CN113090695A - 一种组合式滑动摩擦阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明属于减隔振领域，具体涉及一种组合式滑动摩擦阻尼器。包括：长方体的中空金属外壳的内顶面从左至右设置有弧形滑轨，弧形滑轨上放置有旋转轴，所述旋转轴的两端分别设置有滑轮，每个所述滑轮通过连接绳连接有长方体状的下开口外壳，下开口外壳的左外侧壁和右外侧壁上分别竖直设置有第一磁铁；中空金属外壳的内底面设置有摩擦层，摩擦层上设置有上开口的长方体状的橡胶外壳，橡胶外壳的左内侧壁和右内侧壁上分别竖直设置有第二磁铁，橡胶外壳内填充有电流变液；中空金属外壳的左内侧壁和右内侧壁上分别竖直设置有空气气囊。本发明提供的阻尼器能够很好的抵抗诸如车载、风载以及地震等引起的一系列荷载作用。

Description

一种组合式滑动摩擦阻尼器

技术领域

本发明属于减隔振领域，具体涉及一种组合式滑动摩擦阻尼器。

背景技术

随着社会经济水平的提高和工业化进程的加快，航天、航空、汽车、建筑等工程行业正同时面临着许多机遇和挑战。在众多工程领域中，如何较好地实现抗震是极其重要的一个问题。而在众多抗震技术中，利用阻尼器来吸能减振是较常用的一项抗震措施，并且尤其是最近几十年来，阻尼器的发展十分迅速，在经历了大量实验(特别是漫长的地震考验)，严格审查，反复论证之后，逐渐被结构工程界所认可。

阻尼器，顾名思义就是一项以提供运动的阻力，消耗运动能量的装置，现如今主要有弹簧阻尼器、粘滞阻尼器、脉冲阻尼器等。现如今为更好地实现减振耗能效果，组合阻尼器装置应运而生，组合阻尼器就是将已有的减振装置或原理进行合理组合，以较少的资源和空间实现最佳的减振效果。

摩擦橡胶支座是一种将钟摆的概念与滑动支座相结合的干摩擦滑移隔振装置，依靠摩擦力来达到耗能效果，且主要运用于竖向承载力大的结构；而液体阻尼器一般运用于纵向抗震，鉴于这一点，如果能将两者结合起来使用，将会极大提高装置减隔振效率。

但由于各种阻尼装置在工作条件下会有不同的原理特性以及优缺点，所以在其作用过程中也要科学地扬长避短。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种组合式滑动摩擦阻尼器，该组合式滑动摩擦阻尼器通过结合粘滞液体、高阻尼颗粒、压电陶瓷及电流变液等材料特性、电磁感应原理及摩擦耗能等相关原理，使其具有良好的减隔振性能，能够更好地抵抗诸如车载、风载以及地震等引起的一系列荷载作用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

本发明的提供了一种组合式滑动摩擦阻尼器，包括：长方体的中空金属外壳，所述中空金属外壳的内顶面从左至右设置有开口朝上的弧形滑轨，所述弧形滑轨上放置有旋转轴，所述旋转轴的两端分别设置有滑轮，每个所述滑轮通过连接绳连接有长方体状的下开口外壳，每根所述连接绳的两端分别与所述下开口外壳的顶端连接，每根所述连接绳的中部套设在所述旋转轴上，所述下开口外壳的左外侧壁和右外侧壁上分别竖直设置有第一磁铁；所述中空金属外壳的内底面设置有摩擦层，所述摩擦层上设置有上开口的长方体状的橡胶外壳，所述橡胶外壳的左内侧壁和右内侧壁上分别竖直设置有第二磁铁，位于所述下开口外壳同侧的所述第二电磁铁与所述第一电磁铁之间相互排斥，所述橡胶外壳内填充有电流变液；所述中空金属外壳的左内侧壁和右内侧壁上分别竖直设置有空气气囊；每个所述第一磁铁的底端、每个所述第二磁铁的底端和所述下开口外壳的底端分别浸没在所述电流变液中。

