CN110528947A - 内外筒自平衡式惯容阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本申请属于工程结构耗能减震技术领域，提供一种内外筒自平衡式惯容阻尼器，包括正反牙丝杆、装有永磁体的磁体筒、导体筒、两个转接盘、两个丝杆螺母等；两丝杆螺母分别安装在正反牙丝杆的正牙段和反牙段；导体筒套在磁体筒内，且两者各自通过一个转接盘悬挑出正牙段和反牙段的丝杆螺母，并能够跟随丝杆螺母转动和平动。本申请通过将结构的水平位移转化为阻尼器内部结构的旋转运动进行控制，同时通过正反牙丝杆使阻尼器转子定子以相反转动方向绕轴线做转动，使电磁力和电磁力反作用力以等量相反方向作用在丝杆上，实现正反牙丝杆的自平衡性能，且其采用的内外筒相对旋转形式更加紧凑，机械性能较为良好，使电涡流分布形式更为合理。
Description
技术领域
本申请属于工程结构耗能减震技术领域，尤其提供一种内外筒自平衡式惯容阻尼器。
背景技术
惯容阻尼器作为新型高效的结构被动振动控制手段，是一种利用电涡流的阻尼效应制成的耗能减振装置，具有非接触、无机械性摩擦和损耗、无须润滑、使用寿命长、和易安装等优点。目前，电涡流阻尼器主要作为调谐质量阻尼器的阻尼元件正逐步应用在土木工程结构的振动被动控制领域。
电涡流阻尼的产生必须要有导体板作切割磁感线运动，即磁场源和导体板之间存在相对运动，产生的电磁力大小与相对运动速度大小成正比，故提高相对速度的放大效应一直是电涡流阻尼器的设计关键。传统电涡流阻尼器中板式和摆式都直接将层间位移转化为导体板和永磁体之间的相对直线运动，所提供的速度放大效应有限。而将直线运动转化成旋转运动的旋转式电涡流阻尼器可以提供一定的放大系数，螺旋传动由于其拥有较好的将直线运动转化为转动的放大效应，已开始被运用在旋转式电涡流阻尼器中，但必须使用定子和转子，一般把磁场源作为定子的部分，运动的导体板作为转子部分，当然也可以把磁场源放在转子上，将导体板固定。不论转子和定子如何分配，始终必须有制动扭矩限制定子的转动，否则工作过程中产生的电涡流力的反作用力必定会使定子转动。
近年来，针对结构的快速地震康复策略受到了业内的关注，使用中心消能构件配合纯拉力系统来快速提高结构的抗震性能成为了一种较好的方法。纯拉力系统具有安装和调试方便、造价便宜、受力清晰、自动重定心、消除补充负载单元破坏概率等特点。中心消能构件纯拉力系统是一种较好的满足快速抗震加固需求的阻尼器安装方式，若能将电涡流阻尼器引入该系统加以运用将更好地发挥电涡流阻尼器的易安装性能，但由于拉索对中心消能构件只能提供拉力无法限制转动，对电涡流阻尼器提出了轻型化、自平衡等性能要求，板式、摆式阻尼器显然都不符合要求。目前已有丝杆旋转式电涡流阻尼器虽然已具有一定的速度放大能力，但由于螺纹丝杆式旋转电涡流阻尼器必须同时使用固定端限制丝杆和定子的转动，才能使阻尼器发挥作用，这一点使得它无法运用在纯拉力系统中，拉索的连接无法提供这样的制动力矩。因此，基于拉索的纯拉力系统对阻尼器提出了轻质、自平衡、可复位性能的要求。
发明内容
本申请的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种内外筒自平衡式惯容阻尼器，通过将结构的水平位移转化为阻尼器内部结构的旋转运动进行控制，从而将结构位移进行放大，同时通过正反牙丝杆使阻尼器转子定子以相反转动方向绕轴线做转动，使电磁力和电磁力反作用力以等量相反方向作用在正反牙丝杆上，绕轴转动方向上的扭矩互相抵消，实现正反牙丝杆的自平衡性能，其采用的内外筒相对旋转形式更加紧凑，机械性能较为良好，使电涡流分布形式更为合理，便于布置与计算电涡流强度。
