CN113756464A - 一种碟簧变刚度摩擦阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碟簧变刚度摩擦阻尼器，包括外盖板、弧面摩擦板、钢垫板、第一高强螺栓、第二高强螺栓以及碟簧；外盖板上开设有定位圆孔、第一圆孔以及弧面凹槽；弧面摩擦板的两侧设置有弧面凸起，且弧面摩擦板上开设有条形孔，弧面凸起垂直于条形孔；钢垫板上开设有第二圆孔；两块外盖板将弧面摩擦板和钢垫板夹在中间，弧面凸起位于弧面凹槽内。本发明可通过控制高强螺栓预紧力大小、碟簧组数量和弧面长度，来控制摩擦力的大小和工作位移的长度，以适应不同情况的耗能需求。本发明中所有版型较为简单，板内仅开孔或开槽，加工方便，通过高强螺栓连接，组装简单，满足装配式的要求，便于量产。

Description

一种碟簧变刚度摩擦阻尼器
技术领域
本发明涉及阻尼器技术领域，尤其涉及一种碟簧变刚度摩擦阻尼器。
背景技术
地震灾害严重威胁着人类的生存和发展。随着科学的发展和人类生活水平的提高，预防和抵御地震灾害的能力也不断提高，结构减震技术作为抵御地震的一种有效方法，也随着科学的进步在不断地发展和应用。并且这门技术在工程结构抗震中已经成为比较成熟的技术，结构减震控制通过调整或者改变结构的动力参数的途径，改变结构的振动反应，有效的保护结构在地震中的安全。在结构中加入耗能器(如：阻尼器)来控制结构的地震反应的耗能减震方法是结构减震控制技术中一种有效、安全、可靠、经济的减震方法。摩擦阻尼器对建筑结构进行振动控制的机理为将建筑结构振动中的一部分能量通过摩擦阻尼器的摩擦消耗掉，从而达到耗能减震的目的。摩擦阻尼器由于取材方便、造价低廉、构造简单、安装和维修方便、适用范围广泛且对结构近断层地震作用和中高层地震作用有特殊的优势，因此得到了广泛应用。
传统的摩擦阻尼器存在一些问题，传统的摩擦阻尼器开在始滑动后摩擦力始终保持不变，滞回曲线呈矩形，并不能提高结构的刚度，控制效果在不同的动力响应下保持不变。
进一步，提出了链杆式变刚度摩擦阻尼器，如专利申请号：CN201521074930.8，通过链杆带动滑块沿着摩擦板弧形表面滑动实现摩擦力随位移变化而变化的阻尼效果，虽然解决了传统的摩擦阻尼器摩擦力始终保持不变的问题，但是其板形和活塞加工复杂，不利于工业化生产。
发明内容
本发明提供了一种碟簧变刚度摩擦阻尼器，以解决上述技术问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种碟簧变刚度摩擦阻尼器，包括外盖板、弧面摩擦板、钢垫板、第一高强螺栓、第二高强螺栓以及碟簧；
所述外盖板上开设有定位圆孔、第一圆孔以及弧面凹槽；
所述弧面摩擦板的两侧设置有弧面凸起，且所述弧面摩擦板上开设有条形孔，所述弧面凸起垂直于所述条形孔；
所述钢垫板上开设有第二圆孔；
两块所述外盖板将所述弧面摩擦板和钢垫板夹在中间，所述弧面摩擦板和钢垫板的中线重合，且所述弧面摩擦板和钢垫板之间具有一定间距；所述弧面摩擦板的两侧的弧面凸起位于所述弧面凹槽内，所述第一高强螺栓穿过所述定位圆孔和第二圆孔将所述钢垫板固定于两块所述外盖板之间，所述碟簧位于第一高强螺栓的螺母与外盖板之间和/或第一高强螺栓的螺帽与外盖板之间；所述第二高强螺栓穿过所述第一圆孔和条形孔将所述弧面摩擦板固定在两块所述外盖板之间，所述碟簧位于第二高强螺栓的螺母与外盖板之间和/或第二高强螺栓的螺帽与外盖板之间。
