CN214884573U - 一种变摩擦耗能阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变摩擦耗能阻尼器，包括滑动摩擦机构、用于固定滑动摩擦机构的固定件以及用于连接滑动摩擦机构和固定件的连接件；滑动摩擦机构包括滑动摩擦板和固定摩擦板，滑动摩擦板一端夹设在两个固定摩擦板之间，固定件包括摩擦板夹持部和第二连接部，摩擦板夹持部上设置有用于夹持滑动摩擦机构的夹持口。本实用新型中的滑动摩擦板和固定摩擦板设置有倾斜面，实现了摩擦板间摩擦力的改变，使变摩擦耗能阻尼器在结构未变形或变形较小时，提供的刚度较小并可以先于主体结构开始耗散地震能量；在结构变形较大时，通过摩擦板间摩擦力的增大可为结构提供较大的附加刚度，从而减小结构的变形并充分耗散地震能量。
Description
技术领域
本实用新型属于耗能阻尼器技术领域，具体涉及一种变摩擦耗能阻尼器。
背景技术
消能减震技术作为一种被动控制方法，可为结构提供一定的附加刚度和附加阻尼，从而减小结构的动力响应。摩擦阻尼器作为一种消能减震技术，以耗能方式简单、适应环境能力强、造价低廉等特点在工程中被广泛应用。然而大多数摩擦阻尼器无法确定合适的摩擦力，如果起滑力太小，会导致阻尼器提供给结构的刚度较小，在强震下耗能能力不足；如果起滑力太大，会导致阻尼器在小震、中震下耗能较小甚至为零。
以往的摩擦阻尼器未起滑时，相当于一个刚性支撑，给结构提供较大的初始刚度；起滑后，刚度显著下降，其滞回曲线大多为矩形。在结构变形较大时不能提供更大的刚度。
发明内容
为解决现有摩擦耗能阻尼器存在的不足，本实用新型提供了一种变摩擦耗能阻尼器。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：
一种变摩擦耗能阻尼器，包括滑动摩擦机构、用于固定滑动摩擦机构的固定件以及用于连接滑动摩擦机构和固定件的连接件；所述滑动摩擦机构包括滑动摩擦板和固定摩擦板，滑动摩擦板一端夹设在两个固定摩擦板之间，另一端设置有第一连接部，滑动摩擦板上设置有长条状孔，两个固定摩擦板上均设置有第二连接孔；所述固定件包括摩擦板夹持部和第二连接部，所述摩擦板夹持部上设置有用于夹持滑动摩擦机构的夹持口，所述夹持口的两侧壁上设置有第一连接孔；所述连接件通过第一连接孔、第二连接孔和长条状孔将摩擦板夹持部与固定摩擦板、滑动摩擦板三者连接，所述滑动摩擦板能够在外力下沿长条状孔长度方向移动；所述滑动摩擦板上设置有凹陷，凹陷的侧壁设置为平滑过渡的倾斜面I；所述固定摩擦板上设置有第一凸起，所述第一凸起的厚度与凹陷的深度相等，第一凸起的侧壁也设置为平滑过渡的倾斜面II；每个固定摩擦板与夹持口内壁之间夹设有弹性变形件。
具体的，所述摩擦板夹持部包括第一夹持板、第二夹持板和连接在第一夹持板端部、第二夹持板端部的端板，第一夹持板、第二夹持板之间的间隙形成所述夹持口，第一夹持板和第二夹持板上均设置有所述第一连接孔。
优选的，所述夹持口的每一侧内壁中靠近底部和开口处的位置均设置有第二凸起，第二凸起顶部距离固定摩擦板外壁的间隙大于等于第一凸起的厚度。
优选的，所述滑动摩擦板中间段的两个摩擦面上对称设置有凹陷，每个固定摩擦板中间段的摩擦面上设置有与凹陷对应的第一凸起。
优选的，所述弹性变形件套设在连接件上。
优选的，所述弹性变形件为碟簧，所述连接件为螺栓。
优选的，所述第一连接部为板件，第一连接部上设置有第三连接孔。
优选的，所述第二连接部为板件，第二连接部上设置有第四连接孔。
优选的，所述滑动摩擦板和固定摩擦板的接触面上涂覆有摩擦涂料。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型中的滑动摩擦板和固定摩擦板设置有倾斜面，实现了摩擦板间摩擦力的改变，使变摩擦耗能阻尼器在结构未变形或变形较小时，提供的刚度较小并可以先于主体结构开始耗散地震能量；在结构变形较大时，通过摩擦板间摩擦力的增大可为结构提供较大的附加刚度，从而减小结构的变形并充分耗散地震能量。
本实用新型的其他优点在具体实施方中进行详细说明。
附图说明
图1是本实用新型实施例记载的阻尼器在不受力时的结构示意图。
图2是本实用新型实施例记载的滑动摩擦板的正视图。
