專利名稱：摩擦阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于阻尼器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可以根據(jù)振源振幅調(diào)整阻尼力、并能利用振源信號(hào)進(jìn)行反饋控制的摩擦阻尼器。
背景技術(shù)：
無論是機(jī)械設(shè)備、汽車工程，還是在建筑或海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)中，過大的振動(dòng)要么會(huì)使設(shè)備功能喪失，要么會(huì)使結(jié)構(gòu)破壞。因此，振動(dòng)控制在機(jī)械和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。在機(jī)械和結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)中尤其如此。振動(dòng)控制主要對(duì)結(jié)構(gòu)施加控制機(jī)構(gòu)(系統(tǒng))，由控制機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)共同作用，減少振動(dòng)能量的相互傳遞，避免振動(dòng)的耦合放大和共振的產(chǎn)生，有效防止機(jī)械設(shè)備和結(jié)構(gòu)的破壞。機(jī)械設(shè)備和結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制和混合控制四種類型。
在上述四種控制技術(shù)中，主動(dòng)控制的效果最好，但由于需要外加較大的能源，加之控制裝置的控制算法比較復(fù)雜，因此其應(yīng)用程度少于其它三種控制技術(shù)；被動(dòng)控制造價(jià)低廉，減振效果良好，容易實(shí)現(xiàn)，目前發(fā)展最快，應(yīng)用最廣；半主動(dòng)控制介于主動(dòng)控制和被動(dòng)控制之間，其控制精確度較高，造價(jià)較主動(dòng)控制低廉，而且不需要較大的動(dòng)力源，因此具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景；混合控制綜合了某幾種控制方法的優(yōu)點(diǎn)，因此其具有較好的控制效果，發(fā)展前景較為廣闊。
在被動(dòng)、半主動(dòng)和混合振動(dòng)控制技術(shù)中，耗能方法的選取至關(guān)重要。耗能減振控制是把機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)物中的某些構(gòu)件設(shè)計(jì)成耗能部件或在結(jié)構(gòu)物的某些部位裝設(shè)阻尼器，消耗設(shè)備或結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)的能量，達(dá)到減小振動(dòng)的目的。目前研究開發(fā)的耗能裝置和阻尼器種類較多，歸納起來主要有金屬阻尼器、摩擦阻尼器、粘滯阻尼器、粘彈性阻尼器和復(fù)合型阻尼器。
摩擦阻尼器的研究始于70年代末。目前，研究開發(fā)的摩擦阻尼器主要有Pall摩擦阻尼器、Sunito-me摩擦阻尼器、摩擦剪切鉸阻尼器、滑移型長(zhǎng)孔螺栓節(jié)點(diǎn)阻尼器。這些摩擦阻尼器都具有較好的庫侖特性，摩擦耗能明顯，可提供較大的附加阻尼。荷載大小和頻率對(duì)其性能影響不大，且構(gòu)造簡(jiǎn)單，取材容易，造價(jià)低廉，因而具有很好的應(yīng)用前景。以上摩擦阻尼器的缺點(diǎn)是只能提供恒定的正壓力，并且無論阻尼器是否工作，正壓力始終存在。同時(shí)，兩種材料在恒定的正壓力作用下，保持長(zhǎng)期的靜接觸，會(huì)產(chǎn)生冷粘結(jié)或冷凝固，造成期望的摩擦系數(shù)不能保證。由于結(jié)構(gòu)的限制，現(xiàn)在的摩擦阻尼器依靠自身很難利用振源信號(hào)進(jìn)行反饋控制，因而降低了耗能裝置的靈敏度和工作能力。
