自复位变摩擦阻尼器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种自复位变摩擦阻尼器，包括筒体、挡板、滑轴、连接接头、两固座及一对阻尼机构；挡板固接在筒体内且设有贯穿孔；滑轴相对滑动地穿过贯穿孔且滑轴第一端伸出筒体之外；连接接头固接在滑轴第一端；两固座位于挡板之两侧；每一阻尼机构包括一弹性体和一摩擦组件，该弹性体两端分别顶抵在挡板和摩擦组件；摩擦组件包括两个挤压楔块及多个摩擦楔块，该挤压楔块之相面对面为圆锥导向面，该多个摩擦楔块能滑动地周向间隔布置在两挤压楔块的圆锥导向面间。本发明的自复位变摩擦阻尼器能够根据主体结构位移反应自动调整摩擦力大小，具有自复位功能，且通过调节参数可呈现多种滞回曲线，工程适用性强。
【专利说明】自复位变摩擦阻尼器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自复位变摩擦阻尼器。
【背景技术】
[0002]为减轻土木工程结构在地震、强风等灾害作用下的动力反应和损伤累积，可在结构中增设减振装置以耗散外部输入能量，保护主体结构安全。摩擦阻尼器是利用固体摩擦面之间的摩擦消散振动能量的一类减振装置。目前常见的摩擦阻尼器，由于其摩擦面正压力及摩擦系数不能自行改变，在反复循环加载下滞回曲线大多为矩形，即滑动摩擦力基本保持不变。对于这种常摩擦力摩擦阻尼器，其在工程应用中最为关键的问题是如何确定合适的滑动摩擦力。例如，在建筑结构减震设计中，如果按小震工况确定滑动摩擦力，则该阻尼器在大震作用下将因出力过小而达不到理想的减震效果；而如果按大震工况设计摩擦阻尼器，则该阻尼器在小震作用下起不到预期的耗能减震作用。由于建筑结构在服役过程中可能遭受的地震作用具有不确定性，即存在遭受不同强度地震的可能性，所以在建筑结构中采用常摩擦力阻尼器作为减振装置存在小震和大震不能兼顾的问题。
[0003]为克服常摩擦力阻尼器不能根据被控结构振动强弱实时改变摩擦力大小这一缺点，周锡元和彭凌云等(CN 101216088 A, CN 101709755 A)以及薛彦涛和李澈(CN103088931 A)发明了变摩擦阻尼器，即摩擦力可以随位移幅值的增大而增大。应当指出的是，以上变摩擦阻尼器仅能实现单一的双三角形滞回曲线，这在一定程度上限制了其工程应用范围；另一方面，这些变摩擦阻尼器不具有自复位功能，即不能对主体结构提供恢复力以减小其震(振)后的残余变形。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种自复位变摩擦阻尼器，其能够根据主体结构位移反应自动调整摩擦力大小，具有自复位功能，且通过调节参数可呈现多种滞回曲线，工程适用性强。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种自复位变摩擦阻尼器，包括:
[0007]—筒体 I ;
[0008]一挡板5，固接在筒体I内且设有贯穿孔；
[0009]一滑轴2，能相对滑动地穿过挡板5之贯穿孔且滑轴2第一端伸出筒体I之外；
[0010]一连接接头10，固接在滑轴2第一端；
[0011]两固座9，均固接在滑轴且位于挡板5之两侧；
