CN103874867A

CN103874867A - 衰减装置

Info

Publication number: CN103874867A
Application number: CN201180074195.9A
Authority: CN
Inventors: 渡边义仁; 友野量司; 木田英范; 中南滋树; 田中久也
Original assignee: THK Co Ltd; Aseismic Devices Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd; Aseismic Devices Co Ltd
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: CN103874867B; EP2770225A4; US20140231197A1; EP2770225B1; WO2013057797A1; TR201815969T4; EP2770225A1; US9494208B2

Abstract

一种能够实现小型化的同时，能够提高对于二个结构体间的振动能量的衰减力的衰减装置，具备：固定筒(2)，固定在第一结构体，并且形成为筒状具有中空部；轴构件(3)，固定在第二结构体，另一方面，收容在上述固定筒的中空部内，并且在外周面形成有螺旋状螺旋槽；螺帽构件(4)，螺合于该轴构件，并且将该轴构件的轴方向运动变换成旋转运动；转子构件(6)，以覆盖上述固定筒(2)的方式形成为圆筒状，在与上述固定筒的外周面之间形成有圆筒状收容室(8)，由上述螺帽构件(4)赋予旋转；以及粘性流体(7)，密封在上述收容室内。

Description

衰减装置

技术领域

本发明涉及一种衰减装置，其配置在振动能量会传达的二个结构体之间，并且用于使从成为振动源的一方的结构体向另一方的结构体传达的振动能量衰减。

背景技术

作为这种衰减装置，已知有在日本特开平10-184757号公报所公开的衰减装置。该衰减装置是交叉地设置在建筑构造物之柱间的装置，具备：结合于一方的结构体的桿构件；及以覆盖该桿构件的方式进行设置、并且固定在另一方的结构体的壳体构件。在上述桿构件外周面形成有螺旋状螺旋槽，在该螺旋槽螺合有螺帽构件，该螺帽构件旋转自如地螺合在上述壳体构件。另外，在该螺帽构件，固定有收容在上述壳体构件内的圆筒状转子，该转子的外周面与上述壳体构件的内周面对置而形成粘性流体收容室。

在这种结构的衰减装置中，当随着作用在二个结构体之间的振动，上述桿构件相对于螺帽构件在轴方向进退时，该螺帽构件会将上述桿构件的轴方向运动变换成旋转运动，且随着该螺帽构件的旋转运动，固定在该螺帽构件的转子也进行旋转。此时，因为上述转子外周面与壳体构件内周面之间的间隙形成粘性流体的收容室，所以当该转子旋转时，对应于转子的旋转角速度的剪切摩擦力作用在收容室内的粘性流体，该粘性流体发热。也就是说，在该衰减装置，将结构体间的振动能量变换成旋转能量，再将该旋转能量变换成热能量，其结果是，在结构体之间传达的振动能量获得衰减。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特開平10-184757号公報

发明内容

发明要解决的问题

此种衰减装置所产生的衰减力与接触粘性流体的转子的表面积呈比例，因此若想要提升衰减力则必须要将上述转子的轴方向的长度设定成较长。因此，衰减装置的全长就会在与桿的全长或行程量毫无关系的状况下形成为较长，相对地就会有衰减装置大型化的问题。

用于解决问题的方案

本发明是鉴于上述问题而完成的发明，本发明的目的在于，提供一种能够实现小型化的同时，能够有效执行二个结构体间传播的振动能量衰减的衰减装置。

为了达成上述目的，本发明的衰减装置具备：固定筒，其固定在第一结构体，并且形成为筒状具有中空部；轴构件，其固定在第二结构体，另一方面，收容在上述固定筒的中空部内，并且在外周面形成有螺旋状螺旋槽；螺帽构件，其螺合于该轴构件，并且将该轴构件的轴方向运动变换成旋转运动；转子构件，其以覆盖着上述固定筒的方式形成为圆筒状，在与上述固定筒的外周面之间形成有圆筒状收容室，由上述螺帽构件赋予旋转；以及粘性流体，其密封在上述收容室内。

