CN109811923A - 一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，包括限位架、固定在限位架上的第一连接扣和第二连接扣、位于第一连接扣和第二连接扣之间的第三连接扣、与第三连接扣固定连接的齿条框架、安装在齿条框架上的驱动齿条、转动式安装在限位架上的齿轮组件、连接第一连接扣和第三连接扣的第一阻尼器、连接第二连接扣和第三连接扣的第二阻尼器；齿条框架包括相对固定的上齿条和下齿条；齿轮组件包括半齿轮和全齿轮；第三连接扣与上齿条固定连接，半齿轮和全齿轮均转动式安装在限位架上且半齿轮位于上齿条和下齿条之间，全齿轮与驱动齿条啮合，半齿轮和全齿轮的转动中心相同且同步转动，上齿条和下齿条交替与半齿轮啮合。

Description

一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器

技术领域

本发明涉及阻尼器的技术领域，尤其涉及一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器。

背景技术

地震是一种具有极强破坏性的突发自然灾害，强烈的地震会严重破坏建筑结构、桥梁结构，造成重大的人员伤亡和财产损失，其中结构的破坏和倒塌是造成生命财产损失的主要原因。鉴于传统的抗震设防措施已经很难解决抗震防灾所面临的问题，近年来，减隔震技术得到了越来越多的研究和应用。其中，隔震技术需要通过阻尼器限制隔震层的位移，消能减震技术需要通过阻尼器耗散地震能量。但是，传统的各类阻尼器在小震时难以发挥有效的耗能能力，而在大震或极罕遇地震作用下，阻尼器易超过其极限能力而丧失耗能能力，若采用大吨位大行程的阻尼器，则造价较高难以推广应用。因此，开发一种在小震乃至极罕遇地震作用下均具有良好耗能能力且位移不失效的新型阻尼器是非常必要的。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，齿轮式形状记忆合金阻尼器在小震乃至极罕遇地震的环境下都具有良好的耗能能力，达到隔震、减震的效果。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，包括限位架、固定在限位架上的第一连接扣和第二连接扣、位于第一连接扣和第二连接扣之间的第三连接扣、与第三连接扣固定连接的齿条框架、安装在齿条框架上的驱动齿条、转动式安装在限位架上的齿轮组件、连接第一连接扣和第三连接扣的第一阻尼器、连接第二连接扣和第三连接扣的第二阻尼器；齿条框架包括上齿条和下齿条；齿轮组件包括半齿轮和全齿轮；在第一连接扣和第二连接扣之间来回移动的第三连接扣与上齿条固定连接，上齿条和下齿条相对固定，半齿轮和全齿轮均转动式安装在限位架上且半齿轮位于上齿条和下齿条之间，全齿轮与驱动齿条啮合，半齿轮和全齿轮的转动中心相同且同步转动，上齿条和下齿条交替与半齿轮啮合。通过上齿条和下齿条交替与半齿轮啮合，上齿条和下齿条做往返运动，上齿条带动第三连接扣来回移动，从而带动第一阻尼器和第二阻尼器通过交替做伸缩运动来到达耗能减震的效果。

进一步的是：全齿轮的整个外圆轮廓均有轮齿，半齿轮的半个外圆轮廓上有轮齿，另外半个外圆轮廓光滑。全齿轮带动半齿轮转动，半齿轮交替驱动上齿条和下齿条移动。

进一步的是：全齿轮的直径小于半齿轮。驱动齿条的响应经齿轮组件放大后，传递给阻尼器，使第一阻尼器和第二阻尼器能够尽早发挥耗能作用，使其产生较小的恢复力即可为结构提供较大的恢复力，从而显著节省造价。

进一步的是：限位架包括底板、固定在底板上的竖板、固定在竖板上的顶板；顶板与底板平行，竖板通过加劲肋与底板固定，齿条框架和齿轮组件均位于顶板和底板之间。限位架用于固定齿条框架，齿条框架在限位架上移动。

进一步的是：顶板上设有通槽，第一连接扣和第二连接扣固定在顶板上并位于通槽的两侧，第三连接扣穿过通槽内并与上齿条固定连接。第三连接扣在通槽内带动上齿条移动。

进一步的是：齿轮式形状记忆合金阻尼器还包括上滚轮和下滚轮；上滚轮转动式安装在竖板上并位于上齿条和顶板之间，上齿条和上滚轮的圆周侧面接触，下滚轮转动式安装在竖板上并位于下齿条和底板之间，下齿条和下滚轮的圆周侧面接触，上滚轮和下滚轮均有若干个。滚轮使得齿条框架的移动更加平稳。