[0012]一对阻尼机构，连接滑轴2且分别位于挡板5两侧，每一阻尼机构包括一弹性体6和一摩擦组件，该弹性体6 —端能顶抵在挡板5，另一端顶抵摩擦组件使摩擦组件撑靠在固座9 ;该摩擦组件包括两个能滑动套接在滑轴2的挤压楔块7及多个摩擦楔块8，该挤压楔块7之相面对面为圆锥导向面，该多个摩擦楔块8能滑动地周向间隔布置在两挤压楔块的圆锥导向面间。
[0013]一实施例中:所述固座9为调节螺母，通过固座9旋紧与旋松以调节弹性体6的预压缩量。
[0014]一实施例中:所述滑轴2之中心轴线与筒体I之中心轴线重合。
[0015]—实施例中:还包括分别固接在筒体I之两端的第一端盖4与第二端盖3 ;第一端盖4上设有通孔，滑轴2第一端从该通孔伸出筒体I之外；第二端盖3上设有带孔的连接板；所述连接接头10包括一圆环部分和一连接部分，该圆环部分中央设有螺栓连接孔，连接部分固接在滑轴2第一端。
[0016]一实施例中:所述摩擦组件为两对，另一对摩擦组件分别设在弹性体6与挡板5之间；该弹性体6之两端能分别顶抵在摩擦组件。
[0017]一实施例中:所述摩擦楔块8之两背向面为分别适配两挤压楔块7之圆锥导向面的部分锥面，摩擦楔块8与筒体I内壁之接触面的左右两侧均设有圆弧倒角。
[0018]一实施例中:所述挤压楔块7之圆锥导向面上周向间隔布置有三条突起的凸棱；所述每一摩擦组件包括三个摩擦楔块8 ;通过该三条凸棱将三个摩擦楔块8能滑动地周向间隔布置在两挤压楔块7的圆锥导向面间。
[0019]一实施例中:所述筒体I为钢筒，包括固定装接在一起的两个半圆筒，该两个半圆筒之中部均设有沿筒壁径向方向延伸的槽位，所述挡板5固接在该槽位内；所述滑轴2为钢杆。
[0020]一实施例中:所述弹性体6为端圈并紧磨平的圆柱螺旋弹簧；所述挤压楔块7为钢质；所述摩擦楔块8为铜质或粉末冶金摩擦材料制成。
[0021]一实施例中:所述筒体1、滑轴2、挤压楔块7及摩擦楔块8之相互接触面均设有聚四氟乙烯涂层。
[0022]本技术方案与【背景技术】相比，它具有如下优点:
[0023]1.本发明提出的自复位变摩擦阻尼器利用挡板两侧的弹性体感知被控结构位移反应大小，并进一步通过挤压楔块改变摩擦楔块与筒体内壁之间的正压力，以自动调节滑动摩擦力大小，可同时满足结构强振和弱振时的减振要求。
[0024]2.本发明提出的自复位变摩擦阻尼器具有自复位功能，能够对主体结构提供一定的恢复力，以减小主体结构在震(振)后的残余变形，可节约灾后加固修复的时间和经济成本，便于快速恢复结构的使用功能。
[0025]3.本发明提出的自复位变摩擦阻尼器可实现多种滞回曲线，即通过调节固座改变弹性体的预压缩量(为零或某一设计值)，不同振幅激励时该阻尼器能提供双三角形、平行四边形、S形三种不同的滞回曲线，工程适用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0027]图1为本发明自复位变摩擦阻尼器的结构示意图。
[0028]图2为图1的A-A剖面示意图。
[0029]图3为图1的B-B剖面示意图。
[0030]图4为本发明自复位变摩擦阻尼器中挤压楔块与滑轴的局部放大示意图。
[0031]图5为本发明自复位变摩擦阻尼器中摩擦楔块与筒体的局部放大示意图。
[0032]图6为本发明实施例1的自复位变摩擦阻尼器的双三角形滞回曲线示意图，图中，X为阻尼器滑轴相对于筒体的位移，匕为阻尼器出力，kpkjP k2分别为阻尼器卸载瞬间的刚度、加载刚度和卸载刚度。