为实现上述目标，本申请提供了如下技术方案:
一种内外筒自平衡式惯容阻尼器，包括正反牙丝杆、磁体筒、导体筒、两个转接盘，两个支座轴承、两个丝杆螺母；
正反牙丝杆为螺纹丝杆，其以中点为界左右两侧分别设置正反不同方向的螺纹，其正牙段依次穿设导体筒、转接盘、丝杆螺母、支座轴承，其反牙段依次穿设磁体筒、转接盘、丝杆螺母、支座轴承；
其中，两个丝杆螺母分别可旋转地安装在正反牙丝杆的正牙段和反牙段；导体筒和磁体筒各自通过一个转接盘悬挑出正牙段和反牙段的丝杆螺母；导体筒、磁体筒均为单侧法兰筒结构，导体筒的筒体嵌套在磁体筒的筒体内，磁体筒内侧或外侧安装有永磁体，导体筒的端部通过一个转接盘连接于正反牙丝杆正牙段的丝杆螺母上并能够跟随正牙段的丝杆螺母转动和平动，磁体筒的端部通过另一个转接盘连接于正反牙丝杆反牙段的丝杆螺母上并能够跟随反牙段的丝杆螺母转动和平动；两个支座轴承分别与邻近的丝杆螺母连接作为阻尼器的固定支座，并限制磁体筒、导体筒之间的相对直线运动，但允许两者能够进行相对转动。
进一步，正反牙丝杆所有螺纹段的总长为工作行程的两倍，且其正牙段螺纹和反牙段螺纹的长度相同。
进一步，正反牙丝杆大导程丝杆。
进一步，正反牙丝杆两端部预留无螺纹部分，设置合适的安装孔洞适应不同结构需要。
进一步，正反牙丝杆两端部设计为带中心丝杆贯通孔的半圆形扁位，以便于能够适应夹具夹紧和钢索连接两种与框架结构连接的连接方式。
在优选的实施方式中，导体筒为永磁体筒且材质采用导电效应较好的铜或铝。
在优选的实施方式中，磁体筒则选择使用45号钢，一方面可以通过磁吸的方式方便地固定永磁体，另一方面作为导磁材质还能够发挥导磁体的作用，加大永磁体的磁感应强度。
在优选的实施方式中，永磁体选用磁性最强的钕铁硼材质。
进一步，两个转接盘上均开设有一个中心丝杆贯通孔、多个内侧孔位和多个外侧孔位，转接盘通过其中心丝杆贯通孔套设在正反牙丝杆上，且不与正反牙丝杆接触，转接盘通过其内侧孔位与其外侧的丝杆螺母连接，通过其外侧孔位与其内侧的磁体筒的端部或导体筒的端部连接。
本申请提供的内外筒自平衡式惯容阻尼器无需外部能源输入，使用时，将永磁体安装于磁体筒的内侧或外侧，永磁体数量与磁场强度线性相关，同等条件下，磁场越强则阻尼力越大，因此永磁体具体数量可根据所需要线运动，但允许两者能够进行相对转动。
本申请采用的以上技术方案，与现有技术相比，作为举例而非限定，具有以下的有益效果：
(1)采用电涡流阻尼，无机械摩擦和密封问题，永磁体均匀地布置在筒壁上，使其产生的电涡流更为均匀，更加接近线性阻尼。
(2)相比现有装置，本装置采用的内外筒结构，切割磁感线面积大，装置结构也更为紧凑，占用空间小，提高了机械性能。已有的双转盘式惯容器，如果需要提高其惯容以及其电涡流阻尼，需要不断增大转盘的面积和体积，然而这种增大并不是无限制的增大，对于实际应用情况，必然存在空间限制，从而调谐和耗能性受到了限制。内外筒的形式，充分地利用了空间，从而可以更灵活地调整惯容和阻尼，应用范围更加广泛。
(3)利用正反牙丝杠和滚珠螺母，在位移发生时，导体筒和磁体筒被带动发生反向转动，两筒转动惯量相等，故能实现转动方向上的力矩平衡，从而达到无需外力自平衡的效果。
附图说明
图1为本申请实施例提供的内外筒自平衡式惯容阻尼器的轴测分解图；
图2为本申请实施例提供的正反牙丝杆轴测图；
图3为本申请实施例提供的丝杆螺母的轴测图；
图4为本申请实施例提供的磁体筒的轴测图；
图5为本申请实施例提供的导体筒的轴测图；
图6为本申请实施例提供的转接盘的轴测图；
