一种可预设初始刚度的碟形弹簧阻尼器的制作方法

本发明涉及一种建筑防振动(或震动)装置，具体涉及包含碟形弹簧的阻尼装置。

背景技术：

阻尼器是以提供运动的阻力的方式耗减运动能量的装置。从二十世纪七十年代后，阻尼器从航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业逐步转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中。碟形弹簧由于其承载能力大、缓冲吸振能力强以及较广范围的非线性特性而被广泛的应用于各类重载场合的隔震、减震装置中。碟形弹簧通常由多片组合成碟形弹簧组使用，不同的组合方式使用效果不同；但是无论哪种方式组成的碟形弹簧组均只能压缩变形。因此，现有用于抗风和抗地震的阻尼器至少要使用两组碟形弹簧，或者与其它类型的阻尼器(如粘弹性阻尼器)复合。但是，这种使用多组碟形弹簧或者与其它类型的阻尼器复合的方法会产生很多负面的问题，如：1、阻尼器的拉伸与压缩的阻尼特性不对称，影响隔震、减震效果；2、体积大，在狭小空间无法安装；3、结构复杂，生产困难，成本高；等等。

地震波的作用呈多向随机性，即，作用于建筑物上力的大小方向和频率都是随机的，因此用于抗震的阻尼器需满足以下两个要求：一是阻尼器的特征频率要与地震输入激励的共振频域错开，二是阻尼器的特征频率要与建筑物或建筑结构的特征频率错开。根据《蝶形弹簧基本特性参数分析》作者易先忠的理论分析，单片蝶形弹簧的自振频率(式中，K_p为刚度，m_s为蝶形弹簧的质量，m为与蝶形弹簧相连物体的质量，ξ为当量质量转化系数)[见，《石油机械》杂志，1995年第23卷第3期第10至等22页]，可见，当蝶形弹簧的质量和与蝶形弹簧相连物体的质量设计确定后，蝶形弹簧自振频率的平方与上述蝶形弹簧的刚度成正比。

公开号为CN1932324A的发明专利申请公开了一种“可调节碟形弹簧机械式减震阻尼器”，该阻尼器包括外壳、设在外壳内的载荷连接杆和两组碟形弹簧，所述，所述载荷连接杆的中部设有与之固连的调节齿轮，所述调节齿轮两侧的载荷连接杆上分别设有与载荷连接杆螺纹配合的左旋螺母和右旋螺母，所述两组碟形弹簧分别设在所述左旋螺母和右旋螺母的外侧，并分别被夹持在所述左旋螺母或右旋螺母与外壳端部的封板之间。只需拨转载荷连接杆上的调节齿轮，使所述左旋螺母和右旋螺母相互靠拢或远离即可调节两组碟形弹簧的预紧力从而调节阻尼器的阻尼系数，以满足不同频率和不同振幅的使用需求。然而该发明仍具有如下不足：

1、所述载荷连接杆是在两组碟形弹簧的共同作用下保持平衡的，两组碟形弹簧的预紧力虽然能够调节，但是无论如何调节，两组碟形弹簧对载荷连接杆的作用力都是一组大小相等，方向相反的力，只需在载荷连接杆上施加任何外力都会破坏这种平衡，使两组碟形弹簧发生变形，所以所述的阻尼器无法预设初始刚度；

2、该发明中必须配合使用两组碟形弹簧，才能在阻尼器受到压或拉荷载时都提供阻尼，这不仅造成了一定的浪费，还使得阻尼器的长度大大的增加了，不适合一些安装空间紧凑的场合使用。

