CN117627201A - 离合式惯容储能减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离合式惯容储能减震装置，套筒支座与隔震层底板固定连接；滚珠丝杠机构滑动设于套筒支座内，滚珠丝杠机构的一端设有传动杆，传动杆用于与隔震层顶板连接；飞轮机构转动设于套筒支座的一侧。端面棘轮离合机构设于套筒支座中，端面棘轮离合机构包括主动端面棘轮与从动端面棘轮，从动端面棘轮与飞轮同轴连接，主动端面棘轮与滚珠丝杠机构连接。本发明通过布置套筒支座、滚珠丝杠机构和端面棘轮离合机构和飞轮机构，能够将能量以高速旋转飞轮的转动动能的形式来存储起来，用于供地震发生后临时发电使用，大大提高了能量的利用率，同时相对以热能的形式将能量释放，降低了高温损坏隔震装置的风险，提高了隔震装置的使用寿命。

Description

离合式惯容储能减震装置

技术领域

本发明涉及土木工程结构减震控制技术领域，具体涉及一种用于隔震结构的离合式惯容储能减震装置。

背景技术

地震的发生可能造成结构的损坏甚至倒塌。隔震层是隔震的最一般形式，其作用是将层间变形主要集中于隔震层，进而减弱结构承受的地震作用，但在大震作用下隔震层的位移有可能超过限值，因此需在隔震层设置减震控制装置进一步减小地震响应。

传统减震控制装置主要以消能减震阻尼器为主，例如黏滞阻尼器、摩擦阻尼器等。传统消能减震阻尼器一般将吸收的能量以热能的形式消耗掉，一旦热能积累过高，会对减震阻尼器造成损害，且直接转换为热能也造成了能量的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离合式惯容储能减震装置，以提高减震装置的使用寿命，同时将部分动能储存起来用于震后发电，提高能量利用效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种离合式惯容储能减震装置，用于对隔震层顶板和隔震层底板进行减震，包括套筒支座、滚珠丝杠机构、飞轮机构和端面棘轮离合机构，其中，套筒支座与隔震层底板固定连接；滚珠丝杠机构滑动设于所述套筒支座内，所述滚珠丝杠机构的一端设有传动杆，所述传动杆用于与所述隔震层顶板连接；飞轮机构转动设于所述套筒支座的一侧；端面棘轮离合机构设于所述套筒支座中，所述端面棘轮离合机构包括主动端面棘轮与从动端面棘轮，所述从动端面棘轮与飞轮同轴连接，所述主动端面棘轮与所述滚珠丝杠机构连接；所述隔震层顶板相对于所述隔震层底板正向滑动时，所述滚珠丝杠机构用于带动所述主动端面棘轮正向转动，所述从动端面棘轮随所述主动端面棘轮正向转动，所述飞轮机构随所述从动端面棘轮正向转动；所述隔震层顶板相对于所述隔震层底板反向滑动时，所述滚珠丝杠机构用于带动所述主动端面棘轮反向转动，所述从动端面棘轮与所述主动端面棘轮相对转动。

在一种可能的实现方式中，所述套筒支座包括支腿，上半套筒与下半套筒，所述上半套筒与所述下半套筒的形状相同，所述上半套筒包括相互连接的大径半套筒和小径半套筒；上半套筒与下半套筒的扣合面上沿径向向外伸出有翼缘，翼缘对应位置设有螺栓孔，上半套筒与下半套筒可通过螺栓固定形成相互连接的大径套筒和小径套筒；支腿上端通过螺栓与上半套筒和下半套筒的翼缘固定，支腿的下端与隔震层底板固定。

在一种可能的实现方式中，所述隔震层顶板的底部设有传动板，所述传动杆与传动板连接，且所述传动杆与传动板之间设有橡胶减震器；所述传动杆的局部设于小径套筒内，且所述传动杆的置于所述套筒支座内部的部分上形成有活塞，所述小径套筒的筒壁内涂有润滑油。

在一种可能的实现方式中，所述大径套筒与所述小径套筒的连接孔的直径小于所述小径套筒的内径，所述小径套筒内设有复位弹簧，所述复位弹簧套设于所述滚珠丝杠机构的外侧，且所述复位弹簧的一端抵接在所述大径套筒上，所述复位弹簧的另一端抵接在所述活塞上。

