CN109537754B - 粘弹性转动式阻尼支撑及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

一种粘弹性转动式阻尼支撑及其工作方法，阻尼支撑包括一个双面带齿的齿条，在所述齿条的两个齿面上对称设有至少两个与其啮合传动的转动阻尼单元，每个转动阻尼单元均包括：轴向套接在一起的外齿轮、轴套以及固定轴杆，其中，所述外齿轮用于与所述齿条相啮合；轴套的外圈与所述外齿轮的内圈之间键连接，所述轴套的内环面和固定轴杆的外环面共圆心，轴套的内环面和固定轴杆的外环面之间具有放置粘弹性阻尼材料的环形空腔，固定轴杆的两端与一刚性支架固定连接。该阻尼支撑能够将水平的相对运动变成粘弹性阻尼材料在转动方向的剪切运动，消除了传统的板式阻尼器粘弹性阻尼材料和其它零部件粘结的薄弱边界，使阻尼支撑有更大的工作行程和阻尼力。

Description

粘弹性转动式阻尼支撑及其工作方法
技术领域
本发明主要涉及阻尼器领域，特指一种粘弹性转动式阻尼支撑，该装置对有害振动能起到很好的耗能减振作用。
背景技术
粘弹性阻尼材料属于高分子聚合物，是一种性能优良的耗能材料，这种材料既具有粘性又具有的弹性。在受到交变应力作用而发生变形时，粘弹性阻尼材料内部将发生基体分子链的断裂与重组、填料之间或填料和基体之间相互摩擦等运动，这些物理运动过程将一部分能量以位能的形式储存起来，将另一部分能量转化成热能耗散掉。基于粘弹性阻尼材料制作的粘弹性阻尼器是用于结构抗风抗振（震）工程中的一种新型耗能减振器，该类阻尼器主要由粘弹性阻尼材料和约束钢板组成，具有经济实用，性能可靠，安装方便且减振效果良好的特点。然而，粘弹性阻尼材料和钢板等其它零部件的连接强度往往不足，通常情况下在粘弹性阻尼材料本身发生破坏之前，粘弹性阻尼材料和其它零部件的连接边界处会首先发生开裂，这样导致了粘弹性阻尼材料的性能发挥不充分。
此外由于首先开裂的部位均发生在粘弹性阻尼材料和钢板的连接边界处，此边界处的开裂又会加速连接面的进一步破坏，最终导致开裂贯穿整个连接面。因此如何加强板式阻尼器中粘弹性阻尼材料连接面边界的粘结性能是个难题。其次，除了粘弹性阻尼材料连接边界处比较薄弱，整个连接面的平均粘结强度也决定阻尼器的工作性能，实际应用中粘弹性阻尼材料和钢板的连接方式的强度往往不足，如何提高其强度是个难题。
发明内容
技术问题：对于现有技术存在的问题，本发明提供一种粘弹性转动式阻尼支撑，它含有多个齿轮状的阻尼单元，由于阻尼单元的转动，其中粘弹性阻尼材料有以往水平方向的剪切变形变成了转动切线方向的变形，极大的提高了粘弹性阻尼材料和钢板之间的粘结性能，使得阻尼器有更大的工作行程，并且能够调节阻尼器的行程和阻尼力的大小。
技术方案： 一种粘弹性转动式阻尼支撑，包括：
一种粘弹性转动式阻尼支撑，包括：
一个双面带齿的齿条，在所述齿条的两个齿面上对称设有至少两个与其啮合传动的转动阻尼单元，每个转动阻尼单元均包括：轴向套接在一起的外齿轮、轴套以及固定轴杆，其中，
所述外齿轮用于与所述齿条相啮合；
所述轴套的外圈与所述外齿轮的内圈之间键连接，
所述轴套的内环面和固定轴杆的外环面共圆心，轴套的内环面和固定轴杆的外环面之间具有放置粘弹性阻尼材料的环形空腔，粘弹性阻尼材料填充在轴套的内环面和固定轴杆的外环面之间的环形空腔内，并且，所述轴套的内环面和固定轴杆的外环面上分别设有用于增加与所述粘弹性阻尼材料摩擦力的摩擦面结构；
固定轴杆的两端与一刚性支架固定连接。
所述阻尼单元的数量为大于等于4的偶数，并且多个阻尼单元在齿条的两侧均匀对称布置。
所述刚性支架包括对称设置在齿条上、下两侧的两块外侧钢板，两个外侧钢板之间通过拉结钢板固定连接，两个外侧钢板上设有用于连接所述转动阻尼单元的容置槽，两个外侧钢板的端部固定连接所述端部钢板。
所述固定轴杆两端的杆芯处设有螺纹孔，所述外侧钢板上设有供螺栓穿过的孔，螺栓穿过外侧钢板上的孔与固定轴杆螺纹连接。
所述轴套的内圈设有内齿，所述固定轴杆的杆壁上设有外齿，所述内齿和外齿构成所述摩擦面结构。
所述粘弹性阻尼材料与轴套的内环面和固定轴杆的外环面之间高温硫化固定连接。
一种基于所述的粘弹性转动式阻尼支撑的工作方法，将齿条和端部钢板分别连接在主体结构上振动不同的位置，使得齿条能够和刚性支架发生相对运动；
当振动导致主体结构之间发生相对运动时，齿条相对于刚性支架发生左、右往复直线运动，由于齿条和外齿轮的齿轮相互咬合，使得阻尼单元发生的往复的转动，而固定轴杆由于和刚性支架固结不发生转动，因此阻尼单元中的粘弹性阻尼材料将发生往复地转动剪切变形，耗散振动能量。
有益效果：
第一、本发明的粘弹性转动式阻尼支撑有较大的工作行程。由于本装置的粘弹性阻尼材料发生剪切的模式是固定轴杆和轴套之间的相对转动，而整个粘弹性阻尼材料均匀地和固定轴杆、轴套连接，在粘弹性的运动方向上不存在连接边界处，即不存在薄弱环节。其次，粘弹性阻尼材料和其它零部件均采用锯齿状的连接，这样能够增加粘接强度，使得粘弹性阻尼材料在较大的剪切变形下连接边界也不会发生破坏。
