CN115749032A - 一种位移和加速度分级双控混合阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，包括外筒和设置于外筒两端的第一连接耳环和第二连接耳环，包括传动机构、第一缓冲单元和第二缓冲单元，传动机构包括传动杆，传动杆的中部设置有螺纹，传动杆的一端贯穿外筒与第一连接耳环连接；第一缓冲单元设有内螺纹并套设于传动杆上；第二缓冲单元设置于第一缓冲单元的两侧，并设有内螺纹套设于传动杆上。采用本发明提供的上述结构，主要包括了传动机构、第一缓冲单元和第二缓冲单元，传动机构，通过上述结构，形成了两个梯度的缓冲过程，使第一缓冲单元和第二缓冲单元进行分先后顺序进行开始工作，达到了减震装置实现多功能分级控制的要求。

Description

一种位移和加速度分级双控混合阻尼器

技术领域

本发明涉及工程结构减振(震)技术领域，尤其涉及一种位移和加速度分级双控混合阻尼器。

背景技术

在工程结构的特定部位增设阻尼器装置以减小结构响应，并控制结构的振(震)动是常用的减振(震)方法。典型的场景包括，脉动风产生的振动、车辆对桥梁产生的冲击和振动、建筑结构的振(震)动、人行桥上的多频振动、地震动等。阻尼器可以分为加速度型、速度型和位移型。传统分别以加速度、速度或位移中的一个参数作为控制目标进行设计，主要目的是控制结构主体振(震)动加速度、速度和变形中的一个来达到保护结构和人员安全的目的，功能较为单一，而且在超预期的振(震)动中难以及时有效触发阻尼器以控制结构变形或加速度，控制效果有待提高。随着工程结构逐渐向更“长”和更“高”的方向发展，其抗振(震)需求也越来越大，控制精度要求也越来越高，尤其是一些振敏结构，如医院、高精仪器实验室和文物博物馆等，不仅对结构本身以变形为特征的抗振(震)安全提出很高要求，而且为了保护结构内的振敏仪器仪表、文物安全等对结构以加速度为特征的振(震)动控制也提出了极高的要求，这是目前功能单一的传统阻尼器无法满足的双重要求。如果在结构中组合采用两种功能不同的传统阻尼器，不仅面临两种阻尼器共同工作难以协调的难题，也面临着安装空间大、装置成本高等结构性和经济性难题。此外，在适用性方面，现有加速度、速度或位移控制的传统阻尼器不具有分级适用各种不同等级的振(震)响应的能力。例如小风、车辆、行人、小地震等常规振(震)动荷载，和大风、大地震等超过一定幅度的振(震)动荷载对结构作用存在明显不同，而传统阻尼器一般都存在窄频工作特征，这就极大削弱了传统阻尼器的有效性和适用性。有鉴于此，亟需提出一种能够通过分阶段工作来适应不同幅度的振(震)动荷载，且兼具位移和加速度双重控制功能的的分级双控混合阻尼器，以实现更高的控制需求、更好的控制效果和更强的工程适用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，来解决现有技术中传统减振(震)装置不能达到多功能分级控制的要求。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，包括外筒和设置于外筒两端的第一连接耳环和第二连接耳环，包括；

传动机构，所述传动机构包括传动杆，所述传动杆的中部设置有螺纹，所述传动杆的一端贯穿所述外筒与所述第一连接耳环连接，另一端通过复位装置连接于外筒内；

第一缓冲单元，所述第一缓冲单元设有内螺纹并套设于所述传动杆上，所述第一缓冲单元位于所述外筒内，并可绕着传动杆转动；

第二缓冲单元，所述第二缓冲单元设置于第一缓冲单元的两侧，并设有内螺纹套设于所述传动杆上，所述第二缓冲单元位于所述外筒内，并可绕着传动杆转动。

在本发明的一实施例中，所述第一缓冲单元与所述第二缓冲单元之间设置有第二连接组件，所述第二组件的两端分别与所述第一缓冲单元和所述第二缓冲单元转动连接。

在本发明的一实施例中，所述第一缓冲单元包括扇叶和第一传动螺母，所述第一传动螺母设置于所述扇叶中部，所述扇叶通过第一传动螺母套设于所述传动杆上，所述扇叶上开设有剪切缝。

在本发明的一实施例中，所述第二缓冲单元包括圆环和第二传动螺母，所述第二传动螺母通过若干固定质量块连接于所述圆环的中部，所述外圈通过第二传动螺母套接于所述传动杆上。