图3是本实用新型实施例记载的滑动摩擦板的俯视图。
图4是本实用新型实施例记载的固定摩擦板的正视图。
图5是本实用新型实施例记载的固定摩擦板的俯视图。
图6是本实用新型实施例记载的固定件的正视图。
图7是本实用新型实施例记载的固定件的俯视图。
图8是本实用新型实施例记载的阻尼器受压状态1示意图。
图9是本实用新型实施例记载的阻尼器受压状态2示意图。
图10是本实用新型实施例记载的阻尼器受压状态3示意图。
图11是本实用新型实施例记载的阻尼器受拉状态1示意图。
图12是本实用新型实施例记载的阻尼器受拉状态2示意图。
图13是本实用新型实施例记载的阻尼器受拉状态3示意图。
图14是本实用新型的阻尼器和普通固定摩擦力的摩擦耗能阻尼器的荷载-位移滞回曲线对比。
图中各标号说明：
1-滑动摩擦板，2-固定摩擦板，3-固定件，4-连接件，5-弹性变形件；
11-第一连接部，12-长条状孔，13-凹陷；111-第三连接孔；
21-第二连接孔，22-第一凸起；
31-摩擦板夹持部，32-第二连接部；
311-第一夹持板，312-第二夹持板，313-端板，314-夹持口，315-第一连接孔，316-第二凸起，317-间隙；321-第四连接孔。
具体实施方式
以下给出本实用新型的具体实施例。需要说明的是，在以下的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、底部、顶部”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指以相应附图的轮廓为基准定义的。
在下述具体实施例中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。
本实施例公开了一种变摩擦耗能阻尼器，如图1所示，包括滑动摩擦机构、固定件3、连接件4、弹性变形件5。
滑动摩擦机构包括滑动摩擦板1和固定摩擦板2，滑动摩擦板1一端夹设在两个固定摩擦板2之间，另一端设置有第一连接部11，用于与框架连接，本实施例的第一连接部11为板件，第一连接部11上设置有第三连接孔111，方便与框架铰接。滑动摩擦板1上设置有长条状孔12，长条状孔12沿滑动摩擦板1长度方向延伸，如图3所示，固定摩擦板2上设置有第二连接孔21，如图5所示。
固定件3用于固定滑动摩擦机构，本实施例的固定件3包括摩擦板夹持部31和第二连接部32。第二连接部32用于与框架连接，本实施例中第二连接部32为板件，第二连接部32上设置有第四连接孔321，方便与框架铰接。摩擦板夹持部31上设置有用于夹持滑动摩擦机构的夹持口314，夹持口314的两侧壁上设置有第一连接孔315，第一连接孔315沿第一夹持板311/第二夹持板312长度方向均布有多个。
连接件4用于连接滑动摩擦机构和固定件3，连接件4通过夹持口314侧壁上的第一连接孔315、两个固定摩擦板2上的第二连接孔21和滑动摩擦板1上的长条状孔12将摩擦板夹持部31与固定摩擦板2、滑动摩擦板1三者连接在一起，使得滑动摩擦板1在外力下只能沿长条状孔12长度方向移动。
弹性变形件5用于提供弹性作用力，每个固定摩擦板2与夹持口314内壁之间夹设有弹性变形件5。可通过调整弹性变形件5的变形力来调整阻尼器的起滑力。
滑动摩擦板1上设置有凹陷13，凹陷13的侧壁设置为平滑过渡的倾斜面I；固定摩擦板2上设置有第一凸起22，第一凸起22的厚度与凹陷13的深度相等，第一凸起22的侧壁也设置为平滑过渡的倾斜面II，通过倾斜面I和倾斜面II，实现了摩擦板间摩擦力的改变。本实施例优选的，凹陷13设置在滑动摩擦板1的中间段部分，第一凸起22设置在固定摩擦板2的中间段部分；或者也可根据滑动摩擦板1的实际移动量需求来设定凹陷13和第一凸起22的位置。
根据图2，滑动摩擦板1包括两端的第一等厚度段、中部的第二等厚度段、第一等厚度段和第二等厚度段之间的第一渐变段，第二等厚度段的厚度小于第一等厚度段的厚度，第一渐变段的厚度从第二等厚度段向第一等厚度段逐渐增加。根据图4，固定摩擦板2包括两端的第三等厚度段、中部的第四等厚度段、第三等厚度段和第四等厚度段之间的第二渐变段，第四等厚度段的厚度大于第三等厚度段的厚度，且第一等厚度段与第三等厚度段的厚度之和等于第二等厚度段与第四等厚度段的厚度之和。
