CN113026977A - 一种多关节旋转型摩擦阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减隔震技术领域，尤其涉及一种多关节旋转型摩擦阻尼装置；主要包括若干个耗能节点，耗能节点主要包括若干块压板、摩擦钢板、摩擦材料，所述摩擦钢板夹在压板之间叠层排布，所述摩擦钢板与压板首尾相连形成连杆机构，所述压板与摩擦钢板间形成一定的初始夹角θ，所述摩擦钢板与压板之间设置能产生摩擦力的摩擦材料；本发明将传统的水平摩擦耗能转化为旋转摩擦耗能，通过调节初始夹角、增设耗能节点以及采用并联排布的组合方式来调节摩擦出力，该阻尼器结构简单，安装方便，价格低廉，应用范围广，耗能效率高，具有较高的实用价值和经济效益，适用于市场推广。

Description

一种多关节旋转型摩擦阻尼装置

技术领域

本发明涉及减隔震技术领域，尤其涉及一种多关节旋转型摩擦阻尼装置。

背景技术

当现代建筑向着高度更高、跨度更大的方向大步发展时，地震、风振等自然灾害限制了快速发展的步伐，而我国位于太平洋板块与欧亚板块的交界，正处于两大地震带之间，属于多地震国家之一。传统的结构抗震方法是依靠主体结构的弹塑性变形来耗散地震能量，通过增加建筑结构梁柱截面尺寸来提高结构的抗侧刚度以及自身的变形能力从而达到抗震等级，但这种方式不可避免对建筑结构造成一定程度的破坏，且抗震效果并不理想，同时也影响了建筑美观及使用功能，造价成本较高。

随着建筑减隔震技术的发展，通过在建筑结构中安装消能器可满足建筑物的抗震要求，比如位移相关型阻尼器、速度相关型阻尼器，复合型阻尼器及隔震橡胶支座等。而其中摩擦阻尼器因构造简单、造价低廉、施工安装简便、力学性能稳定、疲劳性能好、耗能能力强，是一种应用广泛的减震阻尼装置。但现有的平板式摩擦阻尼器的结构尺寸较大，在特定空间内较难安装，调节摩擦出力的方式多为调节螺栓预紧力，操作不便且频繁操作会引入人为因素，性能不稳定，并且阻尼器的连接端也无法充分利用起到耗能作用，耗能效率较低，在较大螺栓预紧力作用下，摩擦钢板往复位移时易发生翘曲变形，摩擦材料出现磨损破坏，摩擦材料利用率低，阻尼器力学性能不稳定。大震下平板式摩擦阻尼器的减震效率无法满足建筑减震（振）设计需求，平板式摩擦阻尼器的工程适用场景较少。

发明内容

本发明提出一种多关节旋转型摩擦阻尼装置，本发明将传统的水平摩擦耗能转化为旋转摩擦耗能，通过调节初始夹角、增设摩擦耗能节点以及采用多组摩擦副并联排布的组合方式来调节摩擦出力，该阻尼装置结构简单，安装方便，造价低廉，适用范围广，耗能效率高，满足工程结构抗震（振）需求，管道线缆绳索抗振需求，具有较高的实用价值和经济效益，适用于市场推广。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种多关节旋转型摩擦阻尼装置，主要包括若干个耗能节点，耗能节点主要包括若干块压板、摩擦钢板、摩擦材料，所述摩擦钢板夹在压板之间叠层排布，所述摩擦钢板与压板首尾相连形成连杆机构，所述压板与摩擦钢板间形成一定的初始夹角θ，所述摩擦钢板与压板之间设置能产生摩擦力的摩擦材料。

进一步，所述耗能节点还包括第一销轴和第二销轴，所述的摩擦材料的中心孔开设有键槽，所述的第一销轴与第二销轴表面开设有与键槽相配合的第一花键和第二花键，摩擦材料与第一销轴、第二销轴通过键连接的方式固定。