进一步的是：齿条框架还包括两条连接条；齿条框架呈方框状，上齿条的一端通过其中一条连接条与下齿条的一端固定连接，上齿条的另一端通过另一条连接条与下齿条的另一端固定连接。方框状的齿条框架稳定性更强。

进一步的是：连接条设有托架，驱动齿条滑动式安装在托架上。驱动齿条在托架上滑动。

进一步的是：第一阻尼器和第二阻尼器均是由记忆合金做成的形状记忆合金拉索。记忆合金是一种兼有感知和驱动功能的金属材料，具有形状记忆效应、超弹性效应、阻尼效应、电阻特性，还具有强度高、塑性好、抗腐蚀、疲劳寿命长等优异特性。

进一步的是：底板设有螺纹孔，便于固定限位架。

总的说来，本发明具有如下优点：

本发明利用驱动齿条、全齿轮、半齿轮及齿条框架，构成一种响应放大装置，通过齿条框架与形状记忆合金拉索连接，构成一种可自复位的、位移不失效的新型阻尼器。一方面，驱动齿条的响应经齿轮组件联动部分放大后，通过齿条框架传递给阻尼器，使阻尼器能够尽早发挥耗能作用，使阻尼器产生较小的恢复力即可为结构提供较大的恢复力，从而显著节省造价；另一方面，阻尼器即形状记忆合金拉索始终在有限行程内发生往复运动，在任何地震或风振作用下均不会发生位移失效，从而始终提供稳定有效的耗能能力，且具有自复位能力。阻尼器的位移具有放大效果，且放大倍数等于半齿轮直径与全齿轮的直径之比，半齿轮和全齿轮是同心和同步转动，当转过的角度一样的时候，半齿轮的线位移大于全齿轮的线位移，位移具有放大效果，使阻尼器能够尽早发挥耗能作用，使其产生较小的恢复力即可为结构提供较大的恢复力，从而显著节省造价。

附图说明

图1是本齿轮式形状记忆合金阻尼器的结构示意图。

图2是限位架、驱动齿条的结构示意图。

图3是齿条框架、驱动齿条、齿轮组件、托架的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：

1为限位架，2为第一连接扣，3为第二连接扣，4为第三连接扣，5为齿条框架，6为驱动齿条，7为齿轮组件，8为第一阻尼器，9为第二阻尼器，10为上齿条，11为下齿条，12为连接条，13为上滚轮，14为下滚轮，15为托架，1-1为底板，1-2为竖板，1-3为顶板，1-4为通槽，1-5为加劲肋，1-6为螺纹孔，7-1为半齿轮，7-2为全齿轮。

结合图1、图2、图3所示，一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，包括限位架、固定在限位架上的第一连接扣和第二连接扣、位于第一连接扣和第二连接扣之间的第三连接扣、与第三连接扣固定连接的齿条框架、安装在齿条框架上的驱动齿条、转动式安装在限位架上的齿轮组件、连接第一连接扣和第三连接扣的第一阻尼器、连接第二连接扣和第三连接扣的第二阻尼器；齿条框架包括上齿条和下齿条；齿轮组件包括半齿轮和全齿轮；第一连接扣和第二连接扣均固定在限位架的上表面，第一阻尼器的两端分别与第一连接扣和第三连接扣固定连接，第二阻尼器的两端分别与第二连接扣和第三连接扣固定连接。在第一连接扣和第二连接扣之间来回移动的第三连接扣与上齿条固定连接，第三连接扣在第一连接扣和第二连接扣之间移动，第三连接扣可以带动上齿条移动，上齿条和下齿条相对固定，上齿条和下齿条一起移动。当第三连接扣随齿条框架的上齿条向第一连接扣方向运动时，第二阻尼器受拉并滞回耗能，提供限位和耗能作用；当第三连接扣随齿条框架的上齿条向第二连接扣方向运动时，第一阻尼器受拉并滞回耗能，提供限位和耗能作用。半齿轮和全齿轮均转动式安装在限位架上且半齿轮位于上齿条和下齿条之间，全齿轮与驱动齿条啮合，驱动齿条的直线运动可以驱动全齿轮转动。半齿轮和全齿轮的转动中心相同且同步转动，半齿轮和全齿轮的圆心是固定在一起的，半齿轮和全齿轮同步转动，每次转动的角速度的大小和方向都一致，上齿条和下齿条交替与半齿轮啮合，当半齿轮的轮齿转动到最高点的时候半齿轮与上齿条啮合，此时半齿轮带动上齿条直线移动，上齿条带动下齿条一起直线移动；当半齿轮的轮齿转动到最低点的时候半齿轮与下齿条啮合，此时半齿轮带动下齿条往相反的方向移动，下齿条带动上齿条一起移动。半齿轮带动上齿条和下齿条运动的方向相反，从而实现齿条框架的往复运动。

