CN117905188A - 一种刚度可调粘滞阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刚度可调粘滞阻尼器，涉及减震抗震技术领域。包括外筒，外筒具有沿中心轴线延伸的管状形状，外筒内设置有阻尼组件，包括穿设于流体室的活塞杆；回转组件，包括与活塞杆螺纹连接的滚珠丝杠和套设在滚珠丝杠上的飞轮；传动组件，包括主轴、至少一个副轴、套设在副轴上的中部轴承，副轴的两端分别连接端部轴承和支撑座，端部轴承与中部轴承之间的副轴上安装有第一弹性件，中部轴承与支撑座之间的副轴上安装有第二弹性件；导向组件，被配置为使中部轴承沿导向组件做直线运动。有效解决了现有技术中粘滞阻尼器减震效果有限和负刚度特性较低的技术问题，实现了耗能更高、减震效果更好的技术效果。
Description
技术领域
本公开实施例涉及减震抗震技术领域，具体而言，涉及一种刚度可调粘滞阻尼器。
背景技术
消能减震结构是指在建筑结构中设置一定的耗能装置来吸收并耗散掉建筑结构的振动能量，从而减小建筑结构地震响应，实现结构的抗震设防目标。
粘滞阻尼器作为主要的消能减震装置，主要由缸体、活塞、介质三大部分组成，其工作原理主要是在地震作用下通过活塞两侧流体介质产生液压差使其在缸体内做往复运动，将震动能通过活塞运动产生的机械能转化为热能，以能量转化的形式，实现消能减震作用，从而抑制地震引起的结构振动。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
对于高层建筑经常采用的剪力墙结构体系，由于结构刚度较大，层间变形小，采用常规粘滞阻尼器难以有效提升结构整体的阻尼。
发明内容
本公开（的至少一个）实施例提供一种刚度可调粘滞阻尼器，通过设置导向组件、传动组件和回转组件，使回转组件在传动组件的作用下带动粘滞阻尼器工作，解决了现有技术中粘滞阻尼器减震效果有限和负刚度特性较低的技术问题，实现了耗能更高、减震效果更好的技术效果。
本公开（的至少一个）实施例提供了一种刚度可调粘滞阻尼器，包括外筒，所述外筒具有沿中心轴线延伸的管状形状，所述外筒内设置有：
阻尼组件，包括流体室和穿设于所述流体室的活塞杆，所述流体室内填充有阻尼介质；
回转组件，包括与所述活塞杆连接的滚珠丝杠和套设在所述滚珠丝杠上的飞轮；
传动组件，包括主轴、至少一个副轴、套设在所述副轴上的中部轴承，所述副轴的两端分别连接端部轴承和支撑座，所述主轴的一端与所述滚珠丝杠连接，所述主轴的另一端滑动穿设于所述端部轴承与所述中部轴承固定连接，所述端部轴承与所述中部轴承之间的所述副轴上安装有第一弹性件，所述中部轴承与所述支撑座之间的所述副轴上安装有第二弹性件，所述第一弹性件和所述第二弹性件在所述中部轴承的移动下沿所述副轴伸缩运动；
导向组件，被配置为使所述中部轴承沿所述导向组件做直线运动。
例如，所述阻尼组件包括：
内筒，具有沿中心轴线延伸的管状形状，内筒内设置有所述流体室和回弹腔，活塞杆的一端穿过所述流体室设置在所述回弹腔内，所述内筒靠近所述回弹腔的一端安装有端盖；
活塞，滑动安装于所述流体室内且附接于所述活塞杆，将所述流体室分隔成第一腔室和第二腔室，沿中心轴线延伸方向，所述活塞上开设有变截面过孔，所述变截面过孔朝向所述第一腔室和所述第二腔室的截面面积不同。
例如，所述端盖面向所述回弹腔的一侧设置有与所述活塞杆相适配的凹槽。
例如，所述凹槽内设置有硅胶垫片。
例如，所述回弹腔内填充有气体。
例如，所述导向组件包括：
安装座，设置为至少两个，两个所述安装座位于同一侧且分别安装在内筒和支撑座的侧边；
导杆，所述导杆的两端分别固设在两个所述安装座上；
第一滑座，套设在所述导杆上且与所述中部轴承固定连接。
例如，所述导向组件还包括：
第二滑座，对称于所述第一滑座安装在所述中部轴承上，所述第二滑座上安装有滚轮；
导向架，对称于所述导杆设置在所述传动组件的一侧，所述导向架的两端分别与所述内筒和所述支撑座连接，所述导向架上设置有与所述滚轮相配合的导向槽，所述端部轴承与所述导向架固定连接。
