CN114703743B - 一种电涡流-摩擦组合型阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种电涡流‑摩擦组合型阻尼器，包括丝杠和与其适配的丝杠螺母；主支撑轴和转筒，主支撑轴与丝杠同轴设置，转筒套设于主支撑轴外，转筒一端连接丝杠螺母、另一端连接有摩擦片，主支撑轴上设有磁钢，磁钢对应的转筒上设有导磁管和导体管；摩擦预紧组件，包括耐磨盘和锁紧螺母，耐磨盘套设于主支撑轴外，耐磨盘仅能够沿主支撑轴轴向移动，锁紧螺母螺纹连接于主支撑轴，锁紧螺母抵接耐磨盘将耐磨盘与摩擦片贴合。本发明通过丝杠及丝杠螺母将直线运动转化为旋转运动，再通过摩擦预紧组件和摩擦片的配合将圆周切向力矩转化为轴向阻力，实现了摩擦力10～20倍以上的放大，达到了抑制桥梁振动所需摩擦阻力的需求。

Description

一种电涡流-摩擦组合型阻尼器

技术领域

本发明涉及减振装置领域，特别是一种电涡流-摩擦组合型阻尼器。

背景技术

桥梁在风荷载、地震荷载、车辆荷载、制动荷载、温度变化等作用下，主梁会发生水平位移或振动。一些大跨度桥梁每个月的纵向水平累积位移可以达到2km以上。长期的水平振动会引起结构疲劳和耐久性的问题，包括伸缩缝损坏、支座破坏、短吊杆疲劳等，造成极大的经济损失。

目前，抑制桥梁水平振动主要通过一种耗能减振装置——阻尼器。其中以粘滞流体阻尼器应用最为广泛。但是，粘滞流体阻尼器本身也存在耐久性问题，其密封件在长期磨损下，容易损坏发生漏液，阻尼器就会失效。很多大跨度桥梁的粘滞流体阻尼器在服役3～5年后就面临漏液更换的问题。

不管是粘滞流体阻尼器，还是电涡流阻尼器，在减振效果上都存在一定的局限性，那就是无法抑制准静态振动。根据频率的不同，桥梁的水平振动可以分为静位移、低于桥梁基频的准静态振动、高于桥梁基频的一般振动。实测表明这些振动中，准静态振动占了50％以上，主要是由不对称车辆荷载引起的。粘滞流体阻尼器和电涡流阻尼器都属于速度型阻尼器，其阻尼力和速度相关，速度越大，阻尼力越大，速度为0时，阻尼力为0。但是准静态振动的速度非常小，阻尼器效果受限。

电涡流阻尼器相比粘滞流体阻尼器，存在一个缺点，就是低速下阻尼力偏小。如图1所示，粘滞流体阻尼器的阻尼力-速度关系是F＝Cv^α，α介于0和1之间。电涡流阻尼器的阻尼力-速度关系在低速下接近线性。通过对比可以发现，低速下电涡流阻尼比粘滞阻尼小很多。这也使得电涡流阻尼器对准静态振动的减振效果更差。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的粘滞流体阻尼器和电涡流阻尼器对桥梁的准静态振动的减振效果差的问题，提供一种电涡流-摩擦组合型阻尼器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电涡流-摩擦组合型阻尼器，包括：

丝杠和与其适配的丝杠螺母；

主支撑轴和转筒，所述主支撑轴与所述丝杠同轴设置，所述转筒套设于所述主支撑轴外，所述转筒一端连接所述丝杠螺母、另一端连接有摩擦片，所述主支撑轴上设有磁钢，所述磁钢对应的所述转筒上设有导磁管和导体管；

摩擦预紧组件，包括耐磨盘和锁紧螺母，所述耐磨盘套设于所述主支撑轴外，所述耐磨盘仅能够沿所述主支撑轴轴向移动，即所述主支撑轴能够限制所述耐磨盘进行旋转，所述锁紧螺母螺纹连接于所述主支撑轴，所述锁紧螺母抵接所述耐磨盘将所述耐磨盘与所述摩擦片贴合。

摩擦力的特性是与速度无关，无论低速还是高速都能提供恒定的阻力，因此即使对速度很低的准静态振动，也能产生阻尼效果；抑制桥梁结构振动所需的摩擦力非常大，实现起来比较困难。

采用本发明所述的一种电涡流-摩擦组合型阻尼器，通过丝杠及丝杠螺母将直线运动转化为旋转运动，再通过摩擦预紧组件和摩擦片的配合将圆周切向力矩转化为轴向阻力，实现了摩擦力10～20倍以上的放大，达到了抑制桥梁振动所需摩擦阻力的需求，而通过转筒将电涡流阻尼与摩擦阻尼进行组合，共用一套丝杠，低速下，摩擦阻尼起主要作用，抑制准静态振动；高速下，电涡流阻尼起主要作用，抑制其他一般振动，如图4所示，该阻尼器结构简单，使用方便，效果良好。

