【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构振动控制，尤其涉及一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置。
技术介绍
1、隔震技术是能够有效降低结构地震反应的重要途径，是通过延长结构自振周期，使结构的基频处于地震动高能量的频率范围之外，可以有效提高结构抗震减灾能力。
2、然而，在罕遇地震中可能会导致隔震层发生显著位移，然而过大的隔震层位移可能会导致隔震层力学行为发生强化效应；传统的解决方法是在隔震层中增加阻尼以控制隔震层位移，但与此同时增加了上部结构绝对加速度响应，而绝对加速度增加进一步带来两方面问题：一是明显降低了上部结构的隔震效果；二是增加了隔震层的倾覆力矩，引起支座抗拉超限的问题。
3、负刚度阻尼作为一种减震装置可以有效解决上述问题，负刚度阻尼提供的阻尼可以控制隔震层位移，同时产生的负刚度特征可以降低结构的加速度响应，实现位移-加速度的双控策略。因此，亟需提出一种新的负刚度阻尼技术方案来解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，用以解决现阶段隔震层阻尼导致隔震结构上部结构响应增加的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，包括永磁直流电机、直线驱动转换系统、滑动变阻器以及变速齿轮箱；
4、所述变速齿轮箱包括箱体、盖板及内部相互啮合设置的双层斜齿轮组件以及换向齿轮组件，所述双层斜齿轮组件包括大小不同的双层斜齿轮以及与双层斜
5、两组永磁直流电机之间设有滑动变阻器，滑动变阻器两端通过导线与永磁直流电机串联，形成闭合回路，线路电阻变化范围为两组永磁直流电机固有电阻之和变化至两组永磁直流电机固有电阻与滑动变阻器最大电阻之和；
6、多组所述变速齿轮箱之间设有直线驱动转换系统，直线驱动转换系统包括驱动齿轮组件以及直齿条，驱动齿轮组件包括由伞齿轮、直齿轮组成的驱动齿轮以及与驱动齿轮同轴线且垂直于换向齿轮的传动轴，直齿条通过限位装置与驱动齿轮的直齿轮啮合；
7、所述限位装置包括相对间隔设置的两个轴支座，其分别与变速齿轮箱连接，轴支座之间设置有传动轴以及转动轴承，转动轴承与直齿条的沟槽相接触；
8、所述双层斜齿轮中大分度圆的斜齿轮与直流电机主轴斜齿轮在同一平面内啮合，双层斜齿轮中小分度圆的斜齿轮与换向齿轮的斜齿轮在同一平面内啮合，换向齿轮中伞齿轮与驱动齿轮中伞齿轮在垂直平面内啮合，驱动齿轮的直齿轮与直齿条啮合；这样的结构可以将输出转速在输入转速的基础上进行成倍放大，同时使得高速旋转的部件产生惯性力获得负刚度特征。
9、进一步地，所述永磁直流电机的主轴中线轴线、齿轮变速箱中双层斜齿轮中心轴线以及换向齿轮组件的中心轴线处于同一平面，并且永磁直流电机主轴中心轴线与换向齿轮组件中心轴线共线，换向齿轮中心轴线与驱动齿轮中心轴线垂直；直齿条中心轴线与驱动齿轮中心主线垂直，同时与永磁直流电机主轴中心轴线平行。
10、进一步地，所述双层斜齿轮组件、换向齿轮组件以及驱动齿轮组件包含的齿轮均设为相同模数；所述双层斜齿轮组件中小分度圆斜齿轮与所述永磁直流电机主轴斜齿轮分度圆直径相同；所述双层斜齿轮组件中大分度圆斜齿轮与换向齿轮组件中的斜齿轮分度圆直径相同。
11、进一步地，高速的以及低速的传动轴分别与转动轴承内圈通过化学粘剂进行粘合固定，用以限制转动轴与转动轴承之间的轴向移动。
12、进一步地，为了限制转动轴承在其转动方向以外方向的运动，双层斜齿轮组件以及换向齿轮组件的转动轴承嵌于变速齿轮箱箱体的板材内部，变速齿轮箱在各转动轴承的径向方向设有至少一对紧定螺栓用以限制转动轴承外圈与齿轮变速箱箱体的相对移动。
13、进一步地，多组变速齿轮箱箱体间隔位置与驱动齿轮伞齿轮之间的距离相适配；多组变速齿轮箱并联设置获得成倍阻尼，且上述多组变速齿轮箱的布置遵循对称原则。
14、进一步地，为了限制限位装置内部构件的相对移动，限位装置中的传动轴分别与轴支座以及转动轴承内部通过化学粘剂进行粘合固定。
15、进一步地，为了限定直齿条与驱动齿轮中直齿轮处于同一工作平面，直齿条的沟槽与限位装置的转动轴承外圆相切接触。
16、进一步地，所述齿轮变速箱两侧设有直角固定件并通过螺栓相连，一侧的直角固定支座通过螺栓与永磁直流电机相连，另一侧的直角固定支座作为固定端通过螺栓与外部构件固定连接；所述直齿条底部设置直线驱动轴，并通过直线轴承固定在外壳上。
17、上述阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置的应用，该阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置作为整体应用在隔震结构的隔震层中。
18、相比现有技术，本申请具有以下有益效果：
19、本专利技术提供一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其包括永磁直流电机、直角固定支座、直线驱动转换系统、滑动变阻器、导线，以及设置在电机与直线驱动转换系统之间的变速齿轮箱。所述阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置具有以下优势：
20、1.负刚度特征主要由变速齿轮箱中齿轮的惯性质量以及永磁直流电机中转子的惯性质量提供，惯容系数取决于电机转子质量、齿轮质量以及双层斜齿轮的分度圆半径比，较小质量便可提供可观的且稳定的惯容系数，是一种速度相关型的负刚度特征；
21、2.直齿条通过驱动齿轮、变速齿轮箱可成倍放大永磁直流电机中转子的转速，使其在切割磁感线过程中受到电磁力作用进而产生阻尼力，在闭合回路中电阻保持恒定条件下与运动速度呈正相关，可提供黏滞阻尼特征的滞回模型，电磁阻尼弥补了传统黏滞阻尼装置易漏液、需维护等不足；
22、3.调整外置滑动变阻器或串联其他电阻元件可调整阻尼力，满足了可现场调整使其达到所需等效黏滞阻尼系数的能力，同时在阻尼装置工作过程中的电能也可转化为其他能量形式，进一步地也为变阻尼及半主动控制设计提供了新思路。