本实施例在滑动摩擦板1中间段的两个摩擦面上对称设置有凹陷13，每个固定摩擦板2中间段的摩擦面上设置有与凹陷13对应的第一凸起22，本实用新型中，“摩擦面”是指与固定摩擦板接触的面。当然可以在滑动摩擦板1一侧设置凹陷13，相对应的只有一个固定摩擦板2的中部设置第一凸起22，但优选本实施例的方案，这种对称结构可保证滑动摩擦板移动平稳。
如图6和图7所示，本实施例的摩擦板夹持部31包括第一夹持板311、第二夹持板312和端板313，端板313一面连接有第一夹持板311的端部以及第二夹持板312的端部，端板313另一面与第三连接部32连接。第一夹持板311、第二夹持板312之间的间隙形成夹持口314，第一夹持板311和第二夹持板312上均设置有对个第一连接孔315。
作为本实用新型的优选方案，在夹持口314的每一侧内壁中靠近底部和开口处的位置均设置有第二凸起316，第二凸起316顶部距离固定摩擦板2外壁的间隙317大于等于第一凸起22的厚度。在阻尼器工作过程中，当滑动摩擦板1较厚部分移动至固定摩擦板2较厚位置时，固定摩擦板2两端会翘起，通过第二凸起316来限制固定摩擦板2过度翘起带来的转向，使得固定摩擦板2与滑动摩擦板1始终保持平行。最好的，第二凸起316顶部距离固定摩擦板2外壁的间隙等于第一凸起的厚度，若该间隙太大，并不能很好的起到限制作用。
在本实施例中，如图6所示，在第一夹持板311靠近两端部的内侧面上设置第二凸起316，同样，在第二夹持板312靠近两端部的内侧面上也设置有第二凸起316，第一夹持板311的第二凸起与第二夹持板312第二凸起的位置对应。第一夹持板311两端的第二凸起316沿第一夹持板316长度方向的延伸不超过第一夹持板311最两端的两个第一连接孔315，第二凸起316的宽度与第一夹持板311宽度相同，第二夹持板312上的第二凸起316与第一夹持板311情况相同。
作为本实用新型的优选方案，弹性变形件5套设在连接件4上，对弹性变形件5进行定位。
作为本实用新型的优选方案，弹性变形件5为碟簧，连接件4为螺栓。螺栓由上至下依次贯通第一夹持板311、上部固定摩擦板2、滑动摩擦板1、下侧固定摩擦板2和第二夹持板311。
作为本实用新型的优选方案，在滑动摩擦板1和固定摩擦板2的接触面上涂覆有摩擦涂料，增加耐磨性。
本实用新型的工作机理：
当受压荷载达到起滑荷载时，滑动摩擦板1相对其他部件向左滑动，滑动过程中摩擦力保持不变，直到滑动摩擦板1滑动至图8所示位置，滑动摩擦板1的倾斜面I与固定摩擦板2的倾斜面II发生接触，并将固定摩擦板2顶起，被顶起的过程中固定摩擦板2持续压缩弹性变形件5，使弹性变形件5对固定摩擦板2的反作用力不断增加，从而使固定摩擦板2和滑动摩擦板1间的摩擦力持续上升，直到滑动摩擦板1滑动至图9所示位置，此时弹性变形件5被压缩至最大，滑动摩擦板1与固定摩擦板2之间的摩擦力达到最大值，继续受压时，滑动摩擦板1仍继续向左滑动，滑动过程中摩擦力保持不变，直到变摩擦耗能阻尼器达到最大压缩位移，如图10所示。
当受拉荷载达到起滑荷载时，滑动摩擦板1相对其他部件向右滑动，滑动过程中摩擦力保持不变，直到滑动摩擦板1滑动至图11所示位置，滑动摩擦板1的倾斜面I与固定摩擦板2的倾斜面II发生接触，并将固定摩擦板2顶起，被顶起的过程中固定摩擦板2持续压缩弹性变形件5，使弹性变形件5对固定摩擦板2的反作用力不断增加，从而使固定摩擦板2和滑动摩擦板1间的摩擦力持续上升，直到滑动摩擦板1滑动至图12所示位置，此时弹性变形件5被压缩至最大，滑动摩擦板1与固定摩擦板2之间的摩擦力达到最大值，继续受拉时，滑动摩擦板1仍继续向右滑动，滑动过程中摩擦力保持不变，直到变摩擦耗能阻尼器达到最大拉伸位移，如图13所示。
仿真实验：
以下对上述实施例的变摩擦耗能阻尼器进行有限元分析，获取上述实施例变摩擦耗能阻尼器的力学性能和耗能性能，并与传统摩擦耗能阻尼器进行对比。
(1)模型建立
基于有限元软件Abaqus建立一个变摩擦耗能阻尼器，模型中滑动摩擦板1长1950mm，宽120mm，厚60mm；固定摩擦板2长1730mm，宽120mm，厚15mm；固定件3长2010mm，宽120mm；滑动摩擦板1的凹陷深度、固定摩擦板2上的第二凸起厚度、第一夹持板311/第二夹持板312上的第二凸起316顶部距离固定摩擦板2外壁的间隙均为15mm。
