桥梁结构自适应摩擦耗能减振装置的制作方法

本发明涉及结构振动控制技术领域，具体地为一种桥梁结构自适应摩擦耗能减振装置。

背景技术：

桥梁结构振动是引起桥梁破坏的一个重要因素，由于桥梁结构的跨度大以及使用功能的要求，其常会受到地震引起的振动、荷载引起的振动、甚至是车-桥耦合作用引起的振动的影响。

然而，现有的应对措施多为：通过增强结构强度设计的方法来改善桥梁的振动响应，但此种成本高，经济性差；通过耗能减振来主动控制桥梁结构振动，具体地讲，其在阻尼器的作用下将输入桥梁的能量耗散，从而达到抑制桥梁结构振动的目的，常用的阻尼器包括粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器、摩擦阻尼器和金属屈服阻尼器(根据阻尼器的耗能机理所进行的分类)。

其中，摩擦阻尼装置是一种利用摩擦机制实现耗能的减振制动装置，其工作机理是：阻尼装置在外荷载的作用下发生滑移或变形，通过相互间的摩擦将振动产生的能量转化为热能并将之耗散。相对于其它类型的阻尼器，摩擦阻尼装置具有不漏油、耐久性好的优点，然而，现有的摩擦阻尼装置滑移或变形较小，当桥梁结构的振幅不大时，阻尼器对振幅的感应不敏感，耗能减振效果不佳，此外，如何在将摩擦阻尼装置应用于桥梁结构后，还可以有效调节摩擦力的大小以满足对桥梁振动耗能的要求，仍然是一个亟待解决的难点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种桥梁结构自适应摩擦耗能减振装置，以解决上述提及的当桥梁结构振动的位移不大时，无法调控桥梁的振动耗能进而减振效果不佳的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种桥梁结构自适应摩擦耗能减振装置,包括：

底座、位移转换齿条、位移放大组件和摩擦耗能组件；

所述位移转换齿条固定安装于桥梁，所述位移放大组件和所述摩擦耗能组件均固定安装于所述底座，所述位移转换齿条与所述位移放大组件传动连接，以将所述桥梁的水平振动转化为所述位移放大组件的旋转运动，所述位移放大组件与所述摩擦耗能组件传动连接，以将所述桥梁的水平振动的位移放大，并将所述位移放大组件的旋转运动传送至所述摩擦耗能组件，所述摩擦耗能组件通过摩擦耗能以实现所述旋转运动的制动。

优选地，所述位移放大组件包括第一齿轮、转轴和第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮分别固定安装于所述转轴的两端，所述第一齿轮与所述位移转换齿条啮合设置。

优选地，所述摩擦耗能组件包括第三齿轮、摩擦盘、螺杆、滑块、弹性件和摩擦衬片，所述第三齿轮和所述摩擦盘间隔设置且均固定安装于所述螺杆，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合设置；所述滑块开设有与所述螺杆相适配的内螺纹孔，所述滑块螺纹连接于所述螺杆且所述滑块置于所述第三齿轮和所述摩擦盘之间，所述弹性件套设安装于所述螺杆，所述摩擦衬片滑动安装于所述螺杆且所述摩擦衬片的一端贴设于所述摩擦盘，所述弹性件的一端抵接所述滑块、另一端抵接所述摩擦衬片。

优选地，所述摩擦耗能组件还包括相对设置的固定杆，所述固定杆的相向侧分别开设有滑槽，所述摩擦衬片抵接所述弹性件的一端设置安装有固定块，所述固定块的外侧壁突出形成有与所述滑槽相适配的第一凸块，所述第一凸块滑动安装于所述滑槽；所述滑块的外侧壁突出形成有与所述滑槽相适配的第二凸块，所述第二凸块滑动安装于所述滑槽，以在所述滑槽的限位下使所述摩擦衬片和所述滑块沿靠近或远离所述摩擦盘的方向平移。

优选地，所述弹性件为螺旋弹簧。

优选地，所述螺杆开设于所述第三齿轮两侧的外螺纹螺旋方向相反。

优选地，所述第一齿轮的直径小于所述第二齿轮的直径，所述第二齿轮的直径大于所述第三齿轮的直径。

优选地，所述位移放大组件和所述摩擦耗能组件分别通过第一支座和多个第二支座固定安装于所述底座，所述转轴转动安装于所述第一支座，所述螺杆转动安装于所述第二支座，所述固定杆固定安装于所述第二支座的侧面。

