一种半主动滚珠压电摩擦自复位阻尼器

1.本实用新型涉及阻尼器技术领域，具体涉及一种压电摩擦阻尼器技术领域。


背景技术：

2.目前传统技术经常采用阻尼器装置来预防或减轻地震或风振对结构工程造成的破坏，如常见的压电摩擦阻尼器，压电摩擦阻尼器通常采用摩擦耗能对工程结构整体起到减振控制的作用；其中，传统的压电摩擦阻尼器一般采用压电陶瓷作为压电驱动器材料；然而，传统技术存在的问题为，压电陶瓷驱动器易受剪切破坏，从而影响阻尼器的工作能力。


技术实现要素：

3.为了解决以上问题，本实用新型提供一种基于弛豫铁电体的半主动滚珠压电摩擦自复位阻尼器，采用在压电驱动器与摩擦板之间密铺光滑滚珠的方案，将压电驱动器底部的受摩擦方式由滑动摩擦改变为滚动摩擦，从而极大地减小了压电驱动器底部所受的摩擦力，降低压电驱动器因受底部剪力而发生破坏的可能性。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
5.本技术实施例提供了一种半主动滚珠压电摩擦自复位阻尼器，包括摩擦板、上钢板、下钢板、互相接触的高强螺栓和压电驱动器，其中，所述压电驱动器和所述摩擦板之间设置有滚珠；所述上钢板设置在所述摩擦板上且环绕所述压电驱动器；所述摩擦板设置在所述下钢板上；所述压电摩擦阻尼器还包括作动杆和固定杆，所述摩擦板在水平方向上一端与所述作动杆连接，另一端与所述固定杆连接。
6.进一步地，所述压电驱动器为弛豫铁电体压电驱动器，弛豫铁电体具有介电常数高、电致伸缩效应大的特点，以确保压电驱动器可以给摩擦板提供充分的正压力。
7.进一步地，所述摩擦板上开设有槽孔，所述压电摩擦阻尼器还包括固定螺栓，所述上钢板和所述下钢板上设置有螺栓孔，所述固定螺栓通过所述螺栓孔与所述槽孔依次穿过所述上钢板、所述槽孔和所述下钢板，所述槽孔的长度大于所述螺栓孔的直径；所述固定螺栓的数量为大于或等于4个，所述摩擦板上开设的槽孔沿着水平方向上的长度大于上述螺栓孔的直径，确保摩擦板在随作动杆运动时，给固定螺栓留有足够的空间。
8.进一步地，所述压电摩擦阻尼器还包括一阻尼器箱体，所述阻尼器箱体壁面开孔，所述作动杆与所述固定杆穿过所述开孔与摩擦板连接，所述阻尼器箱体主要采用钢板组装，为弹簧提供支撑、为螺栓与杆件定位，并起到保护内部结构的作用。
9.进一步地，所述高强螺栓通过高强螺母固定。
10.进一步地，所述滚珠为圆球，椭球，或者圆柱体中的任一种或多种的组合。
11.进一步地，所述上钢板的下表面和下钢板的上表面以及摩擦板的上下表面涂有wc-co涂层。
12.进一步地，所述压电摩擦阻尼器还包括两组弹簧，其中一组弹簧套设在所述作动杆上并与所述阻尼器箱体左壁相连，另一组弹簧设置在所述固定杆与所述摩擦板之间，弹
簧具有自复位功能，在摩擦板随作动杆运动的情况下，复位弹簧变形，积累弹性势能，提供弹力，协助摩擦板进行振动控制；在外力撤销后，复位弹簧需要释放积累的弹性势能，对其在受力期间发生的变形进行恢复，可以对摩擦板和作动杆提供复位能力。
13.进一步地，所述弛豫铁电体为圆柱体或长方体。
14.进一步地，所述阻尼器箱体由钢板通过焊接组成。
15.进一步地，所述弛豫铁电体用套筒进行包裹，套筒对压电材料起到保护作用。
16.本实用新型提供的一种基于弛豫铁电体的半主动滚珠压电摩擦自复位阻尼器具有以下有益效果：
17.本实用新型实施例提供的基于弛豫铁电体的半主动滚珠压电摩擦自复位阻尼器，在驰豫铁电体驱动器与摩擦板之间采用密铺光滑滚珠的方案，将驰豫铁电体底部的受摩擦方式由滑动摩擦改变为滚动摩擦，极大地减小了驰豫铁电体底部所受的摩擦力,降低压电驱动器因受底部剪力而发生破坏的可能性。
附图说明
18.图1是本技术实施例提供的一种半主动滚珠压电摩擦自复位阻尼器的结构示意图；
19.图2是本技术实施例提供的摩擦板及槽孔的结构示意图；
