CN111173157A - 模块化自平衡式惯容阻尼器 - Google Patents

模块化自平衡式惯容阻尼器 Download PDF

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CN111173157A CN202010085460.4A CN202010085460A CN111173157A CN 111173157 A CN111173157 A CN 111173157A CN 202010085460 A CN202010085460 A CN 202010085460A CN 111173157 A CN111173157 A CN 111173157A
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谢丽宇
濮昱
薛松涛
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Abstract

本申请涉及一种模块化自平衡式惯容阻尼器，正反牙丝杆的两边分别从中部向端部依次对称设置传动齿轮、转接盘、丝杆螺母，传动齿轮通过转接盘可转动地安装在连接正反牙丝杆的丝杆螺母上，并跟随丝杆螺母转动，两个支座轴承分别套设在正反牙丝杆的两端并连接丝杆螺母作为阻尼器的固定支座；轴承板支座位于正反牙丝杆中部位置，上主齿轮和下主齿轮分别设于轴承板上部的中央轴承上和轴承板下部的中央轴承下，并分别通过螺栓与中央轴承、轴承板连接。本申请通过正反牙丝杆使主齿轮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，实现了丝杆的自平衡性能。

Description

模块化自平衡式惯容阻尼器
技术领域
本申请涉及一种土木工程领域，具体的说是模块化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。
由电涡流原理，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
本申请旨在克服现有技术的缺陷，提供一种模块化自平衡式惯容阻尼器，通过正反牙丝杆使主齿轮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，实现了丝杆的自平衡性能。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
一种模块化自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：它包括正反牙丝杆、转接盘、传动齿轮、主齿轮、轴承板支座、中央轴承、丝杆螺母和支座轴承；主齿轮包括上主齿轮和下主齿轮；
所述正反牙丝杆为螺纹丝杆，在其中点处一分为二且中点处的两边有两种不同方向的螺纹，分别为正牙端和反牙端；所述正反牙丝杆的两边分别从中部向端部依次对称设置传动齿轮、转接盘、丝杆螺母，所述转接盘不与正反牙丝杆接触，传动齿轮通过转接盘可转动地安装在连接正反牙丝杆的丝杆螺母上，并跟随丝杆螺母转动，所述转接盘的内圈孔位与丝杆螺母匹配，内外圈孔位与传动齿轮相对应；
所述两个支座轴承的底部固定于地面上，底部上的轴承部分分别套设在正反牙丝杆的两端并连接丝杆螺母作为阻尼器的固定支座，用于限制传动齿轮之间的相对直线运动，但允许两者进行相对转动；
所述轴承板支座包括L型立板以及横向设于L型立板一侧的两块轴承板，轴承板支座位于正反牙丝杆中部位置，L型立板固定于地面上，两块轴承板的上部和下部分别固定一个中央轴承，所述上主齿轮和下主齿轮分别设于轴承板上部的中央轴承上和轴承板下部的中央轴承下，并分别通过螺栓与中央轴承、轴承板连接。
所述的模块化自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：正反牙丝杆中部预留无螺纹部分，左右两部分的螺纹行程分别设计为235mm。
所述的模块化自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：所述正反牙丝杆的两端为带中心通孔的扁平形状用于适应夹具夹紧和钢索连接两种连接方式。
所述的模块化自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：所述上主齿轮上安装永磁体。
所述的模块化自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：所述下主齿轮材料为导电性能好的铜或铝。
本申请的有益效果是：1、采用左右正反牙丝杆使齿轮互为转子定子，电涡流效应的作用力矩与反作用力矩同时作用在丝杆上互相抵消，使之达到自平衡。这样可以将该装置应用在纯拉力的系统上，采用预应力钢绞线进行安装，对支座的要求不高，方便安装。
2、本申请所述的一种采用正反牙丝杆的自平衡式惯容阻尼器的阻尼来源不依靠机械摩擦耗能，也不存在密封问题，与结构无直接接触，无机械性磨擦和损耗，耐久性好，结构大大简化，加工安装方便；
