CN110345191B - 一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种万向球轴承‑滑盘式文物隔震装置，包括底板、下板、支撑架、万向球轴承、十字正交阻尼复位机构和上板；所述下板中间加工有中心孔；下板与上板通过支撑架固定连接，十字正交阻尼复位机构的下端穿过下板的中心孔固定连接于底板中心，十字正交阻尼复位机构的上端固定连接于上板，底板与下板通过万向球轴承滑动配合，底板水平方向位移通过十字正交阻尼复位机构来隔震和复位，防止所述位移传递到上板，本发明能够承载大型文物，隔震效果好。

Description

一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置
技术领域
本发明属于隔震与减震的技术领域，具体涉及一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置。
背景技术
珍贵文物具有重要的历史与文化价值，保护意义重大。而博物馆中的珍贵文物多处于浮放状态，很容易在地震中遭受破坏。我国馆藏浮放文物数量庞大，但大量采用的传统防震方式效果有限，且存在影响美观甚至破坏文物的问题。与国内相比，日本、美国等国家均采用了不同类型的文物隔震装置，为文物在地震中的保护起到了关键作用。
“Base isolation technologies for seismic protection of museumartifacts”(Proceedings of the 2003IAMFA Annual Conference in San Francisco,California,2003)中介绍了一种滚轮式水平隔震装置。这种装置由凹形轨道、滚轮与框架组成单方向的隔震机构，并在垂直方向正交重叠设置2个隔震机构，以实现水平双向隔震。地震作用下，上、下层车轮沿可调曲率轨道滚动，恢复力由轨道上部重物的重量提供，阻尼力由车轴与车轮之间的摩擦力提供。由于装置支撑、导向、回位与耗能均依赖于凹形轨道与滚轮，其材料性能、加工精度与安装精度均有较高要求，成本较高。且装置承载能力较小，无法满足大型文物的地震防护要求。
“球面すべり支承用ぃた機器免震装置に関する研究”(日本機械学会論文(C編).1993)中介绍了一种摩擦摆形式的水平隔震装置，其以关节式滑块和铁氟龙滑动材料构成上部，不锈钢表面的凹球面为下部。装置的恢复力由重力提供，通过选择球面半径来调节固有频率；耗能由特氟龙与不锈钢表面的摩擦力产生。装置适用于轻质文物的隔震，承载能力有限，且产生的位移偏大。
“Base isolation for seismic protection of statues”(Proceedings ofthe12th World Conference on Earthquake Engineering,2000)中研究了叠层橡胶隔震装置的水平隔震效果。根据叠层橡胶水平刚度较小且纵向压缩刚度较大的特点，在保证纵向有较大承载能力的同时，装置水平位移的恢复力由橡胶剪切变形产生的弹性力提供。这种装置的隔震效果一般，适用于大质量文物或房屋建筑隔震。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置，能够承载大型文物，隔震效果好。
实现本发明的技术方案如下：
一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置，包括底板、下板、支撑架、万向球轴承、十字正交阻尼复位机构和上板；
所述下板中间加工有中心孔；
下板与上板通过支撑架固定连接，十字正交阻尼复位机构的下端穿过下板的中心孔固定连接于底板中心，十字正交阻尼复位机构的上端固定连接于上板，底板与下板通过万向球轴承滑动配合，底板水平方向位移通过十字正交阻尼复位机构来隔震和复位，防止所述位移传递到上板。
进一步地，所述十字正交阻尼复位机构包括下连接架、下滑轨、滑块组件、上滑轨、上连接架和4个阻尼复位组件；
所述上连接架和下连接架的两端均设置有连接凸台，连接凸台上加工有阻尼复位组件安装孔；
滑块组件四个侧壁上均加工有阻尼复位组件安装孔；
下连接架穿过下板的中心孔固定连接于底板中心，下连接架上固定下滑轨，滑块组件的底面与下滑轨滑动配合，滑块组件的顶面与上滑轨滑动配合，上滑轨固定于上连接架上，上连接架与上板固定连接，上滑轨与下滑轨相互垂直，其中2个阻尼复位组件平行于下滑轨，对称地分布在滑块组件两侧，分别固定连接于滑块组件与下连接架的阻尼复位组件安装孔中；另2个阻尼复位组件平行于上滑轨，对称地分布在滑块组件两侧，分别固定连接于滑块组件与上连接架的阻尼复位组件安装孔中。
