具有復(fù)阻尼特征的雙壓簧圓筒向心式變摩擦阻尼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有復(fù)阻尼特征的雙壓簧圓筒向心式變摩擦阻尼器，可應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)減振控制，屬于振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工程結(jié)構(gòu)減振和隔振領(lǐng)域采用的減振阻尼器目前大體上可分為速度相關(guān)型和位移相關(guān)型兩大類，位移相關(guān)型阻尼器主要包括利用金屬材料塑性變形耗能的各種金屬阻尼器和利用摩擦機(jī)制耗能的各類摩擦阻尼器;速度相關(guān)型阻尼器目前主要包括利用粘滯流體通過阻尼孔產(chǎn)生阻尼力耗散能量的粘滯阻尼器和利用粘彈性材料塑性能力耗能的粘彈性阻尼器。大多數(shù)位移相關(guān)型阻尼器具有明確的開始耗能的阻尼力閾值，當(dāng)阻尼器受力小于該閾值時(shí)，阻尼器提供彈性剛度，不產(chǎn)生能量消耗，當(dāng)其受力超過該閾值后，阻尼器進(jìn)入屈服狀態(tài)或摩擦滑動(dòng)狀態(tài)，開始耗散能量，但其阻尼力隨變形的增長通常很小或者不再增長。從這個(gè)角度看，位移相關(guān)型通常需要設(shè)定其發(fā)揮耗能作用的變形條件，變形小于設(shè)定值時(shí)，阻尼器不起耗能作用，而當(dāng)變形遠(yuǎn)大于設(shè)定值，由于對(duì)阻尼力的增長較小，其附加的等效阻尼比將隨變形的增加而減小，僅在設(shè)定變形幅值附近可提供預(yù)期的附加阻尼比。粘滯阻尼器則可隨速度變化提供不同的阻尼力和能量消耗，速度越高、阻尼力越大、消耗能量越多，不存在位移相關(guān)型閾值問題，因而在工程結(jié)構(gòu)的減振控制中粘滯阻尼器的使用要多于位移相關(guān)型。不過粘滯阻尼器的加工精度和密封要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于位移相關(guān)型，這導(dǎo)致其造價(jià)也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的位移相關(guān)型，綜合其性價(jià)比不如后者。但在一些特殊情況下，粘滯阻尼器具有一些位移相關(guān)型不具備的優(yōu)勢(shì)，通常情況下不能用位移型阻尼器替代。例如對(duì)于TMD減振結(jié)構(gòu)體系，未獲得最優(yōu)的減震效果，TMD子結(jié)構(gòu)的阻尼比存在最優(yōu)值，且其振幅通常不確定，采用位移相關(guān)型明顯是不行的:如果選擇過高的起阻尼力閾值，會(huì)導(dǎo)致TMD不能適時(shí)啟動(dòng)而失去調(diào)頻減振作用;選擇過小的起滑力閾值，又會(huì)出現(xiàn)耗能能力不足缺陷，導(dǎo)致TMD在大振幅作用下控制效果不佳。因而目前的TMD減振工程應(yīng)用中，絕大多數(shù)情況下都是采用粘滯阻尼器提供阻尼力。另外，常規(guī)摩擦阻尼器需要預(yù)加摩擦正應(yīng)力，摩擦界面在長期處于高應(yīng)力狀態(tài)下的摩擦性能會(huì)發(fā)生變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有阻尼器的上述缺陷，提出一種具有復(fù)阻尼特征的雙壓簧圓筒向心式變摩擦阻尼器，解決了阻尼器復(fù)阻尼特征以及摩擦界面性能穩(wěn)定性的問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案:
一種具有復(fù)阻尼特征的雙壓簧圓筒向心式變摩擦阻尼器，所述阻尼器包括摩擦套筒、兩個(gè)套筒外擋塊、中間滑動(dòng)軸、滑動(dòng)軸定位擋塊、兩個(gè)摩擦組件以及兩個(gè)壓縮彈簧;其中摩擦套筒、兩個(gè)套筒外擋塊圍成一圓形筒式腔體，楔形滑動(dòng)摩擦塊包括一個(gè)四分之一圓形摩擦面和兩個(gè)四分之一圓形斜面，擠壓楔形塊包括一個(gè)圓形斜面，四個(gè)楔形滑動(dòng)摩擦塊圍成一圓筒和兩個(gè)斜面相對(duì)的擠壓楔形塊組成一個(gè)摩擦組件;其中摩擦組件中楔形滑動(dòng)摩擦塊的摩擦面與摩擦套筒的摩擦面之間相互接觸，摩擦組件中楔形滑動(dòng)摩擦塊的兩個(gè)斜面分別與兩個(gè)擠壓楔形塊的斜面接觸;滑動(dòng)軸定位擋塊、壓縮彈簧、擠壓楔形塊以及右側(cè)套筒外擋塊中部皆開有圓形洞口，中間滑動(dòng)軸穿過洞口且位于筒式腔體的中部;腔體被中間滑動(dòng)軸中部的圓形擋板分割成左、右兩部分，其中各有一個(gè)壓縮彈簧和摩擦組件分別位于擋板左、右兩端，左端的壓縮彈簧位于左側(cè)定位擋塊和圓形擋板以左摩擦組件之間，右邊的壓縮彈簧位于圓形擋板以右摩擦組件和右側(cè)定位擋塊之間;兩塊套筒外擋塊分別用螺栓連接在摩擦套筒的兩邊，用于固定其位置;左端定位擋塊與左端套筒外擋塊夾住摩擦套筒左端，右端定位擋塊固定在右端套筒外擋塊上;左端定位擋塊與左端套筒外擋塊之間留有一定空間距離，以便于中間滑動(dòng)軸相對(duì)于摩擦套筒往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)有足夠的移動(dòng)范圍。
[0005]進(jìn)一步地，阻尼器左端套筒外擋塊和中間滑動(dòng)軸右端板分別連接在結(jié)構(gòu)上。
[0006]進(jìn)一步地，初始狀態(tài)時(shí)，所述楔形滑動(dòng)摩擦塊與摩擦套筒之間無預(yù)壓力，即接觸應(yīng)力為零。故阻尼器在加載時(shí)不需要起滑力，這有利于保證摩擦界面的性能穩(wěn)定。
[0007]進(jìn)一步地，位于腔體兩端的壓縮彈簧和摩擦組件至少為一對(duì)。可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)出力噸位較大且不同的阻尼力。
[0008]進(jìn)一步地，所述壓縮彈簧的壓縮反力大于楔形滑動(dòng)摩擦塊與摩擦套筒摩擦面之間的摩擦力。
[0009]進(jìn)一步地，所述壓縮彈簧為采用高性能鉻合金彈簧鋼制作的模具彈簧。
[0010]進(jìn)一步地，所述腔體各構(gòu)件通過高強(qiáng)限位螺栓連接固定起來，保證其工作時(shí)不發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述中間滑動(dòng)軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其本身長度要滿足一定要求，以使其往復(fù)移動(dòng)時(shí)不會(huì)與組成該阻尼器的其他構(gòu)件發(fā)生相互碰撞。
[0012]進(jìn)一步地，相同構(gòu)件的尺寸應(yīng)相同，要求加工精密，相互之間接觸要良好，這樣可保證阻尼器性能穩(wěn)定。
[0013]初始狀態(tài)時(shí)，中間滑動(dòng)軸位于筒式腔體中部且滿足向左移動(dòng)到達(dá)位移幅值時(shí)不會(huì)撞到左端套筒外擋塊上，兩個(gè)壓縮彈簧與兩個(gè)摩擦組件均處于不受力狀態(tài)。當(dāng)中間滑動(dòng)軸從初始位置向右移動(dòng)進(jìn)行加載時(shí)，中間滑動(dòng)軸會(huì)帶動(dòng)其圓形擋板以右擠壓楔形塊擠壓與之相接觸的四個(gè)楔形滑動(dòng)摩擦塊的斜面，而該楔形滑動(dòng)摩擦塊的另外一端的斜面與該摩擦組件中另外一個(gè)與壓縮彈簧相連的擠壓楔形塊接觸，因此，中間滑動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致壓縮彈簧的壓縮變形，壓縮彈簧變形后產(chǎn)生的壓力會(huì)通過該摩擦組件中兩個(gè)相對(duì)的擠壓楔形塊對(duì)四個(gè)楔形滑動(dòng)摩擦塊的擠壓作用傳遞到楔形滑動(dòng)摩擦塊與摩擦套筒之間的接觸面上，壓縮彈簧變形量越大，楔形滑動(dòng)摩擦塊與摩擦套筒之間的摩擦力就越大，阻尼器的阻尼力等于彈簧壓縮反力與楔形滑動(dòng)摩擦塊和摩擦套筒之間摩擦力之和；當(dāng)中間滑動(dòng)軸向右加載到位移幅值處并開始反向卸載回到初始位置的過程中時(shí)，壓縮彈簧變形量逐漸變小，傳遞到楔形滑動(dòng)摩擦塊與摩擦套筒之間的摩擦力也越來越小，阻尼器的阻尼力等于彈簧壓縮反力與該摩擦力之差。且摩擦力與彈簧變形量呈線性關(guān)系。在此加載與卸載的過程中，只有中間滑動(dòng)軸圓形擋板以右部分的摩擦組件和壓縮彈簧起作用，擋板以左的摩擦組件和壓縮彈簧板處于不受力狀態(tài)。