CN114809347B - 一种可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器,包括防护壳,防护壳内设置若干组转动摩擦单元,转动摩擦单元包括第一齿轮、第二齿轮、第一转动摩擦装置和第二转动摩擦装置,第一齿轮的两端均设置第一转动摩擦装置,第二齿轮的两端均设置第二转动摩擦装置,第一转动摩擦装置和第二转动摩擦装置相啮合,第一齿轮、第二齿轮的相对面上分别设置第一滑动板、第二滑动板,第一滑动板、第二滑动板通过其表面的锯齿与第一齿轮、第二齿轮相啮合。本发明的可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器构造简单,安装和拆卸方便;通过转动摩擦装置之间多个连续摩擦面的摩擦,从而有效、连续、稳定的消耗地震能量。
Description
技术领域
本发明属于阻尼器,具体为一种可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器。
背景技术
在建筑结构中增设阻尼器能有效减小地震荷载、风荷载等对主体结构安全的影响,提高建筑的耐强震能力。金属阻尼器因其良好的滞回耗能特性,且性能稳定,能够消耗大量的地震动或风振动能量,从而减小建筑物在各种水平荷载作用下产生的破坏,能有效降低地震或风振给人们带来的生命和财产损失,被视为建筑结构的第一道防线。
摩擦型金属阻尼器作为一种耗能装置,能够通过接触面间的摩擦来消耗能量。因其耗能能力强,荷载大小、频率对其性能影响不大,且构造简单、安装方便、造价低廉,因而在消能减震领域受到广泛的运用。
但是,传统的摩擦阻尼器在震后残余变形较大,导致安装有摩擦阻尼器结构在震后修复成本价高;同时,传统的滑动式和扭转式摩擦阻尼器在长期使用过程中随着摩擦次数的增加,摩擦面发生磨损,导致磨擦板之间的间隙逐渐增大,摩擦面的摩擦系数降低,进而使得阻尼器无法长期保持稳定的耗能特性。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明目的是提供一种能够有效消耗地震能量、长期保持稳定耗能特性的可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器。
技术方案:本发明的一种可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器,包括防护壳,防护壳内设置若干组转动摩擦单元,转动摩擦单元包括第一齿轮、第二齿轮、第一转动摩擦装置和第二转动摩擦装置,第一齿轮的两端均设置第一转动摩擦装置,第二齿轮的两端均设置第二转动摩擦装置,第一转动摩擦装置和第二转动摩擦装置相啮合,第一齿轮、第二齿轮的相对面上分别设置第一滑动板、第二滑动板,第一滑动板、第二滑动板通过其表面的锯齿与第一齿轮、第二齿轮相啮合。
进一步地,第一转动摩擦装置和第二转动摩擦装置的表面均为锯齿形。锯齿形的尖角β为80°~100°的等腰三角形,相邻锯齿形的凹角与所在平面圆心的夹角α需被360°整除。多个摩擦锯齿组合起来就形成连续的转动摩擦面,通过这些摩擦面间的相互摩擦来耗能。第一转动摩擦装置和第二转动摩擦装置啮合区域形成一个摩擦锯齿区,多个转动摩擦装置相啮合就形成多个摩擦锯齿区,多个摩擦锯齿区相加起来形成一个无形摩擦面。当摩擦面发生磨损、摩擦系数降低时,阻尼器能够自动进入下一个无形摩擦面,保持原有摩擦系数,阻尼器从而长期保持稳定的耗能特性。
进一步地,第一转动摩擦装置嵌套固定在第一齿轮上,和第二转动摩擦装置嵌套固定在第二齿轮上。第一转动摩擦装置、第二转动摩擦装置会在第一滑动板、第二滑动板的推动下随着第一齿轮、第二齿轮的转动而转动。
进一步地,防护壳包括左防护壳和右防护壳,左防护壳、右防护壳的连接处延伸设有连接耳板。连接耳板通过连接栓杆一相连,便于安装和拆卸。