作为碟簧变刚度摩擦阻尼器的一种优选方式，所述外盖板和弧面摩擦板均为长方形，且所述条形孔沿所述弧面摩擦板长度方向设置。
作为碟簧变刚度摩擦阻尼器的一种优选方式，所述第一圆孔具有两个，两个所述第一圆孔位于所述弧面凹槽的两侧，且两个第一圆孔位于条形孔的中部，条形孔两侧留有一定活动距离。
作为碟簧变刚度摩擦阻尼器的一种优选方式，所述钢垫板的厚度小于弧面摩擦板的厚度2～3mm，防止与两侧的外盖板接触，影响碟簧变形。
作为碟簧变刚度摩擦阻尼器的一种优选方式，所述碟簧包括多个碟簧组，由两个单片碟簧经过平行叠合或串联叠合而成。
作为碟簧变刚度摩擦阻尼器的一种优选方式，所述第一高强螺栓一端位于所述外盖板以外的部分开螺牙，在弧面摩擦板和外盖板叠加的厚度内不开螺牙；所述第二高强螺栓一端位于所述外盖板以外的部分开螺牙，在外盖板和钢垫板叠加的厚度内不开螺牙。
作为碟簧变刚度摩擦阻尼器的一种优选方式，所述弧面摩擦板的两个弧面凸起的高度与外盖板上的弧面凹槽的凹陷深度相同，使得所述弧面凸起顶部与弧面凹槽底部相接触。
作为碟簧变刚度摩擦阻尼器的一种优选方式，所述第一高强螺栓和第二高强螺栓上设置有限位标记，用于提示螺母的最佳旋转深度。
作为碟簧变刚度摩擦阻尼器的一种优选方式，所述限位标记为设置在所述第一高强螺栓和第二高强螺栓上的刻度。
作为碟簧变刚度摩擦阻尼器的一种优选方式，所述弧面凹槽的圆弧半径为1～1.45倍弧面凹槽的长度，所述弧面凸起的长度小于弧面凹槽的长度的1/3。
本发明的有益效果是：
(1)本发明可通过控制高强螺栓预紧力大小、碟簧组数量和弧面长度，来控制摩擦力的大小和工作位移的长度，以适应不同情况的耗能需求。
(2)本发明中所有版型较为简单，板内仅开孔或开槽，加工方便。通过高强螺栓连接，组装简单，满足装配式的要求，便于量产。
(3)本发明各组件在磨损后均便于替换，方便震后建筑物修复工作的进行。
(4)在高强螺栓上设置有限位标记，用于提示螺母的最佳旋转深度，实现统一且轻松的安装。
附图说明
图1为本发明公开的碟簧变刚度摩擦阻尼器的结构示意图。
图2为本发明公开的碟簧变刚度摩擦阻尼器的爆炸图。
图3为本发明公开的碟簧变刚度摩擦阻尼器的剖视图。
图4为本发明公开的外盖板的结构示意图。
图5为本发明公开的弧面摩擦板的结构示意图。
图6为本发明公开的钢垫板的结构示意图。
图7为本发明公开的平行碟簧组的剖视图。
图8为本发明公开的串联碟簧组的剖视图。
附图标记：1、外盖板；101、定位圆孔；102、第一圆孔；103、弧面凹槽；2、弧面摩擦板；201、条形孔；202、弧面凸起；3、钢垫板；301、第二圆孔；4、第二高强螺栓；5、第一高强螺栓；6、碟簧。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
参见图1-3，本实施例提供一种碟簧变刚度摩擦阻尼器，包括外盖板1、弧面摩擦板2、钢垫板3、第一高强螺栓5、第二高强螺栓4以及碟簧6；