发明效果

在上述的本发明的衰减装置中，与上述螺帽构件一起旋转的转子构件是形成为圆筒状可覆盖着固定筒，在半径方向上位于比粘性流体的收容室靠外侧的位置。因此，本发明的衰减装置与转子在半径方向上配置在比粘性流体的收容室靠内侧的位置的传统衰减装置相比，当衰减装置的外径为相同，则本发明的衰减装置是能够将转子构件的惯性矩设定成较大。此外，以覆盖着上述固定筒的方式配置的转子构件因其壁厚能够自由设定，所以通过增加质量也可使惯性矩更为增加。

因此，上述转子构件发挥如飞轮的作用，起到妨碍结构体振动造成的上述螺帽构件的旋转运动的加速和减速的作用，将结构体的振动能量变换成本身旋转运动的能量加以吸收。如此一来，就能够抑制振动的振幅，能够抑制对结构体作用的振动。

另外，上述粘性流体直接对结构体振动造成的转子构件的旋转发生作用，除了使结构体的振动能量衰减以外，也使起到如飞轮的作用的上述转子构件的运动能量衰减。

也就是说，本发明将上述转子构件的惯性矩所引起的振动的制震作用和粘性流体所引起的振动的衰减作用加以组合，从而就能够更进一步有效地进行振动能量的衰减。

附图说明

图1是表示本发明的衰减装置的第一实施方式的正面半截面图。

图2是表示螺杆轴和螺帽构件的组合一例的立体图。

图3是表示用于调整转子构件的惯性矩的结构的侧面图。

图4是表示本发明的衰减装置的第二实施方式的正面半截面图。

图5是表示图4所示的衰减装置所具备的传达限制机构其构成的放大图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的衰减装置进行详细说明。

图1是表示应用发明的衰减装置的第一实施方式的半截面图。该衰减装置1具备：固定筒2，具有中空部，并且形成为筒状而在一端具有开口部；螺杆轴3，配置成从该固定筒2的开口端***在该固定筒2的中空部，并且作为轴构件；螺帽构件4，隔着多个滚珠5螺合于上述螺杆轴3；以及转子构件6，结合在该螺帽构件4，并且旋转自如地支撑在上述固定筒2。该衰减装置例如利用在建筑物和建筑物的基础之间所传播的振动衰减，上述固定筒2通过连接桿20固定在作为第1结构体的建筑物，另一方面，上述螺杆轴3是其一端固定在作为第二结构体的基础。

上述固定筒2具备：固定套筒21，与上述转子构件6一起形成粘性流体收容室；以及轴承托架22，形成为圆筒状，并且固定在上述固定套筒21轴方向的一端固定成同一轴心上。上述连接桿20在与上述轴承托架22相反侧的端部结合在固定套筒21。

上述转子构件6由嵌合在上述轴承托架22外周面的旋转轴承44及配置在与上述轴承托架相反侧的固定套筒21一端的旋转轴承61相对于上述固定筒2旋转自如地支承。使用交叉滚子轴承(cross roller bearing)作为上述旋转轴承61，另一方面，使用双列滚子轴承(double row roller bearing)作为接近螺帽构件4的上述旋转轴承44，其中，双列滚子轴承能够负荷比上述交叉滚子轴承还大的荷重，构成为能够充分支承从上述螺帽构件4作用于转子构件6的径向载重及轴向载重。

另一方面，上述螺帽构件4邻接上述旋转轴承44而固定在上述转子构件6的端部。图2是表示该螺帽构件4和上述螺杆轴3的组合一例的立体图。在上述螺杆轴3的外周面形成有螺旋状的滚珠滚动沟槽31，上述螺帽构件4隔着滚动在该滚珠滚动沟槽31的多个滚珠5螺合于上述螺杆轴3。上述螺帽构件4形成为大致圆筒状，并具有上述螺杆轴3所贯通的贯通孔，在该贯通孔的内周面形成有与螺杆轴3的滚珠滚动沟槽31相对的螺旋状滚珠滚动沟槽。另外，该螺帽构件4具有滚珠5的无限循环道，通过滚珠5的无限循环使螺帽构件4能够在螺杆轴3的周围运动成螺旋状。也就是说，这螺杆轴3和螺帽构件4构成为滚珠丝杆装置。另外，在上述螺帽构件4的外周面形成有凸缘部41a，并且在该凸缘部41a设有固定用螺栓所插通的螺栓孔41b，螺帽构件4由固定用螺栓紧固而结合在上述转子构件6。