全齿轮的整个外圆轮廓均有轮齿，当驱动齿条收到力的作用时，驱动齿条可以驱动全齿轮转动，全齿轮带动半齿轮同步转动。半齿轮的半个外圆轮廓上有轮齿，另外半个外圆轮廓光滑，半齿轮的轮齿与上齿条啮合的时候，半齿轮的光滑轮廓与下齿条不接触，半齿轮的轮齿与下齿条啮合的时候，半齿轮的光滑轮廓与上齿条不接触，从而实现上齿条和下齿条的交替直线运动。

全齿轮的直径小于半齿轮，全齿轮与半齿轮转动的角度是一致的，但是半齿轮的线速度比全齿轮的线速度大，即半齿轮外轮廓的位移会比全齿轮外轮廓的位移大，这样就达到了位移放大的效果，位移放大的效果通过半齿轮传给齿轮框架，最终传给第一阻尼器和第二阻尼器，使第一阻尼器和第二阻尼器能够尽早发挥耗能作用，在地震较小的时候经过齿轮组件的放大作用阻尼器也能发挥作用，同时阻尼器能够尽早发挥耗能作用也可以使其产生较小的恢复力即可为结构提供较大的恢复力，从而显著节省造价。

限位架包括底板、固定在底板上的竖板、固定在竖板上的顶板；顶板与底板分别固定在竖板的两端，顶板与底板平行。竖板通过加劲肋与底板固定，保证整个阻尼器的稳定，齿条框架和齿轮组件均位于顶板和底板之间，齿轮组件转动式安装在竖板上，齿条框架的上齿条位于齿轮组件和顶板之间，齿条框架的下齿条位于齿轮组件和底板之间。

顶板上设有通槽，第一连接扣和第二连接扣固定在顶板上表面并位于通槽的两侧，通槽位于第一连接扣和第二连接扣之间的连线上，第三连接扣穿过通槽内并与上齿条固定连接，第三连接扣在通槽内来回移动，通槽可以保证第三连接扣做往复直线运动，放置第三连接扣发生偏移。

齿轮式形状记忆合金阻尼器还包括上滚轮和下滚轮；上滚轮转动式安装在竖板上并位于上齿条和顶板之间，上齿条和上滚轮的圆周侧面接触，上滚轮可以使上齿条的直线运动更加平稳。下滚轮转动式安装在竖板上并位于下齿条和底板之间，下齿条和下滚轮的圆周侧面接触，上滚轮可以使上齿条的直线运动更加平稳。上滚轮和下滚轮均有若干个，可以使齿条框架的往复直线运动更加平稳，也可以限制齿条框架向底板或者顶板的方向偏移。

齿条框架还包括两条连接条；齿条框架呈方框状，上齿条的一端通过其中一条连接条与下齿条的一端固定连接，上齿条的另一端通过另一条连接条与下齿条的另一端固定连接，上齿条和下齿条相对且相互平行，两条连接条相对且相互平行，齿条框架一体成型。

连接条设有托架，驱动齿条滑动式安装在托架上，两条连接条上都有一个托架，托架为驱动齿条提供支撑的同时可以让驱动齿条在托架上滑动，当发生地震的时候，建筑或桥梁等结构会推动驱动齿条移动，驱动齿条带动齿轮组件转动。

