申请/专利权人：北京工业大学

申请日：2019-05-15

公开（公告）日：2024-05-07

公开（公告）号：CN110145044B

主分类号：E04B1/98

分类号：E04B1/98;E04H9/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.07#授权;2019.09.13#实质审查的生效;2019.08.20#公开

摘要：本发明涉及负刚度阻尼减震装置，包括固定壳体，固定壳体包括水平的顶板和两端垂直的侧端板，侧端板固定在顶板两端；侧端板外固定连接有侧板，固定壳体与两块侧板围成的箱体，箱体外部设有鱼眼轴承端杆用于固定连接，固定壳体的内部顶板的中心处设有多个垂直的摩擦轨道，多个摩擦轨道均匀的分布在顶板的中心线上，中心线平行于侧端板；每个摩擦轨道的两侧分别对称的设有一个摩擦组件；摩擦组件一端与摩擦轨道滑动连接，并且还与底座连接法兰盘固定连接，摩擦组件的另一端与侧端板铰接。本发明具有压缩量较小的情况下也可提供很大的压力且安装空间小，出力稳定均衡，制作的负刚度阻尼减震装置尺寸小，阻尼力大，负刚度特征明显。

主权项：1.负刚度阻尼减震装置，其特征在于：包括固定壳体（2），所述的固定壳体（2）包括水平的顶板和两端垂直的侧端板（13），所述的侧端板（13）固定在顶板两端；侧端板（13）外固定连接有侧板（9），所述的固定壳体（2）与两块侧板（9）围成的箱体，所述的箱体外部设有鱼眼轴承端杆（1）用于固定连接，固定壳体（2）的内部顶板的中心处设有多个垂直的摩擦轨道（12），多个摩擦轨道（12）均匀的分布在顶板的中心线上，所述的中心线平行于侧端板（13）；每个摩擦轨道（12）的两侧分别对称的设有一个摩擦组件；所述的摩擦组件一端与摩擦轨道（12）滑动连接，并且还与底座连接法兰盘（8）固定连接，摩擦组件的另一端与侧端板（13）铰接；每个所述的摩擦组件包括第一双耳连接板（3）、第二双耳连接板（11）、氮气弹簧（4）、单耳连接板（5）、滑动拉板（6）；所述的氮气弹簧（4）压缩端连接单耳连接板（5），单耳连接板（5）与第二双耳连接板（11）铰接；第二双耳连接板（11）固定在滑动拉板（6）上；滑动拉板（6）的上端与摩擦轨道（12）滑动连接，滑动拉板（6）沿着摩擦轨道（12）上下滑动；每个所述的滑动拉板（6）的下端均通过销轴（10）连接拉板连接板（7），所述的拉板连接板（7）与底座连接法兰盘（8）固定连接；氮气弹簧（4）缸体固定连接第一双耳连接板（3），第一双耳连接板（3）铰接在侧端板（13）内壁上。