如上所述，螺帽构件4螺合在螺杆轴3，进而螺杆轴3的端部固定在所谓基础或建筑物的结构体，因此随着该结构体的振动，螺杆轴3在轴方向运动时，该平移运动变换成螺帽构件4的旋转运动，使结合在螺帽构件4的转子构件6旋转在固定筒2的周围。

另一方面，上述转子构件6形成为圆筒状，其内周面与上述固定套筒21的外周面对置，因此在这些之间就形成有粘性流体7的收容室8。在该收容室8填充有硅油等粘性流体7。另外，在该收容室8的轴方向两端嵌有环状密封构件81，从而防止被封入在收容室8的粘性流体7从固定套筒21和转子构件6之间的间隙流漏。

在如上述构成的本实施方式的衰减装置1中，当在上述固定筒2和螺杆轴3之间沿着该螺杆轴3轴方向的振动发生作用时，该振动能量会使上述螺杆轴3在轴方向重复进退，随着该进退，螺合在上述螺杆轴3的螺帽构件4一边重复反转一边旋转在该螺杆轴3的周围。

此时，当转子构件6旋转在上述固定筒2的周围时，剪切摩擦力作用在被封入在上述收容室8内的粘性流体7，上述转子构件6的旋转能量变换成粘性流体7的热能量而消耗。其结果，使传播在第一结构体和第二结构体之间的振动能量衰减。

另外，由于上述转子构件6并非配置在固定筒的内侧而是配置在固定筒的外侧，所以当衰减装置的外径为相同，则本实施方式的衰减装置与将上述转子构件配置在固定筒的内侧的传统装置相比，能够将该转子构件的惯性矩设定成较大。进而，以覆盖上述固定筒2的方式配置的转子构件6因其壁厚能够自由设定，所以通过增加质量也可使惯性矩更为增加。

图3是表示使上述转子构件6的惯性矩大小自由增减的该转子构件6结构一例，表示从轴方向观察该转子构件6的状态。在该结构中，棒状构件6a能够利用螺栓6b固定在形成为圆筒状的转子构件6的外周面，其中，该棒状构件6a作为在该转子构件6轴方向延伸的追加质量。上述棒状构件6a构成为能够固定在将转子构件6的外周面在周向平分后的多个位置上，由于将同一质量的多支棒状构件6a均等地固定在转子构件6的外周面，因此构成为能够维持转子构件6顺畅旋转，并且增大其惯性矩。另外，由于任意改变上述棒状构件6a的质量，因此能够任意设定上述转子构件6的惯性矩的大小。

因此，上述转子构件6发挥如飞轮的作用，一边将结构体的振动能量的一部份变换成本身的旋转运动能量，一边一直起到妨碍上述螺杆轴3在轴方向的加速和减速的作用。如此一来，就能够抑制振动的振幅，能够抑制对第一结构体的第二结构体的振动。另外，被封入在上述收容室8的粘性流体7也有助于衰减作为飞轮使用的上述转子构件6所保存的旋转运动能量。

也就是说，根据该第一实施方式的衰减装置，将被封入在收容室的粘性流体所引起的衰减作用和转子构件所具有的惯性矩引起的制震作用加以组合，从而就能够更进一步有效地进行振动能量的衰减。因此，根据本发明的衰减装置，其与仅依靠粘性流体所引起的衰减作用的传统衰减装置相比，能够抑制转子构件的轴方向长度，从而能够实现装置整体小型化。另外，只要与传统衰减装置相同程度的大小，即可获得衰减能力的提升。

接着，对本发明的衰减装置的第二实施方式进行说明。

图4是表示应用本发明的衰减装置的第二实施方式。上述第一实施方式中，与固定筒2一起形成粘性流体7的收容室8的转子构件6其本身发挥如飞轮的作用，但该第二实施方式中，另外设有飞轮有别于转子构件，构成为将随着螺杆轴在轴方向的平移运动所产生的螺帽构件的旋转运动传达至该飞轮和转子构件双方。

