活塞式sma-压电复合变摩擦阻尼器的制造方法
【专利摘要】活塞式SMA?压电复合变摩擦阻尼器，主要包括外缸筒、上缸盖、外端活塞、曲形摩擦钢板、连接杆、滑动轴、SMA丝缆、辅助弹簧A、预压螺栓、调节螺母、压电陶瓷驱动器、力传感器、平头螺钉、连接螺栓、平端紧固螺钉、SMA丝缆固定栓、下缸盖、插销、环形固定扣、中间活塞、开孔、弹簧支座A、圆形凹槽、摩擦材料、圆柱形导杆、导杆滑动仓、螺纹、调节螺栓、卡隼、挡块、滑槽、滑动仓盖、导线、电源接入端口、弹簧支座B、弹簧支座C、弹簧支座D和辅助弹簧B。本发明所结构简单，易于实现，且具有电压调控变形、动作反应迅速可靠、驱动力大具有良好的自复位效果。可精确调节预压力大小。可以满足不同强度的地震下的消能减振需求。
【专利说明】
活塞式SMA-压电复合变摩擦阻尼器
技术领域
[0001]本发明属于结构工程减震控制领域，涉及一种活塞式SMA-压电复合变摩擦阻尼器，特别是对工程结构在各类地震作用下结构振动反应起到抑制作用，达到消能减震的控制效果。
【背景技术】
[0002]形状记忆合金(SMA)作为一种新型材料，具有耐久性、耐腐蚀性和自复位等优点，但SMA的等效粘性阻尼的并不足以使其作为唯一的阻尼装置。仅基于形状记忆合金的地震控制装置承受受到动态荷载时，其提供的能量耗散将是比较小的。摩擦阻尼器构造简单、安装方便、耗能性好，且性能不受温度影响，是建筑结构中常用的一种耗能减震装置。但传统的摩擦阻尼器结构单一，无自复位能力，只能依靠本身的刚度复位，提供的摩擦力为恒定值，耗能效果不佳，而且当阻尼器的起滑摩擦力较大时，还会出现锁死现象，不能起到耗能减震的功能。压电陶瓷材料由于其独特的压电效应已广泛应用于结构振动控制领域，利用压电智能材料进行变摩擦阻尼器的开发与研制，已成为研究的一个热点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种具有耗能能力强、减震效果好、结构简单明确、整体性好、自复位和易于安装和更换等特点的活塞式SMA-压电复合变摩擦阻尼器。
[0004]本发明主要包括有外缸筒1、上缸盖2、外端活塞3、曲形摩擦钢板4、连接杆5、滑动轴6、SMA丝缆7、辅助弹簧AS、预压螺栓9、调节螺母10、压电陶瓷驱动器11、力传感器12、平头螺钉13、连接螺栓14、平端紧固螺钉15、SMA丝缆固定栓16、下缸盖17、插销18、环形固定扣19、中间活塞20、通孔21、弹簧支座A22、圆形凹槽23、摩擦材料24、圆柱形导杆25、导杆滑动仓26、螺纹27、调节螺栓28、卡隼29、挡块30、滑槽31、滑动仓盖32、导线33、电源接入端口 34、弹簧支座B35、弹簧支座C36、弹簧支座D37和辅助弹簧B38。
[0005]其中，外缸筒I为上下开口的中空筒体，在外缸筒的上端和下端，分别通过平头螺钉13与上缸盖2、下缸盖17相连，外缸筒分为相同的两部分，由连接螺栓14上下连接紧密。上缸盖2为圆形平板，在上缸盖上沿着圆周外围设有均匀分布的螺钉通孔，平头螺钉13插接在通孔内。在上缸盖上设有一圆周螺纹孔，螺纹孔内插接调节螺栓28，调节螺栓28与调节螺母10相互啮合。在上缸盖2和下缸盖17的中部均设有通孔。滑动轴6通过上缸盖2中部的通孔延伸至外缸筒I的内部。连接杆5通过下缸盖17中部的通孔延伸至外缸筒I的内部，连接杆通过插销18与下缸盖17固定连接。在下缸盖17的内侧设有弹簧支座A22。在滑动轴6下部的外壁上设有3组螺纹27，相邻螺纹之间的距离相同。