全文数据：负刚度阻尼减震装置技术领域本发明涉及负刚度阻尼减震装置，可应用于工程结构减振控制，属于振动控制技术领域。背景技术我国是一个地震频发的国家，唐山大地震、汶川地震等灾害中建筑结构的倒塌是造成人员伤亡财产损失的主要原因，随着我国经济的快速发展，建筑的抗震要求也随之提高，在传统的减振结构中多采用防屈曲支撑，粘弹性阻尼器，软钢阻尼器，摩擦阻尼器等进行减振控制。但是这些传统的阻尼器会在一些情况下对结构施加一个较大的附加刚度，刚度的增加会使更多的地震能量传递到结构上层，使结构的层间剪力增加导致结构被破坏的可能性提高，导致减振效果无法达到预期，抗震性能不理想。发明内容基于上述结构减振中会对结构施加一个较大的附加刚度这一问题，提出了降低结构刚度的负刚度阻尼减震装置。本发明是实现方法为：基于传统的摩擦阻尼器，通过改变压力的大小实现负刚度阻尼力的产生，负刚度阻尼减震装置的压力通过两端铰接的氮气弹簧施加，既氮气弹簧与两端连接件充当负刚度元件，摩擦型阻尼器体现准零刚度特点，根据刚度并联原理，负刚度阻尼减震装置呈现负刚度特性。所述的连接件中间开有圆孔，能够通过摩擦阻尼器的往复运动带动负刚度元件进行转动。为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：负刚度阻尼减震装置，包括固定壳体，所述的固定壳体包括水平的顶板和两端垂直的侧端板，所述的侧端板固定在顶板两端；侧端板外固定连接有侧板，所述的固定壳体与两块侧板围成的箱体，所述的箱体外部设有鱼眼轴承端杆用于固定连接，固定壳体的内部顶板的中心处设有多个垂直的摩擦轨道，多个摩擦轨道均匀的分布在顶板的中心线上，所述的中心线平行于侧端板；每个摩擦轨道的两侧分别对称的设有一个摩擦组件；所述的摩擦组件一端与摩擦轨道滑动连接，并且还与底座连接法兰盘固定连接，摩擦组件的另一端与侧端板铰接。优选的设有两个摩擦轨道，每两个摩擦组件共享一个摩擦轨道，共计四个摩擦组件。进一步的，每个所述的摩擦组件包括第一双耳连接板、第二双耳连接板、氮气弹簧、单耳连接板、滑动拉板；所述的氮气弹簧压缩端连接单耳连接板，单耳连接板与第二双耳连接板铰接；第二双耳连接板固定在滑动拉板上；滑动拉板的上端与摩擦轨道滑动连接，滑动拉板沿着摩擦轨道上下滑动；每个所述的滑动拉板的下端均通过销轴连接拉板连接板，所述的拉板连接板与底座连接法兰盘固定连接；氮气弹簧缸体固定连接第一双耳连接板，第一双耳连接板铰接在侧端板内壁上。氮气弹簧组成的摩擦组件要以摩擦轨道为轴进行对称布置，防止多次往复运动时阻尼器发生偏斜。所述的滑动拉板在滑动方向上设有导向凹槽。滑动拉板设置的凹槽与摩擦轨道左右两侧不要卡死可以自由滑动。每个摩擦轨道上的一对滑动拉板的下端之间留有间隙，所述的拉板连接板安装在间隙内，所述的间隙宽度大于拉板连接板厚度。滑动拉板安装在摩擦轨道后，滑动拉板间不要相互接触。拉板连接板放入间隙，通过销轴连接，带动滑动组件进行往复运动。两块滑动拉板间的间隙要足够安装拉板连接板，且安装后余有一定的间隙。通过销轴进行连接的组件需能够以销轴为轴自由转动。进一步地，氮气弹簧压缩的最大量要小于产品规格的百分之九十。当阻尼器安装于结构上时，通过上端的鱼眼进行铰接，下端通过法兰盘进行法兰连接。其阻尼力为摩擦力与氮气弹簧弹力的矢量和，初始状态时，氮气弹簧处于压缩量最大状态并垂直挤压滑动拉板，当阻尼器进入工作阶段后，氮气弹簧与滑动拉板间会产生一定的夹角，氮气弹簧平行于滑动拉板的分量始终使阻尼器远离平衡位置，氮气弹簧垂直于滑动拉板的分量提供产生摩擦力的正压力，阻尼器偏离平衡位置越大，产生摩擦力的正压力越小，所以其阻尼力表现为负刚度。本发明可通过更改摩擦面的摩擦系数，负刚度元件长度，氮气弹簧参数，氮气弹簧数量调整负刚度阻尼减震装置的阻尼力与负刚度大小。可实现降低结构刚度的同时提高阻尼，从本质上，负刚度阻尼减震装置延长了结构的屈服阶段，降低了结构固有频率，延长结构周期，增加了阻尼比，从而提高了结构耗能能力，具有非常广阔的应用前景。该负刚度阻尼减震装置具有以下优点：1氮气弹簧制作负刚度元件，具有压缩量较小的情况下也可提供很大的压力且安装空间小，出力稳定均衡，制作的负刚度阻尼减震装置尺寸小，阻尼力大，负刚度特征明显。2负刚度阻尼减震装置力学特性可根据氮气弹簧参数，负刚度元件长度，摩擦系数，阻尼器行程，负刚度元件数量进行调整。附图说明图1是本发明结构构造图；图2是本发明的正视图；图3是本发明氮气弹簧结构示意图；图4是本发明单耳连接板结构构造图；图5是本发明双耳连接板结构构造图；图6是本发明固定壳体结构构造图；图7是本发明滑动拉板结构构造图；图8是本发明拉板连接板结构构造图；图9是本发明阻尼器的滞回曲线。具体实施方式下面结合实施例对本发明进行进一步说明。如图1和图2所示，负刚度阻尼减震装置，包括固定壳体2，如图6所示，所述的固定壳体2包括水平的顶板和两端垂直的侧端板13，所述的侧端板13固定在顶板两端；侧端板13外固定连接有侧板9，所述的固定壳体2与两块侧板9围成的箱体，所述的箱体外部设有鱼眼轴承端杆1用于固定连接，固定壳体2的内部顶板的中心处设有两个垂直的摩擦轨道12，两个摩擦轨道12均匀的分布在顶板的中心线上，所述的中心线平行于侧端板13；每个摩擦轨道12的两侧分别对称的设有一个摩擦组件；所述的摩擦组件一端与摩擦轨道12滑动连接，并且还与底座连接法兰盘8固定连接，摩擦组件的另一端与侧端板13铰接。每两个摩擦组件共享一个摩擦轨道12，共计四个摩擦组件。每个所述的摩擦组件包括第一双耳连接板3、第二双耳连接板11、氮气弹簧4、单耳连接板5、滑动拉板6；所述的氮气弹簧4压缩端连接单耳连接板5，单耳连接板5与第二双耳连接板11铰接；第二双耳连接板11固定在滑动拉板6上；滑动拉板6的上端与摩擦轨道12滑动连接，滑动拉板6沿着摩擦轨道12上下滑动；每个所述的滑动拉板6的下端均通过销轴10连接拉板连接板7，所述的拉板连接板7与底座连接法兰盘8固定连接。部件图如图7和图8所示。如图3所示，氮气弹簧4缸体固定连接第一双耳连接板3，第一双耳连接板3铰接在侧端板13内壁上。所述的滑动拉板6在滑动方向上设有导向凹槽。每个摩擦轨道12上的一对滑动拉板6的下端之间留有间隙，所述的拉板连接板7安装在间隙内，所述的间隙宽度大于拉板连接板7厚度。滑动拉板6放入摩擦轨道12后，滑动拉板6互相不接触。另外，如图4、图5所示，为防止阻尼器工作时，减小对氮气弹簧产生破坏的可能，做了沉头处理。沉头孔或选用较薄螺帽的螺丝，防止阻尼器进行往复运动时带动摩擦组件转动时与螺帽进行磕碰影响阻尼器正常工作。调整滑动拉板6与摩擦轨道间的摩擦系数，更换不同参数的氮气弹簧4可以调整阻尼器产生的阻尼力与负刚度。调整摩擦组件数量，能够调节阻尼力的大小。负刚度阻尼减震装置的阻尼力为摩擦力与氮气弹簧弹力的矢量和，初始状态时，氮气弹簧4处于压缩量最大状态并垂直挤压滑动拉板6，当阻尼器进入工作阶段后，氮气弹簧4与滑动拉板6间会产生一定的夹角，氮气弹簧4平行于滑动拉板6的分量始终使阻尼器远离平衡位置，氮气弹簧4垂直于滑动拉板6的分量提供产生摩擦力的正压力，阻尼器偏离平衡位置越大，产生摩擦力的正压力越小，所以其阻尼力表现为负刚度。其实施例生成的滞回曲线如图9所示，采用的负刚度原件两端开孔距离为95mm，滑动拉板6与摩擦轨道12间的摩擦系数约为0.1，氮气弹簧力学参数为1650N，合计4个，阻尼器行程为±30mm，以正弦波0.05HZ加载，循环加载10次，从图9可以看出阻尼器在加载过程中表现为明显的负刚度，滞回曲线稳定，负刚度数值约为-65Nmm。此外，当负刚度元件数量增多时，阻尼力也随之增加；当摩擦系数增加时最大阻尼力也随之增加；当氮气弹簧4压力增加时产生的负刚度将增加。以上是本发明的一典型实施例，本发明的实施不限于此。