可选的，所述下开口外壳的左侧壁和右侧壁上分别设置有竖向容置腔，两个所述竖向容置腔内从下至上依次等间距水平设置有多个压电陶瓷片；所述第一磁铁为第一电磁铁，所述第二磁铁为第二电磁铁，所述下开口外壳为长方体状的导电金属外壳。

可选的，所述下开口外壳的内顶面通过钢丝绳连接有具有空腔结构的阻尼箱，所述钢丝绳的上端与所述金属外壳的内顶面连接，所述钢丝绳的下端与所述阻尼箱的外顶面连接，所述阻尼箱内填充有粘滞液体和多个高阻尼颗粒；所述电流变液的水平液面低于所述阻尼箱静止状态下的外底面。

可选的，每个所述高阻尼颗粒的外表面呈凹凸状；每个所述高阻尼颗粒的上设有多个小孔。

可选的，所述中空金属外壳的内底面呈开口朝上的弧形，所述摩擦层的弯曲程度与中空金属外壳的内底面的弯曲程度相同。

可选的，充气状态下的每个所述空气气囊分别呈碗状，每个所述空气气囊为柔性材料制成。

可选的，所述摩擦层为橡胶或环氧树脂制成。

可选的，所述橡胶外壳为高阻尼橡胶制成。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

(1)本发明提供的组合式滑动摩擦阻尼器通过结合粘滞液体、高阻尼颗粒、压电陶瓷及电流变液等材料特性、电磁感应原理及摩擦耗能等相关原理，使其具有良好的减隔振性能，能够更好地抵抗诸如车载、风载以及地震等引起的一系列荷载作用，且该组合式滑动摩擦阻尼器的构造简单，便于后期维修更换、所用到的材料易于获得。

(2)相较于传统的调频质量阻尼器，本发明提供的组合式滑动摩擦阻尼器在还未达到共振频率时通过摩擦耗能也能实现较好的减振效果，所以整个装置能够在更宽的振动频率范围内实现较满意的减隔振效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的实施例提供的奇数次扭曲边和偶数次扭曲边的结构示意图。

其中，100：中空金属外壳；101：弧形滑轨；102：滑轮；1021：旋转轴；103：空气气囊；104：摩擦层；200：连接绳；300：下开口外壳；301：第一磁铁；302：竖向容置腔；303：压电陶瓷片；400：橡胶外壳；401：第二磁铁；402：电流变液；500：钢丝绳；600：阻尼箱；601：粘滞液体；602：高阻尼颗粒。

具体实施方式

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。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

如图1所示，本发明实施例提供了一种组合式滑动摩擦阻尼器，包括：长方体的中空金属外壳100，中空金属外壳100的内顶面从左至右设置有开口朝上的弧形滑轨101，弧形滑轨101上放置有旋转轴1021，旋转轴1021的两端分别设置有滑轮102，每个滑轮102通过连接绳200连接有长方体状的下开口外壳300，每根连接绳200的两端分别与下开口外壳300的顶端连接，每根连接绳200的中部套设在滑轮1021上，其中，滑轮102沿着弧形滑轨101的长度方向在弧形滑轨101上左右滑动，带动下开口外壳300左右摆动，下开口外壳300的左外侧壁和右外侧壁上分别竖直设置有第一磁铁301；

其中，连接绳200可以为钢丝绳或其它材质的绳子，只要能确保连接绳200能够支撑下开口外壳300的整体重量即可，本发明在此对连接绳不作具体限定。

中空金属外壳100的内底面设置有摩擦层104，其中，中空金属外壳100的内底面呈开口朝上的弧形，摩擦层104的弯曲程度与中空金属外壳100的内底面的弯曲程度相同，摩擦层104上设置有上开口的长方体状的橡胶外壳400，橡胶外壳400的外底面的弯曲程度与摩擦层104的弯曲程度相同，橡胶外壳400的左内侧壁和右内侧壁上分别竖直设置有第二磁铁401，其中，位于下开口外壳300左外侧壁的第二磁铁301与位于橡胶外壳400左内侧壁的第一磁铁401之间相互排斥，位于下开口外壳300右外侧壁的第二磁铁301与位于橡胶外壳400右内侧壁的第一磁铁401之间相互排斥，橡胶外壳400内填充有电流变液402，电流变液402在通常条件下是一种悬浮液，它在电场的作用下可发生液体-固体的转变。当外加电场强度大大低于某个临界值时，电流变液402呈液态；当电场强度大大高于这个临界值时，它就变成固态；

