CN111719727A - 一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，包括壳体、自复位机构、凸轮机构、阻尼器、基座，贯穿自复位机构和凸轮机构的滚珠丝杠；自复位机构包括组合碟簧和套管，组合碟簧套装在套管上，套管套装在滚珠丝杠上，套管的两个端部上均固定连接有碟簧挡板；凸轮机构包括矩形框和凸轮，滚珠丝杠上套装有滚珠螺母，凸轮固定套装在滚珠螺母上，矩形框套设在凸轮上，矩形框的外部设有限位框，矩形框在限位框内作往复运动，限位框固定连接在基座上，阻尼器的一端连接在基座上，阻尼器的另一端连接在矩形框上。本发明能够将建筑结构产生的层间变形响应放大，使阻尼器在行程内充分发挥耗能能力而位移不失效，并且具有自复位功能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构消能减震技术领域，具体涉及一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置。
背景技术
我国是地震多发的国家，地震的发生带来了大量的人员伤亡与经济损失。为了减小地震对建筑结构的损害，消能减震技术应用越来越广泛。消能减震技术是现代结构振动控制理论应用于结构抗震设防中的一种有效方法，通过在结构的某些部位增设阻尼器，为结构提供一定的附加刚度或附加阻尼，在地震作用下主要通过阻尼器来耗散输入结构的能量，以减轻结构的动力响应。
在实际中，建筑结构在地震和风荷载等外荷载作用下产生的层间位移和速度较小，阻尼器难以发挥有效的耗能能力。近年来，国内外出现了多种具有放大效应的阻尼器减震装置，主要是利用杠杆或齿轮原理等将结构层间位移和速度放大，使阻尼器能够在地震和风荷载作用下尽早发挥耗能能力。但是当遭遇罕见地震时，放大了的层间位移或速度会导致阻尼器更早达到性能极限而失效，使结构面临破坏甚至倒塌的风险；而采用传统的耗能减震技术，则需要采用大吨位大行程阻尼器，导致造价较高，并且阻尼器也面临着性能失效的风险。此外，现有的响应放大阻尼器没有自复位功能，会使结构产生较大的残余变形，且自复位阻尼器构造复杂，难以安装，非一体化构造，难以在工程中应用。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，可以将建筑结构产生的层间变形响应放大，使阻尼器在行程内充分发挥耗能能力而位移不失效，并且能够使建筑结构产生的层间变形自复位。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，包括壳体，安装在壳体第一腔体内的自复位机构，安装在壳体第二腔体内的凸轮机构、阻尼器、基座，贯穿自复位机构和凸轮机构的滚珠丝杠；自复位机构在第一腔体内作伸缩运动，自复位机构包括组合碟簧和套管，组合碟簧套装在套管上，套管套装在滚珠丝杠上，套管的两个端部上均固定连接有碟簧挡板；凸轮机构在第二腔体内作往复运动，带动阻尼器作往复运动，凸轮机构包括矩形框和凸轮，滚珠丝杠上套装有滚珠螺母，凸轮固定套装在滚珠螺母上，矩形框套设在凸轮上，矩形框的外部设有限位框，矩形框在限位框内作往复运动，限位框固定连接在基座上，阻尼器的一端连接在基座上，阻尼器的另一端连接在矩形框上。
进一步的，组合碟簧的两个端部均与碟簧挡板固定连接，碟簧挡板的外侧均设有限位螺母，限位螺母固定套装在滚珠丝杠上，限位螺母将组合碟簧和碟簧挡板限定在滚珠丝杠相应的位置上。
进一步的，壳体的一个侧壁上开设有方形孔，滚珠丝杠的一端穿过方形孔并连接有第一连接件，滚珠丝杠的另一端与壳体的另一侧壁之间有一定距离，壳体的另一侧壁外部固定连接有第二连接件。第一连接件和第二连接件用于连接建筑结构，滚珠丝杠的另一端与壳体的另一侧壁之间有一定距离，该距离为滚珠丝杠的最大移动位移，该距离为滚珠丝杠的预留活动空间，避免装置因为建筑结构位移行程过大而失效。