该第二实施方式的衰减装置具备：固定筒23，具有中空部，并且形成为圆筒状；螺杆轴30，***在该固定筒23的中空部；螺帽构件40，隔着多个滚珠螺合于该螺杆轴30；圆筒状轴承壳体50，旋转自如地支承在上述固定筒23，并且结合有上述螺帽构件40；飞轮60，旋转自如地支承在该轴承壳体50；传达限制机构70，在上述轴承壳体50与上述飞轮60之间传达力矩，并且限制传达力矩的上限；以及转子构件80，旋转自如地支承在上述固定筒23，并且结合在上述飞轮60。

在上述固定筒23的一端结合有连接桿24，使上述中空部堵塞。例如，上述固定筒23通过该连接桿24固定在作为第一结构体的建筑物，另一方面，上述螺杆轴30是其一端固定在作为第二结构体的基础。

***有上述螺杆轴30的轴端的固定筒23端部发挥轴承托架的作用，在该部位的外周面嵌合有一对双列滚子轴承25的内轮。另外，该双列滚子轴承25的外轮嵌合在上述轴承壳体50的内周面，该轴承壳体50通过一对双列滚子轴承25支承在上述固定筒23。在该轴承壳体50轴方向的一端固定有上述螺帽构件40，构成为当该螺帽构件40旋转时，轴承壳体50与螺帽构件40一起旋转在固定筒23的周围。

作为上述螺杆轴30及螺帽构件40，可以直接利用上述第一实施方式所说明的图2所示的螺杆轴3及螺帽构件4。与第一实施例相同，螺杆轴30的轴端固定在作为第二结构体的基础，因此当该螺杆轴30在轴方向进行平移运动时，相对于此，螺帽构件40旋转在螺杆轴30的周围，该旋转会传达至上述轴承壳体50。

在上述轴承壳体50的外侧设有圆筒状飞轮60。该飞轮60通过滚珠轴承62支承在上述轴承壳体50，构成为能够自由旋转在该轴承壳体50。另外，由于上述轴承壳体50能够自由旋转在固定筒23，所以上述飞轮60也能够自由旋转在固定筒23。

在上述轴承壳体50和飞轮60之间设有上述的传达限制机构70，构成为当轴承壳体50旋转时飞轮60随着该旋转也会一起旋转。图5是表示上述传达限制机构70的细部构成。该传达限制机构70具备：圆环状限制皮带71，以绕着周方向一圈的方式粘接固定在上述轴承壳体50的外周面；按压垫72，***在上述飞轮60上形成的调整孔63，并且滑动接触于上述限制皮带71；调整用螺栓73，对上述调整孔63从飞轮60的外周面侧螺合；以及垫推压构件74，配置在上述按压垫72和调整用螺丝73之间。

上述调整孔63沿着飞轮60周方向设置多个，相对于该调整孔63配置有上述按压垫72。因此，多个按压垫72接触于上述限制皮带71。另外，虽然将多片碟形弹簧重叠并***在上述调整孔63而作为上述垫推压构件74，但只要随着上述调整用螺栓73的紧固能够推压上述按压垫72，上述垫推压构件74也可以是例如螺旋弹簧或橡胶片等其他弹性构件。

在上述构成的传达限制机构70中，当上述调整用螺栓73紧固时，上述垫推压构件74根据其紧固量的程度压缩，进而上述按压垫72由压缩的垫推压构件74向飞轮60的半径方向内侧推压，使该按压垫72压接在被固定在轴承壳体50的限制皮带71。因此，根据上述调整用螺丝73的紧固量进行调整在上述按压垫72和限制皮带71之间作用的摩擦力，当调整用螺丝73的紧固量增加时，该摩擦力就会增大，在轴承壳体50和飞轮60之间就能够传达较大的力矩。相反地，当上述调整用螺丝73的紧固量减少时，作用在上述按压垫72和限制皮带71之间的摩擦力就会减少，在轴承壳体50和飞轮60之间能够传达的力矩就会减少。