进一步，所述压板的数量要比摩擦钢板多两块，压板与摩擦钢板两端均开有销轴孔，所述摩擦材料上下表面均开设有摩擦材料凸台，摩擦材料凸台外加装衬套与其紧密贴合在一起，同时所述衬套与所述压板及所述摩擦钢板的销轴孔表面也紧密贴合，表面带有第一花键和第二花键及螺纹的第一销轴和第二销轴通过压板及摩擦钢板的销轴孔，并穿过摩擦材料带有键槽的中心孔，所述的摩擦材料的键槽与第一销轴与第二销轴表面的第一花键和第二花键通过键连接来固定摩擦材料。

进一步，第一销轴与第二销轴两侧设置有将压板、摩擦钢板、摩擦材料紧固在一起的螺母，压板与螺母间设置带有销轴孔的圆形平垫片。

进一步，所述压板及摩擦钢板的板身宽度要大于摩擦材料的直径，所述摩擦材料的凸台高度要小于衬套的长度.所述的压板及摩擦钢板的厚度要大于所述衬套的长度，所述衬套的内径应略大于摩擦材料凸台的外径，所述的圆形平垫片的直径应与所述摩擦材料的直径相等，所述的第一销轴与第二销轴表面上花键的尺寸相同。

进一步，所述的第一销轴与第二销轴的花键个数应大于等于2。

进一步，螺母与平垫片间设置有碟形垫片或者硬质弹簧。

进一步，所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置还包括成对安装的耳板。

进一步，所述的第二销轴两端加工成未有螺纹的凸台，所述的压板及摩擦钢板通过第二销轴与所述耳板连接。

进一步，所述的摩擦材料可以采用半金属、铜合金或金属陶瓷复合等耐摩材料，且摩擦片的侧面为玻璃胶密封。

进一步，所述的摩擦材料固定方式可以使与摩擦材料相接触的每一个摩擦面都会产生摩擦力。

进一步，所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置可以通过增大压板与摩擦钢板的初始夹角来增大摩擦阻力。

进一步，所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置的连接端也增设耗能节点实现摩擦耗能。

进一步，所述的销轴既起到固定摩擦材料的作用，又起到阻尼装置连接耳板的作用。

本发明工作原理：摩擦钢板夹在压板间叠层排布，同时摩擦钢板与压板首尾相连形成连杆机构，摩擦钢板与压板间安装有能产生摩擦力的摩擦材料，通过摩擦副间的相对转动来实现摩擦耗能；在连接端处增设摩擦材料，可充分利用每个节点旋转所带来的摩擦耗能，耗能效率大幅度提高；同时摩擦材料与销轴采用键连接，使与摩擦材料相接触的面均能产生摩擦力，充分利用各个摩擦副，耗能效率大幅提高。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：

本发明将传统的水平摩擦耗能转化为旋转摩擦耗能，通过调节初始夹角、增设摩擦耗能节点以及采用多组摩擦副并联排布的组合方式来调节摩擦出力；在大震下，建筑结构产生的层间位移角较大，平板式摩擦阻尼器的行程受限，无法满足抗震（振）需求，利用该旋转摩擦阻尼装置可以解决此类问题；该旋转型摩擦阻尼装置可实现竖向与水平方向同时耗能；现有的平板式摩擦阻尼器的结构尺寸较大，在特定空间内较难安装，该旋转型摩擦阻尼装置结构尺寸在达到相同摩擦出力的条件下结构尺寸可做成较小，节省安装空间，适用于多种安装场合；该阻尼装置结构简单，安装方便，造价低廉，适用范围广，耗能效率高，满足工程结构抗震（振）和管道线缆绳索抗振需求，具有较高的实用价值和经济效益，适用于市场推广。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2中单个耗能节点的剖视图；