3、采用永磁铁来提供形成电涡流所需的磁场，无需外界能源，就可实现较大的阻尼比，由永磁体和结构位移来提供阻尼力，无需润滑，易养护；
4、该装置一方面可以实现阻尼系数的简单易调、阻尼与刚度完全分离；另一方面，还具有普通螺旋转动阻尼器所不具有的自平衡性能。
5、原有的自平衡式惯容系统，通过导体盘与磁体盘的相对转动提供惯容与电涡流阻尼，但在结构应用中，受实际空间的限制，导体盘与磁体盘不能无限制放大，因此对惯容实现的形式提出了新的要求。与原有的双盘式自平衡惯容系统相比，新型的模块化自平衡式惯容系统，将传动模块和惯容模块分开，利用齿轮传动将齿轮盘扩展到空间中，更好地利用了空间，也便于后续设计中惯容的调整，也可继续串联多个惯容系统，实现质量的再放大。另外，此类惯容器设计，只需要保证运动转换模块的扭矩配平，对惯容部分的设计将更为自由，具有很强的扩展性。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本申请作进一步的详细说明：
图1为本申请的轴测示意图；
图2为轴承板示意图；
图3为本申请的正视方向示意图；
图4为本申请横截面示意图。
其中，1-正反牙丝杆、2-转接盘、3-传动齿轮、4-主齿轮、41-上主齿轮、42-下主齿轮、5-轴承板支座、51-L型立板、52-轴承板、6-中央轴承、7-丝杆螺母、8-支座轴承。
具体实施方式
如图1-4所示：一种模块化自平衡式惯容阻尼器，它包括正反牙丝杆1、转接盘2、传动齿轮3、主齿轮4、轴承板支座5、中央轴承6、丝杆螺母7和支座轴承8；主齿轮包括上主齿轮41和下主齿轮42；
所述正反牙丝杆1为螺纹丝杆，在其中点处一分为二且中点处的两边有两种不同方向的螺纹，分别为正牙端和反牙端；所述正反牙丝杆1的两边分别从中部向端部依次对称设置传动齿轮3、转接盘2、丝杆螺母7，所述转接盘2不与正反牙丝杆1接触，传动齿轮3通过转接盘2可转动地安装在连接正反牙丝杆1的丝杆螺母上，并跟随丝杆螺母7转动，所述转接盘的内圈孔位与丝杆螺母匹配，内外圈孔位与传动齿轮相对应；正反牙丝杆中部预留无螺纹部分，左右两部分的螺纹行程分别设计为235mm；所述正反牙丝杆的两端为带中心通孔的扁平形状用于适应夹具夹紧和钢索连接两种连接方式。
所述两个支座轴承8的底部固定于地面上，底部上的轴承部分分别套设在正反牙丝杆的两端并连接丝杆螺母作为阻尼器的固定支座，用于限制传动齿轮3之间的相对直线运动，但允许两者进行相对转动；
所述轴承板支座5包括L型立板51以及横向设于L型立板一侧的两块轴承板52，轴承板支座位于正反牙丝杆中部位置，L型立板固定于地面上，两块轴承板的上部和下部分别固定一个中央轴承，所述上主齿轮和下主齿轮分别设于轴承板上部的中央轴承上和轴承板下部的中央轴承下，并分别通过螺栓与中央轴承、轴承板连接；所述上主齿轮上安装永磁体；下主齿轮材料为导电性能好的铜或铝。
本申请的关键技术点如下：
模块化设计：本申请将传动模块和惯容阻尼模块相分离，通过新型的模块化自平衡式惯容系统，将传动模块和惯容模块分开，利用齿轮传动将齿轮盘扩展到空间中。左右正反牙丝杆的设计能够获得相比普通螺纹丝杆旋转式电涡流阻尼器两倍的电涡流放大效应。
自平衡性：由于传动模块螺母分别在方向相反的螺纹上运动，所以当它们在轴线上直线运动往同一个方向运动时，轴承保证了它们之间直线距离不变，当它们往同方向直线运动时会以相反转动方向绕轴线做转动，这样的相反运动使得两齿轮盘之间形成两倍的相对角位移供电涡流效应发挥作用，同时两盘之间电磁力和电磁力反作用力以等量相反方向作用在丝杆上，在轴线方向上共同作用形成两倍的阻尼力效应，在绕轴转动方向上又互相抵消保持了丝杆的平衡。
因此与传统技术相比，自平衡式惯容阻尼器的阻尼来源采用了电涡流阻尼，不依靠机械摩擦耗能，也不存在密封问题，与结构无直接接触，无机械性磨擦和损耗，耐久性好，结构大大简化，加工安装方便；采用拉索的位移转换机制，实现阻尼器刚度和阻尼力的分离；采用永磁铁来提供形成电涡流所需的磁场，无需外界能源，就可实现较大的阻尼比，由永磁体和结构位移来提供阻尼力，无需润滑，易养护。本申请适用于中心消能构件纯拉力系统，利用了在框架中用钢索悬吊轻型阻尼器来传递框架间横向振动位移给消能构件的方式，达到了快速安装、调试方便、造价便宜和受力清晰的效果。传统有丝杆旋转式惯容阻尼器虽然已具有一定的速度放大能力，但必须依托定子和转子的相对运动进行工作，利用左右正反牙丝杆配套一对导体磁体盘，电涡流效应的作用力矩与反作用力矩同时作用在丝杆上互相抵消，使之可以达到自平衡。震后可通过拉索的张紧状态快速评估阻尼器工作状态，是否需更换相关构件；大大提高了阻尼器的耐久性和工程实用性。与原有的双盘式自平衡惯容系统相比，新型的模块化自平衡式惯容系统，将传动模块和惯容模块分开，利用齿轮传动将齿轮盘扩展到空间中，更好地利用了空间，也便于后续设计中惯容的调整，也可继续串联多个惯容系统，实现质量的再放大。另外，此类惯容器设计，只需要保证运动转换模块的扭矩配平，对惯容部分的设计将更为自由，具有很强的扩展性。