[0033]图7为本发明实施例1的自复位变摩擦阻尼器的平行四边形滞回曲线示意图，图中，X为阻尼器滑轴相对于筒体的位移，匕为阻尼器出力，k jp k 3分别为阻尼器卸载瞬间的刚度和加、卸载刚度。
[0034]图8为本发明实施例1的自复位变摩擦阻尼器的S形滞回曲线示意图，图中，X为阻尼器滑轴相对于筒体的位移，匕为阻尼器出力，Ictl为阻尼器卸载瞬间的刚度，I^kjPk3为加、卸载刚度，Xtl为阻尼器中弹性体的预压缩量。
[0035]图9为本发明实施例2的自复位变摩擦阻尼器的结构示意图。
[0036]附图标记:1、筒体，2、滑轴，3、第二端盖，4、第一端盖，5、挡板，6、弹性体，7、挤压楔块，8、摩擦楔块，9、固座，10、连接接头。
【具体实施方式】
[0037]下面通过实施例具体说明本发明的内容:
[0038]实施例1
[0039]请查阅图1至图8，一种自复位变摩擦阻尼器，包括:
[0040]一筒体1，为钢筒，包括焊接在一起的两个半圆筒构成的圆筒形结构，该两个半圆筒之中部均设有沿筒壁径向方向延伸的槽位；
[0041]一挡板5，呈圆环形，固接在筒体I之槽位内且设有贯穿孔；
[0042]一滑轴2，为圆柱形实心钢杆，能相对滑动地穿过挡板5之贯穿孔且滑轴2第一端伸出筒体I之外；滑轴2之中心轴线与筒体I之中心轴线重合；
[0043]两固座9，均固接在滑轴且位于挡板5之两侧；
[0044]一对阻尼机构，连接滑轴2且分别位于挡板5两侧，每一阻尼机构包括一弹性体6和一摩擦组件，该弹性体6 —端能顶抵在挡板5，另一端顶抵摩擦组件使摩擦组件撑靠在固座9 ;该摩擦组件包括两个能滑动套接在滑轴2的挤压楔块7及三个摩擦楔块8，该挤压楔块7之相面对面为圆锥导向面，该挤压楔块7之圆锥导向面上周向间隔布置有三条突起的凸棱；通过该三条凸棱将三个摩擦楔块8能滑动地周向间隔布置在两挤压楔块7的圆锥导向面间；所述摩擦楔块8之两背向面为分别适配两挤压楔块7之圆锥导向面的部分锥面，摩擦楔块8与筒体I内壁之接触面的左右两侧均设有圆弧倒角；
[0045]一连接接头10，为钢质，包括一圆环部分和一连接部分，该圆环部分中央设有螺栓连接孔，连接部分螺接在滑轴2第一端；
[0046]第一端盖4与第二端盖3，分别固接在筒体I之两端；第一端盖4中央设有通孔，滑轴2第一端从该通孔伸出筒体I之外；第二端盖3上设有带孔的连接板。
[0047]本实施例之中，所述固座9为调节螺母；所述滑轴2上有两个区段具有外螺纹，两个固座9分别螺接在滑轴2之两个具有外螺纹的区段上，通过固座9旋紧与旋松以调节弹性体6的预压缩量。
[0048]本实施例之中，所述弹性体6为端圈并紧磨平的圆柱螺旋弹簧；所述挤压楔块7为钢质；所述摩擦楔块8为铜质。
[0049]本实施例之中，所述筒体1、滑轴2、挤压楔块7及摩擦楔块8之相互接触面均设有聚四氟乙烯涂层，以减小相互之间的摩擦系数。
[0050]本实施例的具体使用方式如下:
[0051]工作方式1:自复位变摩擦阻尼器处于初始平衡位置时，挡板5两侧的弹性体6均为自然长度，即预压缩量均为零。此时，弹性体6的两端分别与挡板5和挤压楔块7刚好接触(接触面上压力为零)，且挤压楔块7和摩擦楔块8以及摩擦楔块8和筒体I内壁之间亦分别刚好相接触。当滑轴2从初始位置相对筒体I运动时，比如向左运动，则右端固座9通过挤压楔块7和摩擦楔块8的传递而挤压挡板5右侧的弹性体6，此时挡板5左侧的弹性体6仍为自然长度。当挡板5右侧的弹性体6被压缩后，其弹性力将挤压与之相接触的挤压楔块7，而挤压楔块7又通过锥形弧面挤紧摩擦楔块8，使得摩擦楔块8与筒体I内壁之间的正压力随之增大。若摩擦楔块8与筒体I内壁的摩擦系数保持恒定，则两者发生相对滑动时产生的摩擦力的大小与弹性体6的压缩量成正比。当阻尼器设置于结构层间时，它可以根据主体结构位移反应的大小自动调整摩擦力的数值。除摩擦力外，自复位变摩擦阻尼器的恢复力还包括弹性反力，即当滑轴2偏离初始平衡位置时，挡板5 —侧的弹性体6因被压缩产生弹性力，而该弹性力又通过挤压楔块7、摩擦楔块8和固座9的传递作用于滑轴2。自复位变摩擦阻尼器的恢复力在加载时等于弹性反力与摩擦力之和(两力方向相同)，而在卸载时为两者之差(两力方向相反)。由于这两部分力都与弹性体6的压缩量成线性关系，所以在往复荷载作用下阻尼器的滞回曲线为一、三象限的两个三角形，如附图6所示。弹性反力在数值上通常大于摩擦力，因此当滑轴2偏离平衡位置时，在弹性反力作用下其总能回到初始位置，即阻尼器具有自复位功能。总之，自复位变摩擦阻尼器以工作方式I运行时能自适应地根据主体结构位移反应调整摩擦力大小，具有自复位功能，滞回曲线呈双三角形。
[0052]工作方式2:旋动自复位变摩擦阻尼器左右两端的固座9，使挡板5两侧的弹性体6具有相同的预压缩量X(l。在弹性体6弹性力作用下，摩擦楔块8和筒体I内壁之间产生法向约束力，使得阻尼器具有一定的起滑摩擦力。当滑轴2从初始位置相对筒体I运动且位移大小始终不超过Xtl时，挡板5两侧的弹性体6均一直处于压缩状态。此时，自复位变摩擦阻尼器的恢复力由弹性反力(挡板5两侧弹性体6的弹性力之差)和摩擦力(挡板5两侧摩擦楔块8和筒体I内壁摩擦力之和)这两部分组成，且这两部分力都与滑轴2相对筒体I运动的位移成线性关系，故在往复荷载作用下自复位变摩擦阻尼器的滞回曲线为如附图7所示的平行四边形。当滑轴2相对筒体I的位移大小超过Xtl时，只有挡板5 —侧的弹性体6处于压缩状态，另一侧的弹性体6为自然长度。此时，自复位变摩擦阻尼器的恢复力由弹性反力(挡板5 —侧弹性体6的弹性力)和摩擦力(挡板5 —侧摩擦楔块8和筒体I内壁摩擦力)这两部分组成，且这两部分力都与滑轴2相对筒体I运动的位移成线性关系，即在往复荷载作用下自复位变摩擦阻尼器的滞回曲线如附图8所示。总之，自复位变摩擦阻尼器以工作方式2运行时可实现两种不同的滞回曲线。
[0053]实施例2
[0054]请查阅图9，为本发明的另一实施例，与实施例1所不同之处在于:所述摩擦组件为两对，另一对摩擦组件分别设在弹性体6与挡板5之间；该弹性体6之两端能分别顶抵在两侧的摩擦组件上。这样，相比实施例1，摩擦组件的数量增加，在相同加载条件下两对摩擦组件提供的摩擦力在理论上较一对摩擦组件增大一倍，因此，实施例2与实施例1相比具有更强的摩擦耗能能力。
[0055]实施例3
[0056]实施例3与实施例1所不同之处在于:所述摩擦楔块8为粉末冶金摩擦材料制成，粉末冶金摩擦材料的摩擦系数高、磨损小、强度高、耐高温、耐腐蚀、抗咬合性好、受油脂、潮湿影响小。总之，在现有的摩擦材料中，粉末冶金摩擦材料摩擦系数的稳定性和耐磨性是异常突出的，由其作为摩擦材料制作的摩擦阻尼器将具有相对更加稳定、可靠的工作性能。
