CN112483574A - 一种螺旋式摩擦金属阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋式摩擦金属阻尼器，包括螺旋杆、旋转片、螺旋杆套管、螺旋杆左侧连接件、螺旋杆右侧限位件和支撑连接件；螺旋杆左端设置有连接柱，连接柱与螺旋杆左侧连接件通过螺纹连接；螺旋杆右端与螺旋杆右侧限位件通过螺纹连接。本发明将传统摩擦阻尼器的滑动式耗能或转动式耗能转变为螺旋式耗能，可以大幅增加摩擦阻尼器的耗能效率，进一步提高阻尼器的耗能能力。

Description

一种螺旋式摩擦金属阻尼器

技术领域

本发明涉及阻尼装置技术领域，更具体的说是涉及一种螺旋式摩擦金属阻尼器。

背景技术

摩擦型金属阻尼器是一种利用组成元件之间的界面摩擦力实现耗能的阻尼器。传统的摩擦阻尼器主要由摩擦片、滑动板、夹板及高强螺栓组成，其耗能减振机理是：阻尼器中摩擦片与滑动板在地震作用下发生相对滑移或变形，通过两构件之间的摩擦将地震能量转化为热能进行消耗；同时，阻尼器开始耗能后整体结构的抗侧刚度随之降低，这将放大结构的自振周期，进一步实现减振目的。然而，传统的滑动式或转动式摩擦阻尼器在长期使用过程中随着摩擦次数增多，摩擦面发生磨损，导致摩擦板与夹板间的间隙逐渐增大，界面间的摩擦系数逐渐降低，进而使得阻尼器无法长期保持稳定的耗能特性。另一方面，传统的摩擦阻尼器的耗能位移通常为部件间的相对滑动位移或转动位移，若阻尼器的相对变形较小，耗能能力将受限。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种螺旋式摩擦金属阻尼器，至少解决上述背景技术部分所提出的问题之一，将传统摩擦阻尼器单一的滑动位移或转动位移转变为旋转片旋转方向的环向位移以及沿螺旋轨道方向的轴向位移，大幅增加了阻尼器的有效耗能位移，进一步提高阻尼器的耗能能力。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种螺旋式摩擦金属阻尼器，包括螺旋杆、旋转片、螺旋杆套管、螺旋杆左侧连接件、螺旋杆右侧限位件和支撑连接件；

其中所述螺旋杆上设置有螺旋曲面，所述旋转片设置有多个，均套设在所述螺旋杆的螺旋曲面上，所述旋转片在外力作用下能够沿所述螺旋曲面移动；所述螺旋杆和所述旋转片均位于所述螺旋杆套管内，且所述旋转片的侧面与所述螺旋杆套管的内壁贴合；所述螺旋杆左端设置有连接柱，所述连接柱与所述螺旋杆左侧连接件通过螺纹连接；所述螺旋杆右端与所述螺旋杆右侧限位件通过螺纹连接。

当轴向力施加到支撑连接件上时，旋转片在受到轴向力作用后产生旋转，从而沿螺旋杆的螺旋曲面形成的螺旋轨道移动，其基本原理是阻尼器工作时旋转片在轴向力的作用下向前方产生了沿轨道方向的位移，由于外部螺旋轨道拥有一定的倾角，因此旋转片在轨道上进行较小的位移的同时仍在进行着相对较小的转角移动，这种较小的转角移动在位移较大的时候便形成了我们所看到的旋转片旋转的现象。

阻尼器构件所承受轴向力方向与其自身重力方向会有所区别，考虑到重力相比于轴向力较小，因此在了解旋转片工作原理及影响因素的过程中重力可以省略。

优选的，在上述一种螺旋式摩擦金属阻尼器中，所述旋转片包括内圆构件、外圆构件、碟形弹簧和旋转片外衣，其中所述内圆构件的中心设置与所述螺旋杆上螺旋曲面匹配的通孔，所述旋转片能够通过所述通孔在所述螺旋杆上沿所述螺旋曲面移动；所述外圆构件由设置在所述内圆构件外侧的两个半圆环构成，所述内圆构件的外侧壁上开设有第一碟簧孔，所述外圆构件的内侧壁上开设有第二碟簧孔，所述碟形弹簧的一端位于所述第一碟簧孔内，另一端位于所述第二碟簧孔内；所述旋转片外衣将所述内圆构件和所述外圆构件包裹在内。

旋转片耗能与轨道升角、摩擦系数有关，轴向力与轨道之间的夹角越大，旋转片耗能能力越强；摩擦系数越大，旋转片耗能能力越强。本发明将旋转片外设置有旋转片外衣，不仅能够增大摩擦系数，而且还能够在磨损后更换，不必更换整个旋转片。