参见图4，外盖板1上开设有定位圆孔101、第一圆孔102以及弧面凹槽103。进一步的，外盖板1为长方形，每个外盖板1上具有两个定位圆孔101、两个第一圆孔102和一个弧面凹槽103，两个第一圆孔102位于弧面凹槽103的两侧。
参见图5，弧面摩擦板2也为长方形，其两侧各设置有一个弧面凸起202，且弧面摩擦板2上开设有沿其长度方向的条形孔201，弧面凸起202垂直于条形孔201。
参见图6，钢垫板3上开设有两个第二圆孔301，钢垫板3的厚度小于弧面摩擦板2的厚度2～3mm，防止与两侧的外盖板1接触，影响碟簧6变形。
参见图1-3，两块外盖板1将弧面摩擦板2和钢垫板3夹在中间，弧面摩擦板2和钢垫板3的中线重合，且弧面摩擦板2和钢垫板3之间具有一定间距。弧面摩擦板2的两侧的弧面凸起202位于弧面凹槽103内，弧面摩擦板2的两个弧面凸起202的高度与外盖板1上的弧面凹槽103的凹陷深度相同，使得弧面凸起202顶部与弧面凹槽103底部相接触。弧面摩擦板2相对外盖板1相对滑动时，产生摩擦力，摩擦力大小通过外盖板1中的弧面凹槽103的弧度大小控制，弧面长度根据实际工作位移确定。也就是说，通过弧面凹槽103的调节弧度大小和弧面长度，可以调节摩擦力大小以及阻尼器工作位移。优选的，弧面凹槽103的圆弧半径处于1～1.45倍弧面凹槽的长度，弧面凸起202的长度小于弧面凹槽103的长度的1/3。此弧度的弧面凹槽即能保证一定的滑移距离，又能随着滑移而明显增大摩擦力。
钢垫板3上的两个第二圆孔301与外盖板1中的两个定位圆孔101对应，直径相同且圆心对齐，第一高强螺栓5穿过定位圆孔101和第二圆孔301将钢垫板3固定于两块外盖板1之间，第一高强螺栓5施加预紧力控制启动摩擦力，第一高强螺栓5只起固定作用。碟簧6位于第一高强螺栓5的螺母与外盖板1之间和/或第一高强螺栓5的螺帽与外盖板1之间。
第二高强螺栓4穿过第一圆孔102和条形孔201将弧面摩擦板2固定在两块外盖板1之间，且两个第一圆孔102位于条形孔201的中部，条形孔201两侧留有一定活动距离，从而保证足够的滑移距离。碟簧6位于第二高强螺栓4的螺母与外盖板1之间和/或第二高强螺栓4的螺帽与外盖板1之间。
具体的，为加强第一高强螺栓5和第二高强螺栓4的强度，避免螺纹与外盖板1发生硬接触时的螺纹损坏，第一高强螺栓5一端位于外盖板1以外的部分开螺牙，在弧面摩擦板2和外盖板1叠加的厚度内不开螺牙；同样的，第二高强螺栓4一端位于外盖板1以外的部分开螺牙，在外盖板1和钢垫板3叠加的厚度内不开螺牙。
碟簧6包括多个碟簧组，由两个单片碟簧经过平行叠合或串联叠合而成，图7中的碟簧为平行碟簧组，图8中的碟簧为串联碟簧组，碟簧6中碟簧组的数量根据外盖板1中的弧面凹槽103和弧面摩擦板2中的弧面凸起202的尺寸以及第二高强螺栓4的预紧力大小确定，控制碟簧组的数量可调节摩擦力变化幅度。碟簧6的材料为60Si2MnA或50CrVA，执行标准参照国标GB1972-2005或德标DIN2093。
进一步的，在安装第一高强螺栓5和第二高强螺栓4时，螺母的旋转深度直接影响着阻尼器的摩擦力大小，而安装工作人员又并非都具有很丰富的经验来判断螺母的旋转深度，因此，为了实现统一且轻松的安装，本实施例在不同型号的阻尼器经过大量测试后，在第一高强螺栓5和第二高强螺栓4上设置有限位标记，用于提示螺母的最佳旋转深度。该限位标记可以是设置在第一高强螺栓5和第二高强螺栓4上的刻度。为了达到防滑的目的，螺母采用防滑螺母。