例如，所述第一弹性件和所述第二弹性件均为压缩弹簧。
例如，所述副轴设置为4个。
例如，所述支撑座上安装有万向轴承，所述端盖上安装有销轴。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
通过设置导向组件、传动组件和回转组件，当阻尼组件一端固定，另一端沿中心轴线运动时，中部轴承沿导向组件方向直线运动，带动第一弹性件和第二弹性件伸缩运动，并驱动主轴带动滚珠丝杠上的飞轮高速旋转产生惯性阻力和负刚度，使得阻尼组件在工作时产生更大的阻尼。当震动消失时，第一弹性件和第二弹性件的弹力将中部轴承复位，带动活塞杆复位。有效解决了现有技术中粘滞阻尼器减震效果有限和负刚度特性较低的技术问题，实现了耗能更高、减震效果更好的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开实施例提供的粘滞阻尼器的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的粘滞阻尼器的阻尼组件的结构示意图；
图3为本公开实施例提供的粘滞阻尼器的传动组件和导向组件的结构示意图；
图中，100、外筒；200、阻尼组件；210、流体室；211、第一腔室；212、第二腔室；220、活塞杆；230、内筒；240、回弹腔；250、端盖；251、凹槽；252、硅胶垫片；270、活塞；271、变截面过孔；300、回转组件；310、滚珠丝杠；320、飞轮；400、传动组件；410、主轴；420、副轴；430、中部轴承；440、端部轴承；450、支撑座；460、第一弹性件；470、第二弹性件；500、导向组件；510、安装座；520、导杆；530、第一滑座；540、第二滑座；541、滚轮；550、导向架；600、万向轴承；700、销轴。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
地震和风都是常见的自然现象，强烈的地震和风速等级较大的风将会造成巨大的人员伤亡和财产损失，均为目前世界上极具破坏性的自然灾害，对人类的生活具有严重威胁。消能减震结构是指在结构（主体结构）中设置一定的耗能装置（阻尼器）来吸收并耗散掉地震输入结构的能量，从而减小主体结构地震响应，实现结构的抗震设防目标。粘滞阻尼器主要是通过增加结构阻尼或刚度，从而减少地震作用所引起的结构响应。
粘滞阻尼器作为主要的消能减震装置，主要由缸体、活塞、介质三大部分组成，其工作原理主要是在地震作用下通过活塞两侧流体介质产生液压差使其在缸体内做往复运动，将震动能通过活塞运动产生的机械能转化为热能，以能量转化的形式，实现消能减震作用，从而抑制地震引起的结构振动。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：对于高层建筑经常采用的剪力墙结构体系，由于结构刚度较大，层间变形小，采用常规粘滞阻尼器难以有效提升结构整体的阻尼。
本公开的实施例提供一种刚度可调粘滞阻尼器，包括外筒100，外筒100具有沿中心轴线延伸的管状形状，外筒100内设置有：阻尼组件200，包括流体室210和穿设于流体室210的活塞杆220，流体室210内填充有阻尼介质；回转组件300，包括与活塞杆220连接的滚珠丝杠310和套设在滚珠丝杠310上的飞轮320；传动组件400，包括主轴410、至少一个副轴420、套设在副轴420上的中部轴承430，副轴420的两端分别连接端部轴承440和支撑座450，主轴410的一端与滚珠丝杠310连接，主轴410的另一端滑动穿设于端部轴承440与中部轴承430固定连接，端部轴承440与中部轴承430之间的副轴420上安装有第一弹性件460，中部轴承430与支撑座450之间的副轴420上安装有第二弹性件470，第一弹性件460和第二弹性件470在中部轴承430的移动下沿副轴420伸缩运动；导向组件500，被配置为使中部轴承430沿导向组件500做直线运动。
