于所述外接飞轮筒的横截面和所述飞轮外筒的横截面之间的第三磁流变机构和套设于所述第三磁流变机构的第三电磁线圈。

9.根据权利要求7所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述外接飞轮筒的外表面形成与飞轮外筒的内表面相对的环形插接面，所述插接面外套设有第四电磁线圈且所述第四电磁线圈和所述飞轮外筒之间设有和所述第四磁流变机构。

10.根据权利要求7所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述磁力装置包括设置于所述外接飞轮筒的横截面和所述飞轮外筒的横截面之间的磁流变闸。

11.根据权利要求1-10任一项所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述传动装置包括平动单元和转动单元，所述转动单元与所述飞轮外筒固定连接，所述转动单元在所述平动单元平动下发生转动。

12.根据权利要求11所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述传动装置为滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的螺栓为平动单元，所述滚珠丝杠的螺母为转动单元，所述螺栓穿过所述螺母滑动插入所述内筒柱。

13.根据权利要求1-10任一项所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述内筒柱接近所述螺母的一端与所述螺母转动限位连接，且所述内筒柱和所述螺母之间设置有滚珠组件，用于防止摩擦。

14.根据权利要求13所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述内筒柱接近所述螺母的一端具有凸头，所述螺母具有凹槽，所述凸头和所述凹槽卡接。

15.根据权利要求1-10任一项所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，可调式惯性质量阻尼器还包括支撑块，所述内筒柱的一端与所述支撑块固定连接。

16.根据权利要求8-10任一项所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，可调式惯性质量阻尼器还包括支撑块，所述内筒柱的一端与所述支撑块固定连接且所述支撑块和所述外接飞轮筒之间设置有滚珠组件，用于防止摩擦。

17.根据权利要求1-10任一项所述的可调式惯性质量阻尼器，其特征在于，所述磁流变机构为磁流变液加海绵或磁流变粉。