CN110886527B - 半周摩擦阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种半周摩擦阻尼器，包括固定板、齿轮卡片、齿轮、齿条、摩擦轴、侧板、施压板、摩擦板、单向轴承、上端连接板、底座连接法兰盘；两块侧板与固定板围成箱体，箱体内部设有轨道与圆槽，单向齿轮摩擦装置嵌入圆槽，齿条嵌入轨道，单向齿轮摩擦装置分别在齿条前、后端两侧布置；其中单向齿轮摩擦装置由齿轮、单向轴承、齿轮卡片、摩擦轴组成；摩擦板通过施压板挤压齿轮摩擦装置，并用螺栓固定于侧板；本发明应用于结构减振控制中，具有良好稳定的负刚度特性，通过降低结构的等效刚度，增大结构阻尼，实现控制结构位移和加速度响应的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种半周摩擦阻尼器，可应用于工程结构减振控制，属于振动控制技术领域。
背景技术
我国是一个地震频发的国家，地震放生时建筑物的倒塌是造成人员伤亡的主要原因，所以人们对房屋结构的抗震技术提出了更高的要求。目前，减震技术可以有效提高结构的抗震性能，但是传统的减震技术需要在较多楼层布置阻尼器，占用了大量的结构空间，影响了结构的使用。然而负刚度减震技术可以通过在结构底层布置阻尼器形成力学上的隔震层达到减少阻尼器使用数量的目的。半周摩擦阻尼器可以提供等效负刚度，有效减少结构刚度，延长结构周期，增加阻尼，获得理想的减震效果。
发明内容
为了实现上述减振方案减少结构刚度的目的，本发明提出了一种降低结构刚度的半周摩擦阻尼器。本发明的实现方法为：基于传统的摩擦阻尼器，通过消除加载阶段的摩擦力，只保留卸载阶段的摩擦力实现等效负刚度特征。半周摩擦阻尼器通过螺栓挤压摩擦板产生摩擦力所需的正压力，通过摩擦阻尼器的往复运动带动齿条，齿条通过单向齿轮摩擦装置可只在卸载阶段产生摩擦力。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种半周摩擦阻尼器，包括固定板、齿条、侧板，所述侧板与固定板围成箱体，还包括单向齿轮摩擦装置，单向齿轮摩擦装置由齿轮、单向轴承、齿轮卡片、摩擦轴组成；所述箱体内部设有轨道与多个圆槽，所述单向齿轮摩擦装置嵌入圆槽内，所述齿条嵌入轨道并与单向齿轮摩擦装置在同一平面内，齿条前、后端两侧均设置有所述单向齿轮摩擦装置；其中单向轴承通过键槽嵌入齿轮内，并在两侧各安装有一个齿轮卡片，所述摩擦轴通过键槽固定于单向轴承内；摩擦板放置在带有摩擦轴的侧板一侧，通过施压板挤压所述单向齿轮摩擦装置，所述施压板固定于侧板外侧；所述齿条仅前端有齿牙，安装完的齿条在初始状态时，其前、后端两侧与所述单向齿轮摩擦装置相接触但不啮合。
进一步地，所述箱体上部通过螺栓与上端连接板进行栓接，所述齿条下端与底座连接法兰盘通过焊接进行固定连接。
进一步地，所述齿条两侧设有凹槽，嵌入侧板围成箱体的轨道内，使底座连接法兰盘带动齿条在侧板轨道上往复运动时不会发生偏移。
进一步地，所述施压板上设有凹槽，并嵌入有所述摩擦板，使摩擦轴转动时不会使摩擦板产生偏离。
进一步地，所述齿轮卡片的直径小于齿轮去除齿牙后的直径，防止影响齿条与齿轮的啮合。
进一步地，固定板的厚度大于齿轮与两个齿轮卡片的总厚度，防止单向齿轮摩擦装置与侧板产生摩擦。
进一步地，所述摩擦轴的摩擦面安装后要高于所述侧板，使所述摩擦板只与摩擦轴产生接触。
进一步地，所述单向轴承安装方向需在加载阶段产生空转，卸载阶段不产生空转。
进一步地，所述箱体内部设有1条轨道与4个圆槽，所述单向齿轮摩擦装置嵌入圆槽内，共计4个单向齿轮摩擦装置，所述齿条前、后端两侧各一个单向齿轮摩擦装置。
进一步地，所述齿轮卡片与所述单向轴承螺丝固定，且所述施压板用螺栓固定于侧板外侧。
