CN111140065A - 一种限位摩擦阻尼器 - Google Patents

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马玉宏
邱洁鹏
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Abstract

本发明涉及建筑结构消能减震技术领域，公开了一种限位摩擦阻尼器，包括摩擦片、滚珠丝杠、等宽凸轮机构和限位框；所述等宽凸轮机构包括从动框和设置在从动框内的凸轮，所述摩擦片设置于从动框的两侧，并与从动框贴紧，所述限位框扣设于从动框的外围，以限制从动框沿竖直方向运动以及限制摩擦片沿水平方向直线运动，所述滚珠丝杠穿过凸轮，所述滚珠丝杠上的滚珠螺母与凸轮连接。其有益效果在于：本装置可在小震的时候起滑，解决传统摩擦阻尼器小震不起作用的问题，而且摩擦行程始终在凸轮的偏心距内，不会因为行程过大而导致装置失效，解决传统摩擦阻尼器在大震下易因为位移超限而失效的问题。

Description

一种限位摩擦阻尼器
技术领域
本发明涉及建筑结构消能减震技术领域，具体涉及一种限位摩擦阻尼器。
背景技术
为了减小地震对建筑结构的损害，减隔震技术应用越来越广泛。基于被动减隔震技术的阻尼器种类繁多，被广泛应用于消能减震结构。但现有大多数阻尼器在小震作用下难以充分发挥作用，耗能能力较差；在超出预期的大地震作用下阻尼器位移易超出极限位移而失效，若采用更大行程的阻尼器则造价过高，不利于推广应用。
因此，开发一种在小震能发挥作用且在大震作用下不失效的阻尼器是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构合理，在小震下可摩擦耗能，在大震下位移不失效的限位摩擦阻尼器。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种限位摩擦阻尼器，包括摩擦片、滚珠丝杠、等宽凸轮机构和限位框；所述等宽凸轮机构包括从动框和设置在从动框内的凸轮，所述摩擦片设置于从动框的两侧，并与从动框贴紧，所述限位框扣设于从动框的外围，以限制从动框沿竖直方向运动以及限制摩擦片沿水平方向运动，所述滚珠丝杠穿过凸轮，所述滚珠丝杠上的滚珠螺母与凸轮连接。
进一步地，所述摩擦片设置于从动框上端的两侧和/或从动框下端的两侧。
进一步地，所述从动框由上边框、下边框和两个侧边框围成，所述凸轮设置在从动框中，且所述凸轮的外围与两个侧边框抵接，所述上边框和下边框沿其长度方向均开有贯穿其两侧的条形滑槽，所述上边框的条形滑槽和下边框的条形滑槽的两侧均设置有摩擦片，通过预紧螺栓穿过摩擦片和条形滑槽，以使摩擦片与从动框贴紧。
进一步地，所述摩擦片的两端伸出从动框的长度均大于凸轮的偏心距。
进一步地，所述限位框包括从动框挡板和摩擦片挡板，所述从动框挡板固定连接在两个所述摩擦片挡板之间，且封盖于两个所述摩擦片挡板的顶端，所述从动框挡板的内侧与从动框的上端面抵接，两张所述摩擦片挡板分别与摩擦片的两端抵接。
进一步地，所述限位框还包括前挡板和后挡板，所述前挡板安装于从动框挡板的前侧并与两张摩擦片挡板连接，所述后挡板安装于从动框挡板的后侧并与两张摩擦片挡板连接，所述滚珠丝杠依次穿过前挡板、凸轮和后挡板。
进一步地，所述限位框还包括加劲肋，所述加劲肋分别与前挡板和后挡板连接，以支撑前挡板和后挡板。
进一步地，所述滚珠丝杠的一端设置有用于以建筑结构或桥梁结构连接的插销组件。
