一种惯容-阻尼减振装置

技术领域

本发明涉及结构振动控制技术领域，具体涉及一种惯容-阻尼减振装置。

背景技术

2002年，国外学者首次提出“惯容”的概念。惯容是一种两端点力学元件，其出力与两端点间的相对加速度成正比，比例系数称为表观质量(惯容系数)。惯容的表观质量可以远大于其物理质量，即惯容能够在基本不改变结构物理质量的前提下实现惯性特征的调整。应当指出的是，惯容元件自身仅具备惯性调节和能量转移的功能。为更加有效地实现减振目的，通常需要将惯容与阻尼、刚度等力学元件相连接，以形成惯容系统。

当惯容元件与阻尼元件共同工作时，前者能有效提高后者的能量耗散效率，此即耗能增效。张瑞甫和张璐琦(CN112963488A)将滚珠丝杠式惯容组件和黏滞阻尼组件相结合，发明了一种惯容耗能增效装置；谭平和李亚峰(CN115539545A)将惯容组件和电涡流组件等相结合，发明了一种齿轮齿条式惯容电涡流阻尼器；李小彭和李凡杰等(CN108458036B)将滚珠丝杠式惯容器与磁流变阻尼器相结合，发明了一种可同时对惯容系数和阻尼系数进行调节的减振器。以上发明将惯容元件分别与黏滞阻尼元件、电涡流阻尼元件、磁流变阻尼元件结合在一起，形成惯容-阻尼减振装置。应当指出的是，以上的惯容-阻尼减振装置组件较多，结构复杂，加工难度大，造价也较高，不利于实际工程应用。

发明内容

本发明考虑到现有的惯容-阻尼减振装置组件较多，结构复杂，加工难度大，造价也较高，不利于实际工程应用，设计出一种惯容-阻尼减振装置，其具有结构简单、便于加工、造价低、惯容和阻尼参数均可调等特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种惯容-阻尼减振装置，包括滚珠螺杆、滚珠螺母、飞轮、约束件以及连接头，所述滚珠螺母套装在所述滚珠螺杆上形成滚珠丝杠副，所述飞轮与滚珠螺母固定连接且所述滚珠螺母能够带动所述飞轮绕滚珠螺杆转动，所述约束件包括挡板、内筒、外筒、穿孔端盖和外端盖，所述内筒套设于所述外筒内且所述滚珠螺杆穿入所述内筒以及外筒，所述飞轮与滚珠螺母设置于所述内筒外且位于所述外筒内，所述飞轮与滚珠螺母通过位于内筒端部的挡板以及位于外筒端部且设置有供所述滚珠螺杆穿入的穿孔端盖进行约束，所述外端盖位于外筒的另一端，所述连接头为两个且分别位于所述滚珠螺杆中位于所述外筒外一端以及所述外端盖的外侧部，所述连接头连接至所要进行减振的结构，通过所述飞轮与滚珠螺母在封闭的腔体内绕滚珠螺杆转动实现其所连接结构的减振。

优选地，所述滚珠螺杆位于所述内筒内的端部上设置有挡块，所述挡块用于防止滚珠螺杆从内筒抽出。

优选地，所述滚珠螺母在滚珠螺杆所在直线方向上的两侧均设置有推力球轴承，所述滚珠螺杆穿设于所述推力球轴承。

优选地，所述飞轮包括多个叶片，所述叶片的数量、面积以及角度能够根据需要进行调节，所述飞轮为可拆卸结构。

优选地，所述滚珠螺杆分为左、中、右三段，各段均有外螺纹，左段和右段的直径小于中段的直径。

优选地，所述推力球轴承由座圈、轴圈和钢球保持架组件三个部分构成。

优选地，所述位于所述滚珠螺杆中位于所述外筒外一端的连接头为自润滑杆端关节轴承，其与所述滚珠螺杆通过螺纹进行连接。

优选地，位于所述外端盖的外侧部的连接头与所述外端盖通过焊接连在一起。

本发明具有如下有益效果：(1)通过调整飞轮的质量及其质量的分布，可以改变飞轮的转动惯量，即惯容-阻尼减振装置的惯容系数可根据需要进行调节。(2)通过调整飞轮中叶片的数量、面积和角度，可以改变飞轮转动时所受的空气阻力，即惯容-阻尼减振装置的阻尼系数是可调的。(3)惯容-阻尼减振装置主要由滚珠螺杆、滚珠螺母、飞轮等组成，其具有结构简单、加工方便、造价低廉等优势，工程实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域第一技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明惯容-阻尼减振装置结构示意图。