当阻尼器安装于结构上时，通过上端连接板进行固结，下端通过底座连接法兰盘连接。其阻尼力为螺栓拧紧施压板挤压摩擦板与齿轮摩擦装置产生的摩擦力。初始状态时，齿条两侧的前、后端各有一个齿轮摩擦装置，齿条与齿轮相接触但不啮合；当阻尼器进入加载阶段时，齿轮与齿条产生啮合，齿轮产生转动，齿轮通过键槽带动单向轴承产生转动，单向轴承外圈随齿轮旋转，内圈不发生转动，既单向轴承产生空转不带动摩擦轴转动，不与摩擦板产生摩擦，达到加载阶段不产生摩擦力的目的。当阻尼器进入卸载阶段时，齿条带动齿轮转动，齿轮通过键槽带动单向轴转动，单向轴承内圈通过键槽带动摩擦轴产生转动，既单向轴承不产生空转，摩擦轴转动与摩擦板产生摩擦力，达到卸载阶段产生摩擦力的目的。当卸载完成时，齿条脱离啮合齿轮与另一组齿轮啮合，进入上述相同的加载阶段，加载阶段完成时进入与上述相同的卸载阶段，形成半周摩擦阻尼器的滞回曲线，其等效刚度呈负刚度特征。
本发明可通过更改摩擦板的摩擦系数，拧紧施压板所用螺栓的扭矩，齿条带动齿轮摩擦装置的数量达到改变半周摩擦阻尼力大小的目的。可实现降低结构刚度的同时提高阻尼，可布置于减震结构较低楼层实现力学上的隔震层，相较于传统阻尼器减少了使用数量，具有非常广阔的应用前景。
对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
1)负刚度特征明显，阻尼器行程长，力学性能稳定。
2)半周摩擦阻尼负器力学特性可根据摩擦板的摩擦系数，拧紧施压板所用螺栓的扭矩，
齿条带动齿轮摩擦装置的数量进行调整。
附图说明
图1是本发明半周摩擦阻尼器的结构构造图与单向齿轮摩擦装置局部放大图；
图2是本发明半周摩擦阻尼器内部结构图；
图3是侧板结构示意图；
图4是齿条和底座连接法兰盘结构构造图；
图5是上端连接板结构构造图；
图6是施压板结构构造图；
图7是齿轮结构构造图；
图8是单向轴承结构构造图；
图9是齿轮卡片结构构造图；
图10是固定板结构构造图；
图11是摩擦轴结构构造图；
图12是摩擦板结构构造图；
图13是本发明半周摩擦阻尼器试验滞回曲线；
图中：1固定板、2齿轮卡片、3齿轮、4齿条、5摩擦轴、6侧板、7施压板、8摩擦板、9单向轴承、10上端连接板、11底座连接法兰盘。
具体实施方式
下面结合附图1-13对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
如图1-2所示，本发明的一种半周摩擦阻尼器，包括固定板1、齿轮卡片2、齿轮3、齿条4、摩擦轴5、侧板6、施压板7、摩擦板8、单向轴承9、上端连接板10、底座连接法兰盘11，侧板6与固定板1围成箱体，如图5所示，箱体上部通过螺栓与上端连接板10进行栓接，齿条4下端与底座连接法兰盘11通过焊接进行固定连接。齿条4两侧设有凹槽，嵌入侧板6围成箱体的轨道内，使底座连接法兰盘11带动齿条4在侧板6轨道上往复运动时不会发生偏移。
还包括单向齿轮摩擦装置，单向齿轮摩擦装置由齿轮3、单向轴承9、齿轮卡片2、摩擦轴5组成。如图3所示，箱体内部设有1条轨道与4个圆槽，单向齿轮摩擦装置嵌入圆槽内，共计4个单向齿轮摩擦装置，齿条4前、后端两侧各一个单向齿轮摩擦装置。如图2所示，齿条4嵌入轨道并与单向齿轮摩擦装置在同一平面内，齿条4仅前端有齿牙，安装完的齿条4在初始状态时，其前、后端两侧与单向齿轮摩擦装置相接触但不啮合。如图8所示，其中单向轴承9通过键槽嵌入齿轮3内，单向轴承9安装方向需在加载阶段产生空转，卸载阶段不产生空转，并在两侧各安装有一个齿轮卡片2，齿轮卡片2与单向轴承9螺丝固定，如图9所示。齿轮卡片2的直径小于齿轮3去除齿牙后的直径，防止影响齿条4与齿轮3的啮合。摩擦轴5通过键槽固定于单向轴承9内。摩擦板8放置在带有摩擦轴5的侧板6一侧，通过施压板7挤压单向齿轮摩擦装置，施压板7螺栓固定于侧板6外侧，施压板7上设有凹槽，并嵌入有摩擦板8，使摩擦轴5转动时不会使摩擦板8产生偏离。
特别的，固定板1的厚度大于齿轮3与两个齿轮卡片2的总厚度，防止单向齿轮摩擦装置与侧板6产生摩擦。同时，摩擦轴5的摩擦面安装后要高于侧板6，使摩擦板8只与摩擦轴5产生接触。
另外，图9所示，为防止影响齿轮转动，齿轮卡片做了沉头处理。