权利要求：1.负刚度阻尼减震装置，其特征在于：包括固定壳体2，所述的固定壳体2包括水平的顶板和两端垂直的侧端板13，所述的侧端板13固定在顶板两端；侧端板13外固定连接有侧板9，所述的固定壳体2与两块侧板9围成的箱体，所述的箱体外部设有鱼眼轴承端杆1用于固定连接，固定壳体2的内部顶板的中心处设有多个垂直的摩擦轨道12，多个摩擦轨道12均匀的分布在顶板的中心线上，所述的中心线平行于侧端板13；每个摩擦轨道12的两侧分别对称的设有一个摩擦组件；所述的摩擦组件一端与摩擦轨道12滑动连接，并且还与底座连接法兰盘8固定连接，摩擦组件的另一端与侧端板13铰接。2.根据权利要求1所述的负刚度阻尼减震装置，其特征在于：每个所述的摩擦组件包括第一双耳连接板3、第二双耳连接板11、氮气弹簧4、单耳连接板5、滑动拉板6；所述的氮气弹簧4压缩端连接单耳连接板5，单耳连接板5与第二双耳连接板11铰接；第二双耳连接板11固定在滑动拉板6上；滑动拉板6的上端与摩擦轨道12滑动连接，滑动拉板6沿着摩擦轨道12上下滑动；每个所述的滑动拉板6的下端均通过销轴10连接拉板连接板7，所述的拉板连接板7与底座连接法兰盘8固定连接；氮气弹簧4缸体固定连接第一双耳连接板3，第一双耳连接板3铰接在侧端板13内壁上。3.根据权利要求2所述的负刚度阻尼减震装置，其特征在于：所述的滑动拉板6在滑动方向上设有导向凹槽。4.根据权利要求2所述的负刚度阻尼减震装置，其特征在于：每个摩擦轨道12上的一对滑动拉板6的下端之间留有间隙，所述的拉板连接板7安装在间隙内，所述的间隙宽度大于拉板连接板7厚度。

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