CN110822004B - 粘滞阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粘滞阻尼器，包括：活塞缸，在所述活塞缸内容纳有阻尼介质；以及活塞，所述活塞设置在所述活塞缸内，并能在所述活塞缸内沿长度方向滑动，其中，在所述活塞上构造有在所述长度方向上贯穿所述活塞的主流通孔，所述主流通孔相对于所述长度方向倾斜，使得所述阻尼介质穿过所述主流通孔能驱动所述活塞在所述活塞缸内旋转。这种粘滞阻尼器有利于提高耗能效果。

Description

粘滞阻尼器

技术领域

本发明涉及减振技术领域，特别是涉及一种粘滞阻尼器。

背景技术

粘滞阻尼器是一种用来耗能的减振装置，广泛应用于桥梁、建筑、大型钢结构等的减振领域。

现有的粘滞阻尼器通常构造有活塞缸和设置于其中的活塞，其中，在活塞上构造有沿着活塞的移动方向贯穿活塞的主流通孔。在活塞挤压活塞缸中的阻尼介质时，阻尼介质高速通过活塞上的主流通孔，造成能量损失，并实现动能到阻尼介质的热能的转换。这种粘滞阻尼器的耗能效果主要是由主流通孔的长度决定的。因此，目前如果希望增强粘滞阻尼器的耗能效果，就必须要加长活塞，并由此加长主流通孔。然而，对于实际应用来说，活塞的长度是非常有限的。这就造成了现有的粘滞阻尼器的耗能效果非常有限，且难以提高，不能提供更好的阻尼效果。

因此，希望能提出一种有利于提高耗能效果的粘滞阻尼器。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种粘滞阻尼器，这种粘滞阻尼器有利于提高耗能效果。

根据本发明提出了一种粘滞阻尼器，包括：活塞缸，在所述活塞缸内容纳有阻尼介质；以及活塞，所述活塞设置在所述活塞缸内，并能在所述活塞缸内沿长度方向滑动，其中，在所述活塞上构造有在所述长度方向上贯穿所述活塞的主流通孔，所述主流通孔相对于所述长度方向倾斜，使得所述阻尼介质穿过所述主流通孔能驱动所述活塞在所述活塞缸内旋转。

在活塞于活塞缸内沿长度方向滑动时，阻尼介质会以高速通过活塞上的主流通孔。由此，可将一部分的动能转变为阻尼介质的热能，并造成能量损失。由于主流通孔是倾斜的，因此有利于在有限的空间内(或者说有限的活塞长度下)增加主流通孔的长度。这有利于提高粘滞阻尼器的耗能效果。另外，在阻尼介质穿过倾斜的主流通孔时，能使活塞沿长度方向移动的动能转化为活塞旋转的动能。这种活塞旋转的动能会随着活塞相对于阻尼介质的旋转和摩擦而被消耗掉，转变为阻尼介质的热能。由此，通过上述粘滞阻尼器的设置，能够在有限的空间和尺寸下大幅增加阻尼器的耗能效率，非常有利于提高耗能效果。

在一个实施例中，在所述活塞上构造有多个主流通孔，所述多个主流通孔沿相同的周向方向倾斜，所述多个主流通孔在径向上相对于彼此对齐。

在一个实施例中，所述主流通孔具有构造于所述活塞的第一端面上的第一开口，构造于所述活塞的第二端面上的第二开口，以及构造于所述活塞内部的、连通在所述第一开口和所述第二开口之间的流动通道，所述流动通道具有直线式路径，并具有恒定的截面尺寸。

在一个实施例中，在所述活塞的端面上设置有叶片，所述叶片的工作表面垂直于所述活塞的旋转方向延伸。

在一个实施例中，在所述叶片上构造有在所述活塞的旋转方向上贯穿所述叶片的辅助流通孔。

在一个实施例中，在所述活塞的同一端面上设置有多个叶片，所述多个叶片在径向上相对于彼此对齐。

在一个实施例中，在垂直于长度方向的平面内，在所述活塞的旋转方向上，所述主流通孔的第一开口的投影位于所述叶片的一侧，所述主流通孔的第二开口的投影位于所述叶片的另一侧，所述第一开口的投影和所述第二开口的投影相对于所述叶片对称，所述主流通孔的流动通道的投影从所述叶片的中部穿过。

