申请/专利权人：北京工业大学

申请日：2019-06-12

公开（公告）日：2020-11-27

公开（公告）号：CN110284742B

主分类号：E04H9/02(20060101)

分类号：E04H9/02(20060101);E04B1/98(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.27#授权;2019.10.29#实质审查的生效;2019.09.27#公开

摘要：本发明公开了一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，主要包括螺旋杆、阻尼器外部套筒、推力球轴承、螺旋摩擦筒、摩擦颗粒。当结构发生振动时，层间相对位移引起螺旋杆产生水平运动从而带动内部螺旋摩擦筒及摩擦颗粒产生定向运动，通过颗粒之间、颗粒与容器内壁及颗粒与螺旋摩擦筒之间摩擦、碰撞，消耗结构动能，从而起到耗能减振作用，本耗能减振装置能够产生较大的阻尼并可对阻尼大小进行调节，具有结构简单可靠、制造方便、成本低、减振效果稳定和运用范围广等优点。

主权项：1.一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，其特征在于：包括阻尼器外部套筒1、螺旋杆2、推力球轴承3、螺旋摩擦筒4和摩擦颗粒5；阻尼器外部套筒1由圆柱筒1a、套筒连接孔1b和套筒内腔1c组成；套筒内腔1c设置在圆柱筒1a的内部，套筒连接孔1b设置在圆柱筒1a的外部；螺旋杆2由螺旋杆连接孔2a和螺纹2b组成，螺旋杆连接孔2a的底部设有螺纹2b；螺旋杆连接孔2a与套筒连接孔1b对称设置在阻尼器外部套筒1的左右两侧；推力球轴承3由滚珠3a和座垫3b组成，滚珠3a安装在上下两个座垫3b之间；螺旋摩擦筒4由防漏板4a、摩擦螺旋板4b、内螺纹4c和传力筒4d组成；通过在螺旋摩擦筒4两端设置推力球轴承3确保螺旋摩擦筒4能在阻尼器外部套筒1内自由转动；上下防漏板4a设置在传力筒4d的上下两端；摩擦螺旋板4b设置在传力筒4d的周向位置；传力筒4d的内部设有内螺纹4c，内螺纹4c与螺旋杆2的螺纹2b相配合；套筒连接孔1b通过下部连接杆7与建筑结构节点处连接，螺旋杆2的螺旋杆连接孔2a通过上部连接杆6与建筑结构节点处上部连接；螺旋杆2的螺纹2b依次伸入圆柱筒1a、推力球轴承3及螺旋摩擦筒4并与内螺纹4c相贴合；螺旋摩擦筒4通过上下两端的推力球轴承3安装在圆柱筒1a的上下两端；摩擦颗粒5填充至套筒内腔1c中的螺旋摩擦筒4上下防漏板4a之间。