Claims (5)

1.一种模块化自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：它包括正反牙丝杆、转接盘、传动齿轮、主齿轮、轴承板支座、中央轴承、丝杆螺母和支座轴承；主齿轮包括上主齿轮和下主齿轮；
所述正反牙丝杆为螺纹丝杆，在其中点处一分为二且中点处的两边有两种不同方向的螺纹，分别为正牙端和反牙端；所述正反牙丝杆的两边分别从中部向端部依次对称设置传动齿轮、转接盘、丝杆螺母，所述转接盘不与正反牙丝杆接触，传动齿轮通过转接盘可转动地安装在连接正反牙丝杆的丝杆螺母上，并跟随丝杆螺母转动，所述转接盘的内圈孔位与丝杆螺母匹配，内外圈孔位与传动齿轮相对应；
所述两个支座轴承的底部固定于地面上，底部上的轴承部分分别套设在正反牙丝杆的两端并连接丝杆螺母作为阻尼器的固定支座，用于限制传动齿轮之间的相对直线运动，但允许两者进行相对转动；
所述轴承板支座包括L型立板以及横向设于L型立板一侧的两块轴承板，轴承板支座位于正反牙丝杆中部位置，L型立板固定于地面上，两块轴承板的上部和下部分别固定一个中央轴承，所述上主齿轮和下主齿轮分别设于轴承板上部的中央轴承上和轴承板下部的中央轴承下，并分别通过螺栓与中央轴承、轴承板连接。
2.根据权利要求1所述的模块化自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：正反牙丝杆中部预留无螺纹部分，左右两部分的螺纹行程分别设计为235mm。
3.根据权利要求1所述的模块化自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：所述正反牙丝杆的两端为带中心通孔的扁平形状用于适应夹具夹紧和钢索连接两种连接方式。
4.根据权利要求1所述的模块化自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：所述上主齿轮上安装永磁体。
5.根据权利要求1所述的模块化自平衡式惯容阻尼器，其特征在于：所述下主齿轮材料为导电性能好的铜或铝。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114877019A (zh) * 2022-05-11 2022-08-09 东北大学 一种用于转子系统扭振抑制的惯容超材料隔振器

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