进一步地,第一滑动板靠近两端处设置第一限位槽孔,第一限位槽孔通过穿过其内部的限位栓杆一、限位栓杆二与防护壳相连。第二滑动板靠近两端处设置第二限位槽孔,第二限位槽孔通过穿过其内部的限位栓杆三、限位栓杆四与防护壳相连。限位栓杆一与限位栓杆三平行设置,限位栓杆二与限位栓杆四平行设置,限位栓杆一、限位栓杆二、限位栓杆三、限位栓杆四通过限位栓杆连接板与防脱落挡板相连。限位栓杆连接板与防脱落挡板通过连接栓杆二相连。
进一步地,第一滑动板、第二滑动板的端部分别设有与建筑结构构件相连的螺栓孔。
工作原理:阻尼器的第一转动摩擦装置、第二转动摩擦装置的表面设成锯齿形,多个摩擦锯齿组合起来就形成连续的转动摩擦面,通过这些摩擦面间的相互摩擦来耗能。第一转动摩擦装置和第二转动摩擦装置接触区域形成一个摩擦锯齿区,多个第一转动摩擦装置、第二转动摩擦装置相啮合就形成多个摩擦锯齿区,多个摩擦锯齿区相加起来形成一个无形摩擦面。当阻尼器在长期使用过程中,随着摩擦次数的增加和摩擦面的磨损,第一转动摩擦装置、第二转动摩擦装置的接触区域的间隙逐渐增大,第一转动摩擦装置、第二转动摩擦装置会在第一滑动板、第二滑动板的推动下随着第一齿轮、第二齿轮的转动而转动,第一转动摩擦装置、第二转动摩擦装置的表面会进入下一个摩擦锯齿区,多个新的摩擦锯齿区形成一个新的无形摩擦面,实现了当摩擦面发生磨损时阻尼器可以进入新的摩擦面进行摩擦耗能,从而保证阻尼器继续处于耗能工作状态。并且,转动摩擦装置的摩擦力与锯齿形尖角β角度和自身半径有关。通过调整转动摩擦装置的个数、长度、锯齿形尖角β的角度和自身半径,改变摩擦面积和摩擦力来满足不同等级的抗震要求。
阻尼器在风和地震作用下,上下平行设置的第一滑动板、第二滑动板发生相对运动,从而带动中间的第一齿轮、第二齿轮转动。第一转动摩擦装置、第二转动摩擦装置内部结构设置成齿轮掏空型,保证第一转动摩擦装置能够嵌套于第一齿轮上,第二转动摩擦装置能够嵌套于第二齿轮上,这样第一齿轮、第二齿轮转动就会带动第一转动摩擦装置、第二转动摩擦装置发生转动。将多个转动摩擦单元进行贴合布置,在转动时,多个转动摩擦单元表面的相邻接触区域的切线转动方向相反,从而相邻转动摩擦装置产生相互转动约束和转动摩擦,转动约束可提供抵抗外部荷载的水平抗侧刚度,减小结构的位移,而转动摩擦可提供摩擦耗能,保护主体建筑结构。
在受到较小的地震或风荷载作用时,该阻尼器能够通过第一转动摩擦装置、第二转动摩擦装置表面上锯齿间的静摩擦力,为结构提供足够的水平抗侧刚度,使结构处于弹性状态。当结构遭遇中、强震或强风等较大荷载时,转动摩擦单元的表面受到的外部荷载超过了其最大静摩擦力,在主要结构构件屈服前,转动摩擦单元会产生相对的转动,从而依靠摩擦做功耗散地震或风振等能量,减轻结构损伤,达到消能减震的效果。
有益效果:本发明和现有技术相比,具有如下显著性特点:
1、该可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器构造简单,安装和拆卸方便;
2、通过转动摩擦装置之间多个连续摩擦面的摩擦,从而有效、连续、稳定的消耗地震能量,克服了传统摩擦型阻尼器的摩擦面发生损坏时,阻尼器退出工作或摩擦耗能能力降低的缺陷;
3、可以通过调整转动摩擦装置的个数、长度、锯齿形尖角β的角度和自身半径,从而改变摩擦面积和摩擦力以满足不同等级的抗震要求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的内部结构示意图;
图3是本发明转动摩擦单元2的结构示意图;
图4是本发明第一转动摩擦装置203和第二转动摩擦装置204的剖面图;
图5是本发明防护壳1的结构示意图。
具体实施方式