进一步地，还包括基座，所述等宽凸轮机构设置在基座上，所述基座与限位框相配合以限制从动框沿竖直方向运动以及限制摩擦片沿水平方向运动。
进一步地，所述基座开有多个安装孔。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
1、本发明通过设置等宽凸轮机构、限位框、摩擦片和滚珠丝杠，具有良好的力的放大效应。通过合理设计滚珠丝杠螺距的大小、凸轮半径、偏心距的大小等凸轮机构的尺寸参数，可以调整力的放大倍数为几倍甚至几十倍，从而通过较小的预紧力提供很大的摩擦力，合理调整预紧力大小，可以解决传统摩擦阻尼器在小震无法起滑的问题；又因为旋转效应带来的放大效果，使装置施加小的预紧力在放大后有大吨位摩擦阻尼器的效果，有明显的经济效应。
2、本发明的突出特点是可以往复多周摩擦，摩擦行程始终在凸轮的偏心距以内，有效地避免了传统摩擦阻尼器在结构遭遇罕遇甚至极罕遇地震作用下因为行程过大而失效的现象。
3、本发明具有良好的质量放大效应，在地震力的作用下，滚珠螺母与凸轮产生极大的加速转动会耗散一定的能量，而且加速度越大，质量耗散的能量越多。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的限位摩擦阻尼器的结构示意图；
图2示出了根据本发明中的等宽凸轮机构与滚珠丝杠连接的结构示意图；
图3示出了根据本发明中的等宽凸轮机构与摩擦片连接的结构示意图。
图中，1为摩擦片；2为滚珠丝杠；3为限位框；4为从动框；5为凸轮；6为上边框；7为下边框；8为侧边框；9为条形滑槽；10为从动框挡板；11为摩擦片挡板；12为前挡板；13为加劲肋；14为插销组件；15为基座；16为滚珠螺母；17为普通螺栓；18为后挡板；19为预紧螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示的限位摩擦阻尼器，包括摩擦片1、滚珠丝杠2、等宽凸轮机构和限位框3；所述等宽凸轮机构包括从动框4和设置在从动框4内的凸轮5，所述摩擦片1设置于从动框4的两侧，并与从动框4贴紧，所述摩擦片1的安装方向垂直于滚珠丝杠2，所述限位框3扣设于从动框4的外围，以限制从动框4沿竖直方向运动以及限制摩擦片1沿水平方向运动，所述滚珠丝杠2穿过凸轮5，所述滚珠丝杠2上的滚珠螺母16与凸轮5连接。当建筑结构或桥梁结构发生位移带动滚珠丝杠2运动时，滚珠丝杠2带动滚珠螺母16旋转进而带动凸轮5转动，因限位框3的约束作用，从动框4仅在凸轮5的偏心距的行程内作水平往复运动，同时，从动框4与摩擦片1产生摩擦，利用摩擦耗能达到减震的效果。其中从动框4的运动方向垂直于滚珠丝杠2。通过调节摩擦片1与从动框4的贴紧程度，控制二者之间摩擦力的大小，使得本阻尼器在小震下可摩擦耗能。从动框的左右移动距离被凸轮5的偏心距限制，使得本阻尼器在大震下位移不失效。
所述摩擦片1设置于从动框4上端的两侧和/或从动框4下端的两侧。在具体实施时，摩擦片1可以安装在从动框4上端的两侧，或者从动框4下端的两侧，为了提高本装置的减震效果，优选为从动框4上端和下端的两侧均安装摩擦片1。