优选地，所述磁钢通过磁钢架连接于所述主支撑轴。

优选地，所述摩擦预紧组件还包括弹性件，所述弹性件套设于所述主支撑轴外，所述弹性件设于所述耐磨盘和所述锁紧螺母之间。

进一步优选地，所述弹性件包括弹簧安装座，所述弹簧安装座上设有若干个导向杆，所述耐磨盘上设有与每个所述导向杆对应的导向孔，所述导向杆上设有弹性元件。

由于抑制桥梁结构振动所需的摩擦力非常大，与之对应的压力也要很大，采用这种结构，通过弹性元件对耐磨盘施加预紧力，使得耐磨盘和摩擦片之间具有较大的压力，从而产生较大的摩擦力。

进一步优选地，所述弹性元件为碟形弹簧组。

进一步优选地，所述碟形弹簧组包括若干个串联的碟形弹簧。

优选地，所述耐磨盘的内孔上设有键槽，所述主支撑轴上设有平键，所述平键配合于所述键槽内；

或者所述耐磨盘上连接有若干个滑块，每个所述滑块在所述主支撑轴上有对应的凹槽，所述滑块配合于对应的所述凹槽中，所述凹槽沿所述主支撑轴的轴向设置。

进一步优选地，所述滑块内部设有滚珠，所述滚珠沿所述凹槽滚动。

进一步优选地，沿所述耐磨盘的周向均匀设置所述滑块。

优选地，所述转筒包括螺母连接件、第一支撑连接件和第二支撑连接件，所述导体管连接于所述导磁管内，所述导磁管的两端分别连接所述第一支撑连接件和所述第二支撑连接件，所述第一支撑连接件连接所述螺母连接件，所述螺母连接件连接所述丝杠螺母，所述第二支撑连接件连接所述摩擦片。

进一步优选地，所述第二支撑连接件连接有摩擦片安装盘，所述摩擦片安装盘连接所述摩擦片。

进一步优选地，所述第一支撑连接件和所述第二支撑连接件分别通过径向轴承连接所述主支撑轴，所述径向轴承能够支撑所述第一支撑连接件和所述第二支撑连接件进行旋转。

优选地，所述丝杠为滚珠丝杠。

优选地，所述主支撑轴上设有推力轴承，所述推力轴承连接所述转筒。

采用这种结构，丝杠及丝杠螺母将轴向相对运动转换为丝杠螺母的高速旋转运动，其轴向力由推力轴承承担。

进一步优选地，所述主支撑轴上设有轴肩，所述轴肩对所述推力轴承轴向定位。

综上所述，由于采用了上述技术方案，有益效果是：

1、本发明所述的一种电涡流-摩擦组合型阻尼器，通过丝杠及丝杠螺母将直线运动转化为旋转运动，再通过摩擦预紧组件和摩擦片的配合将圆周切向力矩转化为轴向阻力，实现了摩擦力10～20倍以上的放大，达到了抑制桥梁振动所需摩擦阻力的需求，而通过转筒将电涡流阻尼与摩擦阻尼进行组合，共用一套丝杠，低速下，摩擦阻尼起主要作用，抑制准静态振动；高速下，电涡流阻尼起主要作用，抑制其他一般振动，如图4所示，该阻尼器结构简单，使用方便，效果良好；

2、本发明优选的一种电涡流-摩擦组合型阻尼器，通过弹性元件对耐磨盘施加预紧力，使得耐磨盘和摩擦片之间具有较大的压力，从而产生较大的摩擦力。

附图说明

图1为粘滞流体阻尼器与电涡流阻尼器的力-速度关系曲线图；

图2为电涡流-摩擦组合型阻尼器的剖面视图；

图3为摩擦预紧组件的爆炸视图；

图4为粘滞流体阻尼器与电涡流-摩擦组合型阻尼器的力-速度关系曲线图。

图中标记：1-丝杠螺母，2-推力轴承，3-螺母连接件，4-径向轴承，5-第一支撑连接件，6-磁钢，7-磁钢架，8-导磁管，9-导体管，10-第二支撑连接件，11-摩擦片安装盘，12-摩擦片，13-摩擦预紧组件，14-主支撑轴，15-耐磨盘，16-碟形弹簧组，17-弹簧安装座，18-锁紧螺母，19-导向杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图2至图4所示，本发明所述的一种电涡流-摩擦组合型阻尼器，包括丝杠、丝杠螺母1、推力轴承2、螺母连接件3、径向轴承4、第一支撑连接件5、磁钢6、磁钢架7、导磁管8、导体管9、第二支撑连接件10、摩擦片安装盘11、摩擦片12、摩擦预紧组件13、主支撑轴14、耐磨盘15、碟形弹簧组16、弹簧安装座17、锁紧螺母18和导向杆19。