全文数据：一种摩擦耗能型颗粒阻尼器技术领域本发明涉及一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，属于建筑结构减震技术领域。背景技术活塞式颗粒阻尼器作为一种被动减震装置，将金属颗粒或非金属颗粒按照一定的填充率填充至一个空腔结构中，通过活塞运动带动颗粒运动从而引起颗粒之间、颗粒与空腔内壁之间的碰撞、摩擦和动量交换，将机械能转化为热能和声能，从而达到减振的目的。带活塞的颗粒阻尼具有对原结构改动小、产生的附加质量小、应用范围广泛等优点。相比较于常用的粘滞阻尼器，不需要考虑粘滞液体渗漏等引起阻尼器耗能能力降低的问题。活塞式颗粒阻尼器虽然具有较多耗能减振优点，但与现有一般摩擦耗能型阻尼器相似，同样存在耗能能力低等缺点。通过增大摩擦面面积并强制颗粒运动路径从而提高颗粒之间、颗粒与容器之间的摩擦力，进而大大改善活塞式颗粒阻尼器的耗能能力，从而达到更好的减振效果。发明内容为了减小结构在地震动作用下及风振作用下的结构振动，并克服现有粘滞阻尼器及一般摩擦型阻尼器的不足与局限性，本发明了一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，主要包括螺旋杆、阻尼器外部套筒、推力球轴承、螺旋摩擦筒、摩擦颗粒。当结构发生振动时，层间相对位移引起螺旋杆产生水平运动从而带动内部螺旋摩擦筒及摩擦颗粒产生定向运动，通过颗粒之间、颗粒与容器内壁及颗粒与螺旋摩擦筒之间摩擦、碰撞，消耗结构动能，从而起到耗能减振作用，本耗能减振装置能够产生较大的阻尼并可对阻尼大小进行调节，具有结构简单可靠、制造方便、成本低、减振效果稳定和运用范围广等优点。为了实现上述目的，本发明采取了如下的技术方案。一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，包括阻尼器外部套筒1、螺旋杆2、推力球轴承3、螺旋摩擦筒4和摩擦颗粒5。阻尼器外部套筒1由圆柱筒1a、套筒连接孔1b和套筒内腔1c组成；套筒内腔1c设置在圆柱筒1a的内部，套筒连接孔1b设置在圆柱筒1a的外部。螺旋杆2由螺旋杆连接孔2a和螺纹2b组成，螺旋杆连接孔2a的底部设有螺纹2b；螺旋杆连接孔2a与套筒连接孔1b对称设置在阻尼器外部套筒1的左右两侧；推力球轴承3由滚珠3a和座垫3b组成，滚珠3a安装在上下两个座垫3b之间；螺旋摩擦筒4由防漏板4a、摩擦螺旋板4b、内螺纹4c和传力筒4d组成。通过在螺旋摩擦筒4两端设置推力球轴承3确保螺旋摩擦筒4能在阻尼器外部套筒1内自由转动。上下防漏板4a设置在传力筒4d的上下两端；摩擦螺旋板4b设置在传力筒4d的周向位置；传力筒4d的内部设有内螺纹4c，内螺纹4c与螺旋杆2的螺纹2b相配合。套筒连接孔1b通过下部连接杆7与建筑结构节点处连接，螺旋杆2的螺旋杆连接孔2a通过上部连接杆6与建筑结构节点处上部连接；螺旋杆2的螺纹2b依次伸入圆柱筒1a、推力球轴承3及螺旋摩擦筒4并与内螺纹4c相贴合；螺旋摩擦筒4通过上下两端的推力球轴承3安装在圆柱筒1a的上下两端；摩擦颗粒5填充至套筒内腔1c中的螺旋摩擦筒4上下防漏板4a之间。当螺旋杆2沿Ⅰ方向运动时，Ⅰ方向为沿套筒连接孔1b长度的方向即螺纹2b的旋入方向，内螺纹4c将水平作用力转换为扭矩，驱动摩擦螺旋板4b沿Ⅰ方向转动，摩擦螺旋板4b带动内部摩擦颗粒5产生运动，摩擦颗粒5总体呈现沿Ⅱ方向运动的趋势，Ⅱ方向为沿螺旋杆连接孔2a长度的方向即螺纹2b的旋出方向，并沿着摩擦螺旋板4b与圆柱筒1a之间间隙沿着Ⅰ方向运动形成回路；当螺旋杆2沿Ⅱ方向运动时，摩擦螺旋板4b沿Ⅱ方向转动，摩擦螺旋板4b带动内部摩擦颗粒5产生运动，摩擦颗粒5总体呈现沿Ⅰ方向运动，并沿着摩擦螺旋板4b与圆柱筒1a之间的间隙沿着Ⅱ方向运动形成回路。结构层间发生相对运动带动螺旋杆2与阻尼器外部套筒1发生相对运动，从而引起螺旋摩擦筒4发生旋转运动，螺旋摩擦筒4转动带动内部摩擦颗粒5产生运动，摩擦颗粒5在运动过程中通过摩擦颗粒5之间、摩擦颗粒5与摩擦螺旋板4b之间、摩擦颗粒5与圆柱筒1a之间摩擦耗散结构动能，起到减振作用，摩擦颗粒5为实心铁球，直径小于摩擦螺旋板4b与圆柱筒1a间距的0.5倍。