[0057]以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种自复位变摩擦阻尼器，其特征在于:包括: 一筒体⑴； 一挡板(5)，固接在筒体(I)内且设有贯穿孔； 一滑轴(2)，能相对滑动地穿过挡板(5)之贯穿孔且滑轴(2)第一端伸出筒体(I)之外； 一连接接头(10)，固接在滑轴(2)第一端； 两固座(9)，均固接在滑轴且位于挡板(5)之两侧； 一对阻尼机构，连接滑轴(2)且分别位于挡板(5)两侧，每一阻尼机构包括一弹性体(6)和一摩擦组件，该弹性体(6) —端能顶抵在挡板(5)，另一端顶抵摩擦组件使摩擦组件撑靠在固座(9);该摩擦组件包括两个能滑动套接在滑轴(2)的挤压楔块(7)及多个摩擦楔块(8)，该挤压楔块(7)之相面对面为圆锥导向面，该多个摩擦楔块(8)能滑动地周向间隔布置在两挤压楔块(7)的圆锥导向面间。
2.根据权利要求1所述的一种自复位变摩擦阻尼器，其特征在于:所述固座(9)为调节螺母，通过固座(9)旋紧与旋松以调节弹性体￠)的预压缩量。
3.根据权利要求1所述的一种自复位变摩擦阻尼器，其特征在于:所述滑轴(2)之中心轴线与筒体(I)之中心轴线重合。
4.根据权利要求1所述的一种自复位变摩擦阻尼器，其特征在于:还包括分别固接在筒体⑴之两端的第一端盖⑷与第二端盖⑶；第一端盖⑷上设有通孔，滑轴⑵第一端从该通孔伸出筒体(I)之外；第二端盖(3)上设有带孔的连接板；所述连接接头(10)包括一圆环部分和一连接部分，该圆环部分中央设有螺栓连接孔，连接部分固接在滑轴(2)AA-上山弟一栖。
5.根据权利要求1所述的一种自复位变摩擦阻尼器，其特征在于:所述摩擦组件为两对，另一对摩擦组件分别设在弹性体(6)与挡板(5)之间；该弹性体(6)之两端能分别顶抵在摩擦组件。
6.根据权利要求1所述的一种自复位变摩擦阻尼器，其特征在于:所述摩擦楔块(8)之两背向面为分别适配两挤压楔块(7)之圆锥导向面的部分锥面，摩擦楔块(8)与筒体(I)内壁之接触面的左右两侧均设有圆弧倒角。
7.根据权利要求1所述的一种自复位变摩擦阻尼器，其特征在于:所述挤压楔块(7)之圆锥导向面上周向间隔布置有三条突起的凸棱；所述每一摩擦组件包括三个摩擦楔块(8);通过该三条凸棱将三个摩擦楔块(8)能滑动地周向间隔布置在两挤压楔块(7)的圆锥导向面间。
8.根据权利要求1所述的一种自复位变摩擦阻尼器，其特征在于:所述筒体(I)为钢筒，包括固定装接在一起的两个半圆筒，该两个半圆筒之中部均设有沿筒壁径向方向延伸的槽位，所述挡板(5)固接在该槽位内；所述滑轴(2)为钢杆。
9.根据权利要求1所述的一种自复位变摩擦阻尼器，其特征在于:所述弹性体(6)为端圈并紧磨平的圆柱螺旋弹簧；所述挤压楔块(7)为钢质；所述摩擦楔块(8)为铜质或粉末冶金摩擦材料制成。
10.根据权利要求1所述的一种自复位变摩擦阻尼器，其特征在于:所述筒体(1)、滑轴(2)、挤压楔块(7)及摩擦楔块(8)之相互接触面均设有聚四氟乙烯涂层。
【文档编号】F16F7/09GK104482093SQ201410723660
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】梅真, 郭子雄, 黄群贤, 刘阳, 陈庆猛, 苏楠 申请人:华侨大学, 厦门特房建设工程集团有限公司