如图2所示，主支撑轴14设有轴肩用于推力轴承2轴向定位，两件推力轴承2的止推轴圈安装于主支撑轴14上，止推座圈安装于螺母连接件3内孔处，螺母连接件3与支撑连接件5固接，通过推力轴承2与主支撑轴14的轴肩实现轴向定位。

螺母连接件3与滚珠丝杠1的螺母固接；导体管9与导磁管8固接；导磁管8的两端分别与支撑连接件5与支撑连接件10固接；摩擦片安装盘11与支撑连接件10固接，摩擦片12通过粘接与铆接等方法实现与摩擦片安装盘11的固接；支撑连接件5与支撑连接件10内孔均装有径向轴承4，而两件径向轴承4的内圈均装于主支撑轴14之上，可支撑该支撑连接件5与支撑连接件10进行旋转，因此通过相应连接设计可实现摩擦片12、摩擦片安装盘11、导体管9、导磁管8、支撑连接件5、支撑连接件10、螺母连接件3与滚珠丝杠1的螺母保持同心且可绕轴心进行旋转且转速相等。

磁钢6安装于磁钢架7上，磁钢架7固接于主支撑轴14之上。

如图3所示，摩擦预紧组件13包括：耐磨盘15、碟形弹簧组16、弹簧安装座17与锁紧螺母18，弹簧安装座17上装有若干导向杆19，每根导向杆19上装有一组碟形弹簧组16，碟形弹簧组16由多个碟形弹簧串联组成。耐磨盘15、弹簧安装座17与锁紧螺母18均安装于主支撑轴14之上，其中耐磨盘15、弹簧安装座17可沿轴线方向自由移动，耐磨盘15通过键槽与平键配合限位等方法限制了其与主支撑轴14的相对转动；锁紧螺母18有内螺纹，与主支撑轴14通过螺纹连接；耐磨盘15上设有导向孔供导向杆19插入。如图2所示，当拧紧锁紧螺母18时，弹簧安装座17压紧碟形弹簧组16，从而使耐磨盘15压紧摩擦片12，达到预紧目的。

各部件的作用：

摩擦片12、耐磨盘15：摩擦阻尼发生组件，二者摩擦产生摩擦力矩。

碟形弹簧组16：在预紧摩擦片12时实现摩擦片12预紧压力可调；在阻尼器正常工作时使摩擦片12上的压力恒定，几乎不受材料磨损的影响，进而保证摩擦力的恒定。

滚珠丝杠：将外部结构的直线相对运动转化并放大为导体管9、摩擦片12的高速旋转，并将电涡流阻尼力矩、摩擦力矩转化并放大为电涡流阻尼力、摩擦阻力。

推力轴承2：承受阻尼器的轴向拉压力。

导体管9、导磁管8、磁钢6：电涡流阻尼发生组件。

整个工作流程：

阻尼器正常工作时，滚珠丝杠的丝杆与主支撑轴14做轴向相对运动。如图2所示，滚珠丝杠将该轴向相对运动转换为丝杠螺母1的高速旋转运动，其轴向力由推力轴承2承担。丝杠螺母1通过各连接件带动导磁管8、导体管9与摩擦片12进行旋转。

通过摩擦预紧组件13的预紧，耐磨盘15受到碟形弹簧组16的压力，与摩擦片12压紧，而耐磨盘15由于限位设计无法旋转，因此当阻尼器正常工作时，摩擦片12与耐磨盘15摩擦产生摩擦力矩；导磁管8、导体管9与磁钢6产生相对运动，切割磁感线产生电涡流阻尼力矩。摩擦力矩、电涡流阻尼力矩通过各连接件传递，共同作用于滚珠丝杠，并放大转化为摩擦阻力与电涡流阻尼力，当桥梁产生准静态振动时，由于摩擦阻力大小与相对运动速度无关，阻尼器可靠摩擦阻力产生可观的阻尼效果；当桥梁产生一般振动时，导磁管8、导体管9高速旋转，电涡流阻尼力较大，阻尼器可靠电涡流阻尼力产生可观的阻尼效果。

在阻尼器工作过程中，摩擦片12与耐磨盘15会产生磨损。因此可通过串联多个小刚度碟形弹簧组成碟形弹簧组16，增大预压量，当摩擦片12与耐磨盘15磨损量远小于预压量时，对压力影响很小可以忽略，进而保证阻尼器工作过程中摩擦阻力可基本保持稳定不变，同时在预紧时也便于通过调节锁紧螺母18调节压力大小。

