采用滚筒设计的颗粒阻尼惯容系统的制作方法

本技术：
涉及隔振领域。

背景技术：

惯容阻尼器作为新型高效的结构被动振动控制手段，是一种利用阻尼制成的耗能减振装置，具有非接触、无机械性摩擦和损耗、无须润滑、使用寿命长、和易安装等优点。

齿轮齿条式惯容器是现今使用较为广泛的一种惯容器形式，此类惯容器如同机械系统中的弹簧和阻尼器一样,这种装置不需要以惯性坐标系为参考系,是一种真正的两端点元件。在新的机电模拟理论中,通过采用该装置代替传统的质量元件,使得机械与电路系统中相模拟的元件严格对等,从而解决了机电模拟理论运用上的难题。在此装置中齿条可进行平动,齿条与齿轮相啮合。其工作原理为齿条和齿轮可视为惯容器的两个端点,当一对外力相对作用于两个端点时,齿条带动相啮合的齿轮和飞轮旋转。该装置可广泛用于隔振技术领域,如车辆悬架、火车悬架、建筑物防震和吸收动力机械振动等方向。

在多种阻尼形式中，通过颗粒-结构颗粒-颗粒之间的非弹性碰撞与摩擦来实现动量交换及结构能量耗散的颗粒阻尼器,具有对原系统改动小、可靠度高、耐久性好、对温度变化不敏感、易于用在恶劣环境等优点,受到了广大土木工程研究人员的重视。与此同时,调谐液体阻尼器也是目前硏究较为成熟的被动控制装置,利用液体在晃荡时产生的压力来提供减振力。

技术实现要素：

本申请目的在于克服现有技术之不足，公开一种采用滚筒设计的颗粒阻尼惯容系统。对现有的齿轮齿条型惯容器进行改进，在齿轮主体中放置装有阻尼液体和颗粒单元的容器来提供阻尼，同时保留原有惯容系统的位移放大效应和调谐作用。本申请将两者优点相结合，设计一种利用颗粒阻尼的齿轮齿条惯容器，以达到最佳的振动控制效果。

为实现上述目标，本申请提供了如下技术方案:

一种采用滚筒设计的颗粒阻尼惯容系统，其特征在于，包括框架1、底板8、齿轮2、容器3、限位轴7、弹簧9；

所述框架1包括齿条11、横梁12，两个齿条11并行设置并在宽度方向由横梁12连接；

所述底板8包括滑轨82、支架83；底板8底部设置螺栓孔81用于与地面固定；底板8两侧设置有限位滑轨82，齿条11安装于其中，限制齿条11沿滑轨82方向滑动；支架83高出于滑轨82用于预留安装位；

所述齿轮2主体与圆柱形容器3刚接，并与齿条11啮合；齿轮2、容器3共轴于限位轴7，并通过限位轴7安装于底板8两侧的支架83上；齿轮2与圆柱体容器3轴心重合，限位轴7与圆柱体容器3和齿轮2三者同轴心，限制齿轮容器系统的平动；

所述弹簧9连接于框架1的横梁12上，弹簧9的延伸端外接在外墙上，当振动发生时，地面与墙面发生相对位移，从而使得齿条11带动齿轮2旋转，框架1通过横梁12连接弹簧9，起到调谐与耗能的作用。

本申请关键技术点如下：

(1)齿轮齿条惯容器的运动转换形式将平动转化为转动，并通过容器形式的飞轮进行放大，起到了很好的位移放大效果。

(2)颗粒阻尼器的形式，通过颗粒随容器旋转时，与阻尼液体之间的摩擦以及与缓冲材料的碰撞进行耗能，耗能机理明确，效果好。

(3)本装置制作简单，便于安装，所涉及的各类组件，包括齿轮，容器，缓冲材料，阻尼液体，颗粒单元等，均可根据实际工程要求进行替换，具有很好的灵活性和可维修性。

(4)本装置采用了滚筒的形式，将原有的线性调频变为非线性，从窄带调频转变为宽带调频，调频性能更为灵活。

附图说明

图1为轴测分解图之一

图2为局部剖切的装置侧视图

图3容器剖面示意图

框架1，齿条11，横梁12，底板8，螺栓孔81，滑轨82，支架83，齿轮2，容器3，限位轴7，弹簧9；

阻尼液体4、颗粒单元5、缓冲材料6。

具体实施方式

一种采用滚筒设计的颗粒阻尼惯容系统，其特征在于，包括框架1，底板8，齿轮2，容器3，限位轴7，弹簧9，

所述框架1包括齿条11、横梁12，两个齿条11并行设置并在宽度方向由横梁12连接；

所述底板8包括滑轨82、支架83；底板8底部设置螺栓孔81用于与地面固定；底板8两侧设置有限位滑轨82，齿条11安装于其中，限制齿条11沿滑轨82方向滑动；支架83高出于滑轨82用于预留安装位；

