CN206529922U - 一种并联型加速度惰性消能器 - Google Patents
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Abstract
一种并联型加速度惰性消能器，包括连接耳环、连接杆、外筒、旋转内筒、螺旋线圈、永磁体、旋转螺母、滚珠螺杆、外附加质量、内附加质量；等。提出“两节点质量单元”的概念，设计应用于建筑、桥梁等工程结构领域，为首次公开一种新耗能原理的耗能减震消能器。既有质量单元模型可视为刚体，只存在刚体位移，不发生单元内部相对位移；两节点质量单元在单元内允许发生相对位移，且受到约束，单元外力可表示为质量与两节点加速度的矢量差的乘积，即F＝m(a2‑a1)。两节点质量单元的提出主要为了区别惯性质量两节点单元单元模型与现有刚体质量单元模型的不同，结合电涡流耗能原理，通过两单元并联的方式提出一种紧凑的并联型加速度惰性消能器。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种并联型加速度惰性消能器，属于土木工程结构耗能减震技术领域。
背景技术
消能减振技术，是在结构上附加消能减振装置，附加减振装置和结构本身共同承担地震和风振等作用。国内外学者已经对消能减振技术进行了大量研究。消能减震装置作为一种有效的减轻建筑和基础设施灾害的手段，通常分为速度型消能器和位移型消能器。速度型阻尼器耗能效果好，但是往往对消能器本身要求高，密封严格和缸体内压高；位移型消能器虽然成本较为低廉，但是耗能效果不如速度型阻尼器出色，另外面临震后难以自复位的问题；此外，常见的消能减震产品还有调谐质量阻尼器，但是其本身自重大，使用和安装不方便。
电涡流技术也逐渐运用到阻尼器的设计和研发当中。电磁阻尼力，是导体在磁场中切割磁力线时，导体中将产生感应电流，感应电流受到的安培力总是阻碍导体的运动，进而提供电磁阻尼，但一般耗能效率较低。
实用新型内容
本实用新型提出“两节点质量单元”的概念，设计应用于建筑、桥梁等工程结构领域，为首次公开一种新耗能原理的耗能减震消能器。具体说，“两节点质量单元”不同于既有的质量单元。既有质量单元模型可视为刚体，只存在刚体位移，不发生单元内部相对位移；两节点质量单元在单元内允许发生相对位移，且受到约束，单元外力可表示为质量与两节点加速度的矢量差的乘积，即F＝m(a2-a1)。两节点质量单元的提出主要为了区别惯性质量两节点单元单元模型与现有刚体质量单元模型的不同，依据两节点质量单元的理论模型，结合电涡流耗能原理，通过两单元并联的方式提出一种紧凑的并联型加速度惰性消能器。
为此，本实用新型技术方案表征为：
一种并联型加速度惰性消能器，其特征在于，包括连接耳环(1)、连接杆(2)、外筒(3)、旋转内筒(4)、螺旋线圈(5)、永磁体(6)、旋转螺母(9)、滚珠螺杆(10)、外附加质量(11)、内附加质量(12)；
旋转螺母(9)与旋转内筒(4)通过焊接连接为整体，共同旋转，构成旋转体；
旋转内筒(4)外侧环向缠绕布置有若干螺旋线圈(5)，随同线圈内筒(4)做径向运动；所述螺旋线圈(5)位置与外筒(3)内侧的永磁体(6)位置相对应，构成电涡流体；线圈内筒(4)的径向运动和旋转外筒(3)的环向运动将转化为磁场中的切割磁力线运动，产生涡流电流和电磁阻尼力；
所述旋转体与外筒(3)之间的接触处设有旋转辅助机构以减小两者之间旋转阻力；
所述外筒(3)内部为空腔体，分为两个功能区域，离旋转螺母(9)远端设计用于电涡流体工作区域，离旋转螺母(9)近端设计用于附加质量体工作区域；
在离旋转螺母(9)近端区域内布置一定数量和形式的内附加质量(12)，在所述外筒(3)外部布置一定数量和形式的外附加质量(11)；所述外附加质量(11)、内附加质量(12)都固定于所述旋转螺母(9)上，构成附加质量体；
滚珠螺杆(10)通过外螺纹约束在旋转螺母(9)上，满足轴向运动；
整个阻尼器装置在滚珠螺杆(10)轴方向的线性运动通过滚珠螺杆(10)自身外部的螺纹和旋转螺母(9)的内螺纹之间的相互作用可转化成旋转螺母(9)、旋转内筒(4)的共同做环向运动；
连接杆(2)位于整个阻尼器装置的滚珠螺杆(10)所在轴侧的另一端；所述连接杆(2)和滚珠螺杆(10)的外端侧分别与连接耳环(1)固定，用于连接工程结构。
本实用新型中，还包括弹簧单元13、弹簧保护筒14，所述弹簧单元13与旋转外筒3一端串联，并置于弹簧保护筒14的内部，起到质量调谐的作用。
