一种惯性质量阻尼装置的制作方法

本发明涉及房屋建筑结构、桥梁工程结构耗能减震的技术领域，具体的说，是涉及一种惯性质量阻尼装置。

背景技术：

传统结构抗震方法主要是通过增强结构本身的抗震性能来抵御地震作用，难以保证安全性能的同时会造成浪费。结构振动控制概念的提出成为解决问题的新思路。结构振动控制技术依据是否需要能量的输入可分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制以及混合控制。被动控制技术因不需要外界提供能量、构造简单、易于维护等诸多优点，被广泛应用于工程实际中。被动控制阻尼器安装于结构上，增加主体结构的阻尼，达到减轻结构地震响应的目的。国内外研究学者对被动控制阻尼器进行了大量研究，提出了众多类型的阻尼器装置，有耗能为主的摩擦阻尼器、粘滞阻尼器等，以及对结构施加反作用力的调谐类阻尼器：调谐质量阻尼器(tmd)、调谐液体阻尼器(tld)。上述阻尼器尽管在工程实际中得到了大量应用，但仍存在许多改进之处。例如，摩擦阻尼器工作时产生的较多热量；粘滞阻尼器耗能机理单一；调谐质量阻尼器在调谐惯性力的同时需要较大的质量块以及安装空间，会显著增加结构重量和减小使用空间；调谐液体阻尼器的阻尼力相对较小以及维护困难等问题。

惯性质量阻尼器的提出很大程度上弥补了上述阻尼器的不足，通过滚珠丝杠的速度转换作用实现阻尼力的放大效应，相应地转子获得一定的惯性力，使得阻尼力与惯性力协同工作减小地震作用。但惯性质量阻尼器产生的惯性力有限，阻尼力有提升的空间，弹性机制有待完善，因而研发一种新型的惯性质量阻尼器具有重要的工程意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，解决原有惯性质量阻尼器惯性力效应较弱、耗能效果不理想、无弹性力效应的重大缺陷，提供一种惯性质量阻尼装置，该阻尼装置兼顾惯性力、阻尼力和弹性力三者协同工作机理。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种惯性质量阻尼装置，由外筒、惯性飞轮、滑动外框、旋转内筒、粘滞材料、滚珠轴承和刚性弹簧组成，所述外筒内设置有将外筒分为左室和右室的隔板，所述左室连接有左室滚珠螺母和左室丝杠，所述右室连接有右室滚珠螺母和右室丝杠；右室滚珠螺母和右室的惯性飞轮形成有惯性质量单元，左室滚珠螺母和左室的旋转内筒形成有惯性质量单元和阻尼单元；所述右室滚珠螺母与所述滑动外框通过光滑的凹槽相连，右室滚珠螺母相对于所述滑动外框可旋转，所述粘滞材料填充在所述旋转内筒和外筒之间的间隙，所述旋转内筒通过滚珠轴承与所述隔板相连，所述左室滚珠螺母、左室丝杠、右室滚珠螺母、右室丝杠和滚珠轴承共轴线。

所述刚性弹簧的两端分别与滑动外框和隔板相连接，滑动外框的相对滑动产生弹性力，起到调谐作用的同时保护阻尼装置。

所述左室丝杠和右室丝杠上分别设置有一个固定耳环，便于固定惯性质量阻尼装置于结构中。

所述左室丝杠、右室丝杠分别通过左室滚珠螺母和右室滚珠螺母将轴向的直线运动转化为旋转运动，实现惯性飞轮和旋转内筒的高速旋转，产生旋转惯性力和粘滞阻尼力。

所述外筒与左室滚珠螺母通过光滑的凹槽相接，可发生旋转运动，所述外筒与滑动外框通过仅能做轴向移动的平滑滚珠相连接，只产生轴向水平运动，并在外筒端部设有防滑出装置。

所述粘滞材料采用二甲基硅油，以获得较稳定的阻尼力。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1、本发明中实现轴向运动和旋转运动的相互间转化，运动可逆过程中惯性力效应和阻尼力效应得到进一步放大，获得理想的耗能能力、有效地减小结构的地震响应，保障结构在地震作用下足够的安全性；可通过选取合适的丝杠实现惯性效应和阻尼效应的最优化。

