一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置制造方法及图纸

技术编号：40923453 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-18 14:47

本发明专利技术涉及一种具有辅助质量的滚轮‑凹板型变刚度自适应隔振装置，包括辅助质量机制单元和变刚度机制单元；辅助质量机制单元包括多对辅助质量旋转螺母，辅助质量旋转螺母套设于旋转螺杆上，旋转螺杆与主体杆件之间连接两根连接杆件，旋转螺杆上设置有挡板，辅助质量旋转螺母与挡板之间连接旋转弹簧；变刚度机制单元包括六角形结构和滚轮‑凹板结构，六角形结构包括六根主体杆件，主体杆件之间连接弹簧，滚轮‑凹板结构包括凹板、弹簧和滚轮，滚轮与主体杆件之间连接弹簧。与现有技术相比，本发明专利技术可为被隔振结构提供变形幅值、速度和加速度相关的非线性增强的惯性控制力和变刚度恢复力，尤其可实现发变形阶段的隔振增效及隔振变形协同控制效果。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土木工程结构隔振器，涉及一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置。

技术介绍

1、现代建筑结构的设计趋近大型化和复杂化，结构的刚度更小，柔度更大，结构的震动频率也进入低频阶段，相对高频振动，低频振动具有大振幅的特征。线性隔振理论表明，只有当激振频率大于倍固有频率时，系统才有隔振效果。基于现有的荷载与变形线性关系的线性理论优化方法，如果要将隔振器的隔振频率降低到低频阶段，就必须要降低隔振结构的刚度，这会导致结构承载能力下降，同时隔振作用发生时的大振幅也会对结构产生疲劳破坏；如果增大阻尼，降低共振峰值，也将会恶化高频范围的隔振效果。

2、基于现有的技术要求，研究人员们设计出了非线性关系的隔振器，即荷载与变形呈非线性关系，非线性的实现主要研究方向有几何非线性和材料非线性，几何非线性通过对于动物的骨骼和肌肉进行仿生形成非线性关系的隔振装置，如类肢状结构，剪刀型结构就是其中的一个特殊对称构型；材料非线性则是利用非线性材料实现非线性功能，主要有形状记忆合金、双稳复合板等。目前也有部分研究人员将两种非线性实现方法相结合，将几何非线性中的线性弹簧单元替换为非线性材料，这也是一个新兴的研究方向。

3、仿生隔振器作为隔振器新兴的发展方向，主要通过研究生物结构中应对激振力有利的非线性特性并使用工业器材来模拟生物的非线性结构。现有的研究绝大多数都关注于单一刚度、阻尼或者质量的专利技术、改良和实际应用，急缺利用多种机制协同的复合增效隔振器，随着对于更多生物隔振结构的发现和仿生，未来研究前景仍然可观。

4、隔振器在航空航天、汽车工程、船舶工程、大型建筑结构及精密仪器加工等领域的隔振都有重大作用，现有隔振设计研究方法在超低频、大变形、大惯量等工况下都有缺陷。

5、专利cn236048327a公开了一种阻尼与刚度同步调节的抗冲击隔振器，包括外壳，分别固定装设于外壳上下两端的上盖和下盖，固定装设于外壳上的导向柱，滑动装设于导向柱上的升降套筒，固定装设于升降套筒上的隔振平台；导向柱上还滑动装设有变阻尼模块，外壳的内部还装设有关于导向柱对称的变刚度模块a和变刚度模块b；变阻尼模块包括压板a、压板b、金属抗拉压螺旋弹簧、连杆a、连杆c、连杆b和连杆d，以及两个对称装设的阻尼块。但该专利虽然具有变刚度和变阻尼机制，但该专利的刚度调节仅是随外界冲击增加而同步增加，无法实现可定制的非线性恢复力和惯性控制力放大，对微振动不具有高敏感性。

6、专利cn365729431u公开了一种新型仿昆虫低频隔振结构，包括通过竖直方向导向结构实现竖直方向相对运动的上底板与下底板、安装在上底板与下底板之间施加恢复力的串联菱形结构以及串接在串联菱形结构上从而对上底板与下底板增加非线性惯性力和非线性阻尼力的水平方向导向结构。但该专利在菱形结构中附加的小型菱形结构与其主菱形结构作用机理相同，仅增加了非线性恢复力的调整手段，无法提供辅助质量放大机制。

技术实现思路

1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的至少一种缺陷而提供一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，本专利技术可为被隔振结构提供变形幅值、速度和加速度相关的非线性增强的惯性控制力和变刚度恢复力，尤其可实现发变形阶段的隔振增效及隔振变形协同控制效果。