在一个实施例中，所述粘滞阻尼器还包括沿长度方向从所述活塞缸的一端延伸到所述活塞缸内的第一活塞杆，所述第一活塞杆的第一端处于所述活塞缸之外，用于与待减振机构的一部分相连，所述第一活塞杆的第二端与所述活塞旋转式接合。

在一个实施例中，所述第一活塞杆的第二端构造有垂直于长度方向延伸的膨胀部，所述粘滞阻尼器还包括挡块，所述挡块与所述活塞固定连接而在所述挡块和所述活塞之间形成容纳空间，所述第一活塞杆的第二端插入到所述容纳空间内，所述挡块和所述活塞构造为能与所述第一活塞杆的膨胀部相抵以阻止所述第二端相对于所述活塞沿长度方向移动。

在一个实施例中，所述活塞的端面的一部分构造为用于容纳所述第一活塞杆的第二端的凹陷表面，在所述挡块连接到所述活塞上时，所述挡块与所述活塞的端面的其余部分相齐平。

在一个实施例中，所述粘滞阻尼器还包括：固定连接在所述活塞缸的另一端上并沿长度方向延伸的连接杆，所述连接杆用于与所述待减振机构的另一部分相连，所述连接杆构造有中空空间；以及沿长度方向从所述活塞缸的另一端延伸到所述活塞缸内的第二活塞杆，所述第二活塞杆的第一端处于所述活塞缸之外并处于所述中空空间内，所述第二活塞杆的第二端与所述活塞旋转式接合。

与现有技术相比，本发明的优点在于，能够大幅提高耗能效率，优化耗能效果，尤其是能通过使活塞旋转来消耗动能。在设置有叶片的情况下，可进一步实现剪切耗能。

附图说明

在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的一个实施方案的粘滞阻尼器的示意图；

图2至图4显示了图1中的限制阻尼器中的活塞的示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

应当理解的是，本文中所使用的用语“在……方向上贯穿”指的是大体上在某一方向上贯穿某物，其中允许具体的贯穿路径具有相对于该方向倾斜的分量，或者允许具体的贯穿路径中的一部分发生弯曲或倾斜，只要最终导致在该方向上具有贯穿的结果即可。

图1示意性显示了根据本发明的一个实施方案的粘滞阻尼器100的结构。如图1所示，该粘滞阻尼器100包括活塞缸10，在该活塞缸10内形成活塞腔11。在该活塞腔11内充满了阻尼介质，例如为二甲基硅油。活塞缸10例如可构造为圆筒状。在该活塞缸10内设置有活塞5。活塞5的侧面与活塞缸10的内壁密封式滑动接合，使得活塞5能在活塞缸10内沿着长度方向滑动。

活塞缸10的两端分别由第一端盖9和第二端盖13所封闭。如图1所示，第一端盖9和第二端盖13均构造有台阶面，以与活塞缸10的内侧壁上的相应的台阶面相抵，从而实现装配到位。在第一端盖9与活塞缸10之间和/或在第二端盖13与活塞缸10之间设置有密封件12，以实现它们之间的密封。

活塞缸10的一端(第一端)被第一活塞杆2沿长度方向延伸插入。该第一活塞杆2的第一端处于活塞缸10之外，用于与待减振机构的一部分相连。例如，在图1所示的实施例中，第一活塞杆2的第一端与耳环1固定连接(例如，螺纹连接)，该耳环与上述待减振机构的一部分铰接。该第一活塞杆2穿过第一盖板9的中心处的通孔，并与第一盖板9密封式滑动接合。该第一活塞杆2的第二端处于活塞缸10内，并与活塞5的一个端面(第一端面)旋转式接合。