进一步的，套管一端的碟簧挡板紧贴在开设有方形孔的侧壁上，壳体内部设有第一限位挡板，套管另一端的碟簧挡板紧贴在第一限位挡板上，组合碟簧和碟簧挡板只能在开设有方形孔的侧壁和第一限位挡板之间移动。
进一步的，套管中部采用弹性材料制成，可承担一定的压缩变形。
进一步的，矩形框的左右两侧均设有第二限位挡板，第二限位挡板上开设有供滚珠丝杠穿过的通孔，第二限位挡板上设有加劲肋。加劲肋用于支撑第二限位挡板，保证装置的稳定性。
进一步的，两个第二限位挡板和滚珠螺母之间均设有推力轴承，推力轴承套装在滚珠丝杠上。第二限位挡板和推力轴承用于防止滚珠螺母向左右两侧水平移动，保证滚珠螺母只能在滚珠丝杠上转动，从而带动凸轮转动。
进一步的，阻尼器有两个，两个阻尼器分别设置在矩形框的前后两侧，矩形框的前后两侧壁上均设有第一耳板，阻尼器的一端通过螺栓连接在第一耳板上，基座上设有第二耳板，阻尼器的另一端通过螺栓连接在第二耳板上。
进一步的，矩形框的前后两侧均设有第三限位挡板，第三限位挡板位于矩形框和阻尼器之间。第三限位挡板用于防止矩形框向前后两侧移动，保证矩形框在限位框限定的轨道内往复运动。
进一步的，阻尼器为速度相关型阻尼器或位移相关型阻尼器。
总的说来，本发明具有如下优点：
1、本发明具有良好的响应放大效果，可以将建筑结构产生的层间位移和速度响应放大，使阻尼器在小震作用下能充分发挥耗能能力，又能够保证阻尼器在大震或极罕遇地震作用下位移不失效。本发明的滚珠丝杠通过滚珠螺母将水平运动转化为凸轮的回转运动，凸轮转动带动矩形框往复运动，矩形框往复运动带动阻尼器往复运动耗能。
2、本发明具有自复位功能，通过组合碟簧的回弹力，带动滚珠丝杠复位，从而带动建筑结构的层间位移复位。
3、本发明一体化构造，便于运用于实际工程中，并且能降低工程造价，适用于小震乃至极罕遇地震作用。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图。
图2是本发明自复位机构的结构示意图。
图3是本发明凸轮机构和阻尼器的结构示意图。
图4是本发明的外部结构示意图。
图5是本发明正常状态下的示意图。
图6是本发明受压状态下的示意图。
图7是本发明受拉状态下的示意图。
其中：1为壳体，2为组合碟簧，3为套管，4为碟簧挡板，5为滚珠丝杠，6为滚珠螺母，7为限位螺母，8为方形孔，9为凸轮，10为矩形框，11为限位框，12为推力轴承，13为第一限位挡板，14为第二限位挡板，15为第三限位挡板，16为加劲肋，17为阻尼器，18为第一耳板，19为第二耳板，20为螺栓，21为基座，22为第一连接件，23为第二连接件。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
为叙述方便，下文所说的前后左右的方向定义如下：如图1所示，第一连接件所在的位置为左侧，第二连接件所在的位置为右侧，能直接看到的阻尼器所在的位置为前侧，对称设置的另一个阻尼器所在的位置为后侧。
如图1、图2和图3所示，一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，包括壳体，安装在壳体第一腔体内的自复位机构，安装在壳体第二腔体内的凸轮机构、阻尼器、基座，贯穿自复位机构和凸轮机构的滚珠丝杠；自复位机构在第一腔体内作伸缩运动，自复位机构包括组合碟簧和套管，组合碟簧套装在套管上，套管套装在滚珠丝杠上，套管的两个端部上均固定连接有碟簧挡板；凸轮机构在第二腔体内作往复运动，带动阻尼器作往复运动，凸轮机构包括矩形框和凸轮，滚珠丝杠上套装有滚珠螺母，凸轮固定套装在滚珠螺母上，矩形框套设在凸轮上，矩形框的外部设有限位框，矩形框在限位框内作往复运动，限位框固定连接在基座上，阻尼器的一端连接在基座上，阻尼器的另一端连接在矩形框上，基座固定在壳体上。
如图3所示，限位框包括至少四根限位杆，在本实施方式中，限位框由四根限位杆构成，四根限位杆分别设置在矩形框的两个竖向边的左右两侧，竖线边左右两侧的限位杆之间形成一个竖向轨道，使得矩形框只能在这个竖向轨道中上下往复运动。