如图3所示，所述从动框4由上边框6、下边框7和两个侧边框8围成，所述凸轮5设置在从动框4中，且所述凸轮5的外围与两个侧边框8抵接，所述上边框6和下边框7沿其长度方向均开有贯穿其两侧的条形滑槽9，所述上边框6的条形滑槽9和下边框7的条形滑槽9的两侧均设置有摩擦片1，两侧的摩擦片1通过预紧螺栓19与条形滑槽9连接，以使摩擦片1与从动框的上边框6和下边框7贴紧。上边框6和下边框7与摩擦片1通过预紧螺栓19连接，预紧螺栓19可产生预紧力，可以通过预紧螺栓19调整预紧力的大小，进而调整摩擦片1与从动框4的贴紧程度，控制从动框4受到摩擦力的大小，能够解决传动摩擦阻尼器在小震无法起滑的问题。通过设置条形滑槽9，从动框4的运动不会受到预紧螺栓19的影响。其中，从动框4呈矩形。为了提高本限位摩擦阻尼器的稳定性，位于上边框6两侧的摩擦片1，其顶端与上边框6的顶端齐平，位于下边框7两侧的摩擦片1，其底端与下边框7的底端齐平，且位于下边框7两侧的摩擦片还与基座固定连接。从动框4在凸轮5的带动下往复运动且与摩擦片1摩擦，利用摩擦耗能达到减震的效果。
所述摩擦片1的两端伸出从动框4的的长度大于凸轮5的偏心距。从动框4跟随凸轮5做往复运动，从动框4向一侧运动的最大行程为凸轮的偏心距。通过此设置能够使从动框4在往复运动的过程中保持与摩擦片1摩擦，能够有效提高减震效果。
所述限位框3包括从动框挡板10和摩擦片挡板11，所述从动框挡板10固定连接在两个所述摩擦片挡板11之间，且封盖于两个所述摩擦片挡板11的顶端，所述从动框挡板10的内侧与从动框4的上端面抵接，两张所述摩擦片挡板11分别与摩擦片1的两端抵接。还包括基座15，两张摩擦片挡板11的底端固定在基座15上，从动框4的底端放置在基座15上。通过设置从动框挡板10限制从动框沿竖直方向运动，摩擦片1两端需通过摩擦片挡板11限制其位移，限制其与从动框4共同运动，使得摩擦片1在从动框4运动过程处于静止状态，从而使运动的从动框4与摩擦片1产生摩擦，达到摩擦耗能的效果。
所述限位框3还包括前挡板12和后挡板18，所述前挡板12安装于从动框挡板10的前侧并与两张摩擦片挡板11连接，所述后挡板18安装于从动框挡板10的后侧并与两张摩擦片挡板11连接，所述滚珠丝杠2依次穿过前挡板12、凸轮5和后挡板18。其中，前挡板12、凸轮5和后挡板18上均开有与滚珠丝杠2相配合的贯穿孔，当滚珠丝杠运动时，不会对前挡板12和后挡板18产生影响。前挡板12、后挡板18与从动框挡板10和摩擦片挡板11之间采用普通螺栓17连接。限位框3和基座15相配合，形成了一个设置在等宽凸轮机构外围的闭合空间，可以防止灰尘，水分等外界干扰对本限位摩擦阻尼器的耐久性及减震效果产生影响。
所述限位框还包括加劲肋，所述加劲肋分别与前挡板和后挡板连接，以支撑前挡板和后挡板。
所述滚珠丝杠2的一端设置有用于以建筑结构或桥梁结构连接的插销组件14。实际使用时，插销组件通过万向接头与建筑结构或桥梁结构连接，以保证在地震发生时，滚珠丝杠只沿一个方向往复运动，而不产生晃动。当建筑结构或桥梁结构在地震作用下发生位移时，可以通过插销组件14带动滚珠丝杠2共同运动，滚珠丝杠2运动可以带动滚珠螺母16转动，进而带动凸轮5转动，从而使从动框4在垂直于滚珠丝杠2运动方向做水平往复运动，其最大行程为凸轮5的偏心距。
所述基座15开有多个安装孔。基座15预留有多个安装孔，用于与建筑结构的梁或者墙及桥梁结构的墩柱连接，使本限位摩擦阻尼器与建筑结构或桥梁结构保持相对静止，而滚珠丝杠2做相对运动。