图2为本发明惯容-阻尼减振装置各组件分解图。

图3为本发明惯容-阻尼减振装置的力学模型。

图中：1、滚珠螺杆，2、滚珠螺母，3、飞轮，4、推力球轴承，5、挡板，6、挡块，7、内筒，8、外筒，9、穿孔端盖，10、外端盖，11、左连接头，12、右连接头，13、惯容元件，14、阻尼元件。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域第一技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域第一技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的第一技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

以下仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于下述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

参考说明书附图1-2，一种惯容-阻尼减振装置，包括滚珠螺杆1、滚珠螺母2、飞轮3、约束件以及连接头，所述滚珠螺母2套装在所述滚珠螺杆1上形成滚珠丝杠副，通过滚珠丝杠副可将直线运动转变为旋转运动，或者将旋转运动转变为直线运动。所述飞轮3与滚珠螺母2固定连接且所述滚珠螺母2能够带动所述飞轮3绕滚珠螺杆1转动，所述约束件包括挡板5、内筒7、外筒8、穿孔端盖9和外端盖10，所述内筒7套设于所述外筒8内且所述滚珠螺杆1穿入所述内筒7以及外筒8，所述飞轮3与滚珠螺母2设置于所述内筒7外且位于所述外筒8内，所述飞轮3与滚珠螺母2通过位于内筒7端部的挡板5以及位于外筒8端部且设置有供所述滚珠螺杆1穿入的穿孔端盖9进行约束，所述外端盖10位于外筒8的另一端，所述连接头为两个且分别位于所述滚珠螺杆1中位于所述外筒8外一端以及所述外端盖10的外侧部，所述连接头连接至所要进行减振的结构，通过所述飞轮3与滚珠螺母2在封闭的腔体内绕滚珠螺杆1转动实现其所连接结构的减振。

本发明惯容-阻尼减振装置中，当滚珠螺杆1沿其轴线运动时，将使得滚珠螺母2以及与滚珠螺母2固连的飞轮3绕滚珠螺杆1转动。由于飞轮3上设置有若干与滚珠螺杆1轴线倾斜的叶片，飞轮3转动时将受到空气阻力作用。两个推力球轴承4设置于滚珠螺母2的两侧，以减小滚珠螺母2转动时的摩擦。挡板5、内筒7、外筒8、穿孔端盖9和外端盖10起约束作用，使滚珠螺母2、飞轮3和推力球轴承4在封闭的腔体内绕滚珠螺杆1转动。挡块6通过螺纹与滚珠螺杆1的右端连在一起，其作用是防止滚珠螺杆1从挡板5左侧的腔体内抽出。所述连接头为位于所述滚珠螺杆1中位于所述外筒8外一端的左连接头11和位于所述外端盖10的外侧部的右连接头12，所述左连接头11和右连接头12是本发明惯容-阻尼减振装置的安装连接件。

本发明惯容-阻尼减振装置的力学模型如说明书附图3所示，由一个惯容元件13和一个阻尼元件14并联而成。本发明惯容-阻尼减振装置的出力F由惯性力F

本发明惯容-阻尼减振装置，可以通过单斜杆支撑或人字形支撑安装于建筑结构的层间，以减小结构在地震作用、风荷载等作用下的振动；也可以与已有的减振装置——例如调谐质量阻尼器、非线性能量阱等相结合，形成新的减振性能更优的振动控制装置。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。