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1.一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：包括永磁直流电机(1)、直线驱动转换系统、滑动变阻器(7)以及变速齿轮箱；
2.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：所述永磁直流电机(1)的主轴中线轴线、齿轮变速箱中双层斜齿轮(4)中心轴线以及换向齿轮组件的中心轴线处于同一平面，并且永磁直流电机(1)主轴中心轴线与换向齿轮组件中心轴线共线，换向齿轮(5)中心轴线与驱动齿轮(13)中心轴线垂直；直齿条(6)中心轴线与驱动齿轮(13)中心主线垂直，同时与永磁直流电机(1)主轴中心轴线平行。
3.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：所述双层斜齿轮(4)组件、换向齿轮(5)组件以及驱动齿轮(13)组件包含的齿轮均设为相同模数；所述双层斜齿轮(4)组件中小分度圆斜齿轮与所述永磁直流电机(1)主轴斜齿轮分度圆直径相同；所述双层斜齿轮(4)组件中大分度圆斜齿轮与换向齿轮(5)组件中的斜齿轮分度圆直径相同。
4.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：高速的以及低速的传动轴(
5.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：为了限制转动轴承(12)在其转动方向以外方向的运动，双层斜齿轮(4)组件以及换向齿轮(5)组件的转动轴承(12)嵌于变速齿轮箱箱体(2)的板材内部，变速齿轮箱在各转动轴承(12)的径向方向设有至少一对紧定螺栓用以限制转动轴承(12)外圈与齿轮变速箱箱体(2)的相对移动。
6.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：多组变速齿轮箱箱体(2)间隔位置与驱动齿轮(13)伞齿轮之间的距离相适配；多组变速齿轮箱并联设置获得成倍阻尼，且上述多组变速齿轮箱的布置遵循对称原则。
7.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：为了限制限位装置内部构件的相对移动，限位装置中的传动轴(11)分别与轴支座(10)以及转动轴承(12)内部通过化学粘剂进行粘合固定。
8.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：为了限定直齿条(6)与驱动齿轮(13)中直齿轮处于同一工作平面，直齿条(6)的沟槽与限位装置的转动轴承(12)外圆相切接触。
9.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：所述齿轮变速箱两侧设有直角固定件(9)并通过螺栓相连，一侧的直角固定支座(9)通过螺栓与永磁直流电机(1)相连，另一侧的直角固定支座(9)作为固定端通过螺栓与外部构件固定连接；所述直齿条(6)底部设置直线驱动轴(16)，并通过直线轴承(15)固定在外壳(14)上。
10.一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置的应用，其采用权利要求1-9所述的阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：该阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置作为整体应用在隔震结构的隔震层中。
...【技术特征摘要】
1.一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：包括永磁直流电机(1)、直线驱动转换系统、滑动变阻器(7)以及变速齿轮箱；
2.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：所述永磁直流电机(1)的主轴中线轴线、齿轮变速箱中双层斜齿轮(4)中心轴线以及换向齿轮组件的中心轴线处于同一平面，并且永磁直流电机(1)主轴中心轴线与换向齿轮组件中心轴线共线，换向齿轮(5)中心轴线与驱动齿轮(13)中心轴线垂直；直齿条(6)中心轴线与驱动齿轮(13)中心主线垂直，同时与永磁直流电机(1)主轴中心轴线平行。
3.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：所述双层斜齿轮(4)组件、换向齿轮(5)组件以及驱动齿轮(13)组件包含的齿轮均设为相同模数；所述双层斜齿轮(4)组件中小分度圆斜齿轮与所述永磁直流电机(1)主轴斜齿轮分度圆直径相同；所述双层斜齿轮(4)组件中大分度圆斜齿轮与换向齿轮(5)组件中的斜齿轮分度圆直径相同。
4.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：高速的以及低速的传动轴(11)分别与转动轴承(12)内圈通过化学粘剂进行粘合固定，用以限制转动轴(11)与转动轴承(12)之间的轴向移动。
5.根据权利要求1所述的一种阻尼可调的负刚度电磁阻尼装置，其特征在于：为了限制转动轴承(12)在其转动方向以外方向的运动，双层斜齿轮(4)组件以及换向齿轮(5)组件的转动轴承(12)嵌于变速齿轮箱箱体(2)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：石路炜，彭凌云，张如函，尹祎文，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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