半周摩擦阻尼器的摩擦力为螺栓拧紧施压板挤压齿轮摩擦装置产生的摩擦力。初始状态时，齿条4两侧的前、后端各有一个齿轮摩擦装置，齿条4与齿轮3相接触但不啮合。当阻尼器进入加载阶段时，齿轮3与齿条4产生啮合，齿轮4产生转动，齿轮4通过键槽带动单向轴承9产生转动，单向轴承9外圈随齿轮旋转，内圈不发生转动，即单向轴承9产生空转不带动摩擦轴5转动，与摩擦板8不产生摩擦，达到加载阶段不产生摩擦力的目的。当阻尼器进入卸载阶段时，齿条4带动齿轮3转动，齿轮3通过键槽带动单向轴承转动，单向轴承9内圈通过键槽带动摩擦轴5产生转动，既单向轴承不产生空转，摩擦轴5转动与摩擦板8产生摩擦力，达到卸载阶段产生摩擦力的目的。当卸载完成时，齿条4脱离啮合齿轮3与另一组齿轮啮合，进入上述相同的加载阶段，加载阶段完成时进入与上述相同的卸载阶段，形成半周摩擦阻尼器的滞回曲线，其等效刚度呈负刚度。其实施例的滞回曲线如图13所示，可以看出阻尼器在工作过程中表现为明显的负刚度。此外，当摩擦板的摩擦系数，拧紧施压板所用螺栓的扭矩，齿条带动齿轮摩擦装置的数量变化时可以对半周摩擦阻尼器的滞回性能进行调整。
上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。
Claims (10)
1.一种半周摩擦阻尼器，包括固定板(1)、齿条(4)、侧板(6)，所述侧板(6)与固定板(1)围成箱体，其特征在于：还包括单向齿轮摩擦装置，单向齿轮摩擦装置由齿轮(3)、单向轴承(9)、齿轮卡片(2)、摩擦轴(5)组成；所述箱体内部设有轨道与多个圆槽，所述单向齿轮摩擦装置嵌入圆槽内，所述齿条(4)嵌入轨道并与单向齿轮摩擦装置在同一平面内，齿条(4)前、后端两侧均设置有所述单向齿轮摩擦装置；其中单向轴承(9)通过键槽嵌入齿轮(3)内，并在两侧各安装有一个齿轮卡片(2)，所述摩擦轴(5)通过键槽固定于单向轴承(9)内；摩擦板(8)放置在带有摩擦轴(5)的侧板(6)一侧，通过施压板(7)挤压所述单向齿轮摩擦装置，所述施压板(7)固定于侧板(6)外侧；所述齿条(4)仅前端有齿牙，安装完的齿条(4)在初始状态时，其前、后端两侧与所述单向齿轮摩擦装置相接触但不啮合。
2.根据权利要求1所述的半周摩擦阻尼器，其特征在于：所述箱体上部通过螺栓与上端连接板(10)进行栓接，所述齿条(4)下端与底座连接法兰盘(11)通过焊接进行固定连接。
3.根据权利要求2所述的半周摩擦阻尼器，其特征在于：所述齿条(4)两侧设有凹槽，嵌入侧板(6)围成箱体的轨道内，使底座连接法兰盘(11)带动齿条(4)在侧板(6)轨道上往复运动时不会发生偏移。
4.根据权利要求2所述的半周摩擦阻尼器，其特征在于：所述施压板(7)上设有凹槽，并嵌入有所述摩擦板(8)，使摩擦轴(5)转动时不会使摩擦板(8)产生偏离。
5.根据权利要求2所述的半周摩擦阻尼器，其特征在于：所述齿轮卡片(2)的直径小于齿轮(3)去除齿牙后的直径，防止影响齿条(4)与齿轮(3)的啮合。
6.根据权利要求2所述的半周摩擦阻尼器，其特征在于：固定板(1)的厚度大于齿轮(3)与两个齿轮卡片(2)的总厚度，防止单向齿轮摩擦装置与侧板(6)产生摩擦。
7.根据权利要求2所述的半周摩擦阻尼器，其特征在于：所述摩擦轴(5)的摩擦面安装后要高于所述侧板(6)，使所述摩擦板(8)只与摩擦轴(5)产生接触。
8.根据权利要求2所述的半周摩擦阻尼器，其特征在于：所述单向轴承(9)安装方向需在加载阶段产生空转，卸载阶段不产生空转。
9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的半周摩擦阻尼器，其特征在于：所述箱体内部设有1条轨道与4个圆槽，共计4个单向齿轮摩擦装置，所述齿条(4)前、后端两侧各一个单向齿轮摩擦装置。
10.根据权利要求1-8任一权利要求所述的半周摩擦阻尼器，其特征在于：所述齿轮卡片(2)与所述单向轴承(9)螺丝固定，且所述施压板(7)用螺栓固定于侧板(6)外侧。
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