一种摩擦耗能阻尼器的制作方法

本实用新型涉及建筑、机械结构减振技术领域，具体而言，涉及一种摩擦耗能阻尼器。

背景技术：

耗能减震装置是现代建筑抗震装置的重要组成方面，通过在建筑结构中设置耗能阻尼器来消耗地震能量，减轻建筑主体结构破坏，从而达到抗震的目的。转动摩擦阻尼器是耗能摩擦阻尼器的一种。转动摩擦阻尼器对结构进行振动控制的机理是：结构在地震荷载作用下发生侧向变形，设置在结构中的阻尼器随之产生变形，将平动变形转化为阻尼器机构内部的转动，依靠转动产生的摩擦帮助结构耗散能量，减少结构层间位移，以达到提高结构抗震能力的目的。

然而，传统的转动摩擦阻尼器只有两种状态：(1)不发生变形时，不启动耗能，阻尼器相当于一个刚性连接部件；(2)发生变形后，启动耗能，摩擦力方向与速度方向相反，且阻尼器出力恒定不变。通常，建筑、桥梁或机械结构经历风、行人车辆、地震等动荷载作用，摩擦阻尼器的启动力一般根据动荷载作用下结构的反应设置。若荷载作用较小，摩擦阻尼器一般不启动，其两端变形接近于零，没有耗能作用。

技术人员对转动摩擦阻尼器进行了研究。例如专利CN100338318C提供了一种用于结构的摩擦阻尼器，该阻尼器由摩擦或粘弹性阻尼的转动接合件中连接的结构部件构成，由于接合件的阻尼作用，结构部件之间的相对移动被限制，接合件之间设有夹紧件，在接合件转动时保持夹紧力。该阻尼器考虑了结构转动位移时所需的阻尼力。

专利CN103874812A提供了一种被动式减振器，该减振器具有平行板组和垂直板组，平行板组和垂直板组之间设有减振垫，减振垫和板以交替方式彼此重叠，平行板组和垂直板组的旋转接头设有孔隙，孔隙中插入连接销或螺栓，当外接结构发生形变时，连接销提供预定的余隙量，以使连接销移动到预定位置，并产生阻尼力。

目前，转动摩擦阻尼器所需的启动力较大，在启动前相当于一个连接刚体；阻尼器启动后出力和耗能恒定不变，无法适应外部作用力变化较大的应用场合。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种摩擦耗能阻尼器，所述阻尼器具有成对的面齿轮设计，降低了所述阻尼器的启动力；启动后，随着位移变化加大，出力也持续增大，耗能逐渐变强。所述阻尼器能够实现根据阻尼器变形程度，调节产生的阻尼力和耗能能力的目的。

本实用新型提供的所述阻尼器，包括移动平板装置和辅助夹持装置，其特征在于，所述阻尼器还包括面齿轮，所述移动平板装置的横板组和纵板组相互接合；所述面齿轮成对地设置在所述横板组和纵板组的接合部位，所述面齿轮的齿面接触并互补；所述辅助夹持装置位于所述面齿轮调节装置的上部和下部。

所述移动平板装置包括横板组、纵板组、摩擦片和螺栓；所述横板组包括数块在厚度方向堆叠的横板，所述横板组至少为两组，每组横板组至少包括一块横板；所述纵板组包括数块在厚度方向堆叠的纵板，所述纵板组至少为一组，每组纵板组至少包括两块纵板；所述横板水平横向放置，所述纵板水平放置并垂直于横板，所述横板和纵板交替放置；所述横板的外侧端点连接受控结构，根据实际需要的阻尼力大小，调整所述横板和纵板的数量。

优选的，所述横板和纵板的材质为钢材。

所述横板、纵板、横板与纵板之间及上下的其它部件在交叠处中心均设有通孔，所述螺栓在厚度方向上穿过所述通孔，将横板、纵板、横板与纵板之间及上下的其它部件串联起来；螺母在螺栓的下端，固定螺栓穿过的所有部件。所述螺栓将所述阻尼器的各个部件串联在同一厚度位置，使各个部件上下表面相互接触。

优选的，所述螺栓为高强螺栓。

所述摩擦片设在所述横板和纵板之间的交接区域内，横板和纵板在外部荷载的驱动下发生转动位移时，在所述摩擦片上产生摩擦扭矩，摩擦扭矩提供阻尼器变形的阻尼力，所述阻尼器实现耗能，并且所述摩擦片避免横板和纵板产生接触并磨损，提供较大的摩擦系数。优选的，所述摩擦片为圆形。

所述面齿轮包括成对的上下齿轮互补的齿面，所述齿面具有凸起构造，所述凸起构造构成的平面具有坡度；在未承受外部荷载的初始状态时，所述面齿轮的上下齿面完全咬合，所述阻尼器启动后，所述横板组和纵板组带动面齿轮的上下齿面产生相对转动，上下齿面的凸起构造通过爬升彼此的坡面使面齿轮的总厚度逐渐增加。