优选的，在上述一种螺旋式摩擦金属阻尼器中，所述旋转片外衣为采用芳纶纤维制作而成。

优选的，在上述一种螺旋式摩擦金属阻尼器中，所述螺旋杆套管由两个相同的半圆柱壳体构成，所述半圆柱壳体长度方向的两侧边上设置有壳体连接翼板，两个所述半圆柱壳体拼合后，通过螺栓将两个所述半圆柱壳体的壳体连接翼板进行连接，形成所述螺旋杆套管；所述半圆柱壳体的左端面上开设有连接柱滑槽，右端设置有螺旋杆右侧限位件滑槽，右端面上设置有半圆形封板；两个所述半圆柱壳体拼合后，两个所述连接柱滑槽构成所述连接柱的导向滑腔，所述两个所述螺旋杆右侧限位件滑槽构成所述螺旋杆右侧限位件的导向滑腔，两个所述半圆形封板构成圆形封板将所述螺旋杆套管的右端封闭。

优选的，在上述一种螺旋式摩擦金属阻尼器中，所述连接柱的一端与所述螺旋杆的左端固定连接，另一端设置有外螺纹；所述螺旋杆左侧连接件的中心开设有与螺纹孔，所述连接柱设置有外螺纹的一端旋入所述螺旋杆左侧连接件中心开设的螺纹孔内。

优选的，在上述一种螺旋式摩擦金属阻尼器中，所述支撑连接件包括第一T型钢板和第二T型钢板，所述第一T型钢板与所述螺旋杆左侧连接件焊接固定；所述第二T型钢板与两个所述半圆形封板焊接固定。

优选的，在上述一种螺旋式摩擦金属阻尼器中，所述螺旋杆右侧限位件的导向滑腔，其沿所述螺旋杆套管的轴向长度为阻尼器中移动部件的最大相对位移；所述连接柱在所述连接柱的导向滑腔内的最大行程与阻尼器中移动部件的最大相对位移相等。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种螺旋式摩擦金属阻尼器，具有以下优点：

一、相比于传统的滑动型摩擦阻尼器，本发明提供的阻尼器利用耗能部件与外套管组件之间的相对摩擦消耗地震能量，通过增大两构件之间的相对位移来进一步提高阻尼器的耗能能力。

二、本发明采用装配式，所用部件拆卸和组装方便，震后便于对耗能部件进行检视和更换，经济效益及社会效益突出。

三、相比于传统的通过高强螺栓施加预紧力方式，本发明通过摩擦部件与外套管的碟形弹簧施加预紧力，可以改善摩擦部件发生磨损后出现的预紧力大幅损失的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图

图2附图为本发明的装配示意图；

图3附图为旋转片的装配示意图；

图4附图为螺旋杆与螺旋杆左侧连接件、螺旋杆右侧限位件的连接示意图；

图5附图为螺旋杆与旋转片、螺旋杆左侧连接件、螺旋杆右侧限位件的连接示意图；

图6附图为螺旋杆套管的结构示意图；

图7附图为螺旋杆与旋转片、螺旋杆套管、螺旋杆左侧连接件、螺旋杆右侧限位件的连接示意图；

图8附图为螺旋杆与旋转片、螺旋杆套管、螺旋杆左侧连接件、螺旋杆右侧限位件、支撑连接件的装配示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种螺旋式摩擦金属阻尼器，将传统摩擦阻尼器单一的滑动位移或转动位移转变为旋转片旋转方向的环向位移以及沿螺旋轨道方向的轴向位移，大幅增加了阻尼器的有效耗能位移，进一步提高阻尼器的耗能能力。

结合附图1，本发明公开了一种螺旋式摩擦金属阻尼器，包括螺旋杆1、旋转片2、螺旋杆套管3、螺旋杆左侧连接件4、螺旋杆右侧限位件5和支撑连接件6；

其中螺旋杆1上设置有螺旋曲面11，旋转片2设置有多个，均套设在螺旋杆1的螺旋曲面11上，旋转片2在外力作用下能够沿螺旋曲面11移动；螺旋杆1和旋转片2均位于螺旋杆套管3内，且旋转片2的侧面与螺旋杆套管3的内壁贴合；螺旋杆1左端设置有连接柱12，连接柱12与螺旋杆左侧连接件4通过螺纹连接；螺旋杆1右端与螺旋杆右侧限位件5通过螺纹连接。

为了进一步优化上述技术方案，旋转片2包括内圆构件21、外圆构件22、碟形弹簧23和旋转片外衣24，其中内圆构件21的中心设置与螺旋杆1上螺旋曲面11匹配的通孔，旋转片2能够通过通孔在螺旋杆1上沿螺旋曲面11移动；外圆构件22由设置在内圆构件21外侧的两个半圆环构成，内圆构件21的外侧壁上开设有第一碟簧孔，外圆构件22的内侧壁上开设有第二碟簧孔，碟形弹簧23的一端位于第一碟簧孔内，另一端位于第二碟簧孔内；旋转片外衣24将内圆构件21和外圆构件22包裹在内。