进一步地，所述滑块组件包括上导向块、上滑块、导向套筒、下导向块和下滑块；其中，上导向块中间设置有凸台，导向套筒为方形空腔结构，导向套筒的4个侧壁上设置阻尼复位组件安装孔；上滑块与上滑轨滑动连接，上导向块与上滑块固定连接，上导向块中间的凸台嵌套在导向套筒中，导向套筒与下导向块固定连接，下导向块与下滑块固定连接，下滑块与下滑轨滑动连接。
进一步地，所述阻尼复位组件包括弹簧和阻尼杆，弹簧套接在阻尼杆上。
进一步地，所述隔震装置还包括底板调平螺钉，底板调平螺钉螺纹连接在底板上，通过旋转底板调平螺钉将底板上表面调平。
进一步的，所述隔震装置还包括防尘板，防尘板固定连接于底板四周。
进一步地，底板的上表面的表面粗糙度为MRR Ra0.8，平面度为0.06mm。
有益效果：
(1)本发明采用万向球轴承+底板+回位弹簧+阻尼杆的设计方案，结构简单，隔震效果好；根据不同承载要求选择回位弹簧，承载能力可由0至4吨。
(2)本发明装置制造难度和装配难度不高，与市面上同类产品相比成本降低一半以上。
(3)本发明功能件中不包含非金属部件，适应环境能力强、易维护、抗老化性能好。
(4)本发明采用底板调平螺钉进行底板的调平，可以更为便捷地调整底板上表面保持水平，且对于底板的放置位置的水平度无较高要求，适用性广。
(5)本发明的滑块组件通过上导向块、上滑块、导向套筒、下导向块和下滑块来实现，相比于单独使用一个滑块具有更大的抗扭刚度，避免因装置的活动机构与地面间的扭转造成的滑块损坏或导向机构失效，提高了系统的健壮性。
(6)本发明采用防尘板，可以有效地维持底板上表面的清洁。
(7)本发明采用上表面的粗糙度要求较高的底板，能够有效地减少底板与万向球之间的静摩擦力，从而能够使得隔震效果更好。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图2为本发明装置主视图。
图3为本发明装置十字正交阻尼复位机构的结构示意图。
图4为本发明装置阻尼复位组件结构示意图。
图5为本发明装置上、下导向块与导向套筒的装配示意图。
图6为本发明装置下连接架、下滑轨、下滑块、下导向块与导向套筒的装配示意图。
图7为本发明装置上连接架、上滑轨、上滑块和上导向块的装配示意图。
图8为本发明装置万向球轴承组件结构示意图。
图9为本发明装置的运动原理示意图；(a)平行于下连接架方向的运动原理示意图，(b)平行于上连接架方向的运动原理示意图。
其中，1-底板，2-底板调平螺钉，3-防尘板，4-下板，5-支撑架，6-下连接架，7-下滑轨，8-滑块组件，9-上滑轨，10-上连接架，11-上板，12-阻尼杆，13-弹簧，14-万向球轴承组件，15-上导向块，16-上滑块，17-导向套筒，18-下导向块，19-下滑块，20-万向球轴承，21-调节座，22-锁紧螺母。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1和图2所示，本发明提供了一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置，包括底板1、底板调平螺钉2、防尘板3、下板4、支撑架5、下连接架6、下滑轨7、滑块组件8、上滑轨9、上连接架10、上板11、4个阻尼杆12、4个弹簧13和多个万向球轴承组件14(万向球轴承20、调节座21、锁紧螺母22)；
所述下板4中间加工有中心孔，中心孔周围设置有多个万向球轴承安装孔；
所述底板1的上表面的表面粗糙度为MRR Ra0.8，平面度为0.06mm。
所述上连接架10和下连接架6的两端均设置有连接凸台，连接凸台上加工有阻尼杆安装孔。
所述滑块组件8包括上导向块15、上滑块16、导向套筒17、下导向块18和下滑块19；其中，上导向块15中间设置有凸台，导向套筒17为方形空腔结构，导向套筒17的4个侧壁上设置阻尼杆安装孔。
底板1与底板调平螺钉2螺纹连接后将底板1水平放置，通过调节底板调平螺钉2确保底板1上表面水平，底板1上表面为万向球轴承20的工作平面；防尘板3固定连接于底板1四周。万向球轴承组件14螺纹连接于下板4的安装孔中，以万向球接触底板1的方式将下板4置于底板1上，调节万向球轴承组件14中的调节座21使得每个万向球轴承20与底板1上表面充分接触，确保每个万向球轴承20与底板1的接触力尽量相同，调节好之后拧紧锁紧螺母22；下连接架6穿过下板4的中心孔固定连接于底板1中心，下连接架6上固定下滑轨7，下滑块19与下滑轨7滑动连接，下滑块19与下导向块18固定连接，下导向块18与导向套筒17固定连接，上导向块15中间的凸台嵌套在导向套筒17中，上导向块15与上滑块16固定连接，上滑块16与上滑轨9滑动连接，上滑轨9固定于上连接架10上，上滑轨9与下滑轨7相互垂直，弹簧13套接在阻尼杆12上，其中2个阻尼杆12平行于下滑轨7，对称地分布在导向套筒17两侧，分别固定连接于导向套筒17与下连接架6的阻尼杆安装孔中；另2个阻尼杆12平行于上滑轨9，对称地分布在导向套筒17两侧，分别固定连接于导向套筒17与上连接架10的阻尼杆安装孔中；通过调节弹簧13使得两对弹簧13拉力相等，导向套筒17处于上、下滑轨中点。支撑架5与下板4固定连接，最后，将上板11起吊后与上连接架10、支撑架5固定连接。
