CN110206179A - 三维放大式粘滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了三维放大式粘滞阻尼器，包括容腔、摆动件、第一连接件和第二连接件。第一连接件与摆动件活动连接，第二连接件连接摆动件上的球状凸起形成球面副，第一连接件和第二连接件上分别设有向上延伸的第二固定组件和向下延伸的第二固定组件。容腔内部设有阻尼剂，摆动件的下端设有带有若干孔槽的板件结构，阻流组件通过容腔上端开口伸入阻尼剂中，阻流组件的平面投影为圆形或者旋转角为a的旋转对称图形，其中旋转角a小于90度。阻流组件在运动时由于侧面受到阻尼剂的阻碍，阻尼剂在穿过阻流组件上的槽孔时会形成比较大的缓和作用，并且能够实现阻流组件在多个方向上的阻尼效果。此发明用于建筑工程领域。

Description

三维放大式粘滞阻尼器

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，特别是涉及三维放大式粘滞阻尼器。

背景技术

阻尼器是一种用以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。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来进行减震消能，使其运作更加安全平稳。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。特别是近二、三十年人们利用阻尼器对建筑物的抗震动的能力的提高做了巨大的努力，并跳出了传统增强梁、柱、墙提高抗震动的能力的观念，结合结构的动力性能，巧妙的避免或减少了地震、风力的破坏。但常见的阻尼多是用于竖直向方向上减震消能的，而建筑的墙面中比较多相对面的设计，需要在水平方向上进行减震消能。市面上已有一些用于水平方向上减震消能的阻尼器，但是大都只能实现水平方向上两个正交角度上的减震消能，存在着比较大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供实用稳定的三维放大式粘滞阻尼器。

本发明所采取的技术方案是：三维放大式粘滞阻尼器，包括容腔、摆动件、第一连接件和第二连接件，第一连接件与摆动件活动连接，摆动件上设有球状凸起，第二连接件连接球状凸起形成球面副，第一连接件上设有向上延伸的第一固定组件，第二连接件上设有向下延伸的第二固定组件，容腔的上端开口，容腔内部设有阻尼剂，摆动件的下端设有带有若干孔槽的板件结构，阻流组件通过容腔上端开口伸入阻尼剂中，阻流组件的平面投影为圆形或者旋转角为a的旋转对称图形，其中旋转角a小于90度。

作为上述方案的改进，阻流组件为球面板件，球面板件上均匀地设有若干贯穿到内部的槽孔。

作为上述方案的改进，阻流组件为若干围绕摆动件轴心均匀设置的板块，各板块上都均匀地设有贯穿的槽孔。

作为上述方案的改进，第一连接件到球状凸起的距离小于阻流组件到球状凸起的距离。

作为上述方案的改进，摆动件为圆杆结构，第一连接件为环状结构，第一连接件套在摆动件的外壁上。

作为上述方案的改进，第二连接件为上下侧开口的球形壁板结构，第二连接件包裹球状凸起。

作为上述方案的改进，包括上板和下板，第一固定组件连接到上板，容腔和第二固定组件均连接到下板。

作为上述方案的改进，容腔为下端面封闭的圆筒结构，容腔的下端面的周沿设有径向凸起，容腔通过螺栓穿过径向凸起连接到下板。

作为上述方案的改进，第一固定组件和第二固定组件均为若干杆件结构。

作为上述方案的改进，球状凸起为关节轴承的内圈，第二连接件为关节轴承的外圈。

本发明的有益效果：这种三维放大式粘滞阻尼器，第一连接件与摆动件活动连接，第二连接件连接球状凸起形成球面副，摆动件的下端设有带有若干孔槽的阻流组件，阻流组件伸入容腔的阻尼剂中，通过第一连接件的平面移动带动摆动件摆动，位于摆动件下端的阻流组件跟随摆动件运动，阻流组件在运动时由于侧面受到阻尼剂的阻碍，并且阻尼剂在穿过阻流组件上的槽孔时会形成比较大的缓和作用，进而减缓阻流组件的运动，实现良好的耗能效果，能够在在减缓震动幅度的同时实现有效的耗能，快速平复震动，并且阻流组件的平面投影为圆形或者旋转角为a的旋转对称图形，其中旋转角a小于90度，由此实现阻流组件在多个方向上的阻尼效果，避免传统平面阻尼只有正交两个方向阻尼效果的局限性，提高减震耗能的能力，增强其实用性和适用性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是该阻尼器的结构示意图；