2、本发明与传统调谐质量阻尼器相比，该阻尼装置体积较小，不会占据太多空间，节省建筑空间，惯性飞轮和旋转内筒产生的惯性效应优于调谐质量阻尼器。

3、本发明与传统调谐液体阻尼器相比，旋转内筒的高速旋转切割粘滞材料，产生较大的阻尼力，耗能能力明显增强。

4、本发明中设置有刚性弹簧，通过惯性质量单元和阻尼单元间的相对位移产生弹性恢复力，起到调谐作用的同时保护阻尼装置。

5、本发明结构简洁，设计合理，兼顾惯性效应、阻尼效应以及弹性恢复力三者协同工作。

附图说明

图1为本发明阻尼装置的结构示意图；

图2-1、2-2和2-3分别是图1中阻尼装置的a-a向剖面图、b-b向剖面图和右视结构示意图；

图3-1和图3-2分别是本发明阻尼装置的惯性效应和阻尼效应的原理示意图；

图4为本发明阻尼装置的弹性效应原理示意图。

附图标记：1、右室丝杠；2、右室滚珠螺母；3、左室丝杠；4、左室滚珠螺母；5、滑动外框；6、惯性飞轮；7、刚性弹簧；8、旋转内筒；9、粘滞材料；10、滚珠轴承；11、密封件；12、外筒；13、平滑滚珠；14、固定耳环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1、图2-1、图2-2和图2-3所示，本发明保护一种新型惯性质量阻尼装置，由右室丝杠1、右室滚珠螺母2、左室丝杠3、左室滚珠螺母4、滑动外框5、惯性飞轮6、刚性弹簧7、旋转内筒8、粘滞材料9、滚珠轴承10、密封件11、外筒12、平滑滚珠13、固定耳环14组成。外筒12内设置隔板将外筒12分为左、右两室，右室滚珠螺母2和右室的惯性飞轮6形成有惯性质量单元，左室滚珠螺母4和左室的旋转内筒8形成有惯性质量单元和阻尼单元；右室滚珠螺母2与其滑动外框5通过光滑的凹槽相互连接，右室滚珠螺母2相对于滑动外框5可高速旋转，二者并未焊接为整体；外筒12与左室滚珠螺母4通过光滑的凹槽相互连接，可发生旋转运动，二者并未焊接为整体；外筒12与滑动外框5通过只能轴向移动的平滑滚珠13相连接，只产生轴向水平运动，并在外筒12端部设有防滑出装置。左室旋转内筒8和外筒12间隙充满粘滞材料9并由密封件11密封处理防止泄漏，在端部通过滚珠轴承10与外筒12的隔板相连；右室丝杠1、右室滚珠螺母2、左室丝杠3、左室滚珠螺母4和滚珠轴承10共轴线且相互卡在一起，三者通过适当的预紧载荷，可减小三者之间的间隙，提高传动效率。刚性弹簧7的两端分别与滑动外框5、外筒12的隔板相连接；滑动外框5的相对滑动产生弹性力，起到调谐作用的同时保护阻尼装置。

左室丝杠3、右室丝杠1分别通过左室滚珠螺母4和右室滚珠螺母2将轴向的直线运动转化为旋转运动，实现惯性飞轮6和旋转内筒8的高速旋转，旋转内筒8切割粘滞材料9产生粘滞阻尼力；惯性飞轮6和旋转内筒8的旋转实现惯性质量的放大，产生惯性力。

本实施例中，粘滞材料9采用受温度影响较小的二甲基硅油，以获得较稳定的阻尼力。

本实施例中，左室丝杠3和右室丝杠1上分别设置有一个固定耳环14，便于固定惯性质量阻尼装置于结构中；可通过v型、对角、以及十字支撑方式与结构连接。

如图3-1和图3-2所示，分别是本发明阻尼装置的惯性效应和阻尼效应的原理示意图，其中图3-1中：q表示粘滞阻尼力；r表示丝杠产生力；m表示旋转内筒惯性力矩；图3-2中：r表示丝杠产生力；m表示惯性飞轮惯性力矩；右室丝杠1发生相对位移时，右室滚珠螺母2将右室丝杠1直线运动转化为惯性飞轮6的高速旋转，同理左室丝杠3带动旋转内筒8高速旋转；同时旋转运动也会影响着轴向运动。阻尼装置的惯性效应由惯性飞轮6和旋转内筒8两部分共同产生，即自身质量相对较小的惯性飞轮6和旋转内筒8产生的惯性效应是很大的，因而在不会占据太多空间的情况下惯性效应的放大是显而易见的；在旋转内筒8高速旋转下，切割粘滞材料9产生更大更稳定的阻尼力，实现最佳耗能。

如图4所示，本发明惯性质量阻尼装置中，弹性效应由与滑动外框5、外筒12的隔板相连接的刚性弹簧7发生相对位移产生(压缩或伸长)；滑动外框5左移，刚性弹簧7压缩，同理右移，刚性弹簧7伸长；相对位移越大，弹性恢复力越大。在极限状况下，仍能保证右室丝杠1处于正常的工作位置，可防止对隔板的碰撞，有效保护阻尼装置。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。