隔震装置在使用过程中，文物放置于上板11上，当底板1随地面发生水平震动时，由于万向球轴承20的作用，下板4(连同上板11和文物)与底板1之间是滚动摩擦，底板1水平方向的位移并不会传递到下板4上，十字交叉的弹簧13-阻尼回位装置保证了底板1偏移后的回位，并耗散由地面传递上来的能量，在行程范围内减小下板4(连同上板11和文物)部分的振动，达到减隔震的效果。
装置的隔震原理如图9所示，当地面发生震动时，地面的加速度(位移)可以分解为互相垂直的两个分量。对于平行于下滑轨7的加速度(位移)分量，如图9(a)，由于底板1在该方向上的位移导致导向套筒17、下导向块18和下滑块19相对于上、下板发生滑动，再通过弹簧13恢复力与阻尼力控制行程并使之回位；类似的，对于平行于上滑轨9的加速度(位移)分量，如图9(b)，由于底板1在该方向上的位移导致导向套筒17、上导向块15和上滑块16相对于上、下板发生滑动，再通过弹簧13恢复力与阻尼力控制行程并使之回位。
考虑到装置的自重，若承载重物为0-300kg，单侧弹簧刚度k取1N/mm，阻尼系数c取0.39N·s/mm；若承载重物为300-600kg，单侧弹簧刚度k取2N/mm，阻尼系数c取0.78N·s/mm，以此类推。装置理论最大承载能力可达4000kg。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置，其特征在于，包括底板、下板、支撑架、万向球轴承、十字正交阻尼复位机构和上板；
所述下板中间加工有中心孔；
下板与上板通过支撑架固定连接，十字正交阻尼复位机构的下端穿过下板的中心孔固定连接于底板中心，十字正交阻尼复位机构的上端固定连接于上板，底板与下板通过万向球轴承滑动配合，底板水平方向位移通过十字正交阻尼复位机构来隔震和复位，防止所述位移传递到上板；
所述十字正交阻尼复位机构包括下连接架、下滑轨、滑块组件、上滑轨、上连接架和4个阻尼复位组件；
所述上连接架和下连接架的两端均设置有连接凸台，连接凸台上加工有阻尼复位组件安装孔；
滑块组件四个侧壁上均加工有阻尼复位组件安装孔；
下连接架穿过下板的中心孔固定连接于底板中心，下连接架上固定下滑轨，滑块组件的底面与下滑轨滑动配合，滑块组件的顶面与上滑轨滑动配合，上滑轨固定于上连接架上，上连接架与上板固定连接，上滑轨与下滑轨相互垂直，其中2个阻尼复位组件平行于下滑轨，对称地分布在滑块组件两侧，分别固定连接于滑块组件与下连接架的阻尼复位组件安装孔中；另2个阻尼复位组件平行于上滑轨，对称地分布在滑块组件两侧，分别固定连接于滑块组件与上连接架的阻尼复位组件安装孔中。
2.如权利要求1所述的一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置，其特征在于，所述滑块组件包括上导向块、上滑块、导向套筒、下导向块和下滑块；其中，上导向块中间设置有凸台，导向套筒为方形空腔结构，导向套筒的4个侧壁上设置阻尼复位组件安装孔；上滑块与上滑轨滑动连接，上导向块与上滑块固定连接，上导向块中间的凸台嵌套在导向套筒中，导向套筒与下导向块固定连接，下导向块与下滑块固定连接，下滑块与下滑轨滑动连接。
3.如权利要求1或2所述的一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置，其特征在于，所述阻尼复位组件包括弹簧和阻尼杆，弹簧套接在阻尼杆上。
4.如权利要求1-2任一所述的一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置，其特征在于，所述隔震装置还包括底板调平螺钉，底板调平螺钉螺纹连接在底板上，通过旋转底板调平螺钉将底板上表面调平。
5.如权利要求1-2任一所述的一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置，其特征在于，所述隔震装置还包括防尘板，防尘板固定连接于底板四周。
6.如权利要求1-2任一所述的一种万向球轴承-滑盘式文物隔震装置，其特征在于，底板的上表面的表面粗糙度为MRR Ra0.8，平面度为0.06mm。
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