也就是说，对调整用螺丝73的紧固量进行调整，从而能够任意调整轴承壳体50和飞轮60之间能够传达的力矩大小。假设，作用在轴承壳体50或飞轮60的力矩若超过能够传达的力矩时，上述按压垫72就会滑动在限制皮带71上，只有与作用在上述按压垫72和限制皮带71之间的摩擦力平衡的力矩从飞轮60传达至轴承壳体50，或者是从轴承壳体50传达至飞轮60。

另一方面，在上述固定筒23的周围，设有与上述轴承托架50邻接在轴方向的上述转子构件80。该转子构件80通过旋转轴承82支承在固定筒23的外周面，并且结合在上述飞轮60，构成为连动于飞轮60而旋转在上述固定筒23的周围。与上述第一实施方式相同，上述转子构件80的内周面与固定筒23的外周面对置，形成粘性流体的收容室，当转子构件80旋转时，剪切摩擦力作用在收容室内所填充的粘性流体，使转子构件80旋转运动的能量衰减，进而使飞轮60旋转运动的能量衰减。

在上述构成的第二实施方式的衰减装置中，随着作用在第一结构体和第二结构体之间的振动，上述螺杆轴30在轴方向进退时，螺合于该螺杆轴30的螺帽构件40会旋转在该螺杆轴30的周围，该旋转会传达至轴承壳体50。在上述传达限制机构70的调整用螺丝73的紧固量相当大，使按压垫72不滑动在限制皮带71时，上述螺帽构件40的旋转通过轴承壳体50传达至飞轮60，该旋转再传达至转子构件80。

因此，与上述第一实施方式相同，随着上述转子构件80的旋转，剪切摩擦力作用在被封入在上述收容室内的粘性流体，上述转子构件80旋转运动的能量变换成粘性流体的热能量而消耗。其结果，使传播在第一结构体和第二结构体之间的振动能量衰减。

另外，在该第二实施方式中，有别于上述转子构件80，另外在该转子构件80的半径方向外侧设有飞轮60，因此就能够任意设定该飞轮60的惯性矩的大小。当上述螺杆轴30在轴方向进行往复运动时，上述飞轮60一边进行加速和减速一边重复反转，使结构体的振动能量一部份变换成本身旋转运动的能量，并且一直起到妨碍上述螺杆轴30在轴方向的加速和减速的作用。如此一来，就能够抑制对第一结构体的第二结构体的振动。另外，上述飞轮60和上述转子构件80串列连接，因此该飞轮60所蓄积的旋转运动的能量会经由上述粘性流体的作用达到衰减。

也就是说，在该第二实施方式的衰减装置中，也是双重发挥粘性流体所引起的衰减作用和飞轮60所具有的惯性矩引起的制震作用，因此能够有效地进行振动能量的衰减。进而，通过任意设计飞轮60的大小及质量，能够任意设定衰减能力。

在此，飞轮60保存其本身旋转造成的角动量，因此例如当上述螺帽构件40及轴承壳体50超过反转运动的中心将要减速时，对应该飞轮60的角动量形成的力矩从飞轮60作用在轴承壳体50及螺帽构件40。为了让更多的振动能量变换成飞轮60旋转运动的能量，将该飞轮60的惯性矩设定成较大是较有效，但惯性矩变大时，该飞轮60所保存的角动量也会变大。因此在轴承壳体50及螺帽构件40进行减速时，较大力矩从飞轮60作用在该等轴承壳体50及螺帽构件40。

另一方面，螺帽构件40的旋转运动受到螺杆轴30在轴方向的往复运动的拘束，因此在该螺帽构件40连动于螺杆轴30的运动将要减速时，若使螺帽构件40依旧旋转的大力矩从飞轮60作用在螺帽构件40时，则排列在螺帽构件40和螺杆轴30之间的多个滚珠就会受到过度压缩，担心造成破坏螺杆轴30、螺帽构件40及飞轮60。

上述传达限制机构70在上述状况下容许按压垫72对限制皮带71形成滑动，起到使轴承壳体50及螺帽构件40的旋转脱离飞轮60的旋转的作用。也就是说，根据螺帽构件40与轴方向容许载重的关系，找出螺帽构件40能够负荷的最大力矩，而决定上述传达限制机构70的调整用螺丝73的紧固量，以便当该最大力矩以上的力矩从飞轮60作用在轴承壳体50时，上述传达限制机构70就会使轴承壳体50的旋转脱离飞轮60的旋转。只要如上所述决定调整用螺丝73的紧固量，则在螺帽构件40的旋转减速时即使飞轮60将持续该旋转的力矩作用在轴承壳体50及螺帽构件40，但该力矩若超过螺帽构件40能够负荷的最大力矩时，飞轮60及与其串列连接的转子构件80就会与减速的轴承壳体50毫无关系地持续旋转，因此就能够防止过大力矩作用在螺帽构件40。

