CN1322249C - 摩擦阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摩擦阻尼器，用于各种振动中耗能减震。本发明的摩擦阻尼器，包括有外壳体、位于外壳体内的活塞，活塞与外壳体构成至少一个封闭腔，活塞与外壳体接触部分衬有耐磨材料，其特别之处在于：所述的封闭腔内设置有至少一个变形体和至少一个滚柱，滚柱直径稍小于封闭腔的高度。本发明的阻尼器不工作时基本不产生正压力；工作时，可以根据滑动位移的大小产生相应大小的摩擦力；阻尼器还可以进行反馈控制；并且不会产生冷粘或冷凝固。

Description

摩擦阻尼器
(一)所属技术领域
本发明属于阻尼器的技术领域，特别涉及一种可以根据振源振幅调整阻尼力、并能利用振源信号进行反馈控制的摩擦阻尼器。
(二)背景技术
无论是机械设备、汽车工程，还是在建筑或海洋平台结构中，过大的振动要么会使设备功能丧失，要么会使结构破坏。因此，振动控制在机械和结构设计中至关重要。在机械和结构的动态设计和可靠性设计中尤其如此。振动控制主要对结构施加控制机构(系统)，由控制机构与结构共同作用，减少振动能量的相互传递，避免振动的耦合放大和共振的产生，有效防止机械设备和结构的破坏。机械设备和结构振动控制可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制四种类型。
在上述四种控制技术中，主动控制的效果最好，但由于需要外加较大的能源，加之控制装置的控制算法比较复杂，因此其应用程度少于其它三种控制技术；被动控制造价低廉，减振效果良好，容易实现，目前发展最快，应用最广；半主动控制介于主动控制和被动控制之间，其控制精确度较高，造价较主动控制低廉，而且不需要较大的动力源，因此具有广阔的应用和发展前景；混合控制综合了某几种控制方法的优点，因此其具有较好的控制效果，发展前景较为广阔。
在被动、半主动和混合振动控制技术中，耗能方法的选取至关重要。耗能减振控制是把机械设备或结构物中的某些构件设计成耗能部件或在结构物的某些部位装设阻尼器，消耗设备或结构振动时的能量，达到减小振动的目的。目前研究开发的耗能装置和阻尼器种类较多，归纳起来主要有：金属阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器和复合型阻尼器。
摩擦阻尼器的研究始于70年代末。目前，研究开发的摩擦阻尼器主要有：Pall摩擦阻尼器、Sunito-me摩擦阻尼器、摩擦剪切铰阻尼器、滑移型长孔螺栓节点阻尼器。这些摩擦阻尼器都具有较好的库仑特性，摩擦耗能明显，可提供较大的附加阻尼。荷载大小和频率对其性能影响不大，且构造简单，取材容易，造价低廉，因而具有很好的应用前景。以上摩擦阻尼器的缺点是只能提供恒定的正压力，并且无论阻尼器是否工作，正压力始终存在。同时，两种材料在恒定的正压力作用下，保持长期的静接触，会产生冷粘结或冷凝固，造成期望的摩擦系数不能保证。由于结构的限制，现在的摩擦阻尼器依靠自身很难利用振源信号进行反馈控制，因而降低了耗能装置的灵敏度和工作能力。
(三)发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种阻尼器不工作时基本不产生正压力；在阻尼器工作时，可以根据滑动位移的大小产生相应大小的摩擦力；并且不会产生冷粘或冷凝固的摩擦阻尼器。同时，该阻尼器本身可以利用振源信号进行反馈控制。