本发明提供的一种桥梁结构自适应摩擦耗能减振装置，具有以下有益效果：位移转换齿条和位移放大组件将桥梁的水平振动转化为位移放大组件的旋转运动，并在位移放大组件和摩擦耗能组件的作用下将桥梁的水平振动的位移间接放大的同时，将位移放大组件的旋转运动传送至摩擦耗能组件，位移放大组件的旋转运动亦或摩擦耗能组件的旋转运动均可在摩擦产生的热能耗散下得到有效的制动，桥梁的耗能减振良好；第一齿轮将位移转换齿条的水平运动转化为旋转运动，并在第二齿轮和第三齿轮的作用下，通过提高第三齿轮的转速，间接放大桥梁水平振动的位移，并在螺杆的旋转下推动滑块朝向摩擦盘的方向平移，进而压缩弹性件，在弹性件的弹力作用下，摩擦衬片更紧密地与摩擦盘接触，在摩擦衬片和摩擦盘的摩擦下(此过程，摩擦力的大小可得到有效的调整)，将桥梁振动的能量以热能的方式释放和耗散；第三齿轮两侧的螺杆的螺旋方向相反设置，保障了桥梁越远离平衡位置,弹性件的压缩量越大，进而摩擦衬片与摩擦盘间的摩擦力越大,摩擦所耗散的能量也越大,有效防止桥面梁相互碰撞和落梁。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明提供的一种桥梁结构自适应摩擦耗能减振装置一实施方式的结构示意图；

图2是位移放大组件一实施方式的结构示意图；

图3是摩擦耗能组件一实施方式的俯视图；

图4是摩擦耗能组件一实施方式的结构示意图；

图5是摩擦耗能组件中摩擦衬片、固定杆、弹性件、滑块和螺杆配合安装时一实施方式的爆炸示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1-2所示，图1是本发明提供的一种桥梁结构自适应摩擦耗能减振装置一实施方式的结构示意图；图2是位移放大组件一实施方式的结构示意图。该桥梁结构自适应摩擦耗能减振装置包括底座1、位移转换齿条2、位移放大组件3和摩擦耗能组件4，底座1可固定安装于桥墩，亦可固定安装于地面；位移转换齿条2固定安装于桥面梁的端部，即位移转换齿条2未设置有齿条的一端既可固定安装于桥梁的背面，亦可以固定安装于桥梁的两个侧面，位移转换齿条2跟随桥梁的水平振动而平移；位移放大组件3和摩擦耗能组件4均固定安装于底座1的上端，位移放大组件3的一端与位移转换齿条2传动连接，以将桥梁的水平振动转化为位移放大组件3的旋转运动；位移放大组件3的另一端与摩擦耗能组件4传动连接，以间接放大桥梁的水平振动的位移的同时，将位移放大组件3的旋转运动传送至摩擦耗能组件4，摩擦耗能组件4则通过摩擦耗能以实现摩擦耗能组件4的旋转运动的制动，与摩擦耗能组件4传动连接的位移放大组件3的旋转运动由此亦实现制动。

进一步地，位移放大组件3包括第一齿轮31、第二齿轮32和转轴33，第一齿轮31和第二齿轮32分别固定安装于转轴33的两端，第一齿轮31与位移转换齿条2啮合设置，以将位移转换齿条2的水平移动转化为第一齿轮31和第二齿轮32的旋转运动。

进一步地，摩擦耗能组件4包括第三齿轮41、摩擦衬片42、摩擦盘43和螺杆44，第三齿轮41和摩擦盘43间隔设置且均固定安装于螺杆44的外侧面，摩擦衬片42滑动安装于螺杆44且摩擦衬片42的一端贴设于摩擦盘43，第三齿轮41与第二齿轮32啮合设置，以将第二齿轮32的旋转运动传送至第三齿轮41，第三齿轮41由此跟随第二齿轮32作旋转运动，并间接放大桥梁的水平振动的位移：

具体地讲，第一齿轮31的直径较第二齿轮32要小，在旋转过程中，第一齿轮31和第二齿轮32的角速度相同，即ω31＝ω32，此处的ω31指代第一齿轮31的角速度，ω32指代第二齿轮32的角速度；第二齿轮32的直径较第三齿轮41要大，根据传动比的定义，传动比＝从动齿轮数/主动齿轮数＝主动轮转速/从动轮转速，亦即

i表示第二齿轮32与第三齿轮41之间的传动比；

z32表示第二齿轮32的齿轮数；

z41表示第三齿轮41的齿轮数；

n32表示第二齿轮32的转速；

n41表示第三齿轮41的转速；

故，第二齿轮32的齿轮数需大于第三齿轮41的齿轮数，在同一传动比下，第二齿轮32的转速小于第三齿轮41的转速，借由第三齿轮41的转速的提高，间接放大桥梁的水平振动的位移。