为了进一步优化上述技术方案，旋转片外衣24为采用芳纶纤维制作而成。

为了进一步优化上述技术方案，螺旋杆套管3由两个相同的半圆柱壳体构成，半圆柱壳体长度方向的两侧边上设置有壳体连接翼板31，两个半圆柱壳体拼合后，通过螺栓将两个半圆柱壳体的壳体连接翼板31进行连接，形成螺旋杆套管3；半圆柱壳体的左端面上开设有连接柱滑槽，右端设置有螺旋杆右侧限位件滑槽，右端面上设置有半圆形封板32；两个半圆柱壳体拼合后，两个连接柱滑槽构成连接柱12的导向滑腔，两个螺旋杆右侧限位件滑槽构成螺旋杆右侧限位件5的导向滑腔，两个半圆形封板32构成圆形封板将螺旋杆套管3的右端封闭。

为了进一步优化上述技术方案，连接柱12的一端与螺旋杆1的左端固定连接，另一端设置有外螺纹；螺旋杆左侧连接件4的中心开设有与螺纹孔，连接柱12设置有外螺纹的一端旋入螺旋杆左侧连接件4中心开设的螺纹孔内。

为了进一步优化上述技术方案，支撑连接件6包括第一T型钢板61和第二T型钢板62，所述第一T型钢板61与所述螺旋杆左侧连接件4焊接固定；所述第二T型钢板62与两个所述半圆形封板32焊接固定。

为了进一步优化上述技术方案，螺旋杆右侧限位件5的导向滑腔，其沿螺旋杆套管3的轴向长度为阻尼器中移动部件的最大相对位移；连接柱12在导向滑腔内的最大行程与阻尼器中移动部件的最大相对位移相等。

工作原理：

当轴向力施加到支撑连接件6上时，旋转片2在受到轴向力作用后产生旋转，从而沿螺旋杆1的螺旋曲面11形成的螺旋轨道移动，其基本原理是阻尼器工作时旋转片2在轴向力的作用下向前方产生了沿轨道方向的位移，由于外部螺旋轨道拥有一定的倾角，因此旋转片2在轨道上进行较小的位移的同时仍在进行着相对较小的转角移动，这种较小的转角移动在位移较大的时候便形成了我们所看到的旋转片2旋转的现象。

阻尼器构件所承受轴向力方向与其自身重力方向会有所区别，考虑到重力相比于轴向力较小，因此在了解旋转片2工作原理及影响因素的过程中重力可以省略。

旋转片2耗能与轨道升角、摩擦系数有关，轴向力与轨道之间的夹角越大，旋转片2耗能能力越强；摩擦系数越大，旋转片2耗能能力越强。本发明在旋转片2外设置有旋转片外衣24，不仅能够增大摩擦系数，而且还能够在磨损后更换，保证阻尼器的耗能能力。

装配方法按以下步骤进行：

第一步，进行旋转片2的组装，将内圆构件21与外圆构件22通过内部碟形弹簧23拼在一起，再通过芳纶纤维制成的旋转片外衣24将内圆构件21和外圆构件22包裹在内，装配图如图3所示；

第二步，螺旋杆1左端的连接柱12与螺旋杆左侧连接件4通过螺纹连接，然后将螺旋杆1左端的连接柱12与螺旋杆左侧连接件4通过螺栓固定；然后将组装好的旋转片2安装到螺旋杆1的螺旋曲面11上；螺旋杆1右端与螺旋杆右侧限位件5通过螺纹连接，防止旋转片2转出螺旋杆1，具体如图4和图5所示；

第三步，螺旋杆套管3的安装，螺旋杆套管3由两个相同的半圆柱壳体拼接而成，如图6所示；

两个半圆柱壳体拼合后，通过螺栓将两个半圆柱壳体的壳体连接翼板31进行连接，形成螺旋杆套管3；半圆柱壳体的左端面上开设有连接柱滑槽，右端设置有螺旋杆右侧限位件滑槽，右端面上设置有半圆形封板32；两个半圆柱壳体拼合后，两个连接柱滑槽构成连接柱12的导向滑腔，两个螺旋杆右侧限位件滑槽构成螺旋杆右侧限位件5的导向滑腔，两个半圆形封板32构成圆形封板将螺旋杆套管3的右端封闭，如图7所示；

第四步，支撑连接件6包括第一T型钢板61和第二T型钢板62，所述第一T型钢板61与所述螺旋杆左侧连接件4焊接固定；所述第二T型钢板62与两个所述半圆形封板32焊接固定，如图8所示。