活塞缸10的另一端(第二端)被第二活塞杆6沿长度方向延伸插入。该第二活塞杆6的第一端处于活塞缸10之外，为自由端。该第二活塞杆6穿过第二盖板13的中心处的通孔，并与第二盖板13密封式滑动接合。该第二活塞杆2的第二端处于活塞缸10内，并与活塞5的另一个端面(第二端面)旋转式接合。第二活塞杆6的设置使得活塞缸10内的结构相对对称，有利于提高活塞5工作的稳定性。

在活塞缸10的另一端处还连接有连接杆7，该连接杆7沿长度方向延伸，并通过耳环8而与待减振机构的另一部分铰接。该连接杆7的内部可构造有中空空间，以允许第二活塞杆6的第一端插入其中，并在其中伸缩移动。在一个优选的实施例中，连接杆7的侧壁可构造为完整地包围中空空间的侧壁，由此有利于保护第二活塞杆免于环境中的杂质。另外，这种连接杆7的受力相对均匀且稳定，有利于提高粘滞阻尼器100的工作稳定性，延长其使用寿命。

参见图1，第一活塞杆2与活塞5之间的旋转式接合可通过以下设置来实现。第一活塞杆2的第二端构造有垂直于长度方向延伸的膨胀部3。粘滞阻尼器100还包括挡块4。挡块4可安装在活塞5的第一端面上，以在它们之间形成容纳空间。第一活塞杆2的第二端插入到该容纳空间内，其膨胀部3卡在挡块4与活塞5的第一端面之间，以阻止第一活塞杆2沿长度方向相对于活塞5移动。在这里，

第一活塞杆2的第二端可沿长度方向抵在活塞5的第一端面和挡块4上，以实现沿长度方向的力的有效承载和传递。另外，第一活塞杆2的第二端可在容纳空间内转动，从而允许活塞5相对于第一活塞杆2产生转动。

在如图1所示的实施例中，第一活塞杆2的第二端具有枣核式的形状。第一活塞杆2的第二端具有与挡块4相接触的上接触面，以及与活塞5的第一端面相接触的下接触面。上接触面和下接触面可构造为相对平坦的圆弧面或圆锥面。在图1所示的实施例中，上接触面与下接触面直接接合，在它们之间不设置其他用于连接的侧壁。由此有利于减小第一活塞杆2的尺寸，从而有利于在有限的空间内增加活塞腔11的容积。该接合边缘优选地处于活塞5与挡块4之间的接合处。

在如图1所示的实施例中，在活塞5的第一端面的中心部分处形成有凹陷表面，以用于容纳第一活塞杆2的第二端。在挡块4扣合并连接在活塞5的第一端面上时，该挡块4与活塞5的第一端面的其余部分(边缘部分)相齐平。这种结构有利于活塞的往复转动。

第二活塞杆6的第二端的结构以及其与活塞5的第二端面之间的旋转式接合的方式与上述针对第一活塞杆2和活塞5的第一端面的相关说明相类似，在此不加赘述。

在图2至图4中更加详细地显示了本发明中的活塞5的结构。如图2至图4所示，在活塞5上构造有在长度方向上贯穿活塞5的主流通孔15。该主流通孔15包括位于活塞5的第一端面上的第一开口15A，位于活塞5的第二端面上的第二开口15B，以及在该第一开口15A和第二开口15B之间延伸的流动通道。在本发明中，该第一开口15A和第二开口15B在周向上(即，活塞5的旋转方向上)间隔开。由此，可实现倾斜的主流通孔15。在活塞腔11内的阻尼介质沿从第一开口15A到第二开口15B的方向(或者沿相反的方向)流动通过活塞5时，其会驱动活塞5发生围绕平行于长度方向的轴线(如图1的点划线所示)的旋转。如图3和图4所示，上述流动通道构造有倾斜的直线路径。这种流动通道有利于阻尼介质高速通过，并且使得活塞5的运动过程保持稳定。