如图1和图4所示，壳体是一个封闭整体，壳体由多块钢板焊接而成，壳体的一个侧壁上开设有方形孔，滚珠丝杠的一端穿过方形孔并连接有第一连接件，滚珠丝杠的另一端与壳体的另一侧壁之间有一定距离，壳体的另一侧壁外部固定连接有第二连接件。第一连接件和第二连接件用于连接建筑结构。滚珠丝杠的另一端与壳体的另一侧壁之间有一定距离，该距离为滚珠丝杠的最大移动位移，该距离为滚珠丝杠的预留活动空间，避免装置因为建筑结构位移行程过大而失效。
如图1和图2所示，组合碟簧套装在套管上，套管用于保护滚珠丝杠，防止组合碟簧与滚珠丝杠直接接触，套管中部采用弹性材料制成，可承担一定的压缩变形。组合碟簧的两个端部均与碟簧挡板固定连接，碟簧挡板的外侧均设有限位螺母，限位螺母固定套装在滚珠丝杠上，限位螺母将组合碟簧和碟簧挡板限定在滚珠丝杠相应的位置上。套管一端的碟簧挡板紧贴在开设有方形孔的侧壁上，壳体内部设有第一限位挡板，套管另一端的碟簧挡板紧贴在第一限位挡板上，组合碟簧和碟簧挡板只能在开设有方形孔的侧壁和第一限位挡板之间移动，即在壳体的第一腔体内移动。组合碟簧由60Si2MnA及50CrVA材质的钢板冲压而成，并对组合碟簧进行预压处理，不管建筑结构受压或者受拉，均能使组合碟簧压缩变形，并以此提供恢复力。
如图3和图5所示，矩形框的左右两侧均设有第二限位挡板，第二限位挡板上开设有供滚珠丝杠穿过的通孔，第二限位挡板上设有加劲肋。加劲肋用于支撑第二限位挡板，保证装置的稳定性。两个第二限位挡板和滚珠螺母之间均设有推力轴承，推力轴承套装在滚珠丝杠上。第二限位挡板和推力轴承用于防止滚珠螺母向左右两侧水平移动，保证滚珠螺母只能在滚珠丝杠上转动，从而带动凸轮转动。矩形框的前后两侧均设有第三限位挡板，第三限位挡板位于矩形框和阻尼器之间。第三限位挡板用于防止矩形框向前后两侧移动，保证矩形框在限位框限定的轨道内往复运动。阻尼器有两个，两个阻尼器分别设置在矩形框的前后两侧，矩形框的前后两侧壁上均设有第一耳板，阻尼器的一端通过螺栓连接在第一耳板上，基座上设有第二耳板，阻尼器的另一端通过螺栓连接在第二耳板上。阻尼器为速度相关型阻尼器或位移相关型阻尼器。
在使用本发明时，第一连接件和第二连接件与建筑结构相连，当地震发生时，建筑结构产生的层间位移推动滚珠丝杠水平移动，滚珠丝杠水平移动带动滚珠螺母转动，由于第二限位挡板和推力轴承限制了滚珠螺母向左右两侧水平移动，使得滚珠螺母只能在滚珠丝杠上转动，滚珠螺母转动带动了凸轮转动，凸轮与矩形框之间存在摩擦，两者之间的摩擦力能够耗散一部分能量，凸轮带动矩形框往复运动，由于限位框限制了矩形框的运动轨道，使得矩形框只能在限位框内上下往复运动，矩形框上下往复运动带动了连接在矩形框前后两侧的阻尼器往复运动，通过阻尼器往复运动实现耗能减震。
如图6所示，当滚珠丝杠受压力作用向右侧水平移动时，滚珠丝杠向右水平移动带动滚珠螺母转动，滚珠螺母转动带动了凸轮转动，凸轮转动带动矩形框往复运动，矩形框往复运动带动阻尼器往复运动耗能。与此同时，左侧的限位螺母推动左侧的碟簧挡板向右移动，而第一限位挡板挡住了右侧的碟簧挡板，使得组合碟簧压缩变形。当地震结束后，滚珠丝杠的压力消失后，组合碟簧回弹，左侧的碟簧挡板推动左侧的限位螺母向左移动，左侧的限位螺母带动滚珠丝杠向左移动复位，使得建筑结构的层间位移复位。
如图7所示，当滚珠丝杠受拉力作用向左侧水平移动时，滚珠丝杠向左水平移动带动滚珠螺母转动，滚珠螺母转动带动了凸轮转动，凸轮转动带动矩形框往复运动，矩形框往复运动带动阻尼器往复运动耗能。与此同时，右侧的限位螺母推动右侧的碟簧挡板向左移动，而开设有方形孔的侧壁挡住了左侧的碟簧挡板，使得组合碟簧压缩变形。当地震结束后，滚珠丝杠的拉力消失后，组合碟簧回弹，右侧的碟簧挡板推动右侧的限位螺母向右移动，右侧的限位螺母带动滚珠丝杠向右移动复位，使得建筑结构的层间位移复位。