20.图3是本技术实施例提供的位于摩擦板槽孔位置处的截面图。
具体实施方式
21.下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
22.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
23.除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
24.在描述一些实施例时，可能使用了“连接”及其衍伸的表达。例如，描述一些实施例时可能使用了术语“连接”以表明两个或两个以上部件彼此间有直接物理接触或电接触。然而，术语“连接”也可能指两个或两个以上部件彼此间并无直接接触，但仍彼此协作或相互作用。这里所公开的实施例并不必然限制于本文内容。
25.在本公开的内容中，“在
……
上”、“上方”、和“之上”的含义应当以最宽泛的方式解释，使得“在...上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还包括其间具有中间特征或层的“在某物上”的含义，并且“上方”或“之上”不仅意味着在某物“上方”或“之上”，还包括其间没有中间特征或层的在某物“上方”或“之上”的含义(即，直接在某物上)。
26.本文参照作为理想化示例性附图的剖视图和/或平面图描述了示例性实施方式。在附图中，为了清楚，放大了层和区域的厚度。因此，可设想到由于例如制造技术和/或公差引起的相对于附图的形状的变动。因此，示例性实施方式不应解释为局限于本文示出的区域的形状，而是包括因例如制造而引起的形状偏差。因此，附图中所示的区域本质上是示意性的，且它们的形状并非旨在示出设备的区域的实际形状，并且并非旨在限制示例性实施方式的范围。
27.针对以上提到的压电驱动器易受剪切破坏的问题，原因为传统的压电摩擦阻尼器一般采用压电陶瓷作为压电驱动器材料，且压电陶瓷驱动器底部直接与阻尼器中的钢板接触，在工程结构受地震作用或风振作用时，通过调整压电陶瓷驱动器的电压改变压电陶瓷驱动器给钢板施加的正压力，进而调节阻尼器提供的摩擦力，实现摩擦耗能，对工程结构整体起到减振控制的作用。采用此种压电陶瓷驱动器底部与阻尼器中的钢板面面接触的方式，虽保证了压电陶瓷驱动器底部不与运动的摩擦板直接接触，但存在的问题在于一旦压电陶瓷驱动器底部直接接触的部件发生错动，就会对压电陶瓷驱动器底部产生剪力，而压电陶瓷本身极易受剪切破坏。
28.本技术实施例针对以上问题提供的一种基于弛豫铁电体的半主动滚珠压电摩擦自复位阻尼器，在驰豫铁电体驱动器与摩擦板之间采用密铺光滑滚珠的方案，将驰豫铁电体底部的受摩擦方式由滑动摩擦改变为滚动摩擦，极大地减小了驰豫铁电体底部所受的摩擦力，降低压电驱动器因受底部剪力而发生破坏的可能性。下面将结合附图具体说明。
29.请参阅图1，图1是本技术实施例提供的一种半主动滚珠压电摩擦自复位阻尼器的结构示意图，如图1所示，压电摩擦阻尼器包括作动杆3、固定杆4、高强螺栓5、压电驱动器6、上钢板7、滚珠8、摩擦板9、下钢板14、在本技术的可实现的实施例中，压电摩擦阻尼器还可以包括固定螺栓1、弹簧2、阻尼器箱体10、套筒11、固定螺母12、高强螺母13。
30.阻尼器箱体10的左右两个壁面开孔以便作动杆和固定杆伸入。阻尼器箱体10左端与作动杆3相连，作动杆3穿过阻尼器箱体10左端开孔伸入阻尼器箱体10内，作动杆3右端挡板与阻尼器箱体10左壁间固定有一组弹簧2，一组弹簧2中弹簧的数量至少为1根，本技术对此不做限定，弹簧2具有自复位功能，作动杆3右端挡板与摩擦板9连接。
31.阻尼器箱体右端与固定杆4相连，固定杆4穿过阻尼器箱体10右端开孔伸入阻尼器箱体10内，固定杆4左端挡板固定在阻尼器箱体右壁上，在本实施例中，阻尼器箱体10右壁与固定杆4左端挡板通过焊接连接，但不限于此，本技术实施例对连接方式不作限制。固定杆4左端挡板与摩擦板之间固定有一组弹簧2，一组弹簧2中弹簧的数量至少为1根，本技术对此不做限定，弹簧2具有自复位功能；