图2是图1中A位置处的放大图；

图3是第一种摆动件的结构示意图；

图4是第二种摆动件的结构示意图；

图5是该阻尼器的连接结构侧面示意图。

具体实施方式

参照图1～图5，本发明是三维放大式粘滞阻尼器，包括容腔1、摆动件3、第一连接件5和第二连接件4。第一连接件5与摆动件3活动连接，可以是使第一连接件5能在摆动件3上滑动。将摆动件3设置为杆件结构或者部分设置为杆件结构，利用第一连接件5套在杆件的外壁上滑动。也可以在摆动件3上设有滑块结构，第一连接件5为滑块结构或者连接在滑块上的部件。也可以是将第二连接件4设置与摆动件3铰接，只要能够有效带动摆动件3进行摆动即可。摆动件3上设有球状凸起31，第二连接件4连接球状凸起31形成球面副。通常该滑动副中是球状凸起31转动，第二连接件4相对固定。球状凸起31可以是与摆动件3一体化设计，也可以通过安装固定到摆动件3上。第二连接件4的内壁面一般为不完整的球面，球状凸起31可以有效地在其中滑动。通常设置第二连接件4的内壁面球面的完整程度小于球状凸起31的完整程度，为球状凸起31提供比较大的滑动范围，由此为摆动件3提供比较大的摆动范围。第一连接件5上设有向上延伸的第一固定组件51，第二连接件4上设有向下延伸的第二固定组件41。通常第一连接件5和第二连接件4分别固定到不同的墙体上，该三维放大式粘滞阻尼器用于两个不同墙体之间的减震消能。第一固定组件51和第二固定组件41可以是一些板料或者杆件结构，主要起稳定和支撑作用。容腔1的上端开口，容腔1内部设有阻尼剂2。阻尼剂2一般都是粘度比较大，并且散热性能比较好的液体。摆动件3的下端设有阻流组件，阻流组件为带有若干孔槽的板件结构，阻流组件通过上端开口伸入阻尼剂2中。利用阻流组件在阻尼剂2中运动，可以利用阻尼剂2的粘度有效降低摆动件3的运动幅度，达到快速稳定的减震消能。通常阻流组件具有一定的轴向宽度，确保摆动件3摆动带动阻流组件扫动时，阻流组件上垂直运动方向的投影面积足够大。阻流组件的平面投影为圆形或者旋转角为a的旋转对称图形，其中旋转角a小于90度。由于圆是旋转对称图形中唯一没有确定正实数值旋转角的旋转对称图形，所以将圆形区别于旋转角为a的旋转对称图形单独列出。当阻流组件的平面投影为圆形时，阻流组件可以是球壳、扁球壳或者其他轴向方向上异形，但平面上投影为圆形的板件结构。由于当阻流组件平面投影的旋转对称图形的旋转角a＝90°时，阻流组件可以实现平面内正交两个方向上在阻尼剂2中获得比较大阻尼效果，但其他方向上很难保证。由此考虑到为了实现不少于两个方向上的阻尼效果，并且尽可能保证各向均匀，选择旋转角a小于90°。旋转角a小于90°的旋转对称图形可以是五边形、六边形等，也可以是其他异形几何形状。其中，阻流组件可以是单块板件，也可以是连接在摆动件3上的多块板件。槽孔的尺寸可以根据所需的缓冲效果和阻尼剂2的选择进行设置，通常是贯穿并均匀地分布在板件结构上。

作为优选的实施方式，第一连接件5到球状凸起31的距离小于阻流组件到球状凸起31的距离。第一连接件5作用到摆动件3上给摆动件3提供摆动的力，而球状凸起31作为摆动件3的支撑点，阻流组件作为摆动件3受力的另外一个位置。可以将球状凸起31的位置看做支点，由于设置第一连接件5到球状凸起31的距离小于阻流组件到球状凸起31的距离，第一连接件5移动比较小的距离，通过杠杆原理，在阻流组件位置处的位移会变大。阻流组件比较大的位移能够有效地从阻尼剂2中获得缓冲，并且同样杠杆原理可以使阻尼剂2中比较小的阻力在第一连接件5位置处得到放大，提高阻尼适用范围。同时如果第一连接件5对摆动件3作用的是方向变化的力，阻流组件也能及时很好地反馈，进行减震消能。

作为优选的实施方式，摆动件3为圆杆结构，第一连接件5为环状结构，第一连接件5套在摆动件3的外壁上。为了避免运动的干涉，通常第一连接件5的宽度较小，并且具有一定的形变能力。通常第一连接件5位于球状凸起31的上端，在摆动件3上滑动。优选地，第二连接件4为上下侧开口的球形壁板结构。第二连接件4包裹球状凸起31，包裹后球状凸起31仍留有余地，由于保证其滑动空间。

作为优选的实施方式，球状凸起31为关节轴承的内圈，第二连接件4为关节轴承的外圈。摆动件3为单纯的圆杆结构，通过过盈配合关节轴承的内圈，并且关节轴承的外圈固定到外部板件上，以此实现摆动件3上的球面副作用。

在第一种实施例中，该三维放大式粘滞阻尼器包括上板52和下板42，第一固定组件51连接到上板52，容腔1和第二固定组件41均连接到下板42。通常上板52和下板42均水平设置。上板52和下板42可以分别是需要减震消能的建筑壁面，也可以是分别通过上板52和下板42将该三维放大式粘滞阻尼器安装到不同建筑壁面上，即上板52和下板42在该三维放大式粘滞阻尼器中类似于底板的结构。优选地，容腔1为下端面封闭的圆筒结构，容腔1的下端面的周沿设有径向凸起。在该凸起上均匀地设有若干槽孔，利用螺栓11穿过径向凸起的槽孔连接到下板42。优选低，第一固定组件51和第二固定组件41均为若干杆件结构，第一固定组件51和第二固定组件41中的杆件结构分别对第一连接件5和第二连接件4圆周阵列设置，使第一连接件5和第二连接件4各自相对于上板52和下板42固定。其中，阻流组件为球面板件33，其内部为空心结构，并且球面板件33上均匀地设有若干贯穿到内部的槽孔。并且容腔1中的阻尼剂2的高度位置应该至少超过阻流组件的一半，确保阻流组件和阻尼剂2充分接触。

