CN115539548A - 一种sma位移放大变摩擦惯容阻尼器 - Google Patents

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李涛
张丽珍
陈秀云
王社良
孙佳
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Abstract

本发明属于振动控制技术领域，公开了一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器，包括方形箱体、滚珠丝杠、摩擦惯容系统和位移放大系统；所述摩擦惯容系统包括依次对称穿设在滚珠丝杠的封板、旋转摩擦块、滚珠螺母、第一推力轴承和固定板；所述位移放大系统包括在滚珠丝杠上下两侧对称设置的SMA丝束、齿轮系统和滑动小车；所述齿轮系统包括串联的一个小齿轮和位于小齿轮两侧的两个大齿轮，所述滑动小车沿方形箱体侧壁滑动，滑动小车两侧均设置多组SMA丝束，多组所述SMA丝束一端与滑动小车固定、另一端与封板固定。本发明实现了SMA丝束的位移放大，以及惯性质量和旋转摩擦耗能的双重增效，并可根据振动大小自适应调节，减振性能优越。

Description

一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器
技术领域
本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器。
背景技术
形状记忆合金（Shape Memory Alloy，简称SMA）是一种性能优良的智能金属感知、驱动材料，不仅具有独特的形状记忆效应、相变伪弹性性能和变阻尼特性，且具有无残余变形、耐腐蚀、对应变敏感等特点，这使其特别适合制作阻尼元件和复位元件。
SMA阻尼器是一种位移型阻尼器，其耗能能力与SMA元件的位移紧密相关，而一般的工程结构振动位移有限，限制了SMA阻尼器耗能能力的发挥，如能将其进行位移放大，则将大大增加其耗能能力。
惯容减振是指以惯容机构为核心元件的减振技术，一般需要与耗能元件结合。惯容机构主要形式有滚珠丝杠、齿轮齿条、杠杆机构与液力式等，以滚珠丝杠为例，其可将结构两端点间直线相对运动转化为飞轮的高速旋转运动，从而实现惯性增效，同时惯容减振系统内部的振动与主体结构并不同步，可使耗能元件变形得以放大，实现耗能增效。但与之配合的耗能元件往往采用被动减振技术，不能自适应调节控制力，限制了惯容阻尼器的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器，实现了SMA丝束的位移放大，以及惯性质量和旋转摩擦耗能的双重增效，并可根据振动大小自适应调节，减振性能优越。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器，包括方形箱体、滚珠丝杠、摩擦惯容系统和位移放大系统；
所述摩擦惯容系统包括依次对称穿设在滚珠丝杠的封板、旋转摩擦块、滚珠螺母、第一推力轴承和固定板；所述封板与方形箱体两端可滑动连接，所述固定板的两端与方形箱体侧壁固定；
所述位移放大系统包括在滚珠丝杠上下两侧对称设置的SMA丝束、齿轮系统和滑动小车；所述齿轮系统包括串联的一个小齿轮和位于小齿轮两侧的两个大齿轮，所述小齿轮与滚珠丝杠啮合，所述滑动小车沿方形箱体侧壁滑动，滑动小车上开设两个齿槽，两个所述大齿轮分别与两个齿槽啮合；滑动小车两侧均设置多组SMA丝束，多组所述SMA丝束一端与滑动小车固定、另一端与封板固定。
在一个技术方案中，所述小齿轮和两个大齿轮通过对拉螺栓串联，所述对拉螺栓两端与方形箱体侧壁固定。
在一个技术方案中，齿轮系统还包括第二推力轴承，第二推力轴承位于大齿轮两侧。
在一个技术方案中，所述滑动小车上开设有“L”形孔道，与滑动小车固定的SMA丝束一端位于“L”形孔道内。
在一个技术方案中，在与所述方形箱体侧壁接触的滑动小车侧壁均安装滚轮。
在一个技术方案中，所述SMA丝束由多根镍铁形状记忆合金丝组成。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明滚珠丝杠、旋转摩擦块、滚珠螺母、第一推力轴承和封板组成摩擦惯容系统；滚珠丝杠、齿轮系统、滑动小车和SMA丝束组成SMA位移放大系统，齿轮系统中小齿轮和大齿轮的切换实现了SMA丝束的位移放大；SMA丝束拉力的变化改变了摩擦封板与旋转摩擦板的正压力，实现了摩擦力的调节；滚珠丝杠使滚珠螺母带着旋转摩擦块一起发生转动，实现了惯性质量和旋转摩擦耗能的双重增效，并可根据振动的大小自适应调节。本发明结构简单，适用范围更广，减振性能更优。
附图说明
图1是本发明一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器的主剖视示意图；
图2是本发明图1中A-A向的剖视示意图；
图3是本发明图1中B-B向的局部剖视示意图；
图4是本发明图1中C-C向的剖视示意图。
附图中标记：1为第一封板，2为第二封板，3为方形箱体，4为滚珠丝杠，5为第一固定板，6为第二固定板，7为第一SMA丝束，8为第二SMA丝束，9为滑动小车，10为旋转摩擦块，11为滚珠螺母，12为第一第一推力轴承，13为齿轮系统，14为对拉螺栓，15为齿槽，16为小齿轮，17为大齿轮，18为第二推力轴承。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例一
如图1所示，本发明一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器，包括方形箱体3、滚珠丝杠4、摩擦惯容系统和位移放大系统。
本发明摩擦惯容系统包括依次对称穿设在滚珠丝杠4的封板、旋转摩擦块10、滚珠螺母11、第一推力轴承12和固定板；封板与方形箱体3两端可滑动连接，固定板的两端与方形箱体3侧壁固定。如图1所示，本发明封板包括左侧的第一封板1和右侧的第二封板2，第一封板1和第二封板2呈U形，第一封板1和右侧的第二封板2的水平臂开设凹槽，凹槽与方形箱体3上下侧壁的凸起形成扣合结构，这样，一般情况下，由于封板与固定板之间还设置有旋转摩擦块10、滚珠螺母11和第一推力轴承12，凸起位于凹槽内侧一边，当有振动耗能时，第一封板1和第二封板2只能向内侧运动，而不能转动或向外侧运动，而旋转摩擦块10、滚珠螺母11均为圆形，仅能转动。
本发明位移放大系统包括在滚珠丝杠4上下两侧对称设置的SMA丝束、齿轮系统13和滑动小车9；齿轮系统13包括串联的一个小齿轮16和位于小齿轮16两侧的两个大齿轮17，小齿轮16与滚珠丝杠4啮合，滑动小车9沿方形箱体3侧壁滑动，滑动小车9上开设两个齿槽15，两个大齿轮17分别与两个齿槽15啮合；滑动小车9两侧均设置多组SMA丝束，每组SMA丝束一端与滑动小车9固定、另一端与封板固定。如图1所示，上侧的大齿轮17与齿槽15啮合，可使上侧的滑动小车9不掉落，小齿轮16与滚珠丝杠4啮合，当有振动耗能时，小齿轮16沿滚珠丝杠3滚动，从而带动大齿轮17滚动进而带动滑动小车9沿方形箱体3侧壁滑动。
如图2和图4所示，在每个滑动小车9两侧设置两组第一SMA丝束7和两组第二SMA丝束8，SMA丝束由多根镍铁形状记忆合金丝组成，每根镍铁形状记忆合金丝的直径、长度相等。
如图3所示，为使小齿轮16和大齿轮17在方形箱体3中的位置固定，小齿轮16和两个大齿轮17通过对拉螺栓14串联，对拉螺栓14两端与方形箱体3侧壁固定。齿轮系统13还包括第二推力轴承18，第二推力轴承18位于大齿轮17两侧，第二推力轴承18绕对拉螺栓14转动，在发生振动时，第二推力轴承18通过转动耗能。
如图1所示，为方便调节SMA丝束的长度，在滑动小车9上开设有“L”形孔道，与滑动小车9固定的SMA丝束一端位于“L”形孔道内。
如图1和图2所示，滑动小车9沿方形箱体3的左侧壁、右侧壁和上侧壁，或左侧壁、右侧壁和下侧壁滑动，为使滑动小车9顺利滑动，在与方形箱体3侧壁接触的滑动小车9侧壁均安装滚轮。
本发明一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器的工作原理如下：在发生振动时，滚珠丝杠4无论是向左还是向右运动，滚珠丝杠4都会带动上下两个齿轮系统13朝相反方向滚动，而此时上下的滑动小车9恰好朝相同方向水平滑动，滑动小车9的运动带动了第一SMA丝束7或第二SMA丝束8的受拉耗能，由于小齿轮16与大齿轮17的切换，滑动小车9的位移得到放大，从而实现了SMA丝的位移放大；同时，由于SMA丝束的拉力，第一封板1或第二封板2有向内运动的趋势，且随着SMA丝束拉力的增大，摩擦封板与旋转摩擦板10之间的摩擦力逐渐增大，与此同时，滚珠丝杠4使滚珠螺母11带着旋转摩擦块10一起发生转动，实现了惯性质量和旋转摩擦耗能的双重增效；另外随着振动的强弱变化，SMA丝束拉力与旋转摩擦力正相关变化，实现了振动响应的自适应变摩擦控制。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (6)