所述凸起构造的坡度根据所述阻尼器启动摩擦力进行设计，所述坡度与所述阻尼器的变形为对应关系，实现不同变形下摩擦片与横板、纵板之间的压应力发生改变，从而改变摩擦力的目的。

优选的，考虑设计要求和加工可行性，所述坡度为5-20度，更优选的，所述坡度为9-16度。

优选的，每个螺栓对应至少一个所述面齿轮。

优选的，所述面齿轮设置在位于上方、中部或者下方的纵板和横板之间。

优选的，所述面齿轮通过螺丝与相邻的横板和纵板连接固定，更优选的，所述螺丝环绕面齿轮周圈均匀布置，使面齿轮与横板、纵板的动力传动更加均匀稳定。

优选的，所述面齿轮的材质为硬度和耐磨性能较好的合金钢，更优选的，所述面齿轮的材质为高强度合金渗碳钢。

所述辅助夹持装置包括碟形弹簧、垫板和防松垫圈；所述碟形弹簧设置在所述横板组和纵板组的上方和/或下方，碟形弹簧的中心与所述螺栓的中心重合；所述垫板设在碟形弹簧的上方和下方，将所述螺栓的压力均匀传递至横板与纵板交叠区域；所述防松垫圈设在螺栓头下方和螺母上方。

所述螺栓的压力经过所述防松垫圈和垫板传递至碟形弹簧的外径，再通过横板和纵板传递至摩擦片，将压应力分布主要集中于碟形弹簧的外径处，提供所需的摩擦扭矩。同时，所述碟形弹簧在螺栓压力下的变形远大于温度引起的各板材厚度方向的变形，温度变化下各板材厚度方向的变形量对碟形弹簧的变形量影响微小，以保证温度变化后所述阻尼器的阻尼力仍然保持不变。

所述防松垫圈防止横板和纵板产生相对转动引起螺栓松动，确保所述阻尼器在工作状态下保持各个部件的夹紧力。

本实用新型提供的所述阻尼器，通过设计所述面齿轮的总厚度随阻尼器变形的变化，使阻尼器的启动力降低，并且在后续位移变化过程中出力持续增大。所述阻尼器安置在建筑结构中，最初所述面齿轮处于完全咬合状态；当外界侧向荷载作用较小，外力小于所述阻尼器的启动力时，阻尼器相当于一个刚性连接，两端没有位移；当外力等于或大于所述阻尼器的启动力时，阻尼器开始发生变形，所述阻尼器在较小的外力下即可启动，实现耗能；随着结构侧向变形变大，所述上下面齿轮产生相对转角使面齿轮总厚度变大，螺栓的螺杆拉力增大，纵板、横板和摩擦片之间的压力将随之升高，进而提高摩擦片的摩擦扭矩，所述阻尼器的出力也相应升高，耗能能力变强。面齿轮的齿面坡度与阻尼器的变形有一定的对应关系，以实现不同变形下摩擦片与纵板横板之间的压应力发生改变，从而改变摩擦力的目的。

采用本实用新型提供的技术方案具有以下优点：

1、本实用新型提供的阻尼器的启动力较小，结构变形较小的情况下，如风荷载作用下即可启动并耗能，不再仅仅作为一个连接刚体。

2、本实用新型提供的阻尼器启动后，阻尼器开始变形，出力随着变形的加大而上升，耗能能力也随之提高。

3、本实用新型提供的阻尼器能够根据实际需要调整启动力和最大出力。

4、本实用新型提供的阻尼器在初始状态下处于低应力状态，不会因长期不启动工作而使摩擦面产生粘接。

附图说明

图1是本实用新型所述阻尼器的俯视结构图；

图2是本实用新型所述阻尼器的侧视结构图；

图3是所述面齿轮的俯视结构图；

图4是所述面齿轮的侧视结构图；

图5是所述面齿轮的剖面结构图；

图6是传统摩擦阻尼器和本实用新型所述阻尼器的滞回曲线实验数据图，其中，虚线为传统摩擦阻尼器，实线为本实用新型所述阻尼器；

附图中，1-横板组，101-第一横板，102-第二横板，2-纵板组，201-第一纵板，202-第二纵板，203-第三纵板，3-高强螺栓，301-螺母，4-摩擦片，5-面齿轮，501-凸起结构，502-螺丝，6-碟形弹簧，7-防松垫圈，8-第一垫板，801-第二垫板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种摩擦耗能阻尼器，包括移动平板装置、面齿轮5和辅助夹持装置；所述移动平板装置的横板组1和纵板组2相互接合；所述面齿轮5设置在所述横板组1和纵板组2的接合部位，所述面齿轮5的上下齿面接触并互补，所述辅助夹持装置位于所述面齿轮5、横板组1和纵板组2的外部。