另外，在本实施方式的衰减装置100中，将上述转子构件80结合于上述飞轮60，而不是结合于在螺帽构件40结合的轴承壳体50，因此，如上所述，在上述飞轮60的旋转脱离螺帽构件40的旋转时，上述转子构件80与螺帽构件40的旋转无关地并和飞轮60一起旋转。因此，在飞轮60的旋转脱离螺帽构件40的旋转后，上述的粘性流体的衰减作用就不是作用在螺帽构件40的旋转，而是作用在飞轮60的旋转，因此就会使该飞轮60的角动量衰减。

假设，当设想上述转子构件80不是结合于飞轮60，而是结合于轴承壳体50及螺帽构件40时，在飞轮60的旋转脱离螺帽构件40的旋转后，就没有使飞轮60的角动量积极地衰减的方法，该飞轮60就会在保存角动量的状态下持续旋转。在这种情况下，飞轮60要再度结合于螺帽构件40是需要长时间，因此在再度结合之前，必须只靠粘性流体的衰减作用使作用在螺杆轴30的振动衰减。但是，如果这样，就没有设有大惯性矩的飞轮60的意义。

相对于此，若是构成为上述转子构件80一直和飞轮60一起旋转时，当飞轮60的旋转脱离螺帽构件40的旋转时，粘性流体起到使飞轮60的角动量衰减的作用，因此上述传达限制机构70的限制皮带71和按压垫72之间的滑动就会早期结束，使飞轮60和轴承壳体50再度一起旋转。其结果，上述飞轮60及粘性流体就可再度有助于衰减螺帽构件40的旋转运动，进而有助于衰减第一结构体和第二结构体之间传播的振动能量。

也就是说，在该第二实施方式的衰减装置100中，将上述飞轮60的惯性矩设定成较大，有效地进行振动能量的衰减，并且当过大力矩从惯性矩大的飞轮60作用在螺帽构件40时，将上述飞轮60从螺帽构件40分离，从而就能够防止衰减装置100的破损。

另外，为了防止衰减装置100的破损，即使将飞轮60从螺帽构件40分离，但飞轮60所保有的角动量即刻达到降低，早期使飞轮60和螺帽构件40再度结合，因此飞轮60及粘性流体的衰减作用就能够作用在螺杆轴30在轴方向的振动。

Claims

1.一种衰减装置，其特征在于，具备：

固定筒(2)，其固定在第一结构体，并且形成为筒状具有中空部；

轴构件(3)，其固定在第二结构体，另一方面，收容在所述固定筒(2)的中空部内，并且在外周面形成有螺旋状螺旋槽；

螺帽构件(4)，其螺合于所述轴构件，并且将所述轴构件的轴方向运动变换成旋转运动；

转子构件(6)，其以覆盖所述固定筒(2)的方式形成为圆筒状，在与所述固定筒的外周面之间形成有圆筒状收容室(8)，由所述螺帽构件(4)赋予旋转；以及

粘性流体(7)，其密封在所述收容室(8)内。

2.根据权利要求1所述的衰减装置，其特征在于，

在所述螺帽构件(4)及转子构件(6)的半径方向外侧配置有圆筒状飞轮(60)，所述飞轮(60)和所述螺帽构件(4)结合。

3.根据权利要求2所述的衰减装置，其特征在于，

所述飞轮(60)通过传达限制机构(70)结合在所述螺帽构件，其中，该传达限制机构(70)对所述飞轮和所述螺帽构件之间的能够传达力矩的上限值加以限制。

4.根据权利要求3所述的衰减装置，其特征在于，

所述螺帽构件(4)的旋转通过所述传达限制机构(70)及所述飞轮(60)传达至所述转子构件(6)。