在一种可能的实现方式中，所述大径套筒内间隔设有第一轴肩和第二轴肩，所述第一轴肩与所述小径套筒之间设有第一轴承，所述第一轴肩和所述第二轴肩之间设有第二轴承，所述滚珠丝杠机构包括滚珠丝杠本体和螺接在所述滚珠丝杠本体上的滚珠丝杠螺母，所述滚珠丝杠螺母与所述第一轴承和所述第二轴承过盈配合嵌套固定；所述第一轴承和所述第二轴承与所述套筒支座的内壁过盈配合；所述第一轴承与第二轴承选用深沟球轴承；所述第一轴肩与第一轴承之间，第一轴肩与第二轴承之间，第二轴承与第二轴肩之间均设置有垫片。

在一种可能的实现方式中，所述主动端面棘轮通过第一螺栓固定在滚珠丝杠螺母上；所述主动端面棘轮中心设有圆形孔洞，用于供所述滚珠丝杠本体穿过。

在一种可能的实现方式中，所述从动端面棘轮组件包括从动端面棘轮、卡盘以及离合弹簧，所述从动端面棘轮的侧壁上设有楔形键，所述卡盘上设有楔形轨，所述楔形键插设于所述楔形轨内；所述卡盘中部设有楔形柱，所述从动端面棘轮上开设有楔形洞，所述楔形柱插设于所述楔形洞内；所述离合弹簧的一端固定于从动端面棘轮上，所述离合弹簧的另一端固定于卡盘上开设的孔洞内。

在一种可能的实现方式中，所述从动端面棘轮中心设有圆形孔洞，用于供所述滚珠丝杠本体穿过，所述卡盘中心设有圆形孔洞，用于供所述滚珠丝杠本体穿过。

在一种可能的实现方式中，所述飞轮机构包括变截面传动轴，第三固定轴承以及飞轮本体，所述变截面传动轴与卡盘固定连接；所述变截面传动轴通过过盈配合嵌套在第三固定轴承内；所述变截面传动轴中心设有孔洞，用于供滚珠丝杠本体穿过；所述第三固定轴承与套筒支座的内壁过盈配合，且第三固定轴承与套筒支座末端之间设置垫片。

在一种可能的实现方式中，所述飞轮本体通过飞轮固定螺母与飞轮固定螺栓固定在变截面传动轴上，由变截面传动轴带动飞轮旋转；所述飞轮本体的中心设有孔洞，用于供滚珠丝杠本体穿过。

本发明提供的离合式惯容储能减震装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过布置套筒支座、滚珠丝杠机构和端面棘轮离合机构，能够在传动过程中加入了离合性能，实现了一般惯容器不具备的单向带动旋转的功能，防止隔震层位移超限及减震过程中减震装置与结构运动冲突而造成破坏，同时通过设置飞轮机构，也能够将能量以高速旋转飞轮的转动动能的形式来存储起来，用于供地震发生后临时发电使用，大大提高了能量的利用率，同时相对以热能的形式将能量释放，降低了高温损坏隔震装置的风险，提高了隔震装置的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的离合式惯容储能减震装置的工作时的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的离合式惯容储能减震装置的爆炸图；

图3为本发明实施例提供的离合式惯容储能减震装置将套筒结构剖开后的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的套筒支座的内部的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的主动端面棘轮与从动端面棘轮的装配结构示意图；

图6为本发明实施例提供的从动端面棘轮组件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的飞轮机构的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的上半套筒的结构示意图。

其中，图中各附图标记如下：

1、套筒支座；2、滚珠丝杠机构；5、传动杆；6、传动板；7、复位弹簧；8、第一轴承；9、第二轴承；10、垫片；11、第三固定轴承；12、隔震层顶板；13、隔震层底板；

101、上半套筒；102、下半套筒；103、支腿；104、第一轴肩；105、第二轴肩；106、翼缘；

201、滚珠丝杠本体；202、滚珠丝杠螺母；

301、飞轮本体；302、变截面传动轴；303、飞轮固定螺母；304、飞轮固定螺栓；

401、主动端面棘轮；402、从动端面棘轮；403、卡盘；404、离合弹簧；405、第一螺栓；406、楔形键；407、楔形轨；408、楔形柱；409、楔形洞；

501、橡胶减震器；502、活塞。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

需要进一步说明的是，本发明的附图和实施方式主要对本发明的构思进行描述说明，在该构思的基础上，一些连接关系、位置关系、动力机构、供电系统、液压系统及控制系统等的具体形式和设置可能并未没有描述完全，但是在本领域技术人员理解本发明的构思的前提下，本领域技术人员可以采用熟知的方式对上述的具体形式和设置予以实现。

当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

术语“长度”“宽度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本发明提供的离合式惯容储能减震装置进行说明。