在上、中、下组的螺纹的外部，分别啮合上外端活塞3、中间活塞20和下外端活塞，在上外端活塞、中间活塞和下外端活塞上，分别设有四个径向通孔21。在上外端活塞、中间活塞和下外端活塞的上端和下端，分别设有环形固定扣19，环形固定扣为环形平板，环形固定扣设在滑动轴上。下外端活塞下部的环形固定扣下面设有弹簧支座B35，在弹簧支座B和弹簧支座A之间设有辅助弹簧A8。在上缸盖的内侧固定连接弹簧支座C36，上外端活塞上部的环形固定扣的上端，设有弹簧支座D37，弹簧支座C36和弹簧支座D37之间设有辅助弹簧B38，辅助弹簧B套接在滑动轴上。在外缸筒的内部设有四根SMA丝缆7，四根SMA丝缆分上下左右对称布置，分别穿过上缸盖2的螺纹孔、上外端活塞的径向通孔、中间活塞的径向通孔、下外端活塞的径向通孔、下缸盖的螺纹孔内，由上缸盖和下缸盖的调节螺栓28、调节螺母1固定连接。SMA丝缆固定栓16内插在中间活塞的径向通孔内，并用平端紧固螺钉15与中间活塞固定SMA丝缆7。在外缸筒的内壁上设有上下两个相同的挡块30，在上挡块的下表面和下挡块的上表面分别设有滑槽31，在上挡块和下挡块的滑槽内分别插接曲形摩擦钢板4两侧的卡隼29。在曲形摩擦钢板4的后面设有圆形凹槽23，预压螺栓9穿过外缸筒I，延伸至圆形凹槽23中，力传感器12置于预压螺栓9的底端。在中间活塞、上外端活塞、下外端活塞与曲形摩擦钢板4之间设有摩擦材料24，摩擦材料涂在曲形摩擦钢板的内侧。在曲线摩擦钢板上设有圆柱形导杆25，圆柱形导杆插接在外缸筒上部的导杆滑动仓内26。在导杆滑动仓的内部置有压电陶瓷驱动器11，导杆滑动仓的顶部通过平头螺钉13将滑动仓盖32与导杆滑动仓26相连，对压电陶瓷驱动器11进行封装。压电陶瓷驱动器11与力传感器12之间通过导线33相连，导线通过电源接入端口 34，与外电源相连。电源接入端口置于外缸筒I上。
[0006]本发明在使用时，通过调节螺栓对SMA丝缆施加同等程度的预拉力。外端活塞和上缸盖、下缸盖间设有辅助弹簧，用于阻尼器安装时中间活塞和滑动轴的定位，并辅助SMA丝缆实现自复位。曲形摩擦钢板背上设有圆形凹槽，预紧螺栓穿过外缸筒深入圆形凹槽，可调节曲形摩擦板对中间活塞和外端活塞的初始预压力。滑动轴与中间活塞、外端活塞连接，带动全部活塞往复运动，与曲形摩擦板进行摩擦耗能，同时中间活塞带动SMA丝缆伸缩，利用其超弹性耗能，并实现阻尼器的自复位功能。地震作用时，导线连接压电陶瓷驱动器，通过电源传出的不同电压信号控制压电陶瓷驱动器伸缩出力，压电陶瓷驱动器沿曲形摩擦板导杆轴线方向运动，挤压曲形摩擦板导杆，进而使曲形摩擦板沿上下方向运动，继而形成曲形摩擦板对中间活塞和外端活塞的压力，通过不同的压力来实现二者相互运动时不同的摩擦力，来满足不同类型地震下的能量耗散需求。
[0007]本发明与现有技术相比具有如下优点:本发明所涉及的活塞式SMA-压电复合变摩擦阻尼器结构明确简单，易于实现，且具有电压调控变形、动作反应迅速可靠、驱动力大的特点。本发明中活塞连接有辅助弹簧和SMA丝缆，具有良好的自复位效果。本发明中预压螺栓与曲形摩擦钢板之间设置力传感器，可以精确调节预压力大小。通过压电陶瓷驱动器调节活塞与曲形摩擦板间的正压力，从而达到调节摩擦力的效果，可以满足不同强度的地震下的消能减振需求。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的实体外观俯视不意图；
[0009]图2是本发明的上缸盖外观示意图；
[0010]图3是本发明的下缸盖外观示意图；
[0011]图4是图1的A-A剖面结构示意图；