所述移动平板装置包括横板组1、纵板组2、摩擦片4和高强螺栓3，所述面齿轮5，所述辅助夹持装置包括碟形弹簧6、垫板和防松垫圈7。

阻尼器的俯视结构如图1所示，两组横板组1水平横向放置，每组横板组1的起点和终端不对齐；两组纵板组2水平放置并垂直于横板组1，每组纵板组2的起点和终端对齐；横板组1和纵板组2在交叠处中心均设有通孔，高强螺栓3在厚度方向上穿过通孔，将横板组1、纵板组2和它们之间的部件串联起来；在高强螺栓3的螺栓头下方从上至下依次叠放第二垫板801、碟形弹簧6、第一垫板8和第一纵板201；横板组1的外侧端点连接受控结构，根据受控结构的实际需要的阻尼力大小，调整横板和纵板的数量。

阻尼器的侧视结构如图2所示，横板组1包括两块在厚度方向堆叠的横板，分别为第一横板101和第二横板102；纵板组2包括三块在厚度方向堆叠的纵板，分别为第一纵板201、第二纵板202和第三纵板203；横板和纵板在厚度方向上交叉堆叠，即从上至下依次放置第一纵板201、第一横板101、第二纵板202、第二横板102和第三纵板203；横板和纵板的材质为钢材。

高强螺栓3在厚度方向上穿过通孔，将横板、纵板、横板与纵板之间的其它部件串联起来，螺母301在高强螺栓3的下端，固定高强螺栓3穿过的所有部件。高强螺栓3和螺母301将所述阻尼器的各个部件连接在同一厚度位置，使各个部件上下表面相互接触。

摩擦片4设置横板和纵板之间的交接区域内，摩擦片4为圆形，即第一横板101与第二纵板202之间、第二纵板202与第二横板102之间、第二横板102与第三纵板203之间，均设置摩擦片4，横板和纵板在外部荷载的驱动下发生转动位移时，在摩擦片4上产生摩擦扭矩，摩擦扭矩提供阻尼器变形的阻尼力，所述阻尼器实现耗能。

每个高强螺栓3对应一个面齿轮5，面齿轮5设置在第一纵板201和第一横板101之间，面齿轮5包括成对的上下齿轮互补的齿面，齿面具有凸起构造501，在未承受外部荷载的初始状态时，上下齿面完全咬合，所述阻尼器启动后，横板组1和纵板组2带动面齿轮5的上下齿面产生相对转动，上下齿面的凸起构造501通过爬升彼此的坡面使面齿轮5的总厚度逐渐增加。面齿轮5的材质为硬度及耐磨性能较好的高强度合金渗碳钢。

碟形弹簧6设置在第一垫板8和第二垫板801之间，碟形弹簧6的中心与高强螺栓3的中心重合；高强螺栓3的压力经过防松垫圈7和垫板传递至碟形弹簧6的外径，再通过横板和纵板传递至摩擦片4，将压应力分布主要集中于碟形弹簧6的外径处，提供所需的摩擦扭矩。同时，碟形弹簧6在高强螺栓3压力下的变形远大于温度引起的各板材厚度方向的变形，温度变化下各板材厚度方向的变形量对碟形弹簧6的变形量影响微小，以保证温度变化后所述阻尼器的阻尼力仍然保持不变。

垫板设在碟形弹簧6的上方和下方，将高强螺栓3的压力均匀传递至横板与纵板交叠区域；垫板包括第一垫板8和第二垫板801，第一垫板8设置在碟形弹簧6与第一纵板201之间、碟形弹簧6与第三纵板203之间，第二垫板801设置在碟形弹簧6与螺母301之间、碟形弹簧6与高强螺栓3的螺栓头之间。

防松垫圈7设在螺母301与第二垫板801之间、高强螺栓3的螺栓头与第二垫板801之间。防松垫圈7防止横板和纵板产生相对转动引起高强螺栓3松动，确保所述阻尼器在工作状态下保持各个部件的夹紧力。

面齿轮5的俯视结构如图3所示，面齿轮5为圆形，面齿轮5的上齿面通过螺丝503与第一纵板201连接固定，面齿轮5的下齿面通过螺丝503与第一横板101连接固定，螺丝503环绕面齿轮5周圈均匀布置，使面齿轮5与第一横板101和第一纵板201的动力传动更加均匀稳定。

面齿轮5的侧视结构和在A-A和B-B处的剖面结构如图4、5所示，面齿轮5的上下齿面具有凸起结构501，凸起结构501构成的平面具有9度的坡度；凸起结构501沿着面齿轮5的圆周方向相邻布置。

本实施例阻尼器和不带有面齿轮5的平动构造摩擦阻尼器的滞回曲线，如图6所示，平动构造摩擦阻尼器的滞回曲线为长方形，由于平动构造摩擦阻尼器在荷载作用较小时不启动，不发生变形，不启动耗能；当平动构造摩擦阻尼器启动后，发生变形，启动耗能，且出力恒定不变。

本实施例的阻尼器的滞回曲线为领结形，通过面齿轮5的齿面凸起构造进行设计，使启动力大为降低，阻尼器启动后，面齿轮5的厚度逐渐增大，螺栓的螺杆拉力增大，纵板、横板和摩擦片4之间的压力将随之升高，进而提高摩擦片4的摩擦扭矩，阻尼器出力和耗能持续增大，因此滞回曲线从传统的“长方形”转变为“领结形”。

上面结合图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。