本发明所述的一种电涡流-摩擦组合型阻尼器，通过丝杠及丝杠螺母1将直线运动转化为旋转运动，再通过摩擦预紧组件13和摩擦片12的配合将圆周切向力矩转化为轴向阻力，实现了摩擦力10～20倍以上的放大，达到了抑制桥梁振动所需摩擦阻力的需求，而将电涡流阻尼与摩擦阻尼进行组合，共用一套丝杠，低速下，摩擦阻尼起主要作用，抑制准静态振动；高速下，电涡流阻尼起主要作用，抑制其他一般振动，如图4所示，该阻尼器结构简单，使用方便，效果良好。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于耐磨盘15和主支撑轴14的连接方式(未图示)。

在本实施例中，沿耐磨盘15的周向上均匀连接有若干个滑块，滑块与耐磨盘15保持相对静止，滑块内部设有滚珠，每个滑块在主支撑轴14上有对应的凹槽，凹槽沿主支撑轴的轴向设置，滚珠配合于对应的凹槽中并能够沿凹槽滚动，同时凹槽可限制滑块的周向运动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电涡流-摩擦组合型阻尼器，其特征在于，包括：

丝杠和与其适配的丝杠螺母(1)；

主支撑轴(14)和转筒，所述主支撑轴(14)与所述丝杠同轴设置，所述转筒套设于所述主支撑轴(14)外，所述转筒一端连接所述丝杠螺母(1)、另一端连接有摩擦片(12)，所述主支撑轴(14)上设有磁钢(6)，所述磁钢(6)对应的所述转筒上设有导磁管(8)和导体管(9)；

摩擦预紧组件(13)，包括耐磨盘(15)、弹性件和锁紧螺母(18)，所述耐磨盘(15)套设于所述主支撑轴(14)外，所述弹性件套设于所述主支撑轴(14)外，所述耐磨盘(15)仅能够沿所述主支撑轴(14)轴向移动，所述锁紧螺母(18)螺纹连接于所述主支撑轴(14)，所述弹性件设于所述耐磨盘(15)和所述锁紧螺母(18)之间，所述锁紧螺母(18)抵接所述弹性件将所述耐磨盘(15)与所述摩擦片(12)贴合。

2.根据权利要求1所述的电涡流-摩擦组合型阻尼器，其特征在于，所述弹性件包括弹簧安装座(17)，所述弹簧安装座(17)上设有若干个导向杆(19)，所述耐磨盘(15)上设有与每个所述导向杆(19)对应的导向孔，所述导向杆(19)上设有弹性元件。

3.根据权利要求2所述的电涡流-摩擦组合型阻尼器，其特征在于，所述弹性元件为碟形弹簧组(16)。

4.根据权利要求1所述的电涡流-摩擦组合型阻尼器，其特征在于，所述耐磨盘(15)的内孔上设有键槽，所述主支撑轴(14)上设有平键，所述平键配合于所述键槽内；

或者所述耐磨盘(15)上连接有若干个滑块，每个所述滑块在所述主支撑轴(14)上有对应的凹槽，所述滑块配合于对应的所述凹槽中，所述凹槽沿所述主支撑轴的轴向设置。

5.根据权利要求1所述的电涡流-摩擦组合型阻尼器，其特征在于，所述转筒包括螺母连接件(3)、第一支撑连接件(5)和第二支撑连接件(10)，所述导体管(9)连接于所述导磁管(8)内，所述导磁管(8)的两端分别连接所述第一支撑连接件(5)和所述第二支撑连接件(10)，所述第一支撑连接件(5)连接所述螺母连接件(3)，所述螺母连接件(3)连接所述丝杠螺母(1)，所述第二支撑连接件(10)连接所述摩擦片(12)。

6.根据权利要求5所述的电涡流-摩擦组合型阻尼器，其特征在于，所述第二支撑连接件(10)连接有摩擦片安装盘(11)，所述摩擦片安装盘(11)连接所述摩擦片(12)。

7.根据权利要求5所述的电涡流-摩擦组合型阻尼器，其特征在于，所述第一支撑连接件(5)和所述第二支撑连接件(10)分别通过径向轴承(4)连接所述主支撑轴(14)。

8.根据权利要求1所述的电涡流-摩擦组合型阻尼器，其特征在于，所述丝杠为滚珠丝杠。

9.根据权利要求1-8任一项所述的电涡流-摩擦组合型阻尼器，其特征在于，所述主支撑轴(14)上设有推力轴承(2)，所述推力轴承(2)连接所述转筒。

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