公开号为CN101457553A的发明专利申请公开了一种“弹簧刚度可调式调谐质量减振器”，该减振器是一种复合阻尼器，通过改变质量块的厚度改变其特征频率，通过改变粘滞阻尼器的工作介质的流量改变其阻尼比，通过改变弹簧的有效工作长度改变其刚度，其中改变弹簧的有效工作长度的手段有三种，一是采用固化材料将弹簧位于固化筒内的一段固化，二是往螺旋弹簧的中心内塞入约束块，并二者过盈配合，使与约束块接触的一段弹簧失效，三是在约束块表面设置螺旋状凸起，将螺旋状凸起卡在弹簧丝之间，使弹簧丝之间卡有螺旋状凸起的一段弹簧失效。由此可见，该专利申请方案中的弹簧虽然可改变刚度，但所述的弹簧不仅有效工作长度明显缩短，而且只能压缩耗能减振，不能拉伸耗能减振。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可预设初始刚度的碟形弹簧阻尼器，该阻尼器不仅保持了碟形弹簧组的有效工作长度，而且既可压缩耗能减振，又可拉伸耗能减振。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种可预设初始刚度的碟形弹簧阻尼器，该阻尼器包括导向套，该导向套的一头设有第一端盖，另一头设有第二端盖，内部同轴设有碟形弹簧组；一驱动构件由第一端盖中心伸进导向套内并作用在所述的碟形弹簧组上，其中所述碟形弹簧组由一组碟形弹簧叠合而成；其特征在于，

所述的导向套内还设有反压装置，该反压装置包括三根以上的预压钢丝绳、与预压钢丝绳数量相等的钢丝绳变向元件和一块浮动反压钢板，其中，

所述的浮动反压钢板设在碟形弹簧组与第二端盖之间；

所述的钢丝绳变向元件绕所述的导向套的轴线对称固定所述的驱动构件上；

所述的预压钢丝绳以折线状态分布在碟形弹簧组的中心孔内，且每一根预压钢丝绳的一头绕所述的导向套的轴线对称固定在浮动反压钢板上，另一头穿绕过相对的一个钢丝绳变向元件后折回，然后从该预压钢丝绳在浮动反压钢板上的固定点旁穿过浮动反压钢板固定在所述第二端盖上；

所述的浮动反压钢板上，在每一根预压钢丝绳穿过位置均设有穿过预压钢丝绳的通孔，该通孔的孔径大于所述预压钢丝绳的直径；

将预压钢丝绳张紧至预设初始刚度所需张力，使所述的碟形弹簧组始终夹持在驱动构件与浮动反压钢板之间。

上述阻尼器的工作原理如下：当动载荷沿导向套的轴线相对作用时，所述的驱动构件向下压缩碟形弹簧组；当动载荷沿导向套的轴线相背作用时，预压钢丝绳通过钢丝绳变向元件反向吊起浮动反压钢板压缩碟形弹簧组。由此可见，轴向动载荷无论相对还是相背作用在阻尼器上，都能压缩碟形弹簧组，使其发生弹性变形而耗能。

由上述工作原理可见，工作过程中所述的预压钢丝绳与所述浮动反压钢板上的通孔的孔壁不能产生摩擦，否则就会干扰浮动反压钢板的上下移动，因此所述通孔直径比所述预压钢丝绳的直径大多少，应以不干扰和影响浮动反压钢板的上下移动为宜。

上述方案中，所述的钢丝绳变向元件为常见的定滑轮或类似变向功能的吊环形构件，如吊环螺钉、U形构件等。

本发明所述的可预设初始刚度的碟形弹簧阻尼器，其中所述的预压钢丝绳两头可采用焊接固定，也可采用类似吊环螺钉系接固定，但是，如果两头都采用焊接或吊环螺钉系接固定死，那么要达到预设初始刚度的目的，就必须预先计算并严格控制所述预压钢丝绳的长度才能预设张力，进而达到预设初始刚度的目的。但是，在实际生产调试过程中，要采用控制所述预压钢丝绳长度的方法达到预设初始刚度的目的则存在下述两大难题，一是焊接或系接的过程会产生误差，二是即使控制了焊接或系接的过程所产生误差，但钢丝绳在切断、放置过程中还会导致其特性参数的变化。为了解决上述技术难题，本发明的一个改进方案是：