另外，倾斜的主流通孔15还有利于延长主流通孔15的长度，从而有利于提高动能的损耗。在这里，倾斜的主流通孔15相对于长度方向的倾斜角例如可以在15°至40°之间。

在如图3所示的实施例中，流动通道具有恒定的截面尺寸。这种流动通道便于加工，成本低，并且还有利于提高粘滞阻尼器100的工作稳定性。尤其是，实际产品更容易符合理论分析和设计计算的预期结果。这对于实际应用来说，有着非常重要的影响。在另外的实施例中，例如在活塞5两端的阻尼力设计不一致的情况下，流动通道也可具有变化的尺寸。

图4显示了主流通孔15在垂直于长度方向的平面内的投影。然而应当理解的是，实际上，主流通孔15的第一开口15A和第二开口15B并不处于垂直于长度方向的同一平面内。

如图4所示，在设置有多个主流通孔15的情况下，这些主流通孔可具有沿旋转方向(周向)的相同的倾斜方向，以利于加剧活塞5的旋转，有利于增加耗能。

另外，在如图4所示的实施例中，多个主流通孔15相对于彼此在活塞5的径向上对齐。也就是说，它们处于同一圆周上。这使得阻尼流体穿过各个主流通孔15能产生相同的力矩，使得活塞5的旋转较为稳定。另外，这种设计也有利于使实际产品更容易符合理论分析和设计计算的预期结果。

在另一个实施例中，处于相对位置的主流通孔15的位置在径向上彼此对齐，相邻的主流通孔15的位置可在径向上彼此错开。由此，有利于进一步延长各个主流通孔15的长度，同时还能确保活塞5的旋转较为稳定。

另外，如图2所示，在活塞5的第一端面和/或第二端面上还可设置叶片14。叶片的工作表面垂直于活塞5的旋转方向延伸。由此，在活塞5旋转时，叶片14随之旋转并与阻尼介质发生剪切，实现剪切耗能。尤其是在活塞5旋转得较快的情况下，这种剪切耗能的效率非常高。

根据需要，可在活塞5上的同一端面上设置多个叶片14，各个叶片在周向上彼此间隔开。各个叶片在径向上相对于彼此对齐。也就是说，它们处于同一圆周上。这种设置有利于避免在活塞腔11内引起无序的紊流。这有利于粘滞阻尼器100的设计和计算，并且有利于延长粘滞阻尼器100的使用寿命。

另外，在叶片14上可设置另外的辅助流通孔(未显示)。辅助流通孔大体上在活塞5的旋转方向上贯穿叶片14。由此，在叶片14转动时，阻尼介质可穿过叶片14上的辅助流通孔，以实现进一步耗能。

在这里，叶片14的工作表面可构造为任意适当的形状，例如为矩形的、圆环形的等。

如图4所示，叶片14与主流通孔15对应设置。在垂直于长度方向的平面内，在活塞5的旋转方向上，一个主流通孔15的第一开口和第二开口的投影分别位于叶片14的两侧，并相对对称。该主流通孔15的流动通道的投影从叶片14的中部穿过。这种对称的结构有利于使流通孔和叶片的受力均匀、一致，从而有利于粘滞阻尼器100的设计、计算和加工制造。

在如图4所示的实施例中，各个叶片14在径向上相对于彼此对齐。

上述粘滞阻尼器100的工作过程如下。

在待减振机构的一部分相对于待减振机构的另一部分靠近时，第一活塞杆2带着活塞5和与连接杆7相连的活塞缸10产生相对移动，使得活塞5朝向活塞缸10的第二端移动。在此过程中，第一活塞杆2和第二活塞杆6的第二端均抵在活塞5上，能够有效实现沿着长度方向的力的传递。随着活塞5的移动，活塞腔11内的阻尼介质高速穿过活塞5上的主流通孔15。一方面，主流通孔15具有较大的长度，从而在阻尼介质穿过主流通孔15时，大量的动能可转化为阻尼介质的热能，并由此消耗掉。另一方面，由于主流通孔15是倾斜的，因此在阻尼介质穿过主流通孔15时，其会驱动活塞5发生旋转。由此，可将一部分的沿长度方向的移动转化为活塞5的旋转。在活塞5与阻尼介质之间的摩擦的作用下、在活塞5上的叶片14与阻尼介质之间的剪切作用下、以及在阻尼介质穿过叶片14上的辅助流通孔的作用下，活塞5的旋转的动能会被消耗掉，转变为阻尼介质的热能。