两节点分别指的是线性运动中可以发生相对位移的结构，以上阻尼器技术方案当中指的是滚珠螺杆(10)可以相对阻尼器发生相对位移。本实用新型技术方案是由旋转单元、附加质量单元和电涡流单元组成，外筒作为旋转单元，附加质量设置更加方便，质量增效效果显著。本实用新型充分利用两节点质量单元吸能，通过增效机制将实际的小质量增效为等效大质量，分担更多的输入结构的能量，同时通过电涡流阻尼机制耗能，并于弹簧单元13串联，起到调谐质量的作用，这种增效机制可以更有效保护结构安全，消耗地震、风振和人致激励等振动能量，耗能性能优良，可广泛应用于减隔震(振)领域和能源基础设施领域。
本实用新型中,整个阻尼器装置在滚珠螺杆(10)轴方向的线性运动通过滚珠螺杆(10)自身外部的螺纹和旋转螺母(9)的内螺纹之间的相互作用可转化成旋转螺母(9)和旋转内筒(4)的共同做环向运动。旋转内筒(4)的环向运动又将转化为磁场中的切割磁力线运动，从而产生涡流电流和电磁阻尼力。
本实用新型中,旋转内筒(4)外侧布置一定数量和形式的内附加质量(12)，旋转螺母(9)外侧布置一定数量和形式的外附加质量(11)，通过附加质量单元的两节点相对加速度，将线性运动转换为旋转运动，通过增效机制将实际的小质量增效为等效大质量，吸收等多输入结构的能量，两节点质量增效能力与装置规格和外附加质量(11)、内附加质量(12)相对运动滚珠螺杆(10)的加速度有关。
本实用新型中，所述的利用电磁涡流产生阻尼，其电磁阻尼力可调。根据结构抗震需要，电涡流单元螺旋线圈5数量、永磁铁6布置数量、形式可根据所需阻尼力设计调整，从而方便设定电磁阻尼力，有效降低结构的地震响应。附加质量单元有外附近质量11、内附加质量12组成，其数量、形式可根据所需阻尼力设计调整。
本实用新型中，所述的装置左侧、右侧各设一个耳环1，用于固定消能器。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点与有益效果：
1、本实用新型利用附加质量单元与电涡流阻尼单元并联，内筒作为旋转单元，方便装置安装，有利于建筑安全，内外附加质量可方便设定质量增效能力。
2、本实用新型提出一种两节点质量增效装置同电涡流阻尼单元并联，通过增效机制将实际的小质量增效为等效大质量，吸收等多输入结构的能量，同时通过电涡流阻尼机制耗能，弹簧单元作为调谐单元使用，这种增效机制可以更有效保护结构安全。
3、本实用新型有耗能效率高、体型小、无密封、无高压、装配式、节约材料等特点，符合我国发展的安全、绿色、高效的社会和环境目标。
4、本实用新型所提供的电磁阻尼力可调。根据结构抗震需要，电涡流单元螺旋线圈数量、永磁铁布置数量、形式可根据所需阻尼力设计调整，从而方便设定电磁阻尼力，有效降低结构的地震响应。
5、本实用新型中附加质量单元由外附近质量11、内附加质量12组成，其数量、形式可根据所需阻尼力设计调整。通过旋转运动起到两节点质量增效作用，两节点质量增效能力与装置规格和外附加质量、内附加质量相对运动滚珠螺杆的加速度有关。
附图说明
图1为本实用新型并联型加速度惰性消能器的示意图；
图2为图1的主视图；
图3为图1的俯视图；
图4为图1的右视图；
图5为带有弹簧单元13、弹簧保护筒14的并联型加速度惰性消能器示意图；
图中标号：
1连接耳环、2连接杆、3外筒、4旋转内筒、5螺旋线圈、6永磁体、7滚珠、8旋转槽、9旋转螺母、10滚珠螺杆、11外附加质量、12内附加质量、13弹簧单元、14弹簧单元保护筒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
实施例1
如图1-4所示，一种并联型加速度惰性消能器，其特征在于，包括连接耳环(1)、连接杆(2)、外筒(3)、旋转内筒(4)、螺旋线圈(5)、永磁体(6)、旋转螺母(9)、滚珠螺杆(10)、外附加质量(11)、内附加质量(12)；
旋转螺母(9)与旋转内筒(4)通过焊接连接为整体，共同旋转，构成旋转体；
旋转内筒(4)外侧环向缠绕布置有若干螺旋线圈(5)，随同线圈内筒(4)做径向运动；所述螺旋线圈(5)位置与外筒(3)内侧的永磁体(6)位置相对应，构成电涡流体；线圈内筒(4)的径向运动和旋转外筒(3)的环向运动将转化为磁场中的切割磁力线运动，产生涡流电流和电磁阻尼力；
所述旋转体与外筒(3)之间的接触处设有旋转辅助机构以减小两者之间旋转阻力；
所述外筒(3)内部为空腔体，分为两个功能区域，离旋转螺母(9)远端设计用于电涡流体工作区域，离旋转螺母(9)近端设计用于附加质量体工作区域；
在离旋转螺母(9)近端区域内布置一定数量和形式的内附加质量(12)，在所述外筒(3)外部布置一定数量和形式的外附加质量(11)；所述外附加质量(11)、内附加质量(12)都固定于所述旋转螺母(9)上，构成附加质量体；
滚珠螺杆(10)通过外螺纹约束在旋转螺母(9)上，满足轴向运动；