2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本专利技术的技术方案之一在于，提供一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，该装置包括辅助质量机制单元和变刚度机制单元，所述装置的上方与上平台相连接，下方与下平台相连接；

4、所述辅助质量机制单元包括多对辅助质量旋转螺母，一对辅助质量旋转螺母套设于旋转螺杆的两侧，所述旋转螺杆的两侧与主体杆件的连接处之间连接两根连接杆件，所述旋转螺杆的两端设置有一对挡板，所述辅助质量旋转螺母与挡板之间连接旋转弹簧，当装置发挥作用，竖直方向产生位移时，一对辅助质量旋转螺母会同时顺时针或同时逆时针跟随旋转螺杆进行旋转，构成一旋转单元，同时辅助质量旋转螺母会根据旋转螺杆旋转速度绕螺纹进行自身旋转，所述辅助质量旋转螺母通过旋转能增加所能提供的惯性力，外部的挡板和弹簧将会保证在发挥作用后辅助质量旋转螺母可以回到原有位置，发挥辅助质量放大和惯性增效的作用以提供增效惯性控制力，在不降低隔振器纵向承载力的前提下提供放大的非线性惯性质量，该惯性质量与变形幅值、速度和加速度相关，可有效地延长隔振周期；

5、所述变刚度机制单元包括六角形结构和滚轮-凹板结构，六角形结构包括六根主体杆件，该主体杆件的连接处之间连接变刚度弹簧，该变刚度弹簧作为线性弹簧单元，在水平方向具有恢复力和位移成线性关系，通过六角形结构提供对线性弹簧刚度的非线性调整，所述滚轮-凹板结构包括凹板、弹簧和滚轮，该滚轮与主体杆件的连接处之间连接弹簧，所述滚轮与凹板的表面相接触，所述凹板与下平台相连接，被预压缩的弹簧使得滚轮在凹板上移动，所述凹板的表面具有曲线形状，当装置发挥隔振作用时，所述装置在竖直方向发生位移，所述滚轮也在竖直方向不同位置与凹板的表面相接触，所述凹板表面不同的曲线形状可让弹簧产生不同的恢复力，使得弹簧产生可定制的非线性力，所述滚轮-凹板结构可在各种复杂情况下通过调节参数实现对于不同工况的隔振，所述六角形结构和滚轮-凹板结构并联实现两种非线性刚度在可变性空间内的互补作用。

6、作为优选的技术方案，所述上平台为结构主体，即安装端，所述下平台为地面。

7、进一步地，所述主体杆件包括第一主体杆件、第二主体杆件、第三主体杆件、第四主体杆件、第五主体杆件和第六主体杆件，所述装置的上方通过第一主体杆件与上平台相连接，下方通过第四主体杆件与下平台相连接。

8、进一步地，所述第二主体杆件和第三主体杆件的连接处与第五主体杆件和第六主体杆件的连接处之间连接变刚度弹簧。

9、进一步地，所述辅助质量包括第一辅助质量旋转螺母和第二辅助质量旋转螺母，所述旋转螺杆包括第一旋转螺杆，所述连接杆件包括第一连接杆件和第二连接杆件，所述挡板包括第一挡板和第二挡板，所述旋转弹簧包括第一旋转弹簧和第二旋转弹簧，所述第一辅助质量旋转螺母和第二辅助质量旋转螺母套设于第一旋转螺杆的两侧，所述第一旋转螺杆的一侧与第二主体杆件和第三主体杆件的连接处之间连接第一连接杆件，另一侧与第五主体杆件和第六主体杆件的连接处之间连接第二连接杆件，所述第一旋转螺杆的两端设置有第一挡板和第二挡板，所述第一辅助质量旋转螺母与第一挡板之间连接第一旋转弹簧，所述第二辅助质量旋转螺母与第二挡板之间连接第二旋转弹簧。

10、进一步地，所述辅助质量旋转螺母还包括一对第三辅助质量旋转螺母和第四辅助质量旋转螺母，所述旋转螺杆还包括第二旋转螺杆，所述连接杆件还包括第三连接杆件和第四连接杆件，所述挡板还包括第三挡板和第四挡板，所述旋转弹簧还包括第三旋转弹簧和第四旋转弹簧。

11、进一步地，所述第三辅助质量旋转螺母和第四辅助质量旋转螺母套设于第二旋转螺杆的两侧，所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，该装置包括辅助质量机制单元和变刚度机制单元，所述装置的上方与上平台(34)相连接，下方与下平台(35)相连接；