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明的摩擦阻尼器，包括有外壳体、位于外壳体内的活塞，活塞与外壳体构成至少一个封闭腔，活塞与外壳体接触部分衬有耐磨材料，其特别之处在于：所述的封闭腔内设置有至少一个变形体和至少一个滚柱，滚柱直径稍小于封闭腔的高度；变形体的截面尺寸为递增式，位于滚柱一端的截面尺寸最小。
本发明的一种结构为：所述的变形体为弹性材料或塑性材料。所述的变形体的纵截面可以为三角形或抛物线形。
本发明的另一种结构为：所述变形体为一端通过销铰接在活塞上的平板，另一端连接有可以使变形体绕销转动的液压装置。为了进行振源反馈控制，所述液压装置的油道与依靠振源振动产生位移的油缸连接。
耗能减振技术为机械设备、建筑、海洋平台的抗震(振)设计和加固提供了一条崭新的途径，它克服了传统结构“硬碰硬”式的抗振设计方法，具有概念简单、减振机理明确、减振效果显著，安全可靠的特点。然而同时应注意到，虽然耗能减振技术的研究和应用已取得了很大进展，但仍处于研究和试点阶段，尚有很多待解决的问题。为此，本项研究拟进行一种新型摩擦阻尼器的研究。该阻尼器除克服两种材料在恒定的正压力作用下，长期静接触造成冷粘结或冷凝固，所期望的摩擦系数不能保证外，还可以根据摩擦阻尼器滑动位移增大摩擦力。除此之外，该摩擦阻尼器可以利用振源信号进行反馈控制。这样，该阻尼器在大振幅振动中耗能能力会大大增加，从而降低结构的振动。
本发明的工作原理：本发明的摩擦阻尼器与弹簧配合使用，起到耗散振动能量的目的。在具体使用时，可以根据振动情况合理地水平(耗散水平方向振动能量，单向阻尼器的只能耗散一个方向振动时的能量，双向阻尼器的可以耗散两个方向振动时的能量。)或垂直(耗散垂直方向振动能量)布置阻尼器。阻尼器工作时，活塞与振源机械连接，外壳体固定。当机械设备振动力驱动活塞相对外壳体向左移动时，滚柱向右滚动，在变形体的作用下压紧外壳体，从而产生阻碍活塞运动的摩擦力，消耗振动能量。活塞和外壳体相对位移越大，变形体施加给滚柱的正压力越大，摩擦力越大，阻尼器耗散的振动能量越多，从而起到耗能减振的目的。一个周期振动结束后，振动机械在弹簧的作用下恢复原来位置，阻尼器也随之复位，为下个振动周期耗能做好准备。
本发明的摩擦阻尼器不工作时，摩擦副之间可以不产生或产生很小的正压力。当振源设备振动增大，阻尼器工作时，摩擦阻尼器根据滑动位移的大小产生相应大小的摩擦力。除此之外，该阻尼器还可以与振源连接，利用振源进行反馈控制，有效提高阻尼器耗能能力。
本发明的有益效果是，阻尼器不工作时基本不产生正压力；在阻尼器工作时，可以根据滑动位移的大小产生相应大小的摩擦力；阻尼器还可以与振源连接，利用振源进行反馈控制，有效提高阻尼器耗能能力；并且不会产生冷粘或冷凝固、不会产生永久性偏位。
(四)附图说明
图1为本发明一种实施例的剖面结构示意图
图2为图1的A-A剖面示意图
图3、图4、图5、图6分别为本发明另一种实施例的剖面结构示意图
图中，1外壳体，2活塞，3变形体，4滚柱，5封闭腔、6耐摩材料，7油道，8、8-1球头柱塞，9销，10弹簧，11增力滚柱
(五)具体实施方式
实施例1
图1、图2为本实施例的具体结构示意图。本实施例是由外壳体1、活塞2、二个变形体3和二个滚柱4组成。外壳体1为长方体，内有一个长方体形的空腔，空腔相对的两端开口。活塞2为扁平的长方体形，位于外壳体内的空腔内，活塞的两端的上下方分别有两个横向的凸起，凸起与外壳体之间分别形成两个封闭腔5。在封闭腔5内的活塞2上分别安装有一个变形体3，变形体3的纵截面为三角形，变形体3的材料是橡胶。活塞上的凸起与外壳体的内壁接触，其接触部分衬有耐磨材料。滚柱4为圆柱体，放置在活塞上，滚柱的长度略小于活塞2的宽度，滚柱4直径稍小于封闭腔5的高度，可以根据阻尼器的使用环境，合理选择公差来确定。