该三维放大式粘滞阻尼器安装到建筑壁面上时，由于地震或者风力作用，上板52和下板42之间会产生错动或者平面方向上的震动。通常是上板52偏移带动第一连接件5移动，由此带动摆动件3的上端偏移。在球面副的作用下，摆动件3上端偏移传输动到下端的阻流组件中，并且其位移在阻流组件中进一步放大。阻流组件在容腔1中移动，受到阻尼剂2的作用，阻流组件的速率减缓，并且动能逐步降低。其中阻流组件在容腔1中运动过程中，阻流组件的板件未开槽孔的位置受到阻尼剂2的反作用力。而在阻尼剂2中穿过槽孔位置处时，保证容腔1内的液面平整，同时增大阻流组件的动能转移和转化进而提高阻流组件的动能消耗。并且由动量定理可知阻尼剂2可以有效降低摆动件3来自上端的冲量，并且快速耗能使其相对趋向于平稳。同样在上板52回复原位置的过程中，通过阻流组件在阻尼剂2中运动可以有效缓冲，缓和建筑结构之间的作用力。由于阻流组件为球面板件33，球面板件33和阻尼剂2在平面内各向同性，进而确保该三维放大式粘滞阻尼器可以在平面内360°无死角进行相应的减震消能。并且该三维放大式粘滞阻尼器的阻流组件在阻尼剂2中的基本性能性相同，这样可以很好地使其适应方向的突变，即能够很好地应对方向多变的偏移。

在第二种实施例中，阻流组件为板件组件，板件组件包括若干围绕摆动件3轴心均匀设置的板块32。板块32通常为竖直设置的平板，各板块32上都均匀地设有贯穿的槽孔。在本实施例中，板块32的数量为12，并且沿摆动件3轴心均匀布置。

当然，本设计创造并不局限于上述实施方式，上述各实施例不同特征的组合，也可以达到良好的效果。熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.三维放大式粘滞阻尼器，其特征在于：包括容腔(1)、摆动件(3)、第一连接件(5)和第二连接件(4)，所述第一连接件(5)与摆动件(3)活动连接，所述摆动件(3)上设有球状凸起(31)，所述第二连接件(4)连接球状凸起(31)形成球面副，所述第一连接件(5)上设有向上延伸的第一固定组件(51)，所述第二连接件(4)上设有向下延伸的第二固定组件(41)，所述容腔(1)的上端开口，所述容腔(1)内部设有阻尼剂(2)，所述摆动件(3)的下端设有阻流组件，所述阻流组件为带有若干孔槽的板件结构，所述阻流组件通过容腔(1)上端开口伸入阻尼剂(2)中，所述阻流组件的平面投影为圆形或者旋转角为a的旋转对称图形，其中旋转角a小于90度。

2.根据权利要求1所述的三维放大式粘滞阻尼器，其特征在于：所述阻流组件为球面板件(33)，所述球面板件(33)上设有若干贯穿到内部的槽孔。

3.根据权利要求2所述的三维放大式粘滞阻尼器，其特征在于：所述阻流组件为若干围绕摆动件(3)轴心均匀设置的板块(32)，各所述板块(32)上均设有贯穿的槽孔。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的三维放大式粘滞阻尼器，其特征在于：所述第一连接件(5)到球状凸起(31)的距离小于阻流组件到球状凸起(31)的距离。

5.根据权利要求4所述的三维放大式粘滞阻尼器，其特征在于：所述摆动件(3)为圆杆结构，所述第一连接件(5)为环状结构，所述第一连接件(5)套在摆动件(3)的外壁上。

6.根据权利要求5所述的三维放大式粘滞阻尼器，其特征在于：所述第二连接件(4)为上下侧开口的球形壁板结构，所述第二连接件(4)包裹球状凸起(31)。

7.根据权利要求6所述的三维放大式粘滞阻尼器，其特征在于：包括上板(52)和下板(42)，所述第一固定组件(51)连接到上板(52)，所述容腔(1)和第二固定组件(41)均连接到下板(42)。

8.根据权利要求7所述的三维放大式粘滞阻尼器，其特征在于：所述容腔(1)为下端面封闭的圆筒结构，所述容腔(1)的下端面的周沿设有径向凸起，所述容腔(1)通过螺栓(11)穿过径向凸起连接到下板(42)。

9.根据权利要求8所述的三维放大式粘滞阻尼器，其特征在于：所述第一固定组件(51)和第二固定组件(41)均为若干杆件结构。

10.根据权利要求9所述的三维放大式粘滞阻尼器，其特征在于：所述球状凸起(31)为关节轴承的内圈，所述第二连接件(4)为关节轴承的外圈。