2.根据权利要求1所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述主体杆件包括第一主体杆件(1)、第二主体杆件(2)、第三主体杆件(3)、第四主体杆件(4)、第五主体杆件(5)和第六主体杆件(6)，所述装置的上方通过第一主体杆件(1)与上平台(34)相连接，下方通过第四主体杆件(4)与下平台(35)相连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述第二主体杆件(2)和第三主体杆件(3)的连接处与第五主体杆件(5)和第六主体杆件(6)的连接处之间连接变刚度弹簧(7)。

4.根据权利要求2所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述辅助质量包括第一辅助质量旋转螺母(9)和第二辅助质量旋转螺母(10)，所述旋转螺杆包括第一旋转螺杆(8)，所述连接杆件包括第一连接杆件(

5.根据权利要求4所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述辅助质量旋转螺母还包括一对第三辅助质量旋转螺母(16)和第四辅助质量旋转螺母(17)，所述旋转螺杆还包括第二旋转螺杆(15)，所述连接杆件还包括第三连接杆件(24)和第四连接杆件(25)，所述挡板还包括第三挡板(20)和第四挡板(21)，所述旋转弹簧还包括第三旋转弹簧(18)和第四旋转弹簧(19)。

6.根据权利要求5所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述第三辅助质量旋转螺母(16)和第四辅助质量旋转螺母(17)套设于第二旋转螺杆(15)的两侧，所述第二旋转螺杆(15)的一侧与第二主体杆件(2)和第三主体杆件(3)的连接处之间连接第三连接杆件(24)，另一侧与第五主体杆件(5)和第六主体杆件(6)的连接处之间连接第四连接杆件(25)，所述第二旋转螺杆(15)的两端设置有第三挡板(20)和第四挡板(21)，所述第三辅助质量旋转螺母(16)与第三挡板(20)之间连接第三旋转弹簧(18)，所述第四辅助质量旋转螺母(17)与第四挡板(21)之间连接第四旋转弹簧(19)。

7.根据权利要求2所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述滚轮-凹板结构还包括圆筒，所述弹簧在圆筒内运动。

8.根据权利要求7所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述凹板包括第一凹板(26)和第二凹板(27)，所述滚轮包括第一滚轮(32)和第二滚轮(33)，所述第一滚轮(32)与第一凹板(26)的表面相接触，所述第二滚轮(33)与第二凹板(27)的表面相接触，所述第一凹板(26)和第二凹板(27)与地面相连接。

9.根据权利要求8所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述弹簧包括第一弹簧(30)和第二弹簧(31)，所述圆筒包括第一圆筒(28)和第二圆筒(29)，所述第一滚轮(32)与第二主体杆件(2)和第三主体杆件(3)的连接处之间连接第一弹簧(30)，所述第二滚轮(33)与第五主体杆件(5)和第六主体杆件(6)的连接处之间连接第二弹簧(31)，所述第一弹簧(30)在第一圆筒(28)内运动，所述第二弹簧(31)在第二圆筒(29)内运动。

10.根据权利要求1所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述凹板的表面采用曲线形状，该曲线形状包括圆弧线、悬链线或三角函数线。

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【技术特征摘要】

4.根据权利要求2所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述辅助质量包括第一辅助质量旋转螺母(9)和第二辅助质量旋转螺母(10)，所述旋转螺杆包括第一旋转螺杆(8)，所述连接杆件包括第一连接杆件(22)和第二连接杆件(23)，所述挡板包括第一挡板(13)和第二挡板(14)，所述旋转弹簧包括第一旋转弹簧(11)和第二旋转弹簧(12)，所述第一辅助质量旋转螺母(9)和第二辅助质量旋转螺母(10)套设于第一旋转螺杆(8)的两侧，所述第一旋转螺杆(8)的一侧与第二主体杆件(2)和第三主体杆件(3)的连接处之间连接第一连接杆件(22)，另一侧与第五主体杆件(5)和第六主体杆件(6)的连接处之间连接第二连接杆件(23)，所述第一旋转螺杆(8)的两端设置有第一挡板(13)和第二挡板(14)，所述第一辅助质量旋转螺母(9)与第一挡板(13)之间连接第一旋转弹簧(11)，所述第二辅助质量旋转螺母(10)与第二挡板(14)之间连接第二旋转弹簧(12)。

5.根据权利要求4所述的一种具有辅助质量的滚轮-凹板型变刚度自适应隔振装置，其特征在于，所述辅助质量旋转螺母还包括一对第三辅助质量旋转螺母(16)和第四辅助质量旋转螺母(17)，所述旋转螺杆还包括第二旋转螺杆(15)，所述连接杆件还包括第三连接杆件(24)和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志鹏，张兵兵，吴敏君，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：

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