CN113737977A - 一种自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器，包括筒体、多层圆环弹簧、垫件、连接轴以及紧固件，多层圆环弹簧的两端均设有垫件，多层圆环弹簧以及垫件均设于筒体内，紧固件设于垫件的一侧，紧固件位于远离多层圆环弹簧的一侧，连接轴穿过多层圆环弹簧和垫件，紧固件连接于连接轴。多层圆环弹簧包括内层圆环件、至少一层中层圆环件以及外层圆环件，内层圆环件、中层圆环件以及外层圆环件由内至外依次设置且沿上下方向层叠间隔的设置多个。通过在筒体内设置多层圆环弹簧，由于圆环弹簧设置为多层，连接轴的力通过垫件传递到多层圆环弹簧时，通过逐层耗能，实现高耗能以及自复位的效果，具有耗能高，强度大，恢复力大等优点。

Description

一种自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器

技术领域

本发明涉及土木工程耗能减震技术领域，特别是涉及一种自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器。

背景技术

我国是一个地震多发地区，当地震来临时，建筑物的破坏与倒塌将会带来巨大的生命和财产损失。如何减轻地震作用下结构的振动响应，成为了土木工程领域一个十分重要的问题。减震技术是通过采用一定的耗能装置或附加子结构吸收或消耗地震传递给主体结构的能量，从而减轻结构的振动。减震方法主要有消能减震、吸振减震、冲击减震等类型。

环形弹簧是一种近几年在建筑结构减震、隔震领域兴起的可自复位阻尼器，由带内锥面的外圆环和带有外锥面的内圆环配合而成，当环形弹簧承受轴向压力时，内外圆环相互挤压且沿着锥面相对滑动，产生轴向位移，起到弹簧作用。同时，内外圆环之间产生巨大的摩擦力，可在相对滑动过程中通过摩擦力耗散能量。其在高荷载的作用下仅发生微小的变形，但耗能能力有限。

近年来，针对土木工程结构极罕遇地震、近断层地震的研究方兴未艾，传统的环形弹簧难以满足实际工程结构大刚度、高耗能的需求，因此迫切需要研发具备高耗能能力且可自复位的新型阻尼器。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明提出一种自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器，包括筒体、多层圆环弹簧、垫件、连接轴以及紧固件，所述多层圆环弹簧的两端均设有所述垫件，所述多层圆环弹簧以及所述垫件均设于所述筒体内，所述连接轴、所述多层圆环弹簧以及所述垫件同轴设置，所述紧固件设于所述垫件的一侧，所述紧固件位于远离所述多层圆环弹簧的一侧，所述紧固件连接于所述连接轴；

所述多层圆环弹簧包括内层圆环件、至少一层中层圆环件以及外层圆环件，所述内层圆环件、所述中层圆环件以及所述外层圆环件由内至外依次设置且沿上下方向层叠间隔的设置多个，位于所述多层圆环弹簧的轴向两端的中层圆环件分别抵接于所述垫件。

有益效果：通过在筒体内设置多层圆环弹簧，多层圆环弹簧的两端均设有垫件，连接轴穿过多层圆环弹簧和垫件，紧固件连接于连接轴上。由于圆环弹簧设置为多层，连接轴的力通过垫件传递到多层圆环弹簧时，通过逐层耗能，实现高耗能以及自复位的效果，具有耗能高，强度大，恢复力大等优点。

在本发明的一些实施例中，所述内层圆环件具有内圆柱面的第一环部以及具有外锥面的第二环部，所述外层圆环件具有内锥面的第三环部以及具有外圆柱面的第四环部，所述中层圆环件具有内锥面的第五环部以及具有外锥面的第六环部。

在本发明的一些实施例中，至少部分所述第五环部与至少部分所述第二环部抵接。

在本发明的一些实施例中，至少部分所述第六环部与至少部分所述第三环部抵接。

在本发明的一些实施例中，位于所述多层圆环弹簧的轴向两端的中层圆环件的截面形状为梯形，其余各中层圆环件的截面形状为六边形。

在本发明的一些实施例中，所述中层圆环件设有两层，两层所述中层圆环件设置为相抵接的第一中层圆环件以及第二中层圆环件。

在本发明的一些实施例中，所述第一中层圆环件具有内锥面的所述第五环部以及具有外锥面的所述第六环部，所述第二中层圆环件具有内锥面的第七环部以及具有外锥面的第八环部，至少部分所述第六环部与至少部分所述第七环部抵接，至少部分所述第八环部与至少部分所述第三环部抵接。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的立体结构示意图；

图2是图1的剖视立体结构示意图；

图3是图2的正视结构示意图；

图4是本发明实施例多层圆环弹簧的立体结构示意图；

图5是本发明实施例垫件的示意图；

图6是本发明实施例四层圆环弹簧的剖视结构示意图。

图中：筒体1、垫件2、连接轴3、紧固件4、内层圆环件5、外层圆环件6、中层圆环件7、第一中层圆环件8、第二中层圆环件9。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

需要理解的是，本文中，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本文中，术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本文中，如果有描述到“若干”、“多个”，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