第一阻尼器和第二阻尼器均是由记忆合金做成的形状记忆合金拉索。记忆合金属于现有技术，记忆合金是一种兼有感知和驱动功能的金属材料，具有形状记忆效应、超弹性效应、阻尼效应、电阻特性，还具有强度高、塑性好、抗腐蚀、疲劳寿命长等优异特性。利用形状记忆合金的伪弹性性能和动阻尼特性，形状记忆合金可用于建筑减隔震的领域，减少地震对结构的损伤。阻尼器即形状记忆合金拉索始终在有限行程内发生往复运动，在任何地震或风振作用下均不会发生位移失效，从而始终提供稳定有效的耗能能力，且具有自复位能力。

底板设有螺纹孔。可将本齿轮式形状记忆合金阻尼器固定在特定的位置或结构上，通过螺栓穿过螺纹孔可以将整个齿轮式形状记忆合金阻尼器固定。

本齿轮式形状记忆合金阻尼器的工作原理：当地震发生之时，建筑或桥梁等结构推动驱动齿条移动，驱动齿条带动完全齿轮转动，完全齿轮转动带动半齿轮转动并将震动的位移放大，半齿轮转动的时候交替与上齿条和下齿条啮合，半齿轮驱动上齿条运动的方向与半齿轮驱动下齿条运动的方向相反，所以半齿轮交替与上齿条和下齿条啮合时候，齿条框架做直线往复运动，齿条框架往复运动带动第三连接扣往复运动，第三连接扣往复运动通过第一阻尼器和第二阻尼器交替隔震和耗能，最后达到建筑结构或桥梁结构隔震避震的目的。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，其特征在于：包括限位架、固定在限位架上的第一连接扣和第二连接扣、位于第一连接扣和第二连接扣之间的第三连接扣、与第三连接扣固定连接的齿条框架、安装在齿条框架上的驱动齿条、转动式安装在限位架上的齿轮组件、连接第一连接扣和第三连接扣的第一阻尼器、连接第二连接扣和第三连接扣的第二阻尼器；齿条框架包括上齿条和下齿条；齿轮组件包括半齿轮和全齿轮；在第一连接扣和第二连接扣之间来回移动的第三连接扣与上齿条固定连接，上齿条和下齿条相对固定，半齿轮和全齿轮均转动式安装在限位架上且半齿轮位于上齿条和下齿条之间，全齿轮与驱动齿条啮合，半齿轮和全齿轮的转动中心相同且同步转动，上齿条和下齿条交替与半齿轮啮合。

2.按照权利要求1所述的一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，其特征在于：全齿轮的整个外圆轮廓均有轮齿，半齿轮的半个外圆轮廓上有轮齿，另外半个外圆轮廓光滑。

3.按照权利要求2所述的一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，其特征在于：全齿轮的直径小于半齿轮。

4.按照权利要求1所述的一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，其特征在于：限位架包括底板、固定在底板上的竖板、固定在竖板上的顶板；顶板与底板平行，竖板通过加劲肋与底板固定，齿条框架和齿轮组件均位于顶板和底板之间。

5.按照权利要求4所述的一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，其特征在于：顶板上设有通槽，第一连接扣和第二连接扣固定在顶板上并位于通槽的两侧，第三连接扣穿过通槽内并与上齿条固定连接。

6.按照权利要求5所述的一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，其特征在于：齿轮式形状记忆合金阻尼器还包括上滚轮和下滚轮；上滚轮转动式安装在竖板上并位于上齿条和顶板之间，上齿条和上滚轮的圆周侧面接触，下滚轮转动式安装在竖板上并位于下齿条和底板之间，下齿条和下滚轮的圆周侧面接触，上滚轮和下滚轮均有若干个。

7.按照权利要求1所述的一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，其特征在于：齿条框架还包括两条连接条；齿条框架呈方框状，上齿条的一端通过其中一条连接条与下齿条的一端固定连接，上齿条的另一端通过另一条连接条与下齿条的另一端固定连接。

8.按照权利要求7所述的一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，其特征在于：连接条设有托架，驱动齿条滑动式安装在托架上。

9.按照权利要求1所述的一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，其特征在于：第一阻尼器和第二阻尼器均是由记忆合金做成的形状记忆合金拉索。

10.按照权利要求4所述的一种具有响应放大效果的齿轮式形状记忆合金阻尼器，其特征在于：底板设有螺纹孔。