所述的预压钢丝绳的另一头由钢丝绳自锁锚具固定在第二端盖上；所述的钢丝绳自锁锚具由安装孔、夹爪和防松螺栓构成，其中，

所述的安装孔设在第二端盖上；所述的安装孔由一段锥孔和一段螺纹孔组成，其中所述锥孔位于靠导向套的一侧，且尖头指向所述导向套内，所述螺纹孔位于远离导向套的另一侧；

所述的夹爪为与所述锥孔相匹配圆锥形，并由3～5瓣组成，其体内沿轴线设有夹持预压钢丝绳的装夹孔；

所述的防松螺栓与所述螺纹孔相匹配，且体内沿轴线设有直径大于相应的预压钢丝绳直径的圆孔；

所述的夹爪安装在所述锥孔内，防松螺栓安装在所述螺纹孔内。

由上述改进方案可见，将每一根预压钢丝绳的一头固定在浮动反压板上，另一头由所述的钢丝绳自锁锚具的装夹孔和圆孔中穿出，这样即可把露出的绳头系接在牵引张拉机上，在牵引张拉的同时采用张力检测仪监视张力。当所述预压钢丝绳张紧至预设初始刚度所需张力时，拧动防松螺栓即可推动所述夹爪将预压钢丝绳夹紧并锁死，即使预压钢丝绳在反复张弛的振动过程中也不会松动。

本发明所述的阻尼器，可广泛用于各种一维的领域，如，机械设备内部振动的隔离、设备基础隔震、建筑结构的抗震加固、大型建筑的抗震等。

本发明的可预设初始刚度的碟形弹簧阻尼器较现有技术具有以下效果：

(1)沿轴线施加外力，无论该外力为压力还是拉力，所述的碟形弹簧组均能产生弹性压缩变形而耗能，克服了传统碟形弹簧阻尼器只能压缩变形耗能的缺点；

(2)当动载荷大于阻尼器预设初始刚度的抵御能力后，本发明所述阻尼器双向弹性变形对称，因此不因外载荷的正负方向的变化而影响其压缩变形耗能的效果，为建筑结构抗风载等加固设计提供了便利条件；

(3)只要改变钢丝绳的长度即可改变整个阻尼器的初始刚度，外力在克服该初始刚度之前无法使阻尼器产生变形，因此将其用建筑物的竖向隔震时，可预设地震烈度，显著降低隔震成本；

(4)仅用一组碟形弹簧即可实现拉伸与压缩两种工作状态，显著缩短了阻尼器的长度。

(5)预设初始刚度过程中，所述碟形弹簧组的有效工作长度不变，不会改变碟形弹簧组原有的特性参数。

(6)可利用蝶形弹簧的特性合理选择预设初始刚度，进而选择阻尼器的特征频域范围，避开建筑结构固有频域范围和竖向地震波的频域范围，防止共振。

附图说明

图1～5为本发明所述碟形弹簧阻尼器的一个具体实施例的结构示意图，其中，图1为主视图(图3C—C旋转剖)，图2为图1的A—A剖视图(省略预压钢丝绳)，图3为图1的B—B剖视图(省略预压钢丝绳)，图4为图1局部Ⅰ的结构放大图，图5为图1局部Ⅱ的结构放大图。

图6～11为本发明所述碟形弹簧阻尼器的第二个具体实施例的结构示意图，其中，图6为主视图(剖视)，图7为图6的D—D剖视图(省略预压钢丝绳)，图8为图6的E—E剖视图(省略预压钢丝绳)，图9为图7的F—F剖视放大图，图10为图6局部Ⅲ的结构放大图，图11为图10的G—G剖视放大图。

图12～16为本发明所述碟形弹簧阻尼器的的第三个具体实施例的结构示意图，其中，图12为主视图(图14的J—J旋转剖)，图13为图12的H—H剖视图(省略预压钢丝绳)，图14为图12的I—I剖视图(省略预压钢丝绳)，图15为图12局部Ⅳ的结构放大图，图16为图12局部Ⅴ的结构放大图。