请一并参阅图1和图2，所述离合式惯容储能减震装置，用于对隔震层顶板12和隔震层底板13进行减震，包括套筒支座1、滚珠丝杠机构2、飞轮机构和端面棘轮离合机构，其中，套筒支座1与隔震层底板13固定连接；滚珠丝杠机构2滑动设于套筒支座1内，滚珠丝杠机构2的一端设有传动杆5，传动杆5用于与隔震层顶板12连接；飞轮机构转动设于套筒支座1的一侧。端面棘轮离合机构设于套筒支座1中，端面棘轮离合机构包括主动端面棘轮401与从动端面棘轮402，从动端面棘轮402与飞轮同轴连接，主动端面棘轮401与滚珠丝杠机构2连接；隔震层顶板12相对于隔震层底板13正向滑动时，滚珠丝杠机构用于带动主动端面棘轮401正向转动，从动端面棘轮402随主动端面棘轮401正向转动，飞轮随从动端面棘轮402正向转动；隔震层顶板12相对于隔震层底板13反向滑动时，滚珠丝杠机构用于带动主动端面棘轮401反向转动，从动端面棘轮402与主动端面棘轮401相对转动。

本实施例提供的离合式惯容储能减震装置的有益效果是：与现有技术相比，本实施例提供的离合式惯容储能减震装置通过布置套筒支座1、滚珠丝杠机构2和端面棘轮离合机构，能够在传动过程中加入了离合性能，实现了一般惯容器不具备的单向带动旋转的功能，防止隔震层位移超限及减震过程中减震装置与结构运动冲突而造成破坏，同时通过设置飞轮机构，也能够将能量以高速旋转飞轮的转动动能的形式来存储起来，用于供地震发生后临时发电使用，大大提高了能量的利用率，同时相对以热能的形式将能量释放，降低了高温损坏隔震装置的风险，提高了隔震装置的使用寿命。

如图2和图8所示，套筒支座1分为三部分，包括支腿103，上半套筒101与下半套筒102。上半套筒101与下半套筒102的形状相同，上半套筒101包括相互连接的大径半套筒和小径半套筒。上半套筒101与下半套筒102的扣合面上沿径向向外伸出有翼缘106，翼缘106对应位置设有螺栓孔，上半套筒101与下半套筒102可通过螺栓固定形成相互连接的大径套筒和小径套筒。支腿103上端通过螺栓与上半套筒101和下半套筒102的翼缘106固定，支腿103的下端与隔震层底板13固定。

本实施例中，隔震层顶板12的底部设有传动板6，传动杆5与传动板6连接，且传动杆5与传动板6之间设有橡胶减震器501。传动板6的设置使得隔震顶板和隔震底板相对运动时，能够带动滚珠丝杠机构2运动，实现能量的传递。传动杆5的局部设于小径套筒内，且传动杆5的置于套筒支座1内部的部分上形成有活塞502，起到限位作用。小径套筒的筒壁内涂有润滑油，用于减小传动杆5与筒壁的摩擦力。

参照图2和图3，大径套筒与小径套筒的连接孔的直径小于小径套筒的内径，小径套筒内设有复位弹簧7，复位弹簧7套设于滚珠丝杠机构2的外侧，且复位弹簧7的一端抵接在大径套筒上，复位弹簧7的另一端抵接在活塞502上。

在本实施例中，复位弹簧7可选择碟簧。复位弹簧7刚度需根据结构所在地区的抗震设防烈度以及结构自重调试后确定。传动板6推动传动杆5向大径套筒平移运动时，复位弹簧7被压缩。当传动板6向另一端运动时，复位弹簧7提供的反作用力使传动杆5带动滚珠丝杠机构复位，此过程中主动端面棘轮401的旋转方向改变。

参照图2和图3，大径套筒内间隔设有第一轴肩104和第二轴肩105，第一轴肩104与小径套筒之间设有第一轴承8，第一轴肩104和第二轴肩105之间设有第二轴承9。

滚珠丝杠机构2包括滚珠丝杠本体201和螺接在滚珠丝杠本体201上的滚珠丝杠螺母202，滚珠丝杠螺母202与第一轴承8和第二轴承9过盈配合嵌套固定。

第一轴承8和第二轴承9与套筒支座的内壁过盈配合，使第一轴承8与第二轴承9无法进行轴向移动。第一轴承8与第二轴承9选用深沟球轴承，第一轴肩104与第一轴承8之间，第一轴肩104与第二轴承9之间，第二轴承9与第二轴肩105之间均设置有垫片10。第一轴肩104、第二轴肩105、垫片10用于限制第一轴承8与第二轴承9的轴向固定与周向固定，从而固定滚珠丝杠螺母202，但轴承内圈旋转不受限制。当传动板6带动传动杆5移动时，传动杆5带动滚珠丝杠本体201移动，滚珠丝杠本体201带动滚珠丝杠螺母202转动。