在本发明的一实施例中，相邻所述固定质量块直接设置有缓冲带、第一弹簧和自适应质量块，所述自适应质量块通过第一弹簧连接于所述缓冲带内。

在本发明的一实施例中，所述第二连接组件包括第二转盘、第二滚动盘和第二圆筒，所述第二圆筒通过第二滚动盘转动连接于所述第二转盘内。

在本发明的一实施例中，所述第一缓冲单元的两侧设置有端盖，所述第二圆筒远离第二转盘的一端与所述端盖连接，所述第一缓冲单元的两端通过第一连接组件与所述端盖连接。

在本发明的一实施例中，所述第一连接组件包括第一转盘、第一滚动盘和第一圆筒，所述第一圆筒通过第一滚动盘转动连接于所述第一转盘内，所述第一圆筒的另一端与所述端盖连接。

在本发明的一实施例中，所述复位装置包括第二弹簧、上连接座和下连接座，所述上连接座设置于所述传动杆的一端，所述下连接座设置有外筒内，所述第二弹簧设置于所述上连接座和下连接座之间。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

采用本发明提供的上述结构，主要包括了传动机构、第一缓冲单元和第二缓冲单元，传动机构，所述传动机构包括传动杆，第一缓冲单元和第二缓冲单元均在外筒内转动，通过上述结构，形成了两个梯度的缓冲过程，使第一缓冲单元和第二缓冲单元可以根据结构振(震)动位移的大小分阶段开始进行工作，达到了分阶段控制结构位移和加速度的多功能分级控制要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明第一传动螺母与开缝扇叶结构示意图；

图3是本发明第二缓冲单元的示意图；

图4是本发明传动杆的结构示意图；

图5是本发明第一连接组件结构示意图；

图6是本发明第一连接组件结构示意图。

图中：1-第一缓冲单元，11-第一传动螺母，12-扇叶，13-剪切缝，14-第一预留小孔，2-第二缓冲单元，21-第二传动杆螺母，22-固定质量块，23-滑槽，24-第二预留小孔，25-圆环，26-自适应质量块，27-第一弹簧，28-缓冲带，4-端盖，5-传动杆，6-第一连接组件，61-第一转盘，62-第一滚动盘，63第一圆筒，64-第三预留小孔，7-第二连接组件，71-第二转盘，72-第二滚动盘，73-第二圆筒，74-第四预留小孔，8-第二弹簧，9-外筒，10-第一连接耳环，20-第二连接耳环。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

请参照图1-图6，本发明提供的一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，包括传动机构、外筒9和设置于外筒9两端的第一连接耳环10和第二连接耳环20，其中外筒9采用常规的内部中空的圆柱筒状结构，第二连接耳环20固定设置在外筒9的一端，用于与其他物体连接，第一连接耳环10通过传动杆5滑动连接在外筒9的另一端。

具体的是，传动机构包括传动杆5，传动杆5的中部设置有螺纹，需要注意的该螺纹并没有覆盖整个传动杆5，而是仅设置于传动杆5中部的一分部，其长度需要小于两个缓冲单元之间的距离，并位于第一缓单元所设置的位置，传动杆5的一端贯穿外筒9，并可自由的滑动，另一端通过复位装置连接在外筒9的内部，复位装置主要用于传动杆5在振(震)动发生后如果存在位移时，使传动杆5恢复至原位。

第一缓冲单元1，第一缓冲单元1设有内螺纹并套设于传动杆5上，第一缓冲单元1位于外筒9内，并可绕着传动杆5转动；

第二缓冲单元2，第二缓冲单元2设置于第一缓冲单元1的两侧，并设有内螺纹套设于传动杆5上，第二缓冲单元2位于外筒9内，并可绕着传动杆5转动。

其中，第一缓冲单元1和第二缓冲单元2均在旋转后开始进行减震工作。

采用本发明提供的上述结构，主要包括了传动机构、第一缓冲单元1和第二缓冲单元2，传动机构，传动机构包括传动杆5，第一缓冲单元1和第二缓冲单元2均在外筒9内转动；在受到外部振(震)动荷载时，第一连接耳环10向靠近外筒9的方向移动，进而带动转动杆横向移动，当结构在较小振(震)动作用下，由于第一缓冲单元1设置有螺纹，在传动杆5移动的过程中，第一缓冲单元1开始旋转，先开始进行缓冲工作，当结构在较大振(震)动作用下，等到传动杆5中部的螺纹移动到第二缓冲单元2的位置时，第二缓冲单元2开始旋转，进行开始缓冲工作，此时第一缓冲单元1和第二缓冲单元2同时进行工作，这样通过上述结构，形成了两个梯度的缓冲过程，使第一缓冲单元1和第二缓冲单元2分先后顺序进行工作，以适应不同振(震)动幅度的外荷载，达到了装置实现多功能分级控制的要求。实际上，本装置的缓冲单元数量可以根据工程需要按照图1所描述的方式任意重复设置，从而实现位移和加速度多级双控的目的。