下面结合附图对本公开实施例提供的粘滞阻尼器进行描述。
图1为本公开实施例提供的粘滞阻尼器的结构示意图；图2为本公开实施例提供的粘滞阻尼器的阻尼组件的结构示意图；图3为本公开实施例提供的粘滞阻尼器的传动组件和导向组件的结构示意图；
请参照图1-图3，阻尼组件200、回转组件300、传动组件400和导向组件500均设置在外筒100内部。传动组件400沿导向组件500直线运动，驱动回转组件300运动来带动阻尼组件200工作，利用阻尼组件200的活塞杆220将机械能转化为热能，起到消能减震的作用。
具体的，阻尼组件200包括流体室210和穿设于流体室210的活塞杆220，活塞杆220穿过流体室210并沿中心轴线直线运动，活塞杆220的一端设置在回弹腔240内，活塞杆220的另一端与滚珠丝杠310连接，更具体的，滚珠丝杠310与活塞杆220之间螺纹连接，飞轮320套设在滚珠丝杠310上，飞轮320与阻尼组件200之间安装有轴承，保证飞轮320正常转动，在传动组件400的驱动下，滚珠丝杠310带动飞轮320高速转动，驱动活塞杆220沿阻尼组件200的中心轴线方向直线移动。滚珠丝杠310包括螺杆和螺母，螺杆穿过螺母滑动***主轴410，主轴410的直线运动带动螺杆直线运动，使螺母在螺杆的平动下发生旋转，带动飞轮320转动；主轴410远离滚珠丝杠310的一端安装有中部轴承430，中部轴承430套设在副轴420上并沿副轴420直线移动，副轴420的一端与套设在主轴410上的端部轴承440固定连接，副轴420的另一端安装有支撑座450，端部轴承440固定在外筒100内部，第一弹性件460和第二弹性件470分别安装在端部轴承440与中部轴承430之间和中部轴承430与支撑座450之间且均套设在副轴420上。导向组件500设置在回转组件300和传动组件400的两侧，使得中部轴承430沿导向组件500直线运动，驱动第一弹性件460和第二弹性件470伸缩运动。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
通过设置导向组件500、传动组件400和回转组件300，当阻尼组件200一端固定，另一端沿中心轴线运动时，中部轴承430沿导向组件500方向直线运动，带动第一弹性件460和第二弹性件470伸缩运动，并驱动主轴410带动滚珠丝杠310上的飞轮320高速旋转产生惯性阻力和负刚度，使得阻尼组件200在工作时产生更大的阻尼。当震动消失时，第一弹性件460和第二弹性件470的弹力将中部轴承430复位，带动活塞杆220复位。有效解决了现有技术中粘滞阻尼器减震效果有限和负刚度特性较低的技术问题，实现了耗能更高、减震效果更好的技术效果。
例如，阻尼组件200包括：内筒230，具有沿中心轴线延伸的管状形状，内筒230内设置有流体室210和回弹腔240，活塞杆220的一端穿过流体室210设置在回弹腔240内，内筒230靠近回弹腔240的一端安装有端盖250；活塞270，滑动安装于流体室210内且附接于活塞杆220，将流体室210分隔成第一腔室211和第二腔室212，沿中心轴线延伸方向，活塞270上开设有变截面过孔271，变截面过孔271朝向第一腔室211和第二腔室212的截面面积不同。
请参照图2，内筒230的内壁上设置有螺纹，端盖250与内筒230之间螺纹连接，活塞杆220的一端穿过流体室210设置在回弹腔240内，流体室210的两端均设置有密封件，保证流体室210内密封性，流体室210内填充有阻尼介质且滑动安装有活塞270，活塞270附接于活塞杆220并在活塞杆220的带动下沿中心轴线做直线运动，将流体室210分隔成第一腔室211和第二腔室212，使阻尼介质通过活塞270上的变截面过孔271在第一腔室211与第二腔室212之间流动。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