摩擦螺旋板4b表面粘贴高性能摩擦材料，从而提高摩擦颗粒5与摩擦螺旋板4b之间的摩擦耗能能力；通过调节螺纹2b及摩擦螺旋板4b的螺距从而调节颗粒在运动过程中的速度，进而影响耗能参数。通过设置防漏板4a防止摩擦颗粒5外漏。梁8安装在柱9上，建筑结构节点为梁8和柱9的连接位置。与现有技术相比，本发明的优点如下。1本发明通过螺旋摩擦筒带动内部摩擦颗粒产生具有一定运动规律的运动，相比较与一般的活塞型颗粒阻尼器，由于增大了与颗粒之间的接触，并且形成了固定的运动趋势，改善了颗粒摩擦耗能机制，提高了摩擦耗能能力。2本发明相比较于一般的粘滞液体阻尼器，将结构动能转换为热能及声能，耗能途径更广，并且不需要考虑内部粘滞液体渗漏等引起阻尼器耗能能力降低的问题，具有更好的适用性。3本发明结构简单可靠、制造方便、成本低、减振效果稳定，能够产生较大的阻尼和能够对其阻尼大小进行调节，因此适用范围更广。附图说明图1为本发明的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器示意图；图2为本发明的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器部分剖切示意图；图3为本发明的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器中阻尼器外部套筒示意图；图4为本发明的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器中螺旋杆示意图；图5为本发明的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器中推力球轴承示意图；图6为本发明的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器中螺旋摩擦筒及部分剖切示意图；图7为本发明的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器中摩擦颗粒示意图；图8为本发明的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器空间布置示意图；图中：1—阻尼器外部套筒、1a—圆柱筒、1b—套筒连接孔、1c—套筒内腔、2—螺旋杆、2a—螺旋杆连接孔、2b—螺纹、3—推力球轴承、3a—滚珠、3b—座垫、4—螺旋摩擦筒、4a—防漏板、4b—摩擦螺旋板、4c—内螺纹、4d—传力筒、5—摩擦颗粒、6—上部连接杆、7—下部连接杆、8—梁、9—柱。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。如图2所示，所述的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器主要包括阻尼器外部套筒1、螺旋杆2、推力球轴承3、螺旋摩擦筒4、摩擦颗粒5。其中阻尼器外部套筒1由圆柱筒1a、套筒连接孔1b、套筒内腔1c组成；螺旋杆2由螺旋杆连接孔2a、螺纹2b组成；推力球轴承3由滚珠3a、座垫3b组成；螺旋摩擦筒4由防漏板4a、摩擦螺旋板4b、内螺纹4c、传力筒4d组成。螺旋杆2的螺旋杆连接孔2a通过上部连接杆6与结构连接，螺旋杆2的螺纹2b依次伸入圆柱筒1a、推力球轴承3及螺旋摩擦筒4并与内螺纹4c贴合；螺旋摩擦筒4通过上下两端的推力球轴承3与圆柱筒1a上下两端连接；摩擦颗粒5填充至套筒内腔1c螺旋摩擦筒4上下防漏板4a之间；套筒连接孔1b通过下部连接杆7与结构连接。当结构层间发生相对运动时，带动螺旋杆2与阻尼器外部套筒1之间发生相对运动，从而引起螺旋摩擦筒4发生旋转运动，螺旋摩擦筒4转动带动内部摩擦颗粒5产生有规律的定向运动，摩擦颗粒5在运动过程中通过摩擦颗粒5之间、摩擦颗粒5与摩擦螺旋板4b之间、摩擦颗粒5与圆柱筒1a之间摩擦耗散结构动能。为了便于螺旋摩擦筒4在螺旋杆2作用下发生转动，螺纹2b与内螺纹4c之间涂抹润滑油；摩擦颗粒5为直径1～5mm实心铁球，并且直径小于摩擦螺旋板4b与圆柱筒1a间距的0.5倍；为提高摩擦颗粒5与螺旋摩擦筒4之间的摩擦耗能能力，在摩擦螺旋板4b上可涂抹高性能摩擦材料；为了防止摩擦颗粒5外漏，设置防漏板4a；摩擦螺旋板4b螺距取4～5倍的摩擦颗粒5的直径大小。