同理當(dāng)中間滑動(dòng)軸在初始位置以左進(jìn)行加載與卸載時(shí)，只有中間滑動(dòng)軸擋板以左部分的摩擦組件和壓縮彈簧起作用，擋板以右部分的摩擦組件和壓縮彈簧均處于不受力狀態(tài)，且與中間滑動(dòng)軸在初始位置以右部分進(jìn)行加載與卸載時(shí)的摩擦原理相同。通常設(shè)置為壓縮彈簧的壓縮反力大于摩擦力，這樣可使得卸載時(shí)阻尼器可以自行回到初始位置。由于加載與卸載時(shí)組成阻尼力的兩部分力都與壓縮彈簧變形量保持線性關(guān)系，因此，在往復(fù)荷載作用下阻尼器的滯回曲線的形狀為位于一、三象限的兩個(gè)對(duì)角三角形，具有復(fù)阻尼特征。
[0014]本發(fā)明取得了以下有益效果:
本文提出了一種具有復(fù)阻尼特征的雙壓簧圓筒向心式變摩擦阻尼器，變形從初始位置增大時(shí)(即加載過程)，提供隨位移幅值線性增加的阻尼力，當(dāng)其從振幅位置向初始位置回復(fù)時(shí)(即卸載過程)，提供隨位移幅值線性減小的阻尼力，且相同變形位置處對(duì)應(yīng)的加載過程阻尼力大于卸載過程阻尼力。由于加載過程和卸載過程都是線性的，二者對(duì)應(yīng)的力-位移曲線所圍面積(即耗散的能量)也隨著振幅的增加而線性增加；當(dāng)結(jié)構(gòu)保持彈性時(shí)，該阻尼器附加給結(jié)構(gòu)的等效阻尼比不受變形幅值的影響，具有復(fù)阻尼的特征。復(fù)阻尼力隨變形幅值線性變化，粘滯阻尼力隨變形速度線性變化，在絕大多數(shù)工程應(yīng)用條件下，包括TMD減振結(jié)構(gòu)體系中，兩種阻尼具有相近的減振效果。而本申請(qǐng)的造價(jià)遠(yuǎn)低于粘滯阻尼器，性價(jià)比占優(yōu)。同時(shí)，本文提出的壓簧-楔形滑塊變摩擦阻尼器雖然也是基于摩擦機(jī)制提供耗能，但在初始狀態(tài)時(shí)，摩擦界面接觸應(yīng)力為零，有利于保證摩擦界面的性能穩(wěn)定性，這也是一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。另外，本發(fā)明的阻尼器由于做成了圓筒式腔體與板式腔體相比，不但減少了構(gòu)件之間的相互連接，而且增加了楔形滑動(dòng)摩擦塊與摩擦套筒之間的接觸面積，根據(jù)其摩擦耗能機(jī)理，在兩者間正應(yīng)力相同時(shí)，可知該阻尼器耗能性能更好。
[0015]【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明的具有復(fù)阻尼特征的雙壓簧圓筒向心式變摩擦阻尼器結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意圖； 圖2是圖1的F-F剖面圖；
圖3是本發(fā)明阻尼器整體三維立體圖；
圖4是楔形滑動(dòng)摩擦塊結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖4的C-C剖面圖；
圖6是楔形滑動(dòng)摩擦塊三維立體圖；
圖7是擠壓楔形塊結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是圖7的A-A剖面圖；
圖9是擠壓楔形塊三維立體圖；
圖10是摩擦組件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11是圖10的B-B剖面圖；
圖12是摩擦組件三維立體圖；
圖13是中間滑動(dòng)軸三維立體圖；
圖14是滑動(dòng)軸定位擋塊三維立體圖；
圖中:1:摩擦套筒，2:套筒外擋塊(左端)，3:套筒外擋塊(右端)，4:中間滑動(dòng)軸，5:滑動(dòng)軸定位擋塊，6、7:楔形滑動(dòng)摩擦塊，8、9、10、11:擠壓楔形塊，12、13:壓縮彈簧。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017]如圖1-14所示，本發(fā)明的一種具有復(fù)阻尼特征的雙壓簧圓筒向心式變摩擦阻尼器，包括摩擦套筒1、兩個(gè)套筒外擋塊2、3、中間滑動(dòng)軸4、滑動(dòng)軸定位擋塊5、楔形滑動(dòng)摩擦塊
6、7、擠壓楔形塊8、9、10、11以及壓縮彈簧12、13。其中摩擦套筒1、兩個(gè)套筒外擋塊2、3圍成一圓形筒式腔體，兩塊套筒外擋塊2、3分別用螺栓連接在摩