通过在活塞270上开设面向第一腔室211和第二腔室212截面面积不同的变截面过孔271，根据阻尼器的基本方程F=CVa，C是阻尼系数，V是运动速度，a是运动指数，为常数量，当活塞270沿中心轴线不同方向运动时，截面面积不同导致通过变截面过孔271的流速不同，导致产生的阻尼系数和阻尼值不同，当朝向变截面过孔271的截面面积相对小的方向运动时，输出的阻尼值大，当朝向变截面过孔271的截面面积相对大的方向运动时，输出的阻尼值小，以使活塞杆220做拉、压往复直线运动时，能够输出大小不等的阻尼力有效调节了粘滞阻尼器的阻尼力。
例如，端盖250面向回弹腔240的一侧设置有与活塞杆220相适配的凹槽251。
如图2所示，凹槽251与活塞杆220的截面相适配。当震动过大导致活塞杆220移动速度过快时，凹槽251能够起到缓冲的作用，防止活塞杆220在冲击过大时发生损坏，延长了活塞杆220和粘滞阻尼器的使用寿命。
例如，凹槽251内设置有硅胶垫片252。
如图2所示，硅胶垫片252进一步增加了缓冲效果，起到保护活塞杆220的作用。
例如，回弹腔240内填充有气体。
如图2所示，气体可以是空气，用于补偿活塞杆220引起的第一腔室211与第二腔室212的容积之差。
例如，导向组件500包括：安装座510，设置为至少两个，两个安装座510位于同一侧且分别安装在内筒230和支撑座450的侧边；导杆520，导杆520的两端分别固设在两个安装座510上；第一滑座530，套设在导杆520上且与中部轴承430固定连接。
如图3所示，安装座510设置在同一侧，两个安装座510的分别固设在支撑座450和内筒230上且与外筒100固定连接，导杆520的两端分别固定在两个安装座510上，第一滑座530与中部轴承430固定连接且套设在导杆520上，使中部轴承430通过第一滑座530沿导杆520做直线移动。
例如，导向组件500还包括：第二滑座540，对称于第一滑座530安装在中部轴承430上，第二滑座540上安装有滚轮541；导向架550，对称于导杆520设置在传动组件400的一侧，导向架550的两端分别与内筒230和支撑座450连接，导向架550上设置有与滚轮541相配合的导向槽，端部轴承440与导向架550固定连接。
如图3所示，第一滑座530和第二滑座540对称设置在中部轴承430的两端，导向架550和导杆520对称设置在中部轴承430的两端，导向架550朝向中部轴承430的一侧开设有导向槽，第二滑座540上安装与导向槽配合的滚轮541，与单独设置第一滑座530相比，设置滚轮541使得中部轴承430的运动更加顺滑，保证中部轴承430移动顺滑，避免震动发生时发生移动卡顿的情况，保证了减震效果。
例如，第一弹性件460和第二弹性件470均为压缩弹簧。压缩弹簧套设在副轴420上，具有线性程度高、耐久性好的优点，属于第一弹性件460的压缩弹簧的其中一端可以与端部轴承440或者中部轴承430固连，属于第二弹性件470的压缩弹簧的其中一端可以与中部轴承430或者支撑座450固连，保证了压缩弹簧的的稳定性。
例如，副轴420设置为4个。多个副轴420增加了第一弹性件460和第二弹性件470的刚度，保证了第一弹性件460和第二弹性件470的性能稳定性。
例如，支撑座450上安装有万向轴承600，端盖250上安装有销轴700。如图3所示，万向轴承600和销轴700避免粘滞阻尼器承受较大的侧向力，使用万向轴承600和销轴700为粘滞阻尼器提供额外支撑作用。
需要说明的是，本公开的各实施例之间的部件可以互换，只要能起到相应的作用即可。
有以下几点需要说明：
（1）除非另作定义，本公开实施例以及附图中，同一标号代表同一含义。
（2）本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
（3）为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，部件或区域被放大。可以理解，当一元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种刚度可调粘滞阻尼器，其特征在于，包括外筒(100)，所述外筒(100)具有沿中心轴线延伸的管状形状，所述外筒(100)内设置有：