值得注意的是，外盖板1和弧面摩擦板2除了长方形外，还可以是正方形，椭圆形、圆形或六边形等。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种碟簧变刚度摩擦阻尼器，其特征在于，包括外盖板、弧面摩擦板、钢垫板、第一高强螺栓、第二高强螺栓以及碟簧；
所述外盖板上开设有定位圆孔、第一圆孔以及弧面凹槽；
所述弧面摩擦板的两侧设置有弧面凸起，且所述弧面摩擦板上开设有条形孔，所述弧面凸起垂直于所述条形孔；
所述钢垫板上开设有第二圆孔；
两块所述外盖板将所述弧面摩擦板和钢垫板夹在中间，所述弧面摩擦板和钢垫板的中线重合，且所述弧面摩擦板和钢垫板之间具有一定间距；所述弧面摩擦板的两侧的弧面凸起位于所述弧面凹槽内，所述第一高强螺栓穿过所述定位圆孔和第二圆孔将所述钢垫板固定于两块所述外盖板之间，所述碟簧位于第一高强螺栓的螺母与外盖板之间和/或第一高强螺栓的螺帽与外盖板之间；所述第二高强螺栓穿过所述第一圆孔和条形孔将所述弧面摩擦板固定在两块所述外盖板之间，所述碟簧位于第二高强螺栓的螺母与外盖板之间和/或第二高强螺栓的螺帽与外盖板之间。
2.根据权利要求1所述的碟簧变刚度摩擦阻尼器，其特征在于，所述外盖板和弧面摩擦板均为长方形，且所述条形孔沿所述弧面摩擦板长度方向设置。
3.根据权利要求2所述的碟簧变刚度摩擦阻尼器，其特征在于，所述第一圆孔具有两个，两个所述第一圆孔位于所述弧面凹槽的两侧，且两个第一圆孔位于条形孔的中部，条形孔两侧留有一定活动距离。
4.根据权利要求1所述的碟簧变刚度摩擦阻尼器，其特征在于，所述钢垫板的厚度小于弧面摩擦板的厚度2～3mm，防止与两侧的外盖板接触，影响碟簧变形。
5.根据权利要求1所述的碟簧变刚度摩擦阻尼器，其特征在于，所述碟簧包括多个碟簧组，由两个单片碟簧经过平行叠合或串联叠合而成。
6.根据权利要求1所述的碟簧变刚度摩擦阻尼器，其特征在于，所述第一高强螺栓一端位于所述外盖板以外的部分开螺牙，在弧面摩擦板和外盖板叠加的厚度内不开螺牙；所述第二高强螺栓一端位于所述外盖板以外的部分开螺牙，在外盖板和钢垫板叠加的厚度内不开螺牙。
7.根据权利要求1所述的碟簧变刚度摩擦阻尼器，其特征在于，所述弧面摩擦板的两个弧面凸起的高度与外盖板上的弧面凹槽的凹陷深度相同，使得所述弧面凸起顶部与弧面凹槽底部相接触。
8.根据权利要求1所述的碟簧变刚度摩擦阻尼器，其特征在于，所述第一高强螺栓和第二高强螺栓上设置有限位标记，用于提示螺母的最佳旋转深度。
9.根据权利要求8所述的碟簧变刚度摩擦阻尼器，其特征在于，所述限位标记为设置在所述第一高强螺栓和第二高强螺栓上的刻度。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的碟簧变刚度摩擦阻尼器，其特征在于，所述弧面凹槽的圆弧半径为1～1.45倍弧面凹槽的长度，所述弧面凸起的长度小于弧面凹槽的长度的1/3。
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