图7为本申请实施例提供的内外筒自平衡式惯容阻尼器的正视图。
附图标记说明
1-正反牙丝杆、2-磁体筒、3-导体筒、4-转接盘、41-中心丝杆贯通孔、42-内侧孔位、43-外侧孔位、5-连接轴承、6-丝杠螺母。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。
如图1至图7所示，一种内外筒自平衡式惯容阻尼器，包括正反牙丝杆1、磁体筒2、导体筒3、两个转接盘4，两个支座轴承5、两个丝杆螺母6。
其中，正反牙丝杆1为螺纹丝杆，其以中点为界左右两侧分别设置不同方向的螺纹，作为举例而非限定，左侧螺纹为正牙段，右侧螺纹为反牙段；正反牙丝杆1的正牙段由中间向末端依次穿设导体筒3、转接盘4、丝杆螺母6、支座轴承5，正反牙丝杆1的反牙段由中间向末端依次穿设磁体筒2、转接盘4、丝杆螺母6、支座轴承5。
进一步，两个丝杆螺母6分别可旋转地安装在正反牙丝杆1的正牙段和反牙段，且工作过程中两个丝杆螺母6之间的间距保持与行程相同；导体筒3和磁体筒2各自通过一个转接盘4悬挑出正牙段和反牙段的丝杆螺母6；导体筒3、磁体筒2均为单侧法兰筒结构，导体筒3的筒体嵌套在磁体筒2的筒体内，磁体筒2的内侧或外侧安装有永磁体，导体筒3的端部通过一个转接盘4连接于正反牙丝杆1正牙段的丝杆螺母6上并能够跟随正牙段的丝杆螺母6转动和平动，磁体筒2的端部通过另一个转接盘4连接于正反牙丝杆1反牙段的丝杆螺母6上并能够跟随反牙段的丝杆螺母6转动和平动；两个支座轴承5分别位于正反牙丝杆1的正牙段的末端及反牙段的末端，并与邻近的丝杆螺母6连接作为阻尼器的固定支座，并限制磁体筒2、导体筒3之间的相对直线运动，但允许两者能够进行相对转动。
进一步，正反牙丝杆1所有螺纹段的总长必须设计为工作行程的两倍，且其正牙段螺纹和反牙段螺纹的长度相同。同时，正反牙丝杆1两端部预留无螺纹部分，设置合适的安装孔洞适应不同的工程需要；在优选的实施方式中，正反牙丝杆1两端部可以设计为带中心丝杆贯通孔的半圆形扁位，以便于能够适应夹具夹紧和钢索连接两种结构连接方式。
当导程角过小时，正反牙丝杆1引起的摩擦较大，造成框架结构在自由振动中处于过阻尼状态，为了更好地使该内外筒自平衡式惯容阻尼器的电涡流效应和惯容效应发挥主要消能作用，在优选的实施方式中，正反牙丝杆1的设计应当在满足足够放大系数的条件下尽量选用大导程丝杆。
进一步，导体筒3为永磁体筒且材质采用导电效应较好的铜或铝；磁体筒2则选择使用45号钢；永磁体选用磁性最强的钕铁硼材质。
进一步，两个转接盘4上均开设有一个中心丝杆贯通孔41、多个内侧孔位42和多个外侧孔位43，转接盘4通过其中心丝杆贯通孔41套设在正反牙丝杆1上，且不与正反牙丝杆1接触，转接盘4通过其内侧孔位42与其外侧的丝杆螺母6连接，通过其外侧孔位43与其内侧的磁体筒2的端部或导体筒3的端部连接。
本申请提供的内外筒自平衡式惯容阻尼器无需外部能源输入，使用时，将永磁体安装于磁体筒的内侧或外侧，永磁体数量与磁场强度线性相关，同等条件下，磁场越强则阻尼力越大，因此永磁体具体数量可根据所需要线运动，但允许两者能够进行相对转动。
本申请提供的内外筒自平衡式惯容阻尼器，固定安装较为灵活，可通过拉索或夹具牢固连接。当结构发生振动时，可以将结构的水平位移转为正反牙丝杆1的运动进而转为导体筒和磁体筒的角位移。结构在安装该惯容阻尼器后的能量消耗主要来自于结构固有阻尼、正反牙丝杆1的摩擦作用、惯容阻尼器的惯容效应和电涡流效应。该惯容阻尼器发挥效应时，导体筒在永磁体形成的磁场中旋转，切割磁感线，在导体筒中产成了抑制结构振动的电涡流，形成了该惯容阻尼器耗能所需的阻尼，阻尼力与导体筒的转动速度成线性关系。同时通过正反牙丝杆使阻尼器转子定子以相反转动方向绕轴线做转动，电磁力和电磁力反作用力以等量相反方向作用在丝杆上，绕轴转动方向上的扭矩互相抵消，实现了正反牙丝杆的自平衡性能。此外，由于采用导体筒、磁体筒的双向转动，不但可以放大阻尼效果，而且内外筒相对旋转形式更加紧凑，机械性能较为良好，使电涡流分布形式更为合理，便于布置与计算电涡流强度。