具体实施方式

例1

参见图1～5，本例所述的阻尼器为一种用于建筑物抗震的竖向隔震装置(也称竖向隔震支座)，它包括导向套1、第一端盖2、第二端盖3、碟形弹簧组4和反压装置。

参见图1～3，所述的导向套1为圆管状，其上端向内径向收缩形成中心具有导向孔的第一端盖2，下端向外径向延伸形成一法兰盘5。所述的第二端盖3为圆盘状，四周的边缘设有安装孔6，所述的导向套1通过下端所设的法兰盘5固定在其上表面的中部。

参见图1～3，所述的驱动构件由动压板7和上连接板8组成，其中，上连接板8为圆盘状，边缘设有安装孔6，下端面的中心向下延伸起导向作用的凸台，该凸台由第一端盖2上所设的导向孔伸进导向套1内，并由螺钉与动压板7固定在一起。

参见图1～3，所述的碟形弹簧组4设在导向套1内，驱动构件中的动压板7作用在其上端面，其中所述碟形弹簧组4由16片碟形弹簧两两相对竖向叠合而成。

参见图1，上连接板8与第一端盖2之间设有大于振幅的间隙14；为了避免振动过程中所述驱动构件的动压板7与第一端盖2之间产生撞击，所述动压板7与第一端盖2之间设有防撞间隙13。

参见图1～3，所述的反压装置设在导向套1内，其具体方案如下：

参见图1～5，所述的反压装置由三根预压钢丝绳9、三只作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉10、一块浮动反压钢板11和固定预压钢丝绳9的另六只吊环螺钉10组成。其中，

所述的浮动反压钢板11设在碟形弹簧组4与第二端盖3之间；

所述的三只作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉10绕所述的导向套1的轴线对称固定所述驱动构件的动压板7上；

所述浮动反压钢板11上绕导向套1的轴线对称设有三只吊环螺钉10，所述第二端盖3上在浮动反压钢板11上在所设三只吊环螺钉10的相对位置旁相应设有另三只吊环螺钉10；三根预压钢丝绳9均以折线状态设在碟形弹簧组4的中心孔内，且，每一根预压钢丝绳9的一头系接固定在浮动反压钢板11上所设的一只吊环螺钉10上，另一头绕过相对的作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉10后折回，然后该预压钢丝绳9从其在浮动反压钢板11上的固定点旁对应第二端盖3上所设吊环螺钉10的位置穿过浮动反压钢板11，系接固定在第二端盖3上所设吊环螺钉10上；所述的浮动反压钢板11上，在每一根预压钢丝绳9穿过位置均设有穿过预压钢丝绳9的通孔12，该通孔12的孔径大于所述预压钢丝绳9的直径。

参见图1～3，为了实现可预设初始刚度的目的，上述三根预压钢丝绳9的安装及张紧方法如下所述：(1)先根据阻尼器预设的初始刚度和碟形弹簧组4的弹性系数确定碟形弹簧组4压缩量，进而计算出每一根预压钢丝绳9满足阻尼器初始刚度要求的长度；(2)按图1～3将碟形弹簧组4、所述反压装置和驱动构件的动压板7连接好后，先压缩碟形弹簧组4，露出浮动反压钢板11上的三只吊环螺钉10和第二端盖3上的三个通孔12，再反复调节，使每一根预压钢丝绳9的实际长度与计算长度相等，然后系接在第二端盖3上的吊环螺钉10上，并用常见的钢丝绳夹(图中没显示)固定死，将碟形弹簧组4始终夹持在所述驱动构件的动压板7与浮动反压钢板11之间；(3)将步骤(2)装配好的部件放入导向套1内，并将导向套1与第二端盖3固定在一起，最后将上连接板8与动压板7固定在一起，即得所述的可预设初始刚度的碟形弹簧阻尼器。

参见图1～3，由于本例所述阻尼器是竖向隔震装置，因此在张紧预压钢丝绳9时则要使三根预压钢丝绳9的张力之和等于该阻尼器所承担静载荷，这样即可保证所述阻尼器的双向弹性变形对称。