进一步地，位移放大组件3和摩擦耗能组件4分别通过第一支座51和多个第二支座52与底座1固定连接，且转轴33和螺杆44分别转动安装于第一支座51的顶端、第二支座52的顶端。

为了更好地对摩擦耗能组件4进行阐释说明，请继续参阅图3-5。摩擦耗能组件4还包括固定杆45、滑块46和弹性件47，固定杆45相对设置且均固定安装于第二支座52的两侧边，螺杆44转动安装于固定杆45之间的间隙，滑块46开设有与螺杆44相适配的内螺纹孔，滑块46螺纹连接于螺杆44，且滑块46位于第三齿轮41和摩擦盘43之间，弹性件47套设安装于螺杆44，且弹性件47的一端抵接摩擦衬片42、另一端抵接滑块46，以在滑块46的推移下将弹性件47朝着摩擦衬片42的方向靠近或远离，进而使得摩擦衬片42更加紧密地接触摩擦盘43，借助摩擦盘43与摩擦衬片42间的摩擦力将桥梁结构振动产生的能量耗散；为了限制摩擦衬片42和滑块46的移动方向，固定杆45的相对侧壁均开设有滑槽451，摩擦垫片42抵接于弹性件47的一端设置安装有环状的固定块421，固定块421的外侧壁延伸突出形成有与滑槽451相适配的第一凸块422，滑块46的外侧壁亦延伸突出形成有与滑槽451相适配的第二凸块461，使得在螺杆44的旋转带动下，摩擦衬片42和滑块46只能沿着螺杆44的长度方向平移而无法旋转，有效避免了贴设于摩擦盘43的摩擦衬片42跟随摩擦盘43旋转的问题。需要说明的是，第三齿轮41两侧的螺杆44的螺旋方向相反，以在第三齿轮41带动螺杆44作旋转运动后，多个滑块46和多个摩擦衬片42均可同时靠近或远离各自对应的摩擦盘43，以同时调整多个摩擦盘43与多个相应摩擦衬片42间的摩擦力大小。

优选地，弹性件46为螺旋弹簧。

摩擦耗能组件4作用时，桥梁的水平振动经转化和放大后传送至摩擦耗能组件4，第三齿轮4的转速跟随桥梁的水平振动的变化而变化，即桥梁的水平振动的位移越大，第三齿轮4的转速越快，滑块46沿螺杆44的长度方向平移的距离越大，弹性件46的压缩量越大，进而对摩擦衬片42的推力越大，由此，摩擦衬片42与摩擦盘43间的正压力越大，根据摩擦力公式：f＝μ×fn，当fn越大时，摩擦力f越大，制动效果越好，耗散的热能越多。

具体实施时，固定安装于桥面梁端部的位移转换齿条2跟随桥梁的水平振动而平移，位移转换齿条2与位移放大组件3中的第一齿轮31啮合，由此将桥梁的水平振动转化为第一齿轮31的旋转运动，并经第二齿轮32和第三齿轮41的间接放大作用后，第三齿轮41的旋转运动带动摩擦耗能组件4中的螺杆44作旋转运动，进而推动滑块46压缩弹性件47，被持续压缩的弹性件47推移摩擦衬片42朝着摩擦盘43的方向移动，进而改变摩擦衬片42与摩擦盘43间的正压力大小，摩擦衬片42与摩擦盘43间的摩擦制动，将桥梁的水平振动的能量转变为热能耗散。

本发明提供的一种桥梁结构自适应摩擦耗能减振装置，包括底座、位移转换齿条、位移放大组件和摩擦耗能组件，位移转换齿条和位移放大组件分别通过第一支座、第二支座固定安装于底座，位移转换齿条固定安装于桥面梁端部，位移转换齿条和第一齿轮传动连接，以将桥梁的水平振动转化为第一齿轮的旋转运动，在第二齿轮和第三齿轮的间接放大作用下，桥梁的水平振动的能量在螺杆的旋转、滑块的推移、弹性件的压缩以及摩擦衬片和摩擦盘间的摩擦下被有效耗散，摩擦衬片与摩擦盘间的正压力大小可随第三齿轮的转速得到调整；第三齿轮两侧的螺杆的螺旋方向相反设置，保障桥梁越远离平衡位置,弹性件的压缩量越大，进而摩擦衬片与摩擦盘间的摩擦力越大，摩擦所耗散的能量越大,防止桥面梁相互碰撞和落梁。

以上所述，仅为发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。