[0012]图5是图4的B-B剖面结构示意图；
[0013]图6是本发明的辅助弹簧示意图；
[0014]图7是本发明的滑动轴示意图；
[0015]图8是本发明的曲形摩擦板的侧向示意图；
[0016]图9是本发明的曲形摩擦板的俯视图；
[0017]图1O是本发明的曲形摩擦板的正向示意图；
[0018]图11是本发明的外缸筒内部示意图；
[0019]图12是本发明的外缸筒C-C剖面结构示意图；
[0020]图13是本发明的外缸筒D-D剖面结构示意图。
[0021 ]图中:1、外缸筒;2、上缸盖;3、外端活塞;4、曲形摩擦钢板;5、连接杆;6、滑动轴;7、SMA丝缆;8、辅助弹簧A;9、预压螺栓；10、调节螺母；11、压电陶瓷驱动器；12、力传感器；13、平头螺钉；14、连接螺栓;15、平端紧固螺钉;16、SMA丝缆固定栓;17、下缸盖;18、插销；19、环形固定扣;20、中间活塞;21、通孔;22、弹簧支座A;23、圆形凹槽;24、摩擦材料;25、圆柱形导杆;26、导杆滑动仓;27、螺纹;28、调节螺栓;29、卡隼;30、挡块;31、滑槽;32、滑动仓盖;33、导线;34、电源接入端口； 35、弹簧支座B;36、弹簧支座C;37、弹簧支座D;38、辅助弹簧B。
【具体实施方式】
[0022]在图1至图13所示的本发明的示意简图中，外缸筒I为上下开口的中空筒体，外缸筒分为相同的两部分，由连接螺栓14上下连接紧密，在外缸筒的上端和下端，分别通过平头螺钉13与上缸盖2、下缸盖17相连，上缸盖和下缸盖的结构相同。上缸盖为圆形平板，在上缸盖上沿着圆周外围设有均匀分布的螺钉通孔，平头螺钉插接在通孔内。在上缸盖和下缸盖上设有一圆周螺纹孔，螺纹孔内插接调节螺栓28，调节螺栓与调节螺母10相互啮合。在上缸盖和下缸盖的中部均设有通孔。滑动轴6通过上缸盖中部的通孔延伸至外缸筒的内部。连接杆5通过下缸盖中部的通孔延伸至外缸筒的内部，连接杆通过插销18与下缸盖固定连接。在下缸盖的内侧设有弹簧支座A22。在滑动轴下部的外壁上设有3组螺纹27，相邻螺纹之间的距离相同。在上、中、下组的螺纹的外部，分别啮合上外端活塞、中间活塞20和下外端活塞，在中间活塞和外端活塞上，分别设有四个径向通孔21。在中外端活塞和外端活塞的上端和下端，分别设有环形固定扣19，环形固定扣为环形平板，环形固定扣设在滑动轴上。下外端活塞下部的环形固定扣下面设有弹簧支座B35，在弹簧支座B和弹簧支座A之间设有辅助弹簧AS。在上缸盖的内侧固定连接弹簧支座C36，上外端活塞上部的环形固定扣的上端，设有弹簧支座D37，弹簧支座C和弹簧支座D之间设有辅助弹簧B38，辅助弹簧B套接在滑动轴上。在外缸筒的内部设有四根SMA丝缆7，四根SMA丝缆分上下左右对称布置，分别穿过上缸盖的螺纹孔、上外端活塞的径向通孔、中间活塞的径向通孔、下外端活塞的径向通孔、下缸盖的螺纹孔内，由上缸盖和下缸盖的调节螺栓、调节螺母固定连接。SMA丝缆的固定栓16内插在中间活塞的径向通孔内，并用平端紧固螺钉15与中间活塞固定SMA丝缆。在外缸筒的内壁上设有上挡块和下挡块30，在上挡块的下表面和下挡块的上表面分别设有滑槽31，在上挡块和下挡块的滑槽内分别插接曲形摩擦钢板4两侧的卡隼29。在曲形摩擦钢板的后面设有圆形凹槽23，预压螺栓9穿过外缸筒，延伸至圆形凹槽中，力传感器12置于预压螺栓的底端。在中间活塞、上外端活塞、下外端活塞与曲形摩擦钢板之间设有摩擦材料24，摩擦材料涂在曲形摩擦钢板的内侧。在曲线摩擦钢板上设有圆柱形导杆25，圆柱形导杆插接在外缸筒上部的导杆滑动仓26内。在导杆滑动仓的内部置有压电陶瓷驱动器11，导杆滑动仓的顶部通过平头螺钉13将滑动仓盖32与导杆滑动仓相连，对压电陶瓷驱动器进行封装。压电陶瓷驱动器与力传感器之间通过导线33相连，导线通过电源接入端口 34，与外电源相连。电源接入端口置于外缸筒上。