应当理解的是，在上述结构中，活塞5旋转时，第一活塞杆2、活塞缸10、第二活塞杆6和连接杆7不随之一起转动。

通过上述设置和工作过程，允许粘滞阻尼器100在有限的空间和尺寸下大幅提高耗能效率和耗能效果。这对于降低待减振机构(例如，桥梁、建筑、大型钢结构等)的振动来说是非常有利的。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种粘滞阻尼器，包括：

活塞缸，在所述活塞缸内容纳有阻尼介质；

活塞，所述活塞设置在所述活塞缸内，并能在所述活塞缸内沿长度方向滑动，其中，在所述活塞上构造有在所述长度方向上贯穿所述活塞的主流通孔，所述主流通孔相对于所述长度方向倾斜，使得所述阻尼介质穿过所述主流通孔能驱动所述活塞在所述活塞缸内旋转；以及

设置在所述活塞的端面上的叶片，所述叶片的工作表面垂直于所述活塞的旋转方向延伸，在所述活塞的同一端面上设置有多个叶片，所述多个叶片在径向上相对于彼此对齐，在垂直于长度方向的平面内，在所述活塞的旋转方向上，所述主流通孔的第一开口的投影位于所述叶片的一侧，所述主流通孔的第二开口的投影位于所述叶片的另一侧，所述第一开口的投影和所述第二开口的投影相对于所述叶片对称，所述主流通孔的流动通道的投影从所述叶片的中部穿过。

2.根据权利要求1所述的粘滞阻尼器，其特征在于，所述主流通孔具有构造于所述活塞的第一端面上的第一开口，构造于所述活塞的第二端面上的第二开口，以及构造于所述活塞内部的、连通在所述第一开口和所述第二开口之间的流动通道，所述流动通道具有直线式路径，并具有恒定的截面尺寸。

3.根据权利要求1所述的粘滞阻尼器，其特征在于，在所述叶片上构造有在所述活塞的旋转方向上贯穿所述叶片的辅助流通孔。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的粘滞阻尼器，其特征在于，所述粘滞阻尼器还包括沿长度方向从所述活塞缸的一端延伸到所述活塞缸内的第一活塞杆，所述第一活塞杆的第一端处于所述活塞缸之外，用于与待减振机构的一部分相连，所述第一活塞杆的第二端与所述活塞旋转式接合。

5.根据权利要求4所述的粘滞阻尼器，其特征在于，所述第一活塞杆的第二端构造有垂直于长度方向延伸的膨胀部，

所述粘滞阻尼器还包括挡块，所述挡块与所述活塞固定连接而在所述挡块和所述活塞之间形成容纳空间，所述第一活塞杆的第二端插入到所述容纳空间内，所述挡块和所述活塞构造为能与所述第一活塞杆的膨胀部相抵以阻止所述第二端相对于所述活塞沿长度方向移动。

6.根据权利要求5所述的粘滞阻尼器，其特征在于，所述活塞的端面的一部分构造为用于容纳所述第一活塞杆的第二端的凹陷表面，在所述挡块连接到所述活塞上时，所述挡块与所述活塞的端面的其余部分相齐平。

7.根据权利要求4所述的粘滞阻尼器，其特征在于，所述粘滞阻尼器还包括：

固定连接在所述活塞缸的另一端上并沿长度方向延伸的连接杆，所述连接杆用于与所述待减振机构的另一部分相连，所述连接杆构造有中空空间；以及

沿长度方向从所述活塞缸的另一端延伸到所述活塞缸内的第二活塞杆，所述第二活塞杆的第一端处于所述活塞缸之外并处于所述中空空间内，所述第二活塞杆的第二端与所述活塞旋转式接合。

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