如图1~2,转动摩擦耗能金属阻尼器包括开放式的防护壳1,防护壳1的四个侧面闭合,一组相对面完全敞开。防护壳1内有若干组转动摩擦单元2,还有上下平行设置的第一滑动板3、第二滑动板4,即二者位于同一竖直平面上。第一滑动板3、第二滑动板4的一面均设有锯齿,锯齿与第一齿轮201、第二齿轮202相啮合,锯齿与第一齿轮201、第二齿轮202在相互啮合作用下实现上下平行设置的第一滑动板3、第二滑动板4的相互推动。为了最大程度上减少经济投入,第一齿轮201、第二齿轮202为空心齿轮。第一滑动板3、第二滑动板4的端部均设有与建筑结构构件相连的螺栓孔11。第一滑动板3,第二滑动板4上分别设有对应于限位栓杆一6、限位栓杆二7、限位栓杆三9、限位栓杆四10上下平行布置的第一限位槽孔5、第二限位槽孔8,用于限制第一滑动板3,第二滑动板4过大位移导致两端齿轮脱落,从而保护阻尼器的安全。为了防止转动摩擦单元2在脱落,其外侧设置防脱落挡板13,防脱落挡板13与限位栓杆连接板14通过连接栓杆二15固连。限位栓杆连接板14与限位栓杆一6、限位栓杆二7、限位栓杆三9、限位栓杆四10固连。转动摩擦单元2与防脱落挡板13的接触区域涂抹润滑油,以减小二者之间的摩擦力,防止防脱落挡板13在转动摩擦单元2转动耗能过程中发生损坏。
如图3~4,转动摩擦单元2包括第一齿轮201、第二齿轮202、第一转动摩擦装置203和第二转动摩擦装置204,第一转动摩擦装置203、第二转动摩擦装置204内部结构设置成齿轮掏空型,保证第一转动摩擦装置203嵌套固定在第一齿轮201上,第二转动摩擦装置204嵌套固定在第二齿轮202上。第一转动摩擦装置203和第二转动摩擦装置204的表面均为锯齿形,多个摩擦锯齿组合起来就形成连续的转动摩擦面,通过这些摩擦面间的相互摩擦来耗能。将锯齿形设为尖角β为80°~100°的等腰三角形,不仅保证第一转动摩擦装置203、第二转动摩擦装置204能够充分转动并具有相对高效的摩擦力,还保证了第一转动摩擦装置203、第二转动摩擦装置204在顺时针和逆时针转动下摩擦阻力相同。相邻锯齿形的凹角与所在平面圆心的夹角α需被360°整除,以确定等腰三角锯齿的个数。第一转动摩擦装置203和第二转动摩擦装置204相啮合,接触区域形成一个摩擦锯齿区。当多个转动摩擦单元2紧密排列时,会形成多个摩擦锯齿区,多个摩擦锯齿区相加起来就形成无形摩擦面,且每个第一转动摩擦装置203相邻的是第二转动摩擦装置204。
如图5,防护壳1分别设置于阻尼器的左右两侧,包括左防护壳101和右防护壳102。左防护壳101和右防护壳102上分别固连有上下平行布置的限位栓杆一6、限位栓杆二7、限位栓杆三9、限位栓杆四10,它们在同一竖直平面上。左防护壳101和右防护壳102的两侧延伸设有连接耳板103,该连接耳板103通过连接栓杆一12将左防护壳101和右防护壳102组装在一起。
当阻尼器在长期使用过程中,随着摩擦次数的增加和摩擦面的磨损,第一转动摩擦装置203、第二转动摩擦装置204的接触区域的间隙逐渐增大,第一转动摩擦装置203、第二转动摩擦装置204会在第一滑动板3、第二滑动板4的推动下随着第一齿轮201、第二齿轮202的转动而转动,第一转动摩擦装置203、第二转动摩擦装置204的表面会进入下一个摩擦锯齿区,多个新的摩擦锯齿区形成一个新的无形摩擦面,实现了当摩擦面发生磨损时阻尼器可以进入新的摩擦面进行摩擦耗能,从而保证阻尼器继续处于耗能工作状态。并且,通过调整转动摩擦装置的个数、长度、锯齿形尖角β的角度和自身半径,可以改变摩擦面积和摩擦力来满足不同等级的抗震要求。为了最大程度上减少经济投入,在低烈度地区增大第一转动摩擦装置203、第二转动摩擦装置204的半径和减少锯齿尖角β的度数来增大摩擦力,在高烈度地区增加第一转动摩擦装置203、第二转动摩擦装置204的个数和长度增加摩擦面积,更好的保护建筑主体。
阻尼器在风和地震作用下,上下平行设置的第一滑动板3、第二滑动板4发生相对运动,从而带动中间的第一齿轮201、第二齿轮202转动。第一齿轮201、第二齿轮202转动就会带动第一转动摩擦装置203、第二转动摩擦装置204发生转动。将多个转动摩擦单元2进行贴合布置,在转动时,多个转动摩擦单元2表面的相邻接触区域的切线转动方向相反,从而相邻转动摩擦装置产生相互转动约束和转动摩擦,转动约束可提供抵抗外部荷载的水平抗侧刚度,减小结构的位移,而转动摩擦可提供摩擦耗能,保护主体建筑结构。