参照图1至6，本发明提出一种自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器，包括筒体1、多层圆环弹簧、垫件2、连接轴3以及紧固件4，多层圆环弹簧的两端均设有垫件2。多层圆环弹簧以及垫件2均设于筒体1内。多层圆环弹簧、垫件2以及连接轴3同轴设置。紧固件4设于垫件2的一侧，紧固件4位于远离多层圆环弹簧的一侧，紧固件4连接于连接轴3。

进一步地，多层圆环弹簧包括内层圆环件5、至少一层中层圆环件7以及外层圆环件6，内层圆环件5、中层圆环件7以及外层圆环件6由内至外依次设置且沿上下方向层叠间隔的设置多个，位于多层圆环弹簧的轴向两端的中层圆环件7分别抵接于垫件2。

可以理解的是，多层圆环弹簧具有中心孔，垫件2具有连接孔，连接轴3穿过多层圆环弹簧的中心孔和垫件2的连接孔，多层圆环弹簧、垫件2以及连接轴3同轴设置，即连接轴3的轴线、中心孔的轴线以及连接孔的轴线设置为同轴。在一些实施例中，连接轴3与紧固件4通过螺纹连接。在一些实施例中，紧固件4为螺母。优选地，垫件2设置为环形的垫板。

筒体1具有内腔，内腔具有环形的第三侧壁以及相对设置的第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁、第二侧壁以及第三侧壁合围形成内腔。筒体1的两端分别具有第一开口和第二开口，第一开口贯穿第一侧壁，第二开口贯穿第二侧壁，第一开口和第二开口的直径均小于第三侧壁的直径。

继续参照图2至4，在一些实施例中，多层圆环弹簧设置为三层，即为三层圆环弹簧，包括内层圆环件5、外层圆环件6以及中层圆环件7，内层圆环件5、中层圆环件7以及外层圆环件6由内至外依次设置且沿上下方向层叠间隔的设置多个。

进一步地，内层圆环件5具有内圆柱面的第一环部以及具有外锥面的第二环部，外层圆环件6具有内锥面的第三环部以及具有外圆柱面的第四环部，中层圆环件7具有内锥面的第五环部以及具有外锥面的第六环部。至少部分第五环部与至少部分第二环部抵接。至少部分第六环部与至少部分第三环部抵接。

优选地，多层圆环弹簧的环形外侧壁与内腔的第三侧壁之间具有间隙。进一步优选地，外层圆环件6的具有外圆柱面的第四环部与内腔的第三侧壁之间具有间隙。

继续参照图3，优选地，中层圆环件7的两端分别与垫件2抵接。在本发明一些实施例中，位于多层圆环弹簧的轴向两端的中层圆环件7的截面形状为梯形，其余各中层圆环件7的截面形状为六边形。具体地，设置为梯形的中层圆环件7中，梯形的中层圆环件7的下底边与垫件2抵接，以提供更稳定的支撑，实现稳定的传递力的作用。需要理解的是，各圆环件的内锥面或外锥面包括一个倾斜向下的面与一个倾斜向上的面且相交，具有共同的交线，各圆环件的倾角则为该两个面之间的夹角。在一些实施例中，各个中层圆环件7的横截面形状为等角不等边六边形，该等角不等边六边形具有两个相互平行的平面，两个相互平行的平面为垂直于多层圆环弹簧的轴向设置。可以理解的是，即在本实施例中，各中层圆环件7的内锥面的第五环部与外锥面的第六环部的倾角相同。需要理解的是，本发明还可根据不同方案，对各圆环件的直径、倾角、高度、间隙等参数进行调节设计，例如中层圆环件7的内锥面的第五环部与外锥面的第六环部的倾角不同。

继续参照图6，在本发明其他一些的实施例中，多层圆环弹簧设置为四层，即为四层圆环弹簧，中层圆环件7设有两层，即为相抵接的第一中层圆环件8和第二中层圆环件9。四层圆环弹簧包括内层圆环件5、外层圆环件6、第一中层圆环件8以及第二中层圆环件9，内层圆环件5、第一中层圆环件8、第二中层圆环件9以及外层圆环件6由内至外依次设置且沿上下方向叠层间隔的设置多个。

优选地，第一中层圆环件8的两端分别与垫件2抵接。进一步优选地，位于多层圆环弹簧的轴向两端的第一中层圆环件8的截面形状为梯形，其余各第一中层圆环件8的截面形状为六边形。具体地，设置为梯形的第一中层圆环件8中，梯形的第一中层圆环件8的下底边与垫件2抵接，以提供更稳定的支撑，实现稳定的传递力的作用。

具体地，内层圆环件5具有内圆柱面的第一环部以及具有外锥面的第二环部，外层圆环件6具有内锥面的第三环部以及具有外圆柱面的第四环部，第一中层圆环件8具有内锥面的第五环部以及具有外锥面的第六环部，第二中层圆环件9具有内锥面的第七环部以及具有外锥面的第八环部。至少部分第五环部与至少部分第二环部抵接，至少部分第六环部与至少部分第七环部抵接，至少部分第八环部与至少部分第三环部抵接。