【主权项】
1.活塞式SMA-压电复合变摩擦阻尼器，主要包括外缸筒、上缸盖、外端活塞、曲形摩擦钢板、连接杆、滑动轴、SMA丝缆、辅助弹簧、预压螺栓、调节螺母、压电陶瓷驱动器、力传感器、平头螺钉、连接螺栓、平端紧固螺钉、SMA丝缆固定栓、下缸盖、插销、环形固定扣、中间活塞、开孔、弹簧支座A、圆形凹槽、摩擦材料、圆柱形导杆、导杆滑动仓、螺纹、调节螺栓、卡隼、挡块、滑槽、滑动仓盖、导线、电源接入端口、弹簧支座B、弹簧支座C、弹簧支座D和辅助弹簧B，其特征在于:外缸筒为上下开口的中空筒体，在外缸筒的上端和下端，分别通过平头螺钉与上缸盖、下缸盖相连，外缸筒分为相同的两部分，由连接螺栓上下连接紧密，上缸盖为圆形平板，在上缸盖上沿着圆周外围设有均匀分布的螺钉通孔，平头螺钉插接在通孔内，在上缸盖上设有一圆周螺纹孔，螺纹孔内插接调节螺栓A，调节螺栓与调节螺母相互啮合，在上缸盖和下缸盖的中部均设有通孔，上缸盖和下缸盖的结构相同，由连接螺栓上下连接紧密，滑动轴通过上缸盖中部的通孔延伸至外缸筒的内部，连接杆通过下缸盖中部的通孔延伸至外缸筒的内部，连接杆通过插销与下缸盖固定连接，在下缸盖的内侧设有弹簧支座A，在滑动轴下部的外壁上设有3组螺纹，相邻螺纹之间的距离相同，在上、中、下组的螺纹的外部，分别啮合上外端活塞、中间活塞和下外端活塞，在上外端活塞、中间活塞和下外端活塞上，分别设有四个径向通孔，在上外端活塞、中外端活塞和下外端活塞的上端和下端，分别设有环形固定扣，环形固定扣为环形平板，环形固定扣设在滑动轴上，下外端活塞下部的环形固定扣下面设有弹簧支座B，在弹簧支座B和弹簧支座A之间设有辅助弹簧A，在上缸盖的内侧固定连接弹簧支座C，上外端活塞上部的环形固定扣的上端，设有弹簧支座D，弹簧支座C和弹簧支座D之间设有辅助弹簧B，辅助弹簧B套接在滑动轴上，在外缸筒的内部设有四根SMA丝缆，四根SMA丝缆分上下左右对称布置，分别穿过上缸盖的螺纹孔、上外端活塞的径向通孔、中间活塞的径向通孔、下外端活塞的径向通孔、下缸盖的螺纹孔内，由上缸盖和下缸盖的调节螺栓、调节螺母固定连接，SMA丝缆的固定栓内插在中间活塞的径向通孔内，并用平端紧固螺钉与中间活塞固定SMA丝缆，在外缸筒的内壁上设有上挡块和下挡块，在上挡块的下表面和下挡块的上表面分别设有凹槽，在上挡块和下挡块的凹槽内分别插接曲形摩擦钢板两侧的卡隼，在曲形摩擦钢板的后面设有圆形凹槽，预压螺栓穿过外缸筒，延伸至圆形凹槽中，力传感器置于预压螺栓的底端，在中间活塞、上外端活塞、下外端活塞与曲形摩擦钢板之间设有摩擦材料，摩擦材料涂在曲形摩擦钢板的内侧，在曲线摩擦钢板上设有圆柱形导杆，圆柱形导杆插接在外缸筒上部的导杆滑动仓内，在导杆滑动仓的内部置有压电陶瓷驱动器，导杆滑动仓的顶部通过平头螺钉将滑动仓盖与导杆滑动仓相连，对压电陶瓷驱动器进行封装，压电陶瓷驱动器与力传感器之间通过导线相连，导线通过电源接入端口，与外电源相连，电源接入端口置于外缸筒上。
【文档编号】E04H9/02GK105971357SQ201610390616
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】赵大海, 刘洋
【申请人】燕山大学