优选的，摩擦层104为橡胶或环氧树脂制成，橡胶外壳400为高阻尼橡胶制成，其中，摩擦层104和橡胶外壳400也可以是由其它摩擦系数较大的高分子材料制成，本发明在此不对摩擦层104和橡胶外壳400的材料作具体限定；

本发明选择摩擦系数较大的高分子材料制备摩擦层104和橡胶外壳400，目的是在中空金属外壳100受到横向荷载时，橡胶外壳400沿着摩擦层104的长度方向左右滑动，橡胶外壳400的外底面与摩擦层104的上表面之间摩擦系数增大，实现摩擦耗能的作用，起到中空金属外壳100横向减振的效果。

中空金属外壳100的左内侧壁和右内侧壁上分别竖直设置有空气气囊103，一方面，空气气囊103在橡胶外壳400碰撞摩擦的过程中具备良好的阻尼效果；另一方面，在减振耗能的同时空气气囊也可以对整个阻尼器起到保护和缓冲的作用。

具体的，每个空气气囊103为柔性材料制成，具体可以为橡胶或硅胶等弹性较好的材料制成，这样可以确保空气气囊103具有较好的弹性，每个空气气囊103中充入空气的量要适中，保证充气状态下的每个空气气囊103的外侧壁紧贴橡胶外壳400的外侧壁即可，充气状态下的每个空气气囊103分别呈碗状，也就是说，充气状态下的每个空气气囊103的外侧壁呈开口朝向中空金属外壳100内侧壁的半弧形结构，这样充气状态下的每个空气气囊103的内侧壁与外侧壁之间具有一个最大直线距离，当中空金属外壳100受到横向荷载时，第一磁铁301在受到位于下开口外壳300外侧壁同侧的第二磁铁401的斥力作用下，第一磁铁301朝向橡胶外壳400的外侧壁移动并挤压空气气囊103，由柔性材料制成的空气气囊103在受到第二磁铁401的挤压后，会对第二磁铁401产生一个反方向的作用力，空气气囊103、第一磁铁301和第二磁铁401之间的相互作用力，不断产生摩擦耗能，对中空金属外壳起到横向减振的作用；

每个第一磁铁301的底端、每个第二磁铁302的底端和下开口外壳300的底端分别浸没在电流变液402中。

当中空金属外壳100受到横向荷载时，电流变液402在橡胶外壳400内开始随之晃动，滑轮102在弧形滑轨101上左右滑动，带动下开口外壳300左右摆动，一方面，下开口外壳300向左摆动时，位于下开口外壳300左外侧壁的第二磁铁301与位于橡胶外壳400左内侧壁的第二磁铁401产生排斥作用，在斥力作用下，下开口外壳300向右运动，橡胶外壳400向左运动并挤压位于中空金属外壳100左内侧壁上的空气气囊103，在空气气囊103的反作用力下，橡胶外壳400会向右移动；另一方面，下开口外壳300向右摆动时，位于下开口外壳300右外侧壁的第一磁铁301与位于橡胶外壳400右内侧壁的第二磁铁401产生排斥作用，在斥力作用下，下开口外壳300向左运动，橡胶外壳400向右运动并挤压位于中空金属外壳100右内侧壁上的空气气囊103，在空气气囊103的反作用力下，橡胶外壳400会向左移动；

在整个横向荷载的过程中程中橡胶外壳400会在摩擦层104上左右移动，且与摩擦层104之间产生摩擦力，消耗动能，电流变液402也会随橡胶外壳400的移动而晃动，且每个第一磁铁301的底端、每个第二磁铁401的底端和下开口外壳300的底端分别浸没在电流变液402中，在两个第一磁铁301、下开口外壳300、两个第二磁铁401左右移动的过程中，电流变液402会对其产生一定的阻力，会消耗一部分的动能，最终通过多重摩擦耗能，减少横向荷载的作用力，实现较好的横向减振的效果。