权利要求：1.一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，其特征在于：包括阻尼器外部套筒1、螺旋杆2、推力球轴承3、螺旋摩擦筒4和摩擦颗粒5；阻尼器外部套筒1由圆柱筒1a、套筒连接孔1b和套筒内腔1c组成；套筒内腔1c设置在圆柱筒1a的内部，套筒连接孔1b设置在圆柱筒1a的外部；螺旋杆2由螺旋杆连接孔2a和螺纹2b组成，螺旋杆连接孔2a的底部设有螺纹2b；螺旋杆连接孔2a与套筒连接孔1b对称设置在阻尼器外部套筒1的左右两侧；推力球轴承3由滚珠3a和座垫3b组成，滚珠3a安装在上下两个座垫3b之间；螺旋摩擦筒4由防漏板4a、摩擦螺旋板4b、内螺纹4c和传力筒4d组成；通过在螺旋摩擦筒4两端设置推力球轴承3确保螺旋摩擦筒4能在阻尼器外部套筒1内自由转动；上下防漏板4a设置在传力筒4d的上下两端；摩擦螺旋板4b设置在传力筒4d的周向位置；传力筒4d的内部设有内螺纹4c，内螺纹4c与螺旋杆2的螺纹2b相配合；套筒连接孔1b通过下部连接杆7与建筑结构节点处连接，螺旋杆2的螺旋杆连接孔2a通过上部连接杆6与建筑结构节点处上部连接；螺旋杆2的螺纹2b依次伸入圆柱筒1a、推力球轴承3及螺旋摩擦筒4并与内螺纹4c相贴合；螺旋摩擦筒4通过上下两端的推力球轴承3安装在圆柱筒1a的上下两端；摩擦颗粒5填充至套筒内腔1c中的螺旋摩擦筒4上下防漏板4a之间。2.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，其特征在于：当螺旋杆2沿Ⅰ方向运动时，Ⅰ方向为沿套筒连接孔1b长度的方向即螺纹2b的旋入方向，内螺纹4c将水平作用力转换为扭矩，驱动摩擦螺旋板4b沿Ⅰ方向转动，摩擦螺旋板4b带动内部摩擦颗粒5产生运动，摩擦颗粒5总体呈现沿Ⅱ方向运动的趋势，Ⅱ方向为沿螺旋杆连接孔2a长度的方向即螺纹2b的旋出方向，并沿着摩擦螺旋板4b与圆柱筒1a之间间隙沿着Ⅰ方向运动形成回路；当螺旋杆2沿Ⅱ方向运动时，摩擦螺旋板4b沿Ⅱ方向转动，摩擦螺旋板4b带动内部摩擦颗粒5产生运动，摩擦颗粒5总体呈现沿Ⅰ方向运动，并沿着摩擦螺旋板4b与圆柱筒1a之间的间隙沿着Ⅱ方向运动形成回路。3.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，其特征在于：结构层间发生相对运动带动螺旋杆2与阻尼器外部套筒1发生相对运动，从而引起螺旋摩擦筒4发生旋转运动，螺旋摩擦筒4转动带动内部摩擦颗粒5产生运动，摩擦颗粒5在运动过程中通过摩擦颗粒5之间、摩擦颗粒5与摩擦螺旋板4b之间、摩擦颗粒5与圆柱筒1a之间摩擦耗散结构动能，起到减振作用，摩擦颗粒5为实心铁球，直径小于摩擦螺旋板4b与圆柱筒1a间距的0.5倍。4.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，其特征在于：摩擦螺旋板4b表面粘贴高性能摩擦材料，从而提高摩擦颗粒5与摩擦螺旋板4b之间的摩擦耗能能力；通过调节螺纹2b及摩擦螺旋板4b的螺距从而调节颗粒在运动过程中的速度，进而影响耗能参数。5.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，其特征在于：通过设置防漏板4a防止摩擦颗粒5外漏。6.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能型颗粒阻尼器，其特征在于：梁8安装在柱9上，建筑结构节点为梁8和柱9的连接位置。

百度查询： 北京工业大学 一种摩擦耗能型颗粒阻尼器

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