结合图2和图3，主动端面棘轮401通过第一螺栓405固定在滚珠丝杠螺母202上，由滚珠丝杠螺母202带动主动端面棘轮401同轴同方向转动。主动端面棘轮401中心设有圆形孔洞，用于滚珠丝杠本体穿过。

如图5和图6所示，从动端面棘轮组件包括从动端面棘轮402、卡盘403以及离合弹簧404，从动端面棘轮402的侧壁上设有楔形键406，卡盘403上设有楔形轨407，楔形键406插设于楔形轨407内。

卡盘403中部设有楔形柱408，从动端面棘轮402上开设有楔形洞409，楔形柱408插设于楔形洞409内。离合弹簧404的一端固定于从动端面棘轮402上，离合弹簧404的另一端固定于卡盘403上开设的孔洞内，当从动端面棘轮402在卡盘403内前后运动时能够通过离合弹簧404复位。

此外，从动端面棘轮402中心设有圆形孔洞，用于供滚珠丝杠本体穿过。卡盘403中心设有圆形孔洞，用于供滚珠丝杠本体穿过。

主动端面棘轮401正向旋转时，主动端面棘轮401与从动端面棘轮402棘齿扣合，竖向面相互贴合，主动端面棘轮401带动从动端面棘轮402旋转。主动端面棘轮401反向旋转时，也即滚珠丝杠本体201向远离大径套筒的方向平移时，主动端面棘轮401的棘齿与从动端面棘轮402的棘齿沿斜面产生相对滑动，由于斜面坡度，主动端面棘轮401与从动端面棘轮402间的间距会增大，此时从动端面棘轮402可沿卡盘403轴向向后运动，再由离合弹簧404的作用力复位。此过程中从动端面棘轮402与飞轮本体301仍向原本方向旋转，而主动端面棘轮401由于滚珠丝杠本体201的复位向相反方向旋转，但停止带动从动端面棘轮402旋转，实现离合功能。

结合图4和图7所示，飞轮机构包括变截面传动轴302，第三固定轴承11以及飞轮本体301。变截面传动轴302与卡盘403可通过焊接方式连接，卡盘403带动变截面传动轴302转动。变截面传动轴302通过过盈配合嵌套在第三固定轴承11内。变截面传动轴302中心设有孔洞，用于滚珠丝杠本体201穿过。

第三固定轴承11与套筒内壁面形成过盈配合，且第三固定轴承11与套筒末端之间设置垫片10，限制端面棘轮离合机构与飞轮机构的轴向位移并为飞轮机构与端面棘轮离合装置提供支撑。

如图2和图7所示，飞轮本体301通过飞轮固定螺母303与飞轮固定螺栓304固定在变截面传动轴302上，由变截面传动轴302带动飞轮本体301旋转。飞轮本体301中心设有孔洞，用于滚珠丝杠本体201穿过。

以上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做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离合式惯容储能减震装置，用于对隔震层顶板（12）和隔震层底板（13）进行减震，其特征在于，包括：

套筒支座（1），与隔震层底板（13）固定连接；

滚珠丝杠机构（2），滑动设于套筒支座（1）内，所述滚珠丝杠机构（2）的一端设有传动杆（5），所述传动杆（5）用于与所述隔震层顶板（12）连接；

飞轮机构，转动设于所述套筒支座（1）的一侧；

端面棘轮离合机构，设于所述套筒支座（1）中，所述端面棘轮离合机构包括主动端面棘轮（401）与从动端面棘轮（402），所述从动端面棘轮（402）与飞轮同轴连接，所述主动端面棘轮（401）与所述滚珠丝杠机构（2）连接；

所述隔震层顶板（12）相对于所述隔震层底板正向滑动时，所述滚珠丝杠机构用于带动所述主动端面棘轮（401）正向转动，所述从动端面棘轮（402）随所述主动端面棘轮（401）正向转动，所述飞轮机构随所述从动端面棘轮（402）正向转动；所述隔震层顶板（12）相对于所述隔震层底板反向滑动时，所述滚珠丝杠机构用于带动所述主动端面棘轮（401）反向转动，所述从动端面棘轮（402）与所述主动端面棘轮（401）相对转动。