图4是图1中压板及摩擦钢板结构示意图；

图5是图1中摩擦材料结构示意图；

图6是图1中衬套结构示意图；

图7是图1中第一销轴结构示意图；

图8是图1中第二销轴结构示意图；

图9是本发明的安装示意图；

图10是本发明实施例2的结构示意图；

图11是本发明不同初始夹角旋转型摩擦阻尼装置所对应的滞回曲线；

图中：1—压板，2—摩擦钢板，3—摩擦材料，4—衬套、5—平垫片、6—碟形垫片，7—螺母，8—第一销轴，9—第二销轴，10—耳板，11—电缆或管道，31—键槽，32—摩擦材料凸台，81第一花键，92—第二花键，91—凸台。

具体实施方式

如图1-11所示，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-8所示的一种多关节旋转型摩擦阻尼装置，包括4块压板1和2块摩擦钢板2，所述摩擦钢板2夹在压板1之间叠层排布，所述摩擦钢板2与压板1首尾相连形成连杆机构，所述压板1与摩擦钢板2间形成一定的初始夹角θ，所述摩擦钢板2与压板1之间设置能产生摩擦力的摩擦材料3，所述耗能节点还包括第一销轴8和第二销轴9，所述的摩擦材料3的中心孔开设有键槽31，所述的第一销轴8与第二销轴9表面开设有与键槽31相配合的第一花键81和第二花键92，摩擦材料3与第一销轴8、第二销轴9通过键连接的方式固定，压板1与摩擦钢板2两端均开有销轴孔，所述摩擦材料3上下表面均开设有摩擦材料凸台32，摩擦材料凸台32外加装衬套4与其紧密贴合在一起，同时所述衬套4与所述压板1及所述摩擦钢板2的销轴孔表面也紧密贴合，表面带有第一花键81和第二花键92及螺纹的第一销轴8和第二销轴9通过压板1及摩擦钢板2的销轴孔，并穿过摩擦材料3带有键槽的中心孔，所述的摩擦材料3的键槽31与第一销轴8与第二销轴9表面的第一花键81和第二花键92通过键连接来固定摩擦材料3，第一销轴8与第二销轴9两侧设置有将压板1、摩擦钢板2、摩擦材料3紧固在一起的螺母7，压板1与螺母7间设置带有销轴孔的圆形平垫片5，所述压板1及摩擦钢板2的板身宽度要大于摩擦材料3的直径，所述摩擦材料3的凸台高度要小于衬套4的长度.所述的压板1及摩擦钢板2的厚度要大于所述衬套4的长度，所述衬套4的内径应略大于摩擦材料3凸台的外径，所述的圆形平垫片5的直径应与所述摩擦材料3的直径相等，所述的第一销轴8与第二销轴9表面上花键的尺寸相同，所述的第一销轴8与第二销轴9的花键个数应大于等于2，螺母7与平垫片5间设置有碟形垫片6，

如图9所示，所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置还包括成对安装的耳板10，所述的第二销轴9两端加工成未有螺纹的凸台91，所述的压板1及摩擦钢板2通过第二销轴9与所述耳板10连接，安装时，通过耳板10将阻尼装置安装在电缆或管道11上。

本发明的工作过程为：

设定好压板1与摩擦钢板2间形成的初始夹角θ，将第一销轴8与第二销轴9穿入压板1、摩擦钢板2和摩擦材料3的销轴孔内，然后在第一销轴8与第二销轴9两端的螺纹上旋入螺母7，产生的紧固力将摩擦材料3和与之接触的压板1及摩擦钢板2压紧，从而产生摩擦力，通过摩擦材料凸台32外加装衬套4使压板1与摩擦钢板2不跑偏失稳，然后通过耳板10将阻尼装置安装在电缆或管道11上，通过调整摩擦钢板与压板的初始夹角来满足所需的摩擦力，在连接端处增设摩擦材料，可充分利用每个节点旋转所带来的摩擦耗能，耗能效率大幅度提高，摩擦材料与销轴采用键连接，使与摩擦材料相接触的面均能产生摩擦力，充分利用各个摩擦副，耗能效率度幅度提高。