上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。
Claims (6)
1.一种内外筒自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：包括正反牙丝杆(1)、磁体筒(2)、导体筒(3)、两个转接盘(4)，两个支座轴承(5)、两个丝杆螺母(6)；
正反牙丝杆(1)为螺纹丝杆，其以中点为界左右两侧分别设置不同方向的正反螺纹，其正牙段依次穿设导体筒(3)、转接盘(4)、丝杆螺母(6)、支座轴承(5)，其反牙段依次穿设磁体筒(2)、转接盘(4)、丝杆螺母(6)、支座轴承(5)；
两个丝杆螺母(6)分别可旋转地安装在正反牙丝杆(1)的正牙段和反牙段；导体筒(3)、磁体筒(2)均为单侧法兰筒结构，导体筒(3)的筒体嵌套在磁体筒(2)的筒体内，磁体筒(2)内侧或外侧安装有永磁体，导体筒(3)的端部通过一个转接盘(4)连接于正反牙丝杆(1)正牙段的丝杆螺母(6)上并能够跟随正牙段的丝杆螺母(6)转动和平动，磁体筒(2)的端部通过另一个转接盘(4)连接于正反牙丝杆(1)反牙段的丝杆螺母(6)上并能够跟随反牙段的丝杆螺母(6)转动和平动；两个支座轴承(5)分别与邻近的丝杆螺母(6)连接作为阻尼器的固定支座，并限制磁体筒(2)、导体筒(3)之间的相对直线运动，但允许两者能够进行相对转动。
2.根据权利要求1所述的内外筒自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：正反牙丝杆(1)所有螺纹段的总长为工作行程的两倍，且其正牙段螺纹和反牙段螺纹的长度相同。
3.根据权利要求1所述的内外筒自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：正反牙丝杆(1)采用大导程丝杆。
4.根据权利要求1所述的内外筒自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：正反牙丝杆(1)两端部预留无螺纹部分，并开设安装孔洞，用以连接结构。
5.根据权利要求4所述的内外筒自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：正反牙丝杆(1)两端部设计为带中心丝杆贯通孔的半圆形扁位。
6.根据权利要求1所述的内外筒自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：两个转接盘(4)上均开设有一个中心丝杆贯通孔(41)、多个内侧孔位(42)和多个外侧孔位(43)，转接盘(4)通过其中心丝杆贯通孔(41)套设在正反牙丝杆(1)上，且不与正反牙丝杆(1)接触，转接盘(4)通过其内侧孔位(42)与其外侧的丝杆螺母(6)连接，通过其外侧孔位(42)与其内侧的磁体筒(2)的端部或导体筒(3)的端部连接。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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