本发明的一个实例性实施方式，第一缓冲单元1包括扇叶12和第一传动螺母11，第一传动螺母11设置于扇叶12中部，扇叶12通过第一传动螺母11套设于传动杆5上，扇叶12上开设有剪切缝13。

在使用时，扇叶12和剪切缝13内需要填充上粘滞液，第一传动杆5的螺纹与传动杆5上的螺纹配合连接，扇叶12仅在原始位置上进行旋转，不发生横向位移，在传动杆5左右移动的带动下，扇叶12开始旋转，使得粘滞液以一定的相对速度通过剪切缝13，产生缓冲作用，并形成能量耗散效果。第一缓冲单元1主要对结构的振(震)动位移具有缓冲和耗能作用。

本发明的一个实例性实施方式，第二缓冲单元2设置有两个，为一个惯容转盘，第二缓冲单元2包括圆环25和第二传动螺母21，第二传动螺母21通过若干固定质量块22连接于圆环25的中部，圆环通过第二传动螺母21套接于传动杆5上。

更具体的是，相邻固定质量块22直接设置有滑槽23、缓冲带28、第一弹簧27和自适应质量块26，自适应质量块26通过第一弹簧27连接于滑槽23内，滑槽23的底部设置有缓冲带28。

当工程结构的振(震)动位移大到足以触发第二缓冲单元2时，通过第一连接耳环10和第二连接耳环20将结构的振动位移传递给螺纹传动杆5，螺纹传动杆5随之产生轴向位移，在传动杆5、第二传动杆5螺母和第二连接组件7的相互作用下，第二缓冲单元2发生转动，由固定质量块22和自适应质量块26产生转动惯量，且自适应质量块26随着结构振(震)动加速度的变化通过第一弹簧27自适应改变其转动半径，实现改变第二单元2整体转动惯量的效果，以此满足不同振(震)动工况下的惯性增效需求。第二缓冲单元2主要对结构的振(震)动加速度具有缓冲和惯容作用。

在本发明的一实施例中，第一缓冲单元1的两侧设置有端盖4，第二圆筒73远离第二转盘71的一端与端盖4连接，第一缓冲单元1的两端通过第一连接组件6与端盖4连接。第一连接组件6包括第一转盘61、第一滚动盘62和第一圆筒63，第一圆筒63通过第一滚动盘62转动连接于第一转盘61内，第一圆筒63的另一端与端盖4连接。

具体的是，第一圆筒63直径略大于传动杆5直径，第一圆筒63远离第一滚动盘62的一端与端盖4固定连接，密封性良好，此处粘滞液不外漏，第一圆筒63的另一端与第一转盘61通过第一滚动盘62连接，两者可发生相对转动但不发生轴向位移；第一转盘61与第一传动螺母11通过第一预留小孔和第三预留小孔连接；第一传动螺母11与端盖4通过第一连接组件6相连后，在第一传动螺母11与传动杆5相互作用下，第一传动螺母11可在原地转动；第二连接组件7与第一连接组件6的构造类似，第二圆筒73比第一圆筒63长，两组件实现的功能一致。

本发明的一个实例性实施方式，第一缓冲单元1与第二缓冲单元2之间设置有第二连接组件7，第一连接组件6和第二连接组件7主要用于限制第一缓冲单元1和第二缓冲单元2的横向位移，使第一缓冲单元1和第二缓冲单元2只在原始位置发生旋转，第二组件的两端分别与第一缓冲单元1和第二缓冲单元2转动连接。

其中，第二连接组件7包括第二转盘71、第二滚动盘72和第二圆筒73，第二圆筒73通过第二滚动盘72转动连接于第二转盘71内，第二圆筒73的另一端则与端盖4进行连接，第二转盘71与第一传动螺母11通过第二预留小孔和第四预留小孔连接。

在本发明的一实施例中，复位装置包括第二弹簧8、上连接座和下连接座，上连接座设置于传动杆5的一端，下连接座设置有外筒9内，第二弹簧8设置于上连接座和下连接座之间。螺纹传动杆5发生轴向位移时，第二弹簧8可提供一定的恢复力；振(震)动结束后，第二弹簧8可提供自复位能力。