所述齿轮2主体与圆柱形容器3刚接，并与齿条11啮合；齿轮2、容器3共轴于限位轴7，并通过限位轴7安装于底板8两侧的支架83上；齿轮2与圆柱体容器3轴心重合，限位轴7与圆柱体容器3和齿轮2三者同轴心，限制齿轮容器系统的平动；

所述弹簧9连接于框架1的横梁12上，弹簧9的延伸端外接在外墙上，当振动发生时，地面与墙面发生相对位移，从而使得齿条11带动齿轮2旋转，框架1通过横梁12连接弹簧9，起到调谐与耗能的作用。

所述底板10与地面刚接，材料一般为钢。

进一步的，所述齿轮2中间可安装磁性套筒以保证齿轮2与齿条1紧密啮合。

缓冲材料6，阻尼液体4，颗粒单元5：

进一步的，所述容器3一般为圆柱形，容器3内侧沿径向分布多根肋条，材料可以为金属、塑料等，容器内部贴有缓冲材料6，缓冲材料6的材质举例而非限定，可以为橡胶、泡沫塑料、海绵等。

进一步的，所述容器中充有一定量的阻尼液体4，阻尼液体4可以为水和油中的任意一种。

进一步的，颗粒单元5均匀地分布于阻尼液体4中，其材料一般为恢复系数较好的材料，如钢等。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

(1)与传统的齿轮齿条惯容器相比较，本装置将飞轮替换成颗粒阻尼器的形式，在原有的调谐功能基础上增加了耗能机制，实现了调谐与耗能的一体化。

(2)齿轮齿条惯容器的位移放大效应，使得颗粒与液体的摩擦，以及颗粒与缓冲材料的碰撞更为剧烈，在较小的激励下便可产生较大的耗能效果，提高了颗粒阻尼单元的耗能能力。同时，由于往复行程的增大，颗粒能更早的以颗粒流的形式运动，一定程度上减小了其非线性的特性。

(3)在容器旋转的过程中，阻尼颗粒、阻尼液体和容器本身被带动旋转，类似惯容器中的飞轮起到了质量放大的作用。

(4)本装置便于制作与安装，组件可替换与调整，具有很好的替换性与维护性。

技术特征：

1.一种采用滚筒设计的颗粒阻尼惯容系统，其特征在于，包括框架(1)、底板(8)、齿轮(2)、圆柱形容器(3)、限位轴(7)、弹簧(9)；

所述框架(1)包括齿条(11)、横梁(12)，两个齿条(11)并行设置并在宽度方向由横梁(12)连接；

所述底板(8)包括滑轨(82)、支架(83)；底板(8)底部设置螺栓孔(81)用于与地面固定；底板(8)两侧设置有限位滑轨(82)，齿条(11)安装于其中，限制齿条(11)沿滑轨(82)方向滑动；支架(83)高出于滑轨(82)用于预留安装位；

所述齿轮(2)主体与圆柱形容器(3)刚接，并与齿条(11)啮合；齿轮(2)、圆柱形容器(3)共轴于限位轴(7)，并通过限位轴(7)安装于底板(8)两侧的支架(83)上；齿轮(2)与圆柱体容器(3)轴心重合，限位轴(7)与圆柱体容器(3)和齿轮(2)三者同轴心，限制齿轮容器系统的平动；

所述弹簧(9)连接于框架(1)的横梁(12)上，弹簧(9)的延伸端外接在外墙上，当振动发生时，地面与墙面发生相对位移，从而使得齿条(11)带动齿轮(2)旋转，框架(1)通过横梁(12)连接弹簧(9)，起到调谐与耗能的作用。

技术总结
一种采用滚筒设计的颗粒阻尼惯容系统，其特征在于，包括框架、底板、齿轮、容器、限位轴、弹簧；所述框架包括齿条、横梁，两个齿条并行设置并在宽度方向由横梁连接；所述底板包括滑轨、支架；底板底部设置螺栓孔用于与地面固定；底板两侧设置有限位滑轨，齿条安装于其中，限制齿条沿滑轨方向滑动；支架高出于滑轨用于预留安装位；所述齿轮主体与圆柱形容器刚接，并与齿条啮合；齿轮、容器共轴于限位轴，并通过限位轴安装于底板两侧的支架上；齿轮与圆柱体容器轴心重合，限位轴与圆柱体容器和齿轮三者同轴心，限制齿轮容器系统的平动，等等。本申请将两者优点相结合以达到最佳的振动控制效果。

技术研发人员：谢丽宇;濮昱;薛松涛
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2020.02.04
技术公布日：2020.11.17