实施例2

如图10所示的多关节旋转型摩擦阻尼装置，对实施例1进行改进，设置有6块压板1和4块摩擦钢板2，设置为压板1-摩擦钢板2-压板1-摩擦钢板2-压板1-摩擦钢板2的结构，其中压板1与摩擦钢板2之间设置有能产生摩擦力的摩擦材料3。

实施例3

如图11所示的滞回曲线，其特点是摩擦载荷随位移增大而增大，增大压板与摩擦钢板的初始夹角可以增大摩擦阻力。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种多关节旋转型摩擦阻尼装置，主要包括若干个耗能节点，耗能节点主要包括若干块压板（1）、摩擦钢板（2）、摩擦材料（3），其特征在于：所述摩擦钢板（2）夹在压板（1）之间叠层排布，所述摩擦钢板（2）与压板（1）首尾相连形成连杆机构，所述压板（1）与摩擦钢板（2）间形成一定的初始夹角θ，所述摩擦钢板（2）与压板（1）之间设置能产生摩擦力的摩擦材料（3）。

2.根据权利要求1所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置，其特征在于：所述耗能节点还包括第一销轴（8）和第二销轴（9），所述的摩擦材料（3）的中心孔开设有键槽（31），所述的第一销轴（8）与第二销轴（9）表面开设有与键槽（31）相配合的第一花键（81）和第二花键（92），摩擦材料（3）与第一销轴（8）、第二销轴（9）通过键连接的方式固定。

3.根据权利要求1所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置，其特征在于：所述压板（1）的数量要比摩擦钢板（2）多两块，压板（1）与摩擦钢板（2）两端均开有销轴孔，所述摩擦材料（3）上下表面均开设有摩擦材料凸台（32），摩擦材料凸台（32）外加装衬套（4）与其紧密贴合在一起，同时所述衬套（4）与所述压板（1）及所述摩擦钢板（2）的销轴孔表面也紧密贴合，表面带有第一花键（81）和第二花键（92）及螺纹的第一销轴（8）和第二销轴（9）通过压板（1）及摩擦钢板（2）的销轴孔，并穿过摩擦材料（3）带有键槽的中心孔，所述的摩擦材料（3）的键槽（31）与第一销轴（8）与第二销轴（9）表面的第一花键（81）和第二花键（92）通过键连接来固定摩擦材料（3）。

4.根据权利要求2或3所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置，其特征在于：第一销轴（8）与第二销轴（9）两侧设置有将压板（1）、摩擦钢板（2）、摩擦材料（3）紧固在一起的螺母（7），压板（1）与螺母（7）间设置带有销轴孔的圆形平垫片（5）。

5.根据权利要求4所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置，其特征在于：所述压板（1）及摩擦钢板（2）的板身宽度要大于摩擦材料（3）的直径，所述摩擦材料（3）的凸台高度要小于衬套（4）的长度.所述的压板（1）及摩擦钢板（2）的厚度要大于所述衬套（4）的长度，所述衬套（4）的内径应略大于摩擦材料（3）凸台的外径，所述的圆形平垫片（5）的直径应与所述摩擦材料（3）的直径相等，所述的第一销轴（8）与第二销轴（9）表面上花键的尺寸相同。

6.根据权利要求4所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置，其特征在于：所述的第一销轴（8）与第二销轴（9）的花键个数应大于等于2。

7.根据权利要求4所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置，其特征在于：螺母（7）与平垫片（5）间设置有碟形垫片（6）或者硬质弹簧。

8.根据权利要求1所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置，其特征在于：所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置还包括成对安装的耳板（10）。

9.根据权利要求8所述的多关节旋转型摩擦阻尼装置，其特征在于：所述的第二销轴（9）两端加工成未有螺纹的凸台（91），所述的压板（1）及摩擦钢板（2）通过第二销轴（9）与所述耳板（10）连接。

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