综合上述结构，对本装置进行进一步的说明：

假设螺纹与第二缓冲单元2之间的距离为u，当振(震)动作用较小时，结构的振(震)动位移较小，振(震)动位移小于u，螺纹传动杆5的螺纹部分还未移动到第二缓冲单元2，阻尼器只有第一缓冲单元1工作，产生的阻尼和缓冲作用较小，且只针对结构的位移产生缓冲和耗能效果；当振(震)动作用较大时，结构的振(震)动位移较大，振(震)动位移大于u，传动杆5的螺纹部分已移动到第二缓冲单元2，阻尼器的第一缓冲单元1和第二缓冲单元2同时工作，产生的阻尼和缓冲能力大幅增加，而且不仅对结构的位移产生缓冲和耗能效果，而且对结构的加速度产生缓冲和自适应惯容作用。

通过采用上述技术方案，较小振(震)动作用下，结构变形较小，阻尼器启动第一缓冲单元1，为一级缓冲和耗能；较大振(震)动作用下，结构变形较大，阻尼器启动第一缓冲单元1和第二缓冲单元2同时工作，且惯容转盘的惯性增效可随速度增大而增大，为缓冲和耗能能力更强的二级耗能。此外，如果对装置的缓冲单元数量按照相同的方式任意设置的话，还可以产生位移和加速度的多级双控效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，包括外筒(9)和设置于外筒(9)两端的第一连接耳环(10)和第二连接耳环(20)，其特征在于，包括；

传动机构，所述传动机构包括传动杆(5)，所述传动杆(5)的中部设置有螺纹，所述传动杆(5)的一端贯穿所述外筒(9)与所述第一连接耳环(10)连接，另一端通过复位装置连接于外筒(9)内；

第一缓冲单元(1)，所述第一缓冲单元(1)设有内螺纹并套设于所述传动杆(5)上，所述第一缓冲单元(1)位于所述外筒(9)内，并可绕着传动杆(5)转动；

第二缓冲单元(2)，所述第二缓冲单元(2)设置于第一缓冲单元(1)的两侧，并设有内螺纹套设于所述传动杆(5)上，所述第二缓冲单元(2)位于所述外筒(9)内，并可绕着传动杆(5)转动。

2.根据权利要求1所述的一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，其特征在于，所述第一缓冲单元(1)与所述第二缓冲单元(2)之间设置有第二连接组件(7)，所述第二连接组件(7)的两端分别与所述第一缓冲单元(1)和所述第二缓冲单元(2)转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，其特征在于，所述第一缓冲单元(1)包括扇叶(12)和第一传动螺母(11)，所述第一传动螺母(11)设置于所述扇叶(12)中部，所述扇叶(12)通过第一传动螺母(11)套设于所述传动杆(5)上，所述扇叶(12)上开设有剪切缝(13)。

4.根据权利要求1所述的一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，其特征在于，所述第二缓冲单元(2)包括圆环(25)和第二传动螺母(21)，所述第二传动螺母(21)通过若干固定质量块(22)连接于所述圆环(25)的中部，所述圆环(25)通过第二传动螺母(21)套接于所述传动杆(5)上。

5.根据权利要求4所述的一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，其特征在于，相邻所述固定质量块(22)直接设置有滑槽(23)、缓冲带(28)、第一弹簧(27)和自适应质量块(26)，所述自适应质量块(26)通过第一弹簧(27)连接于所述滑槽(23)内，所述滑槽(23)的底部设置有缓冲带(28)。

6.根据权利要求2所述的一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，其特征在于，所述第二连接组件(7)包括第二转盘(71)、第二滚动盘(72)和第二圆筒(73)，所述第二圆筒(73)通过第二滚动盘(72)转动连接于所述第二转盘(71)内。

7.根据权利要求6所述的一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，其特征在于，所述第一缓冲单元(1)的两侧设置有端盖(4)，所述第二圆筒(73)远离第二转盘(71)的一端与所述端盖(4)连接，所述第一缓冲单元(1)的两端通过第一连接组件(6)与所述端盖(4)连接。

8.根据权利要求7所述的一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，其特征在于，所述第一连接组件(6)包括第一转盘(61)、第一滚动盘(62)和第一圆筒(63)，所述第一圆筒(63)通过第一滚动盘(62)转动连接于所述第一转盘(61)内，所述第一圆筒(63)的另一端与所述端盖(4)连接。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种位移和加速度分级双控混合阻尼器，其特征在于，所述复位装置包括第二弹簧(8)、上连接座和下连接座，所述上连接座设置于所述传动杆(5)的一端，所述下连接座设置有外筒(9)内，所述第二弹簧(8)设置于所述上连接座和下连接座之间。

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