阻尼组件(200)，包括流体室(210)和穿设于所述流体室(210)的活塞杆(220)，所述流体室(210)内填充有阻尼介质；
回转组件(300)，包括与所述活塞杆(220)连接的滚珠丝杠(310)和套设在所述滚珠丝杠(310)上的飞轮(320)；
传动组件(400)，包括主轴(410)、至少一个副轴(420)、套设在所述副轴(420)上的中部轴承(430)，所述副轴(420)的两端分别连接端部轴承(440)和支撑座(450)，所述主轴(410)的一端与所述滚珠丝杠(310)连接，所述主轴(410)的另一端滑动穿设于所述端部轴承(440)与所述中部轴承(430)固定连接，所述端部轴承(440)与所述中部轴承(430)之间的所述副轴(420)上安装有第一弹性件(460)，所述中部轴承(430)与所述支撑座(450)之间的所述副轴(420)上安装有第二弹性件(470)，所述第一弹性件(460)和所述第二弹性件(470)在所述中部轴承(430)的移动下沿所述副轴(420)伸缩运动；
导向组件(500)，被配置为使所述中部轴承(430)沿所述导向组件(500)做直线运动。
2.根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，所述阻尼组件(200)包括：
内筒(230)，具有沿中心轴线延伸的管状形状，内筒(230)内设置有所述流体室(210)和回弹腔(240)，活塞杆(220)的一端穿过所述流体室(210)设置在所述回弹腔(240)内，所述内筒(230)靠近所述回弹腔(240)的一端安装有端盖(250)；
活塞(270)，滑动安装于所述流体室(210)内且附接于所述活塞杆(220)，将所述流体室(210)分隔成第一腔室(211)和第二腔室(212)，沿中心轴线延伸方向，所述活塞(270)上开设有变截面过孔(271)，所述变截面过孔(271)朝向所述第一腔室(211)和所述第二腔室(212)的截面面积不同。
3.根据权利要求2所述的阻尼器，其特征在于，所述端盖(250)面向所述回弹腔(240)的一侧设置有与所述活塞杆(220)相适配的凹槽(251)。
4.根据权利要求3所述的阻尼器，其特征在于，所述凹槽(251)内设置有硅胶垫片(252)。
5.根据权利要求2-4任一项所述的阻尼器，其特征在于，所述回弹腔(240)内填充有气体。
6.根据权利要求5所述的阻尼器，其特征在于，所述导向组件(500)包括：
安装座(510)，设置为至少两个，两个所述安装座(510)位于同一侧且分别安装在内筒(230)和支撑座(450)的侧边；
导杆(520)，所述导杆(520)的两端分别固设在两个所述安装座(510)上；
第一滑座(530)，套设在所述导杆(520)上且与所述中部轴承(430)固定连接。
7.根据权利要求6所述的阻尼器，其特征在于，所述导向组件(500)还包括：
第二滑座(540)，对称于所述第一滑座(530)安装在所述中部轴承(430)上，所述第二滑座(540)上安装有滚轮(541)；
导向架(550)，对称于所述导杆(520)设置在所述传动组件(400)的一侧，所述导向架(550)的两端分别与所述内筒(230)和所述支撑座(450)连接，所述导向架(550)上设置有与所述滚轮(541)相配合的导向槽，所述端部轴承(440)与所述导向架(550)固定连接。
8.根据权利要求1或7所述的阻尼器，其特征在于，所述第一弹性件(460)和所述第二弹性件(470)均为压缩弹簧。
9.根据权利要求1或7所述的阻尼器，其特征在于，所述副轴(420)设置为4个。
10.根据权利要求2、3或7所述的阻尼器，其特征在于，所述支撑座(450)上安装有万向轴承(600)，所述端盖(250)上安装有销轴(700)。
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