实施例2
图3为本实施例的具体结构示意图。本实施例的外壳体1与活塞2之间共形成二个封闭腔5，每个封闭腔内均有一个滚柱4和二个变形体3，变形体3的材料为铅。其它结构与实施例基本相同。
实施例3
图4为本实施例的具体结构示意图。本实施例的外壳体1为具有圆柱形空腔的圆柱体，与活塞2之间形成三个封闭腔5，每个封闭腔内均有一个滚柱4和一个由橡胶制成的变形体3。本实施例的摩擦阻尼器，可以消除结构或设备的扭转振动。
实施例4
图5为本实施例的具体结构示意图。
活塞1一侧有一个油道7，可以跟连接在振源机械上的油缸连接。变形体3为钢性的平板，变形体的一端通过销9铰接在活塞2上，另一端放置在液压装置的球头柱塞8上。球头柱塞8安装在活塞1中部的柱状空腔内，两个球头柱塞中间由弹簧10分开，球头柱塞的结合处的底部有斜面，可以避免两个柱塞接触而阻塞油道7。要注意的是，要严格控制球头柱塞的长度，应使其可以完全进入柱塞腔。
振源振幅增大时，与振源连接的油缸容积减小，液压油被压缩，通过油道7进入摩擦阻尼器。推动球头柱塞8向外运动，从而推动变形体3绕销9转动，滚柱4的正压力增大，摩擦力增大，从而消耗更多的能量，减小振源的振动。反之，振源振幅减小时，振动能量变小，摩擦阻尼器的耗能能力也随之降低。利用本装置，可以通过振源信号来进行阻尼器的反馈控制。
实施例5
图6为本实施例的具体结构示意图。
本实施例的摩擦阻尼器增添了增力机构。活塞1一侧有一个油道7，可以跟连接在振源机械上的油缸连接。变形体3为钢性的平板，变形体的一端通过销9铰接在活塞2上，另一端放置在液压装置的增力滚柱11上。液压装置包括有位于活塞2中部空腔内的一个球头柱塞8-1和两个增力滚柱11。球头柱塞8-1安装在油道7的一端，两个增力滚柱11分别顶在变形体上。
油道7与振源机械上的液压油缸连接，振源振幅大时，油缸容积减小，液压油被压缩，通过油道7进入摩擦阻尼器。推动球头柱塞8-1向外运动，球头柱塞8-1与两个增力滚柱11接触，将液压力放大，从而推动变形体3绕销9转动，滚柱4的正压力增大，摩擦力增大，从而消耗更多的能量，减小振源的振动。反之，振源振幅减小时，振动能量变小，摩擦阻尼器的耗能能力也随之降低。
本实施例的摩擦阻尼器，一方面可以利用振源进行反馈控制，另一方面，可以将液压油的压力增大，提高减振效果。

Claims (4)

1.一种摩擦阻尼器，包括有外壳体(1)、位于外壳体内的活塞(2)，活塞与外壳体构成至少一个封闭腔(5)，活塞与外壳体接触部分衬有耐磨材料，其特征在于：所述的封闭腔(5)内设置有至少一个变形体(3)和至少一个滚柱(4)，滚柱(4)直径稍小于封闭腔(5)的高度；变形体的截面尺寸为递增式，位于滚柱(4)一端的截面尺寸最小。
2.根据权利要求1所述的摩擦阻尼器，其特征在于：所述的变形体(3)为弹性材料或塑性材料。
3.根据权利要求2所述的摩擦阻尼器，其特征在于：所述的变形体(3)的纵截面为三角形或抛物线形。
4.根据权利要求1所述的摩擦阻尼器，其特征在于：所述变形体(3)为一端通过销(9)铰接在活塞(2)上的平板，另一端连接有可以使变形体(3)绕销(9)转动的液压装置。
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