(三)實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為了克服以上技術(shù)的不足，提供了一種阻尼器不工作時(shí)基本不產(chǎn)生正壓力；在阻尼器工作時(shí)，可以根據(jù)滑動(dòng)位移的大小產(chǎn)生相應(yīng)大小的摩擦力；并且不會(huì)產(chǎn)生冷粘或冷凝固的摩擦阻尼器。同時(shí)，該阻尼器本身可以利用振源信號(hào)進(jìn)行反饋控制。
本實(shí)用新型是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的摩擦阻尼器，包括有外殼體、位于外殼體內(nèi)的活塞，活塞與外殼體構(gòu)成至少一個(gè)封閉腔，活塞與外殼體接觸部分襯有耐磨材料，其特別之處在于所述的封閉腔內(nèi)設(shè)置有至少一個(gè)變形體和至少一個(gè)滾柱，滾柱直徑稍小于封閉腔的高度。
本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)為所述的變形體為彈性材料、塑性材料、軟鋼或鉛；變形體的截面尺寸為遞增式，位于滾柱一端的截面尺寸最小。所述的變形體的縱截面可以為三角形、拋物線形或多項(xiàng)式形。
本實(shí)用新型的另一種結(jié)構(gòu)為所述變形體為一端通過銷鉸接在活塞上的平板，另一端連接有可以使變形體繞銷轉(zhuǎn)動(dòng)的液壓裝置。為了進(jìn)行振源反饋控制，所述液壓裝置的油道與依靠振源振動(dòng)產(chǎn)生位移的油缸連接。
耗能減振技術(shù)為機(jī)械設(shè)備、建筑、海洋平臺(tái)的抗震(振)設(shè)計(jì)和加固提供了一條嶄新的途徑，它克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)“硬碰硬”式的抗振設(shè)計(jì)方法，具有概念簡(jiǎn)單、減振機(jī)理明確、減振效果顯著，安全可靠的特點(diǎn)。然而同時(shí)應(yīng)注意到，雖然耗能減振技術(shù)的研究和應(yīng)用已取得了很大進(jìn)展，但仍處于研究和試點(diǎn)階段，尚有很多待解決的問題。為此，本項(xiàng)研究擬進(jìn)行一種新型摩擦阻尼器的研究。該阻尼器除克服兩種材料在恒定的正壓力作用下，長(zhǎng)期靜接觸造成冷粘結(jié)或冷凝固，所期望的摩擦系數(shù)不能保證外，還可以根據(jù)摩擦阻尼器滑動(dòng)位移增大摩擦力。除此之外，該摩擦阻尼器可以利用振源信號(hào)進(jìn)行反饋控制。這樣，該阻尼器在大振幅振動(dòng)中耗能能力會(huì)大大增加，從而降低結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。
本實(shí)用新型的工作原理本實(shí)用新型的摩擦阻尼器與彈簧配合使用，起到耗散振動(dòng)能量的目的。在具體使用時(shí)，可以根據(jù)振動(dòng)情況合理地水平(耗散水平方向振動(dòng)能量，單向阻尼器的只能耗散一個(gè)方向振動(dòng)時(shí)的能量，雙向阻尼器的可以耗散兩個(gè)方向振動(dòng)時(shí)的能量。)或垂直(耗散垂直方向振動(dòng)能量)布置阻尼器。阻尼器工作時(shí)，活塞與振源機(jī)械連接，外殼體固定。當(dāng)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)力驅(qū)動(dòng)活塞相對(duì)外殼體向左移動(dòng)時(shí)，滾柱向右滾動(dòng)，在變形體的作用下壓緊外殼體，從而產(chǎn)生阻礙活塞運(yùn)動(dòng)的摩擦力，消耗振動(dòng)能量。活塞和外殼體相對(duì)位移越大，變形體施加給滾柱的正壓力越大，摩擦力越大，阻尼器耗散的振動(dòng)能量越多，從而起到耗能減振的目的。一個(gè)周期振動(dòng)結(jié)束后，振動(dòng)機(jī)械在彈簧的作用下恢復(fù)原來位置，阻尼器也隨之復(fù)位，為下個(gè)振動(dòng)周期耗能做好準(zhǔn)備。