本发明提供了另一实施例，下开口外壳300的左侧壁和右侧壁上分别设置有竖向容置腔302，两个竖向容置腔302内从下至上依次等间距水平设置有多个压电陶瓷片303；第一磁铁301为第一电磁铁，第二磁铁401为第二电磁铁，下开口外壳300为长方体状的导电金属外壳。

在中空金属外壳100受到横向荷载时，长方体金属外壳100内的电流变液也随之晃动并击打下开口外壳300，而下开口外壳300为长方体导电金属外壳，设置在下开口外壳300左侧壁和右侧壁上的竖向容置腔302内的压电陶瓷片303，将下开口外壳300受到的机械能转化为电能，再借助下开口外壳300的导电性以及电流变液402使每个第一电磁铁301和每个第二电磁铁401通电，位于下开口外壳300同侧的第二电磁铁401与第一电磁铁301在斥力作用下，推动橡胶外壳400与套筒102分别在中空金属外壳100的内地面与弧形滑轨101上做方向相反的运动，实现摩擦耗能的效果。

本发明提供了另一实施例，下开口外壳300的内顶面通过钢丝绳500连接有中空的阻尼箱600，钢丝绳600的上端与下开口外壳300的内顶面连接，钢丝绳500的下端与阻尼箱600的外顶面连接，其中，钢丝绳500的长度只要确保中空金属外壳100在受到横向荷载时，阻尼箱600与下开口外壳300的左内侧壁和右内侧壁之间发生剧烈碰撞即可，其具体数值可以根据实际的减振过程所需要的碰撞的剧烈程度进行设定，本发明在此不作具体限定。

其中，阻尼箱600内填充有粘滞液体601和多个高阻尼颗粒602，粘滞液体601与高阻尼颗粒602以及粘滞液体601与高阻尼颗粒602分别于阻尼箱600的内侧壁之间发生碰撞、摩擦作用，消耗动能，且每个高阻尼颗粒602的外表面呈凹凸状且每个高阻尼颗粒602上设有多个小孔，这样可以增加碰撞过程中粘滞液体601与高阻尼颗粒602之间的接触面积，在碰撞摩擦的过程中会受到较大的阻力，从而可以实现减振耗能的效果；电流变液402的水平液面低于阻尼箱600静止状态下的外底面，也就是说，阻尼箱600的外底面是位于橡胶外壳400中的电流变液402的液面之上的。

在中空金属外壳100受到竖向荷载时，电流变液402和高阻尼颗粒602会对阻尼箱600的内侧壁产生碰撞，且高阻尼颗粒602与电流变液402之间也会产生摩擦作用，进行动能的消耗，实现竖向减振的作用。

当中空金属外壳100受到横向荷载时，阻尼箱600进行单摆运动时可对下开口外壳300产生碰撞作用，从而增大第一电磁铁301中的电流，导致位于下开口外壳300同侧的第一电磁铁301和第二电磁铁401之间的相互作用增强，促进橡胶外壳400更好地进行摩擦耗能运动，使得摩擦耗能效果更为显著。

本发明提供的组合式滑动摩擦阻尼器中，套筒102的底部设置有滚轮，套筒102内转动设置有旋转轴1021，旋转轴1021通过连接绳200与下开口外壳300连接，当滚轮在弧形滑轨101上左右移动时，旋转轴1021也会在套筒102内转动带动下开口外壳300的摆动，固定在下开口外壳300内的阻尼箱600以及阻尼箱600内的粘滞液体601以及多个高阻尼颗粒602也会随之摆动，其中，通过钢丝绳500固定在下开口外壳300内顶面的阻尼箱600在横向运动时可看作一个调频质量阻尼器，所以当下开口外壳300和阻尼箱600同时发挥作用时可使得其阻尼系统自身的振动频率能够调整到主结构振动的主要频率附近，通过其与主结构间的相互作用，可实现能量从主结构向其阻尼系统转移，达到减小主结构振动的目的。