进行组装时，要将螺旋杆套管3最左侧与螺旋杆1最左侧螺旋相对齐，由于在进行减震发生移动时，螺旋杆左侧连接件4右移时，其接触到螺旋杆套管3后则无法继续移动，同时由于装配时螺旋杆套管3最左侧与螺旋杆1最左侧螺旋相对齐，所以螺旋杆左侧连接件4与螺旋杆1最左侧螺旋之间的水平距离为阻尼器最大相对位移；

两个半圆柱壳体拼合后中间形成的空腔为旋转片2的移动腔；螺旋杆右侧限位件5位于两个螺旋杆右侧限位件滑槽构成的导向滑腔内，能够滑动；由于在完成装配后螺旋杆右侧限位件5位于两个螺旋杆右侧限位件滑槽构成的导向滑腔最左侧，并且两个螺旋杆右侧限位件滑槽构成的导向滑腔最右侧被两块半圆形封板32拼接为的圆形封板所封闭，所以在减震时，螺旋杆右侧限位件5最大位移为螺旋杆右侧限位件滑槽构成的导向滑腔轴向长度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种螺旋式摩擦金属阻尼器，其特征在于，包括螺旋杆、旋转片、螺旋杆套管、螺旋杆左侧连接件、螺旋杆右侧限位件和支撑连接件；

其中所述螺旋杆上设置有螺旋曲面，所述旋转片设置有多个，均套设在所述螺旋杆的螺旋曲面上，所述旋转片在外力作用下能够沿所述螺旋曲面移动；所述螺旋杆和所述旋转片均位于所述螺旋杆套管内，且所述旋转片的侧面与所述螺旋杆套管的内壁贴合；所述螺旋杆左端设置有连接柱，所述连接柱与所述螺旋杆左侧连接件通过螺纹连接；所述螺旋杆右端与所述螺旋杆右侧限位件通过螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋式摩擦金属阻尼器，其特征在于，所述旋转片包括内圆构件、外圆构件、碟形弹簧和旋转片外衣，其中所述内圆构件的中心设置与所述螺旋杆上螺旋曲面匹配的通孔，所述旋转片能够通过所述通孔在所述螺旋杆上沿所述螺旋曲面移动；所述外圆构件由设置在所述内圆构件外侧的两个半圆环构成，所述内圆构件的外侧壁上开设有第一碟簧孔，所述外圆构件的内侧壁上开设有第二碟簧孔，所述碟形弹簧的一端位于所述第一碟簧孔内，另一端位于所述第二碟簧孔内；所述旋转片外衣将所述内圆构件和所述外圆构件包裹在内。

3.根据权利要求2所述的一种螺旋式摩擦金属阻尼器，其特征在于，所述旋转片外衣为采用芳纶纤维制作而成。

4.根据权利要求3所述的一种螺旋式摩擦金属阻尼器，其特征在于，所述螺旋杆套管由两个相同的半圆柱壳体构成，所述半圆柱壳体长度方向的两侧边上设置有壳体连接翼板，两个所述半圆柱壳体拼合后，通过螺栓将两个所述半圆柱壳体的壳体连接翼板进行连接，形成所述螺旋杆套管；所述半圆柱壳体的左端面上开设有连接柱滑槽，右端设置有螺旋杆右侧限位件滑槽，右端面上设置有半圆形封板；两个所述半圆柱壳体拼合后，两个所述连接柱滑槽构成所述连接柱的导向滑腔，所述两个所述螺旋杆右侧限位件滑槽构成所述螺旋杆右侧限位件的导向滑腔，两个所述半圆形封板构成圆形封板将所述螺旋杆套管的右端封闭。

5.根据权利要求4所述的一种螺旋式摩擦金属阻尼器，其特征在于，所述连接柱的一端与所述螺旋杆的左端固定连接，另一端设置有外螺纹；所述螺旋杆左侧连接件的中心开设有与螺纹孔，所述连接柱设置有外螺纹的一端旋入所述螺旋杆左侧连接件中心开设的螺纹孔内。

6.根据权利要求5所述的一种螺旋式摩擦金属阻尼器，其特征在于，所述支撑连接件包括第一T型钢板和第二T型钢板，所述第一T型钢板与所述螺旋杆左侧连接件焊接固定；所述第二T型钢板与两个所述半圆形封板焊接固定。

7.根据权利要求6所述的一种螺旋式摩擦金属阻尼器，其特征在于，所述螺旋杆右侧限位件的导向滑腔，其沿所述螺旋杆套管的轴向长度为阻尼器中移动部件的最大相对位移；所述连接柱在所述连接柱的导向滑腔内的最大行程与阻尼器中移动部件的最大相对位移相等。

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