32.在外力作用于作动杆3时，作动杆3带动摩擦板9运动，实现摩擦板9与上钢板7和下钢板14的摩擦耗能，弹簧2与摩擦板9产生的摩擦力共同进行结构减振控制，外力撤除时，弹簧2起复位作用；
33.阻尼器箱体主要采用钢板组装，为弹簧提供支撑、为螺栓与杆件定位，并起到保护内部结构的作用；
34.摩擦板9左端通过焊接与作动杆3连接，右端通过焊接与弹簧2连接，并通过弹簧2与固定杆4挡板连接，上钢板7与下钢板14将摩擦板9夹在中间,并分别与摩擦板9相贴合，同时保证摩擦板与上下钢板之间可以相对滑动。
35.本实施例中压电摩擦驱动器的压电材料采用驰豫铁电体，弛豫铁电体具有介电常数高、电致伸缩效应大的特点，确保压电驱动器可以给摩擦板提供充分的正压力，如图1所示，驰豫铁电体压电驱动器外围包裹一套筒11，阻尼器箱体10上壁开设高强螺栓孔，驰豫铁电体驱动器及其套筒通过高强螺栓5和高强螺母13与阻尼器箱体10固定相连，高强螺母13施加有预紧力，确保驰豫铁电体压电驱动器提供的正压力传递到摩擦板上，弛豫铁电体为圆柱体或长方体。
36.上钢板7中心开设有驰豫铁电体驱动器及其套筒大小的孔洞，驰豫铁电体驱动器及其套筒放置并定位于孔洞中，驰豫铁电体压电驱动器底部和摩擦板之间密铺滚珠8，即驰豫铁电体压电驱动器底部通过滚珠8向摩擦板9施加正压力，滚珠8为光滑的圆球，椭球，或者圆柱体中的任一种或多种的组合，本技术实施例不做限制。滚珠的加入极大地减小了驰豫铁电体底部所受的摩擦力，另外，驰豫铁电体驱动器选用的驰豫铁电体材料在纵截面形状上有高宽比较小的特点，即减小驰豫铁电体材料的高度，增大其直径，进一步降低其受剪切破坏的可能性。
37.上钢板7与下钢板14将摩擦板9夹在中间,上钢板7、下钢板14、阻尼器箱体10的底板上分别设置螺栓孔，如图2所示，摩擦板9上设置有槽孔91，固定螺栓1通过螺栓孔和槽孔从下方依次穿过阻尼器箱体10的底板、下钢板14、摩擦板9、上钢板7并使用固定螺母12固定，如图3位于摩擦板槽孔位置处的截面图所示，其中图3所示的标号为1-14的部件的描述参见图1，摩擦板9上开设的槽孔沿着水平方向上的长度大于上述螺栓孔的直径，确保摩擦板9在随作动杆3运动时，给定位上钢板7和下钢板14的固定螺栓1留有足够的空间。在本实施例中，上下钢板与摩擦板9共通过4个固定螺栓与阻尼器箱体组装在一起，实际使用中固定螺栓可以为多个，例如大于4个，本技术实施例不做限制。上钢板7的下表面和下钢板14的上表面以及摩擦板9的上下表面涂有硬质合金wc-co涂层。
38.当传递到作动杆3上的外力较小时，通过上述的高强螺栓5及高强螺母13的紧固力为摩擦板9和上下钢板提供正压力，摩擦板9随作动杆3运动产生的摩擦力进行被动耗能；当传递到作动杆3上的外力较大时，通过调节外部电压驱动器的电压进而调整驰豫铁电体对摩擦板9的正压力，增加摩擦板9与上下钢板间的摩擦力，达到半主动控制；
39.通过上述图1-图3所示出的实施例中的半主动滚珠压电摩擦自复位阻尼器，采用在压电驱动器与摩擦板之间密铺光滑滚珠的方案，将压电驱动器底部的受摩擦方式由滑动摩擦改变为滚动摩擦，从而极大地减小了压电驱动器底部所受的摩擦力，避免压电驱动器受剪破坏；同时，弛豫铁电体具有介电常数高、电致伸缩效应大的特点，以确保压电驱动器可以给摩擦板提供充分的正压力。
40.以上所述的实施例仅仅是对本技术的优选实施方式进行描述，并非对本技术的范围进行限定，在不脱离本技术的设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本技术的技术方案做出的各种变形及改进，均应落入本技术的权利要求书确定的保护范围内。