本发明具有良好的响应放大效果，可以将建筑结构产生的层间位移和速度响应放大，使阻尼器在小震作用下能充分发挥耗能能力，又能够保证阻尼器在大震或极罕遇地震作用下位移不失效。通过合理设计滚珠丝杠螺距的大小、凸轮的偏心距离、以及合理选择阻尼器的类型等，可以调整凸轮的转动速度，从而带动矩形框更快往复运动，使阻尼器能够提供更大的耗能能力。本发明还具有自复位功能，通过组合碟簧的回弹力，带动滚珠丝杠复位，从而带动建筑结构的层间位移复位。本发明一体化构造，便于运用于实际工程中，并且能降低工程造价，适用于小震乃至极罕遇地震作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，其特征在于：包括壳体，安装在壳体第一腔体内的自复位机构，安装在壳体第二腔体内的凸轮机构、阻尼器、基座，贯穿自复位机构和凸轮机构的滚珠丝杠；自复位机构在第一腔体内作伸缩运动，自复位机构包括组合碟簧和套管，组合碟簧套装在套管上，套管套装在滚珠丝杠上，套管的两个端部上均固定连接有碟簧挡板；凸轮机构在第二腔体内作往复运动，带动阻尼器作往复运动，凸轮机构包括矩形框和凸轮，滚珠丝杠上套装有滚珠螺母，凸轮固定套装在滚珠螺母上，矩形框套设在凸轮上，矩形框的外部设有限位框，矩形框在限位框内作往复运动，限位框固定连接在基座上，阻尼器的一端连接在基座上，阻尼器的另一端连接在矩形框上。
2.根据权利要求1所述的一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，其特征在于：组合碟簧的两个端部均与碟簧挡板固定连接，碟簧挡板的外侧均设有限位螺母，限位螺母固定套装在滚珠丝杠上。
3.根据权利要求1所述的一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，其特征在于：壳体的一个侧壁上开设有方形孔，滚珠丝杠的一端穿过方形孔并连接有第一连接件，滚珠丝杠的另一端与壳体的另一侧壁之间有一定距离，壳体的另一侧壁外部固定连接有第二连接件。
4.根据权利要求3所述的一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，其特征在于：套管一端的碟簧挡板紧贴在开设有方形孔的侧壁上，壳体内部设有第一限位挡板，套管另一端的碟簧挡板紧贴在第一限位挡板上。
5.根据权利要求1所述的一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，其特征在于：套管中部采用弹性材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，其特征在于：矩形框的左右两侧均设有第二限位挡板，第二限位挡板上开设有供滚珠丝杠穿过的通孔，第二限位挡板上设有加劲肋。
7.根据权利要求6所述的一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，其特征在于：两个第二限位挡板和滚珠螺母之间均设有推力轴承，推力轴承套装在滚珠丝杠上。
8.根据权利要求1所述的一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，其特征在于：阻尼器有两个，两个阻尼器分别设置在矩形框的前后两侧，矩形框的前后两侧壁上均设有第一耳板，阻尼器的一端通过螺栓连接在第一耳板上，基座上设有第二耳板，阻尼器的另一端通过螺栓连接在第二耳板上。
9.根据权利要求1所述的一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，其特征在于：矩形框的前后两侧均设有第三限位挡板，第三限位挡板位于矩形框和阻尼器之间。
10.根据权利要求1所述的一种自复位凸轮式阻尼器响应放大装置，其特征在于：阻尼器为速度相关型阻尼器或位移相关型阻尼器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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