第二、本发明的粘弹性转动式阻尼支撑有较大的阻尼力。粘弹性阻尼材料是速度相关型材料，所以粘弹性阻尼器的阻尼力和速度紧密相关，当阻尼器有较大的极限变形能力时，较长的工作行程使得阻尼器在加速运动过程中，能够获得更大的运动速度，因此阻尼器能提供较大的阻尼力，有更强的耗能能力。
第三、本发明的粘弹性转动式阻尼支撑的阻尼力可调节。由阻尼单元和外侧钢板采用紧固螺栓连接，可以轻松地更换阻尼单元，可以选择不同的外齿轮半径达到不同地工作效果。当外齿轮的直径较大时候，阻尼器发生相同的工作位移时粘弹性阻尼材料将发生较小的变形，耗散较少的能量；当外齿轮的直径较小时，阻尼器发生相同位移时粘弹性阻尼材料剪切变形较大，耗散更多的能量。所以可以根据振动环境的实际需求选择外齿轮的大小，而不用制作多套模具生产尺寸不同的粘弹性阻尼材料，节约了大量地时间成本和人力、物力成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的阻尼单元爆炸图
图3是本发明的结构正视图；
图4是本发明的安装示意图；
其中，1、齿条
2、阻尼单元；
3、外侧钢板；
4、端部钢板；
5、拉接钢板；
6、外齿轮；
7、轴套；
8、粘弹性阻尼材料；
9、固定轴杆；
10、加劲联系梁；
11、紧固螺栓;
12、键槽
13、键
14、梁
15、柱。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图1所示，一种粘弹性转动式阻尼支撑，包括：
一个双面带齿的齿条1，在所述齿条1的两个齿面上对称设有至少两个与其啮合传动的转动阻尼单元，每个转动阻尼单元均包括：轴向套接在一起的外齿轮6、轴套7以及固定轴杆9，其中，
所述外齿轮6用于与所述齿条1相啮合；
所述轴套7的外圈与所述外齿轮6的内圈之间键连接，
所述轴套7的内环面和固定轴杆9的外环面共圆心，轴套7的内环面和固定轴杆9的外环面之间具有放置粘弹性阻尼材料的环形空腔，粘弹性阻尼材料8填充在轴套7的内环面和固定轴杆9的外环面之间的环形空腔内，并且，所述轴套7的内环面和固定轴杆9的外环面上分别设有用于增加与所述粘弹性阻尼材料摩擦力的摩擦面结构；
固定轴杆9的两端与一刚性支架固定连接。
作为本发明技术方案的一个优选实施例，所述阻尼单元的数量为大于等于4的偶数，并且多个阻尼单元在齿条1的两侧均匀对称布置。
作为本发明技术方案的一个优选实施例，所述刚性支架包括对称设置在齿条1上、下两侧的两块外侧钢板3，两个外侧钢板3之间通过拉结钢板固定连接，两个外侧钢板3上设有用于连接所述转动阻尼单元的容置槽，两个外侧钢板3的端部固定连接所述端部钢板4。
作为本发明技术方案的一个优选实施例，所述固定轴杆9两端的杆芯处设有螺纹孔，所述外侧钢板上设有供螺栓穿过的孔，紧固螺栓11穿过外侧钢板3上的孔与固定轴杆9螺纹连接。
作为本发明技术方案的一个优选实施例，所述轴套7的内圈设有内齿，所述固定轴杆9的杆壁上设有外齿，所述内齿和外齿构成所述摩擦面结构。
作为本发明技术方案的一个优选实施例，所述粘弹性阻尼材料8与轴套7的内环面和固定轴杆9的外环面之间高温硫化固定连接。
装配时，首先制作模具，在模腔内放入轴套7和固定轴杆9，在二者之间的间隙内填入适量粘弹性阻尼材料8的生胶料，再采用高温高压硫化的方法将轴套7、粘弹性阻尼材料8、固定轴杆9紧密粘结在一起，然后将轴套7通过键槽和外齿轮6连接，形成完整的阻尼单元2。
用相同的方法制作四个阻尼单元2。此后将外侧钢板3放在齿条1的两侧，用紧固螺栓11将外侧钢板2、阻尼单元2的固定轴杆9、拉接钢板5螺栓连接，紧固螺栓11的紧固力矩能够保证固定轴杆9不发生转动。最后在外侧钢板3的端部安装端部钢板4，完成粘弹性转动式阻尼支撑的安装。
本发明一种基于所述的粘弹性转动式阻尼支撑的工作方法，将齿条和端部钢板分别连接在主体结构上振动不同的位置，使得齿条能够和刚性支架发生相对运动；
当振动导致主体结构之间发生相对运动时，如图4中的装配式梁柱结构的梁柱连接节点之间发生相对运动，齿条相对于刚性支架发生左、右往复直线运动，由于齿条和外齿轮的齿轮相互咬合，使得阻尼单元发生的往复的转动，而固定轴杆由于和刚性支架固结不发生转动，因此阻尼单元中的粘弹性阻尼材料将发生往复地转动剪切变形，耗散振动能量。
本发明因为上述粘弹性阻尼材料7在剪切方向上完全填充满了轴套7和固定轴杆9的间隙，不存在薄弱的连接边界，因此这种连接方式不存在薄弱环节。此外粘弹性阻尼材料2和轴套7、固定轴杆9之间的连接由于受到齿轮锯齿的相互挤压力，这种挤压力可以分担较多转动力矩，减轻了胶粘连接面的剪切荷载，以此保护了胶粘面不易发生破坏。