在理想的条件下，地震的竖向波通过隔震装置向建筑传递时建筑物应该不会发生位移。基于此，本例所述建筑物抗震的隔震装置的工作原理如下：参见图1，当地震的竖向波所产生的动载荷克服了阻尼器的初始刚度时，如果该动载荷沿导向套1的轴线上推第二端盖3，动压板7的反作用力便向下压缩碟形弹簧组4，第二端盖3随地面上移而建筑物不动；如果该动载荷沿导向套1的轴线下拉第二端盖3，预压钢丝绳9则通过作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉10反向吊起浮动反压钢板11，向上压缩碟形弹簧组4，第二端盖3随地面下移，但建筑物仍然不动。由此可见，当地震纵波使地面发生上下振动时均可压缩碟形弹簧组产生弹性变形而耗能。

例2

参见图6～11，本例所述的阻尼器也为一种用于建筑物抗震的竖向隔震装置，并在例1的基础上主要进行了如下几点改进：(1)将预压钢丝绳9由三根增至六根；(2)将作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉10替换为U形构件15；(3)将固定预压钢丝绳9另一头的吊环螺钉10替换为钢丝绳自锁锚具16；(4)将第二端盖3的中部增厚并向上隆起形成倒置的脸盆状，以便于安装钢丝绳自锁锚具16；(5)将所述的反压装置相应地改变为：

所述的反压装置由六根预压钢丝绳9、六只作为钢丝绳变向元件的U形构件15、一块浮动反压钢板11、六只固定预压钢丝绳9一头的吊环螺钉10和六只固定预压钢丝绳9另一头的钢丝绳自锁锚具16组成；其中，

浮动反压钢板11设在碟形弹簧组4与第二端盖3之间；

六只作为钢丝绳变向元件的U形构件15绕所述的导向套1的轴线对称固定所述驱动构件的动压板7上；参见图9，所述的U形构件15由圆钢弯曲构成，所述驱动构件的动压板7上，在设置U形构件15的相应位置设有与U形构件15两条侧边相匹配的圆孔，所述U形构件15插在该圆孔内，二者焊接固定在一起；

所述浮动反压钢板11上绕导向套1的轴线对称设有六只吊环螺钉10，所述第二端盖3上在浮动反压钢板11上所设六只吊环螺钉10的相对位置旁相应设有六只钢丝绳自锁锚具16；六根预压钢丝绳9均以折线状态分布在碟形弹簧组4的中心孔内，且，每一根预压钢丝绳9的一头由吊环螺钉10固定在浮动反压钢板11上，另一头穿绕过相对的作为钢丝绳变向元件的U形构件15后折回，然后该预压钢丝绳9从其在浮动反压钢板11上的固定点旁对应第二端盖3上所设钢丝绳自锁锚具16的位置穿过浮动反压钢板11，由钢丝绳自锁锚具16固定在第二端盖3上；所述的浮动反压钢板11上，在每一根预压钢丝绳9穿过位置均设有穿过预压钢丝绳9的通孔12，该通孔12的孔径大于所述预压钢丝绳9的直径。

参见图10和图11，上述反压装置中，所述的钢丝绳自锁锚具16由安装孔16-1、夹爪16-2和防松螺栓16-3构成，其中，所述的安装孔16-1设在第二端盖3上；所述的安装孔16-1由一段锥孔和一段螺纹孔组成，其中所述锥孔位于导向套1内的一侧，且尖头指向所述导向套1内，所述螺纹孔位于导向套1外的一侧；所述的夹爪16-2为与所述锥孔相匹配的圆锥形，并由3瓣组成，其体内沿轴线设有夹持预压钢丝绳9的装夹孔；所述的防松螺栓16-3与所述螺纹孔相匹配，且体内沿轴线设有直径大于预压钢丝绳9直径的圆孔；所述的夹爪16-2安装在所述锥孔内，防松螺栓16-3安装在所述螺纹孔内。