本限位摩擦阻尼器的工作原理为：当地震发生之时，建筑或桥梁等结构通过插销组件14带动滚珠丝杠2共同运动，滚珠丝杠2水平运动的同时滚珠螺母16发生转动，从而带动凸轮5转动，因为凸轮5的偏心转动以及限位框3对从动框4的竖向约束，从动框4会进行垂直于滚珠丝杠2方向的水平往复运动，且运动行程始终在凸轮5的偏心距以内，又因从动框4与摩擦片1通过预紧螺栓19连接在一起，摩擦片1被摩擦片挡板11约束运动，故从动框4运动的同时与摩擦片产生摩擦，达到耗能的目的。且由于从动框4预留的条形滑槽9，使预紧螺栓19连接从动框4与摩擦片1的同时又不妨碍其运动。最后加上前挡板12和后挡板18，并用普通螺栓17将各部分挡板连接成整体，形成闭合空间，可以防止灰尘，水分等外界干扰对装置耐久性及减震效果产生影响。
本限位摩擦阻尼器，因为旋转效应有很好的摩擦力放大效果，通过合理设置装置的尺寸参数比如滚珠丝杠螺距的大小、凸轮半径、偏心距的大小等可以使力放大几倍甚至几十倍，通过施加很小的预紧力即可产生大吨位阻尼器的减震效果，节约造价；而且可以进一步调整预紧力的大小，使本限位摩擦阻尼器可以在小震的时候起滑，解决传统摩擦阻尼器小震不起作用的问题；由于等宽凸轮机构的工作机理，从动框运动行程始终在凸轮的偏心距以内，由于此限位效果，本限位摩擦阻尼器永远不会因为行程过大而导致失效，解决传统摩擦阻尼器在大震下易因为位移超限而失效的问题。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种限位摩擦阻尼器，其特征在于：包括摩擦片、滚珠丝杠、等宽凸轮机构和限位框；所述等宽凸轮机构包括从动框和设置在从动框内的凸轮，所述摩擦片设置于从动框的两侧，并与从动框贴紧，所述限位框扣设于从动框的外围，以限制从动框沿竖直方向运动以及限制摩擦片沿水平方向运动，所述滚珠丝杠穿过凸轮，所述滚珠丝杠上的滚珠螺母与凸轮连接。
2.根据权利要求1所述的限位摩擦阻尼器，其特征在于：所述摩擦片设置于从动框上端的两侧和/或从动框下端的两侧。
3.根据权利要求1所述的限位摩擦阻尼器，其特征在于：所述从动框由上边框、下边框和两个侧边框围成，所述凸轮设置在从动框中，且所述凸轮的外围与两个侧边框抵接，所述上边框和下边框沿其长度方向均开有贯穿其两侧的条形滑槽，所述上边框的条形滑槽和下边框的条形滑槽的两侧均设置有摩擦片，预紧螺栓穿过摩擦片和条形滑槽，以使摩擦片与从动框贴紧。
4.根据权利要求1所述的限位摩擦阻尼器，其特征在于：所述限位框包括从动框挡板和摩擦片挡板，所述从动框挡板固定连接在两个所述摩擦片挡板之间，且封盖于两个所述摩擦片挡板的顶端，所述从动框挡板的内侧与从动框的上端面抵接，两张所述摩擦片挡板分别与摩擦片的两端抵接。
5.根据权利要求4所述的限位摩擦阻尼器，其特征在于：所述限位框还包括前挡板和后挡板，所述前挡板安装于从动框挡板的前侧并与两张摩擦片挡板连接，所述后挡板安装于从动框挡板的后侧并与两张摩擦片挡板连接，所述滚珠丝杠依次穿过前挡板、凸轮和后挡板。
6.根据权利要求5所述的限位摩擦阻尼器，其特征在于：所述限位框还包括加劲肋，所述加劲肋分别与前挡板和后挡板连接，以支撑前挡板和后挡板。
7.根据权利要求1所述的限位摩擦阻尼器，其特征在于：所述摩擦片的两端伸出从动框的长度均大于凸轮的偏心距。
8.根据权利要求1所述的限位摩擦阻尼器，其特征在于：所述滚珠丝杠的一端设置有用于以建筑结构或桥梁结构连接的插销组件。
9.根据权利要求1所述的限位摩擦阻尼器，其特征在于：还包括基座，所述等宽凸轮机构设置在基座上，所述基座与限位框相配合以限制从动框沿竖直方向运动以及限制摩擦片沿水平方向运动。
10.根据权利要求9所述的限位摩擦阻尼器，其特征在于：所述基座开有多个安装孔。
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