继续参照图6，在本发明其他一些的实施中，四层圆环弹簧，上下间隔设置的各个第二中层圆环件9的横截面形状均为六边形。需要理解的是，各圆环件的内锥面或外锥面包括一个倾斜向下的面与一个倾斜向上的面且相交，具有共同的交线。各圆环件的倾角则为该两个面之间的夹角。在一些实施例中，各个第二中层圆环件9的横截面形状为等角不等边六边形，该等角不等边六边形具有两个相互平行的平面，两个相互平行的平面为垂直于多层圆环弹簧的轴向设置。可以理解的是，即在本实施例中，各第二中层圆环件9的内锥面的第七环部与外锥面的第八环部的倾角相同。需要理解的是，本发明还可根据不同方案，对各圆环件的直径、倾角、高度、间隙等参数进行调节设计，例如第二中层圆环件9的内锥面的第七环部与外锥面的第八环部的倾角不同。

优选地，多层圆环弹簧的材质为弹簧钢。可以理解的是,多层圆环弹簧中，内层圆环件5或中层圆环件7或外层圆环件6的材质可以根据实际工程需求采用形状记忆合金或高强钢等其他任意材料。

本发明多层圆环弹簧具体的层数包括但不限于本文所记载的三层或四层，多层圆环弹簧具体的层数可根据实际需求增加，例如五层、六层等，即根据本文记载的在内层圆环件5和外层圆环件6之间增加多层具有内锥面且具有外锥面的中层圆环件7。

本发明实施例的自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器的工作原理，以三层圆环弹簧为例：筒体1固定不动，当连接轴3发生轴向运动时，由于其中一端的垫件2被筒体1顶住无法运动，因此连接轴3会通过紧固件4以压迫形式带动另一端的垫件2同向运动，同时该垫件2再带动中层圆环件7同向运动，中层圆环件7通过其内外双锥面的进一步挤压使得位于其两侧的内层圆环件5和外层圆环件6产生径向变形。中层圆环件7筒体1内相对滑动时，多层圆环弹簧摩擦阻尼器由内层圆环件5、外层圆环件6的径向变形产生的径向力在锥面上的轴向分力提供自复位所需的轴向恢复力，由内层圆环件5、外层圆环件6、中层圆环件7的接触面间的摩擦力来进行耗能。可以理解的是，本领域技术人员可以通过改变内层圆环件5、外层圆环件6、中层圆环件7的截面的尺寸参数来调整最大恢复力、轴向刚度等性能参数的放大倍数。四层、五层等其他多层的工作原理与三层的相似，即通过各圆环件的接触面间的摩擦力来进行耗能。

由于设置了多层，本发明提高了阻尼器的耗能能力以及最大恢复力。本发明具有设计灵活，满足不同工程需求的优点。通过设置筒体1、垫件2、连接轴3以及紧固件4，使阻尼器可以承受轴向载荷的拉压双向作用，提供更大的轴向刚度。本发明具有高耗能、大刚度、可自复位、适用广泛的优点，特别适用于空间尺寸受限而又需要吸收大量能量或需要强力缓冲的场所。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器，其特征在于：包括筒体、多层圆环弹簧、垫件、连接轴以及紧固件，所述多层圆环弹簧的两端均设有所述垫件，所述多层圆环弹簧以及所述垫件均设于所述筒体内，所述连接轴、所述多层圆环弹簧以及所述垫件同轴设置，所述紧固件设于所述垫件的一侧，所述紧固件位于远离所述多层圆环弹簧的一侧，所述紧固件连接于所述连接轴；

所述多层圆环弹簧包括内层圆环件、至少一层中层圆环件以及外层圆环件，所述内层圆环件、所述中层圆环件以及所述外层圆环件由内至外依次设置且沿上下方向层叠间隔的设置多个，位于所述多层圆环弹簧的轴向两端的中层圆环件分别抵接于所述垫件。

2.根据权利要求1所述的自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器，其特征在于：所述内层圆环件具有内圆柱面的第一环部以及具有外锥面的第二环部，所述外层圆环件具有内锥面的第三环部以及具有外圆柱面的第四环部，所述中层圆环件具有内锥面的第五环部以及具有外锥面的第六环部。

3.根据权利要求2所述的自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器，其特征在于：至少部分所述第五环部与至少部分所述第二环部抵接。

4.根据权利要求3所述的自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器，其特征在于：至少部分所述第六环部与至少部分所述第三环部抵接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器，其特征在于：位于所述多层圆环弹簧的轴向两端的中层圆环件的截面形状为梯形，其余各中层圆环件的截面形状为六边形。

6.根据权利要求2所述的自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器，其特征在于：所述中层圆环件设有两层，两层所述中层圆环件设置为相抵接的第一中层圆环件以及第二中层圆环件。

7.根据权利要求3所述的自复位的多层圆环弹簧摩擦阻尼器，其特征在于：所述第一中层圆环件具有内锥面的所述第五环部以及具有外锥面的所述第六环部，所述第二中层圆环件具有内锥面的第七环部以及具有外锥面的第八环部，至少部分所述第六环部与至少部分所述第七环部抵接，至少部分所述第八环部与至少部分所述第三环部抵接。

Images