本實(shí)用新型的摩擦阻尼器不工作時(shí)，摩擦副之間可以不產(chǎn)生或產(chǎn)生很小的正壓力。當(dāng)振源設(shè)備振動(dòng)增大，阻尼器工作時(shí)，摩擦阻尼器根據(jù)滑動(dòng)位移的大小產(chǎn)生相應(yīng)大小的摩擦力。除此之外，該阻尼器還可以與振源連接，利用振源進(jìn)行反饋控制，有效提高阻尼器耗能能力。
本實(shí)用新型的有益效果是，阻尼器不工作時(shí)基本不產(chǎn)生正壓力；在阻尼器工作時(shí)，可以根據(jù)滑動(dòng)位移的大小產(chǎn)生相應(yīng)大小的摩擦力；阻尼器還可以與振源連接，利用振源進(jìn)行反饋控制，有效提高阻尼器耗能能力；并且不會(huì)產(chǎn)生冷粘或冷凝固、不會(huì)產(chǎn)生永久性偏位。


圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖圖2為圖1的A-A剖面示意圖圖3、圖4、圖5、圖6分別為本實(shí)用新型另一種實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖圖中，1外殼體，2活塞，3變形體，4滾柱，5封閉腔、6耐摩材料，7油道，8球頭柱塞，9銷，10彈簧，11增力滾柱具體實(shí)施方式
實(shí)施例1圖1、圖2為本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例是由外殼體1、活塞2、二個(gè)變形體3和二個(gè)滾柱4組成。外殼體1為長(zhǎng)方體，內(nèi)有一個(gè)長(zhǎng)方體形的空腔，空腔相對(duì)的兩端開口。活塞2為扁平的長(zhǎng)方體形，位于外殼體內(nèi)的空腔內(nèi)，活塞的兩端的上下方分別有兩個(gè)橫向的凸起，凸起與外殼體之間分別形成兩個(gè)封閉腔5。在封閉腔5內(nèi)的活塞2上分別安裝有一個(gè)變形體3，變形體3的縱截面為三角形，變形體3的材料是橡膠?；钊系耐蛊鹋c外殼體的內(nèi)壁接觸，其接觸部分襯有耐磨材料。滾柱4為圓柱體，放置在活塞上，滾柱的長(zhǎng)度略小于活塞2的寬度，滾柱4直徑稍小于封閉腔5的高度，可以根據(jù)阻尼器的使用環(huán)境，合理選擇公差來確定。
實(shí)施例2圖3為本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的外殼體1與活塞2之間共形成二個(gè)封閉腔5，每個(gè)封閉腔內(nèi)均有一個(gè)滾柱4和二個(gè)變形體3，變形體3的材料為鉛。其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例基本相同。
實(shí)施例3
圖4為本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的外殼體1為具有圓柱形空腔的圓柱體，與活塞2之間形成三個(gè)封閉腔5，每個(gè)封閉腔內(nèi)均有一個(gè)滾柱4和一個(gè)由橡膠制成的變形體3。本實(shí)施例的摩擦阻尼器，可以消除結(jié)構(gòu)或設(shè)備的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
實(shí)施例4圖5為本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
活塞1一側(cè)有一個(gè)油道7，可以跟連接在振源機(jī)械上的油缸連接。變形體3為鋼性的平板，變形體的一端通過銷9鉸接在活塞2上，另一端放置在液壓裝置的球頭柱塞8上。球頭柱塞8安裝在活塞1中部的柱狀空腔內(nèi)，兩個(gè)球頭柱塞中間由彈簧10分開，球頭柱塞的結(jié)合處的底部有斜面，可以避免兩個(gè)柱塞接觸而阻塞油道7。要注意的是，要嚴(yán)格控制球頭柱塞的長(zhǎng)度，應(yīng)使其可以完全進(jìn)入柱塞腔。