综上，本发明提供的组合式滑动摩擦阻尼器通过结合粘滞液体601、高阻尼颗粒602、压电陶瓷片303及电流变液402等材料特性、电磁感应原理及摩擦耗能等相关原理，使其具有良好的减隔振性能，能够更好地抵抗诸如车载、风载以及地震等引起的一系列荷载作用，且该组合式滑动摩擦阻尼器的构造简单，便于后期维修更换、所用到的材料易于获得；相较于传统的调频质量阻尼器，本发明提供的组合式滑动摩擦阻尼器在还未达到共振频率时通过摩擦耗能也能实现较好的减振效果，所以整个装置能够在更宽的振动频率范围内实现较满意的减隔振效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种组合式滑动摩擦阻尼器，其特征在于，包括：长方体状的中空金属外壳(100)，所述中空金属外壳(100)的内顶面从左至右设置有开口朝上的弧形滑轨(101)，所述弧形滑轨(101)上放置有旋转轴(1021)，所述旋转轴(1021)的两端分别设置有滑轮(102)，每个所述滑轮(102)通过连接绳(200)连接有长方体状的下开口外壳(300)，每根所述连接绳(200)的两端分别与所述下开口外壳(300)的顶端连接，每根所述连接绳(200)的中部套设在所述滑轮(102)上，所述下开口外壳(300)的左外侧壁和右外侧壁上分别竖直设置有第一磁铁(301)；

所述中空金属外壳(100)的内底面设置有摩擦层(104)，所述摩擦层(104)上设置有上开口的长方体状的橡胶外壳(400)，所述橡胶外壳(400)的左内侧壁和右内侧壁上分别竖直设置有第二磁铁(401)，位于所述下开口外壳(300)同侧的所述第二电磁铁(401)与所述第一电磁铁(301)之间相互排斥，所述橡胶外壳(400)内填充有电流变液(402)；

所述中空金属外壳(100)的左内侧壁和右内侧壁上分别竖直设置有空气气囊(103)；

每个所述第一磁铁(301)的底端、每个所述第二磁铁(401)的底端和所述下开口外壳(300)的底端分别浸没在所述电流变液(402)中。

2.根据权利要求1所述的组合式滑动摩擦阻尼器，其特征在于，所述下开口外壳(300)的左侧壁和右侧壁上分别设置有竖向容置腔(302)，两个所述竖向容置腔(302)内从下至上依次等间距水平设置有多个压电陶瓷片(303)；

所述第一磁铁(301)为第一电磁铁，所述第二磁铁(401)为第二电磁铁，所述下开口外壳(300)为长方体状的导电金属外壳。

3.根据权利要求1所述的组合式滑动摩擦阻尼器，其特征在于，所述下开口外壳(300)的内顶面通过钢丝绳(500)连接有中空的阻尼箱(600)，所述钢丝绳(500)的上端与所述下开口外壳(300)的内顶面连接，所述钢丝绳(500)的下端与所述阻尼箱(600)的外顶面连接，所述阻尼箱(600)内填充有粘滞液体(601)和多个高阻尼颗粒(602)；

所述电流变液(402)的水平液面低于所述阻尼箱(600)静止状态下的外底面。

4.根据权利要求3所述的组合式滑动摩擦阻尼器，其特征在于，每个所述高阻尼颗粒(602)的外表面呈凹凸状；

每个所述高阻尼颗粒(602)上设有多个小孔。

5.根据权利要求1所述的组合式滑动摩擦阻尼器，其特征在于，所述中空金属外壳(100)的内底面呈开口朝上的弧形，所述摩擦层(104)的弯曲程度与中空金属外壳(100)的内底面的弯曲程度相同。

6.根据权利要求1所述的组合式滑动摩擦阻尼器，其特征在于，充气状态下的每个所述空气气囊(103)分别呈碗状，每个所述空气气囊(103)为柔性材料制成。

7.根据权利要求1所述的组合式滑动摩擦阻尼器，其特征在于，所述摩擦层(104)为橡胶或环氧树脂制成。

8.根据权利要求1所述的组合式滑动摩擦阻尼器，其特征在于，所述橡胶外壳(400)为高阻尼橡胶制成。

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