整个阻尼器装置在滚珠螺杆(10)轴方向的线性运动通过滚珠螺杆(10)自身外部的螺纹和旋转螺母(9)的内螺纹之间的相互作用可转化成旋转螺母(9)、旋转内筒(4)的共同做环向运动；
连接杆(2)位于整个阻尼器装置的滚珠螺杆(10)所在轴侧的另一端；所述连接杆(2)和滚珠螺杆(10)的外端侧分别与连接耳环(1)固定，用于连接工程结构。
如图5所示，还包括弹簧单元13、弹簧保护筒14，所述弹簧单元13与旋转外筒3一端串联，并置于弹簧保护筒14的内部。
如图1-3、图5所示，所述旋转辅助机构通过设计滚珠(7)、旋转槽(8)来实现，所述滚珠(7)容纳约束在旋转槽(8)内，旋转内筒(4)两端通过旋转槽(8)和滚珠(7)限位在外筒(3)内，并满足绕滚珠螺杆(10)的旋转运动。
通过在耗能减震装置上附加多个质量单元，利用其两节点相对加速度，将线性运动转换为旋转运动，起到两节点质量增效作用，具有良好的吸能效果。电涡流技术运用到阻尼器的设计和研发当中，电磁阻尼力，是导体在磁场中切割磁力线时，导体中将产生感应电流，感应电流受到的安培力总是阻碍导体的运动，进而提供电磁阻尼。本实用新型通过两节点质量增效单元和电涡流单元并联，可以同时利用电涡流阻尼力和加速度消能减震的增效原理来有效消耗地震、风振的能量，耗能性能优良，可广泛应用于减隔震(振)领域，具有极强的工程现实价值。
本实用新型利用附加质量单元与电涡流阻尼单元并联，内筒作为旋转单元，方便装置安装，有利于建筑安全，内外附加质量可方便设定质量增效能力。本实用新型提出一种两节点质量增效装置同电涡流阻尼单元并联，通过增效机制将实际的小质量增效为等效大质量，吸收等多输入结构的能量，同时通过电涡流阻尼机制耗能，还可与弹簧单元13串联实现调谐质量的作用，这种增效机制可以更有效保护结构安全。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，对于本实用新型做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种并联型加速度惰性消能器，其特征在于，包括连接耳环(1)、连接杆(2)、外筒(3)、旋转内筒(4)、螺旋线圈(5)、永磁体(6)、旋转螺母(9)、滚珠螺杆(10)、外附加质量(11)、内附加质量(12)；
旋转螺母(9)与旋转内筒(4)通过焊接连接为整体，共同旋转，构成旋转体；
旋转内筒(4)外侧环向缠绕布置有若干螺旋线圈(5)，随同线圈内筒(4)做径向运动；所述螺旋线圈(5)位置与外筒(3)内侧的永磁体(6)位置相对应，构成电涡流体；线圈内筒(4)的径向运动和旋转外筒(3)的环向运动将转化为磁场中的切割磁力线运动，产生涡流电流和电磁阻尼力；
所述旋转体与外筒(3)之间的接触处设有旋转辅助机构以减小两者之间旋转阻力；
所述外筒(3)内部为空腔体，分为两个功能区域，离旋转螺母(9)远端设计用于电涡流体工作区域，离旋转螺母(9)近端设计用于附加质量体工作区域；
在离旋转螺母(9)近端区域内布置内附加质量(12)，在所述外筒(3)外部布置外附加质量(11)；所述外附加质量(11)、内附加质量(12)都固定于所述旋转螺母(9)上，构成附加质量体；
滚珠螺杆(10)通过外螺纹约束在旋转螺母(9)上，满足轴向运动；
整个阻尼器装置在滚珠螺杆(10)轴方向的线性运动通过滚珠螺杆(10)自身外部的螺纹和旋转螺母(9)的内螺纹之间的相互作用可转化成旋转螺母(9)、旋转内筒(4)的共同做环向运动；
连接杆(2)位于整个阻尼器装置的滚珠螺杆(10)所在轴侧的另一端；所述连接杆(2)和滚珠螺杆(10)的外端侧分别与连接耳环(1)固定，用于连接工程结构。
2.如权利要求1所述的一种并联型加速度惰性消能器，其特征在于，还包括弹簧单元(13)、弹簧保护筒(14)，所述弹簧单元(13)与旋转外筒(3)一端串联，并置于弹簧保护筒(14)的内部。
3.如权利要求1所述的一种并联型加速度惰性消能器，其特征在于，所述旋转辅助机构通过设计滚珠(7)、旋转槽(8)来实现，所述滚珠(7)容纳约束在旋转槽(8)内，旋转内筒(4)两端通过旋转槽(8)和滚珠(7)限位在外筒(3)内，并满足绕滚珠螺杆(10)的旋转运动。
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| WO2021051374A1 (zh) * | 2019-09-20 | 2021-03-25 | 大连理工大学 | 一种连梁剪切位移放大型电涡流阻尼器 |
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