钢材采用理想弹塑性模型，弹性模量E＝206000MPa，泊松比取υ＝0.3，屈服强度取fy＝355MPa。
采用Abaqus/Standard模块模拟本变摩擦耗能阻尼器。为简化分析，采用弹簧单元模拟碟形弹簧，根据《碟形弹簧》(GB/T1972-2016)规范确定碟簧组的荷载-位移关系，螺母按刚体考虑，摩擦板之间法向设置为硬接触，切向采用库伦摩擦，摩擦系数μ＝0.5。
(2)结果分析
图14所示为本实用新型的变摩擦耗能阻尼器和普通固定摩擦力的摩擦耗能阻尼器的荷载-位移滞回曲线对比，横轴表示摩擦阻尼器的拉伸或压缩量，其中负向表示被压缩，正向表示被拉伸。纵轴表示摩擦阻尼器承担的轴向荷载，其中负向为压力，正向为拉力。由分析结果可知，起滑力相同时，本实用新型的变摩擦耗能阻尼器的滞回曲线比传统固定摩擦力的摩擦耗能阻尼器更饱满。说明本实用新型变摩擦耗能阻尼器具有更好的耗能性能，且在结构变形较大时可以提供较大的刚度。
Claims (9)
1.一种变摩擦耗能阻尼器，其特征在于，包括滑动摩擦机构、用于固定滑动摩擦机构的固定件(3)以及用于连接滑动摩擦机构和固定件(3)的连接件(4)；
所述滑动摩擦机构包括滑动摩擦板(1)和固定摩擦板(2)，滑动摩擦板(1)一端夹设在两个固定摩擦板(2)之间，另一端设置有第一连接部(11)，滑动摩擦板(1)上设置有长条状孔(12)，两个固定摩擦板(2)上均设置有第二连接孔(21)；
所述固定件(3)包括摩擦板夹持部(31)和第二连接部(32)，所述摩擦板夹持部(31)上设置有用于夹持滑动摩擦机构的夹持口(314)，所述夹持口(314)的两侧壁上设置有第一连接孔(315)；
所述连接件(4)通过第一连接孔(315)、第二连接孔(21)和长条状孔(12)将摩擦板夹持部(31)与固定摩擦板(2)、滑动摩擦板(1)三者连接，所述滑动摩擦板(1)能够在外力下沿长条状孔(12)长度方向移动；
所述滑动摩擦板(1)上设置有凹陷(13)，凹陷(13)的侧壁设置为平滑过渡的倾斜面I；所述固定摩擦板(2)上设置有第一凸起(22)，所述第一凸起(22)的厚度与凹陷(13)的深度相等，第一凸起(22)的侧壁也设置为平滑过渡的倾斜面II；
每个固定摩擦板(2)与夹持口(314)内壁之间夹设有弹性变形件(5)。
2.如权利要求1所述的变摩擦耗能阻尼器，其特征在于，所述摩擦板夹持部(31)包括第一夹持板(311)、第二夹持板(312)和连接在第一夹持板(311)端部、第二夹持板(312)端部的端板(313)，第一夹持板(311)、第二夹持板(312)之间的间隙形成所述夹持口(314)，第一夹持板(311)和第二夹持板(312)上均设置有所述第一连接孔(315)。
3.如权利要求1所述的变摩擦耗能阻尼器，其特征在于，所述夹持口(314)的每一侧内壁中靠近底部和开口处的位置均设置有第二凸起(316)，第二凸起(316)顶部距离固定摩擦板(2)外壁的间隙(317)大于等于第一凸起(22)的厚度。
4.如权利要求1所述的变摩擦耗能阻尼器，其特征在于，所述滑动摩擦板(1)中间段的两个摩擦面上对称设置有凹陷(13)，每个固定摩擦板(2)中间段的摩擦面上设置有与凹陷(13)对应的第一凸起(22)。
5.如权利要求1所述的变摩擦耗能阻尼器，其特征在于，所述弹性变形件(5)套设在连接件(4)上。
6.如权利要求1或5所述的变摩擦耗能阻尼器，其特征在于，所述弹性变形件(5)为碟簧，所述连接件(4)为螺栓。
7.如权利要求1所述的变摩擦耗能阻尼器，其特征在于，所述第一连接部(11)为板件，第一连接部(11)上设置有第三连接孔(111)。
8.如权利要求1所述的变摩擦耗能阻尼器，其特征在于，所述第二连接部(32)为板件，第二连接部(32)上设置有第四连接孔(321)。
9.如权利要求1所述的变摩擦耗能阻尼器，其特征在于，所述滑动摩擦板(1)和固定摩擦板(2)的接触面上涂覆有摩擦涂料。
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