振源振幅增大時(shí)，與振源連接的油缸容積減小，液壓油被壓縮，通過油道7進(jìn)入摩擦阻尼器。推動(dòng)球頭柱塞8向外運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)變形體3繞銷9轉(zhuǎn)動(dòng)，滾柱4的正壓力增大，摩擦力增大，從而消耗更多的能量，減小振源的振動(dòng)。反之，振源振幅減小時(shí)，振動(dòng)能量變小，摩擦阻尼器的耗能能力也隨之降低。利用本裝置，可以通過振源信號(hào)來進(jìn)行阻尼器的反饋控制。
實(shí)施例5圖6為本實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)施例的摩擦阻尼器增添了增力機(jī)構(gòu)?；钊?一側(cè)有一個(gè)油道7，可以跟連接在振源機(jī)械上的油缸連接。變形體3為鋼性的平板，變形體的一端通過銷9鉸接在活塞2上，另一端放置在液壓裝置的增力滾柱11上。液壓裝置包括有位于活塞2中部空腔內(nèi)的一個(gè)球頭柱塞8和兩個(gè)增力滾柱11。球頭柱塞8安裝在油道7的一端，兩個(gè)增力滾柱11分別頂在變形體上。
油道7與振源機(jī)械上的液壓油缸連接，振源振幅大時(shí)，油缸容積減小，液壓油被壓縮，通過油道7進(jìn)入摩擦阻尼器。推動(dòng)球頭柱塞8向外運(yùn)動(dòng)，球頭柱塞8與兩個(gè)增力滾柱11接觸，將液壓力放大，從而推動(dòng)變形體3繞銷9轉(zhuǎn)動(dòng)，滾柱4的正壓力增大，摩擦力增大，從而消耗更多的能量，減小振源的振動(dòng)。反之，振源振幅減小時(shí)，振動(dòng)能量變小，摩擦阻尼器的耗能能力也隨之降低。
本實(shí)施例的摩擦阻尼器，一方面可以利用振源進(jìn)行反饋控制，另一方面，可以將液壓油的壓力增大，提高減振效果。
權(quán)利要求1.一種摩擦阻尼器，包括有外殼體(1)、位于外殼體內(nèi)的活塞(2)，活塞與外殼體構(gòu)成至少一個(gè)封閉腔(5)，活塞與外殼體接觸部分襯有耐磨材料，其特征在于所述的封閉腔(5)內(nèi)設(shè)置有至少一個(gè)變形體(3)和至少一個(gè)滾柱(4)，滾柱(4)直徑稍小于封閉腔(5)的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦阻尼器，其特征在于所述的變形體(3)為彈性材料、塑性材料、軟鋼或鉛；變形體的截面尺寸為遞增式，位于滾柱(4)一端的截面尺寸最小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摩擦阻尼器，其特征在于所述的變形體(3)的縱截面為三角形、拋物線形或多項(xiàng)式形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦阻尼器，其特征在于所述變形體(3)為一端通過銷(9)鉸接在活塞(2)上的平板，另一端連接有可以使變形體(3)繞銷(9)轉(zhuǎn)動(dòng)的液壓裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的摩擦阻尼器，其特征在于所述液壓裝置的油道(7)與依靠振源振動(dòng)產(chǎn)生位移的油缸連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種摩擦阻尼器，用于各種振動(dòng)中耗能減震。本實(shí)用新型的摩擦阻尼器，包括有外殼體、位于外殼體內(nèi)的活塞，活塞與外殼體構(gòu)成至少一個(gè)封閉腔，活塞與外殼體接觸部分襯有耐磨材料，其特別之處在于所述的封閉腔內(nèi)設(shè)置有至少一個(gè)變形體和至少一個(gè)滾柱，滾柱直徑稍小于封閉腔的高度。本實(shí)用新型的阻尼器不工作時(shí)基本不產(chǎn)生正壓力；工作時(shí)，可以根據(jù)滑動(dòng)位移的大小產(chǎn)生相應(yīng)大小的摩擦力；阻尼器還可以進(jìn)行反饋控制；并且不會(huì)產(chǎn)生冷粘或冷凝固。
文檔編號(hào)F16F15/02GK2714889SQ20042005165
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者趙東, 馬汝建, 王威強(qiáng), 蔡冬梅, 李桂喜, 屈召富 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)