按图6～11将所述阻尼器组装好，使相应预压钢丝绳9的另一头自对应的夹爪16-2体内的装夹孔和防松螺栓16-3的圆孔内穿出。然后把露出的预压钢丝绳9的绳头系接在牵引张拉机上，并在牵引张拉的同时采用张力检测仪监视预压钢丝绳9的张力。当所述预压钢丝绳9张紧至预设初始刚度所需张力时，拧动防松螺栓16-3即可推动所述夹爪16-2将预压钢丝绳9夹紧并锁死，从而将碟形弹簧组4始终夹持在浮动反压钢板11与动压板7之间。

本例上述以外的其它实施方法与例1相同。

本例所述用于建筑物抗震的隔震装置的工作原理与例1相同，公众可参照例1自行分析。

例3

参见图12～14，本例为一种用于建筑结构抗震加固的阻尼器，该阻尼器包括导向套1，该导向套1的两头分别固定有第一端盖2和第二端盖3，内部设有碟形弹簧组4，一驱动构件由导向套一头的第一端盖2中心伸进所述的导向套1内压在所述碟形弹簧组4上；其中所述的驱动构件由动压板7和与其连成一体的第一驱动杆17构成，所述第一驱动杆17的末端设有铰接孔18。

参见图12，所述第二端盖3外侧设有与其连成一体的第二驱动杆19，该第二驱动杆19的末端也设有铰接孔18。

参见图12～16，所述的导向套1内设有反压装置，该反压装置由三根预压钢丝绳9、三只作为钢丝绳变向元件的定滑轮20、一块浮动反压钢板11、三只固定预压钢丝绳9一头的吊环螺钉10和三只固定预压钢丝绳9另一头的钢丝绳自锁锚具16组成。其中，

浮动反压钢板11设在碟形弹簧组4与第二端盖3之间；

三只作为钢丝绳变向元件的定滑轮20绕所述的导向套1的轴线对称固定所述驱动构件的动压板7上位于所述碟形弹簧组4中心孔内的下表面；其中，所述的定滑轮20铰接在支架上，该支架焊接在驱动构件的动压板7上；

所述浮动反压钢板11上绕导向套1的轴线对称设有三只吊环螺钉10，所述第二端盖3上在浮动反压钢板11上所设三只吊环螺钉10的相对位置旁相应设有三只钢丝绳自锁锚具16；三根预压钢丝绳9均以折线状态分布在碟形弹簧组4的中心孔内，且，每一根预压钢丝绳9的一头由吊环螺钉10固定在浮动反压钢板11上，另一头穿绕过相对的作为钢丝绳变向元件的定滑轮20后折回，然后该预压钢丝绳9从其在浮动反压钢板11上的固定点旁对应第二端盖3上所设钢丝绳自锁锚具16的位置穿过浮动反压钢板11，由钢丝绳自锁锚具16固定在第二端盖3上；所述的浮动反压钢板11上，在每一根预压钢丝绳9穿过位置均设有穿过预压钢丝绳9的通孔12，该通孔12的孔径大于所述预压钢丝绳9的直径。

上述方案中的钢丝绳自锁锚具16与例2完全相同，所述阻尼器组装方法也与例2类似，公众可参照例2实施。

参见图12，本例所述用于建筑结构抗震加固的阻尼器的工作原理如下：当大于设计静载荷的动载荷沿导向套1的轴线相对作用在第一驱动杆17和第二驱动杆19上时，所述的动压板7向下压缩碟形弹簧组4，第一驱动杆17和第二驱动杆19上铰接孔18相对移动；当大于设计静载荷的动载荷沿导向套1的轴线相背作用在第一驱动杆17和第二驱动杆19上时，预压钢丝绳9通过定滑轮20反向吊起浮动反压钢板11压缩碟形弹簧组4，第一驱动杆17和第二驱动杆19上铰接孔18反向移动(此时，碟形弹簧组4仍然还处于的受压状态)。由此可见，轴向动载荷无论相对还是相背作用在阻尼器上，都能压缩碟形弹簧组4，使其发生弹性变形而耗能。