Claims (3)

1.一种粘弹性转动式阻尼支撑，其特征在于，包括：
一个双面带齿的齿条，在所述齿条的两个齿面上对称设有至少两个与其啮合传动的转动阻尼单元，每个转动阻尼单元均包括：轴向套接在一起的外齿轮、轴套以及固定轴杆，其中，
所述外齿轮用于与所述齿条相啮合；
所述轴套的外圈与所述外齿轮的内圈之间键连接，
所述轴套的内环面和固定轴杆的外环面共圆心，轴套的内环面和固定轴杆的外环面之间具有放置粘弹性阻尼材料的环形空腔，粘弹性阻尼材料填充在轴套的内环面和固定轴杆的外环面之间的环形空腔内，并且，所述轴套的内环面和固定轴杆的外环面上分别设有用于增加与所述粘弹性阻尼材料摩擦力的摩擦面结构；
固定轴杆的两端与一刚性支架固定连接；
所述轴套的内圈设有内齿，所述固定轴杆的杆壁上设有外齿，所述内齿和外齿构成所述摩擦面结构；
所述粘弹性阻尼材料与轴套的内环面和固定轴杆的外环面之间高温硫化固定连接；
所述刚性支架包括对称设置在齿条上、下两侧的两块外侧钢板，两个外侧钢板之间通过拉结钢板固定连接，两个外侧钢板上设有用于连接所述转动阻尼单元的容置槽，两个外侧钢板的端部固定连接端部钢板；
所述固定轴杆两端的杆芯处设有螺纹孔，所述外侧钢板上设有供螺栓穿过的孔，螺栓穿过外侧钢板上的孔与固定轴杆螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的粘弹性转动式阻尼支撑，其特征在于，所述阻尼单元的数量为大于等于4的偶数，并且多个阻尼单元在齿条的两侧均匀对称布置。
3.一种基于权利要求1所述的粘弹性转动式阻尼支撑的工作方法，其特征在于，将齿条和端部钢板分别连接在主体结构上振动不同的位置，使得齿条能够和刚性支架发生相对运动；
当振动导致主体结构之间发生相对运动时，齿条相对于刚性支架发生左、右往复直线运动，由于齿条和外齿轮的齿轮相互咬合，使得阻尼单元发生往复的转动，而固定轴杆由于和刚性支架固结不发生转动，因此阻尼单元中的粘弹性阻尼材料将发生往复地转动剪切变形，耗散振动能量。
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