1.一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器，其特征在于，包括方形箱体（3）、滚珠丝杠（4）、摩擦惯容系统和位移放大系统；
所述摩擦惯容系统包括依次对称穿设在滚珠丝杠（4）的封板、旋转摩擦块（10）、滚珠螺母（11）、第一推力轴承（12）和固定板；所述封板与方形箱体（3）两端可滑动连接，所述固定板的两端与方形箱体（3）侧壁固定；
所述位移放大系统包括在滚珠丝杠（4）上下两侧对称设置的SMA丝束、齿轮系统（13）和滑动小车（9）；所述齿轮系统（13）包括串联的一个小齿轮（16）和位于小齿轮（16）两侧的两个大齿轮（17），所述小齿轮（16）与滚珠丝杠（4）啮合，所述滑动小车（9）沿方形箱体（3）侧壁滑动，滑动小车（9）上开设两个齿槽（15），两个所述大齿轮（17）分别与两个齿槽（15）啮合；滑动小车（9）两侧均设置多组SMA丝束，每组所述SMA丝束一端与滑动小车（9）固定、另一端与封板固定。
2.根据权利要求1所述的一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器，其特征在于，所述小齿轮（16）和两个大齿轮（17）通过对拉螺栓（14）串联，所述对拉螺栓（14）两端与方形箱体（3）侧壁固定。
3.根据权利要求1或2所述的一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器，其特征在于，齿轮系统（13）还包括第二推力轴承（18），第二推力轴承（18）位于大齿轮（17）两侧。
4.根据权利要求1所述的一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器，其特征在于，所述滑动小车（9）上开设有“L”形孔道，与滑动小车（9）固定的SMA丝束一端位于“L”形孔道内。
5.根据权利要求1所述的一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器，其特征在于，在与所述方形箱体（3）侧壁接触的滑动小车（9）侧壁均安装滚轮。
6.根据权利要求1所述的一种SMA位移放大变摩擦惯容阻尼器，其特征在于，所述SMA丝束由多根镍铁形状记忆合金丝组成。
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