2.如权利要求1所述的离合式惯容储能减震装置，其特征在于：

所述套筒支座（1）包括支腿（103），上半套筒（101）与下半套筒（102），所述上半套筒（101）与所述下半套筒（102）的形状相同，所述上半套筒（101）包括相互连接的大径半套筒和小径半套筒；上半套筒（101）与下半套筒（102）的扣合面上沿径向向外伸出有翼缘（106），翼缘（106）对应位置设有螺栓孔，上半套筒（101）与下半套筒（102）可通过螺栓固定形成相互连接的大径套筒和小径套筒；支腿（103）上端通过螺栓与上半套筒（101）和下半套筒（102）的翼缘（106）固定，支腿（103）的下端与隔震层底板（13）固定。

3.如权利要求2所述的离合式惯容储能减震装置，其特征在于：

所述隔震层顶板（12）的底部设有传动板（6），所述传动杆（5）与传动板（6）连接，且所述传动杆（5）与传动板（6）之间设有橡胶减震器（501）；所述传动杆（5）的局部设于小径套筒内，且所述传动杆（5）的置于所述套筒支座（1）内部的部分上形成有活塞（502），所述小径套筒的筒壁内涂有润滑油。

4.如权利要求3所述的一种离合式惯容储能减震装置，其特征在于：

所述大径套筒与所述小径套筒的连接孔的直径小于所述小径套筒的内径，所述小径套筒内设有复位弹簧（7），所述复位弹簧（7）套设于所述滚珠丝杠机构（2）的外侧，且所述复位弹簧（7）的一端抵接在所述大径套筒上，所述复位弹簧（7）的另一端抵接在所述活塞（502）上。

5.如权利要求4所述的一种离合式惯容储能减震装置，其特征在于：

所述大径套筒内间隔设有第一轴肩（104）和第二轴肩（105），所述第一轴肩（104）与所述小径套筒之间设有第一轴承（8），所述第一轴肩（104）和所述第二轴肩（105）之间设有第二轴承（9），所述滚珠丝杠机构（2）包括滚珠丝杠本体（201）和螺接在所述滚珠丝杠本体（201）上的滚珠丝杠螺母（202），所述滚珠丝杠螺母（202）与所述第一轴承（8）和所述第二轴承（9）过盈配合嵌套固定；

所述第一轴承（8）和所述第二轴承（9）与所述套筒支座的内壁过盈配合；所述第一轴承（8）与第二轴承（9）选用深沟球轴承；所述第一轴肩（104）与第一轴承（8）之间，第一轴肩（104）与第二轴承（9）之间，第二轴承（9）与第二轴肩（105）之间均设置有垫片（10）。

6.如权利要求5所述的一种离合式惯容储能减震装置，其特征在于：

所述主动端面棘轮（401）通过第一螺栓（405）固定在滚珠丝杠螺母（202）上；所述主动端面棘轮（401）中心设有圆形孔洞，用于供所述滚珠丝杠本体（201）穿过。

7.如权利要求6所述的一种离合式惯容储能减震装置，其特征在于：

所述从动端面棘轮（402）组件包括从动端面棘轮（402）、卡盘（403）以及离合弹簧（404），所述从动端面棘轮（402）的侧壁上设有楔形键（406），所述卡盘（403）上设有楔形轨（407），所述楔形键（406）插设于所述楔形轨（407）内；所述卡盘（403）中部设有楔形柱（408），所述从动端面棘轮（402）上开设有楔形洞（409），所述楔形柱（408）插设于所述楔形洞（409）内；所述离合弹簧（404）的一端固定于从动端面棘轮（402）上，所述离合弹簧（404）的另一端固定于卡盘（403）上开设的孔洞内。

8.如权利要求7所述的一种离合式惯容储能减震装置，其特征在于：

所述从动端面棘轮（402）中心设有圆形孔洞，用于供所述滚珠丝杠本体（201）穿过，所述卡盘（403）中心设有圆形孔洞，用于供所述滚珠丝杠本体穿过。

9.如权利要求7所述的一种离合式惯容储能减震装置，其特征在于：

所述飞轮机构包括变截面传动轴（302）、第三固定轴承（11）以及飞轮本体（301），所述变截面传动轴（302）与卡盘（403）固定连接；所述变截面传动轴（302）通过过盈配合嵌套在第三固定轴承（11）内；所述变截面传动轴（302）中心设有孔洞，用于供滚珠丝杠本体（201）穿过；所述第三固定轴承（11）与套筒支座（1）的内壁过盈配合，且第三固定轴承（11）与套筒支座（1）末端之间设置垫片（10）。

10.如权利要求9所述的一种离合式惯容储能减震装置，其特征在于：

所述飞轮本体通过飞轮固定螺母（303）与飞轮固定螺栓（304）固定在变截面传动轴（302）上，由变截面传动轴（302）带动飞轮旋转；所述飞轮本体的中心设有孔洞，用于滚珠丝杠本体穿过。