在受到较小的地震或风荷载作用时,该阻尼器能够通过第一转动摩擦装置203、第二转动摩擦装置204表面上锯齿间的静摩擦力,为结构提供足够的水平抗侧刚度,使结构处于弹性状态。当结构遭遇中、强震或强风等较大荷载时,转动摩擦单元2的表面受到的外部荷载超过了其最大静摩擦力,在主要结构构件屈服前,转动摩擦单元2会产生相对的转动,从而依靠摩擦做功耗散地震或风振等能量,减轻结构损伤,达到消能减震的效果。
Claims (5)
1.一种可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器,其特征在于:包括防护壳(1),所述防护壳(1)内设置若干组转动摩擦单元(2),所述转动摩擦单元(2)的两端设置防脱落挡板(13),所述转动摩擦单元(2)包括第一齿轮(201)、第二齿轮(202)、第一转动摩擦装置(203)和第二转动摩擦装置(204),所述第一齿轮(201)的两端均设置第一转动摩擦装置(203),所述第二齿轮(202)的两端均设置第二转动摩擦装置(204),所述第一转动摩擦装置(203)和第二转动摩擦装置(204)相啮合,所述第一齿轮(201)、第二齿轮(202)的相对面上分别设置第一滑动板(3)、第二滑动板(4),所述第一滑动板(3)、第二滑动板(4)通过其表面的锯齿与第一齿轮(201)、第二齿轮(202)相啮合;
在长期使用过程中,随着摩擦次数的增加和摩擦面的磨损,所述第一转动摩擦装置(203)、第二转动摩擦装置(204)的接触区域的间隙逐渐增大, 所述第一转动摩擦装置(203)、第二转动摩擦装置(204)会在第一滑动板(3)、第二滑动板(4)的推动下随着第一齿轮(201)、第二齿轮(202)的转动而转动,第一转动摩擦装置(203)、第二转动摩擦装置(204)的表面会进入下一个摩擦锯齿区,多个新的摩擦锯齿区形成一个新的无形摩擦面,实现了当摩擦面发生磨损时阻尼器进入新的摩擦面进行摩擦耗能,从而保证阻尼器继续处于耗能工作状态;
所述第一转动摩擦装置(203)和第二转动摩擦装置(204)的表面均为锯齿形,所述锯齿形的尖角为80°~100°;所述第一滑动板(3)靠近两端处设置第一限位槽孔(5),所述第一限位槽孔(5)通过穿过其内部的限位栓杆一(6)、限位栓杆二(7)与防护壳(1)相连;所述第二滑动板(4)靠近两端处设置第二限位槽孔(8),所述第二限位槽孔(8)通过穿过其内部的限位栓杆三(9)、限位栓杆四(10)与防护壳(1)相连;所述限位栓杆一(6)与限位栓杆三(9)平行设置,所述限位栓杆二(7)与限位栓杆四(10)平行设置,所述限位栓杆一(6)、限位栓杆二(7)、限位栓杆三(9)、限位栓杆四(10)通过限位栓杆连接板(14)与防脱落挡板(13)相连;所述限位栓杆连接板(14)与防脱落挡板(13)通过连接栓杆二(15)相连;
将多个转动摩擦单元(2)进行贴合布置,在转动时,多个转动摩擦单元(2)表面的相邻接触区域的切线转动方向相反,从而相邻转动摩擦装置产生相互转动约束和转动摩擦。
2.根据权利要求1所述的一种可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器,其特征在于:所述第一转动摩擦装置(203)嵌套固定在第一齿轮(201)上,所述第二转动摩擦装置(204)嵌套固定在第二齿轮(202)上。
3.根据权利要求1所述的一种可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器,其特征在于:所述防护壳(1)包括左防护壳(101)和右防护壳(102),所述左防护壳(101)、右防护壳(102)的连接处延伸设有连接耳板(103)。
4.根据权利要求3所述的一种可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器,其特征在于:所述连接耳板(103)通过连接栓杆一(12)相连。
5.根据权利要求1所述的一种可拆卸转动摩擦耗能金属阻尼器,其特征在于:所述第一滑动板(3)、第二滑动板(4)的端部分别设有与建筑结构构件相连的螺栓孔(11)。
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