一种超低频质量调谐阻尼器

技术领域

本发明涉及阻尼器域，具体而言，涉及一种超低频质量调谐阻尼器。

背景技术

阻尼器，是以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。利用阻尼来吸能减震不是什么新技术，在航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业中早已应用各种各样的阻尼器(或减震器)来减振消能。从二十世纪七十年代后，人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中，其发展十分迅速。特别是有五十多年历史的液压粘滞阻尼器，在美国被结构工程界接受以前，经历了大量实验，严格审查，反复论证，特别是地震考验的漫长过程。目前，建筑、桥梁等结构遇到地震、风力或人为振动环境中，阻尼器在振动过程中减振耗能，以此可以对上述结构起到很好的保护作用。但是，随着工程技术的发展，越来越多的工程结构需要更加紧密，适应超低振动频率的阻尼器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超低频质量调谐阻尼器，其结构简单，安装方便，能够实现超小的水平刚度，进而适应超低的震动频率，对结构起到更好的保护作用。

本发明的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种超低频质量调谐阻尼器，包括底座和阻尼结构，阻尼结构包括超低频部件，超低频部件包括质量块和两个竖向拨挡块，竖向拨挡块对称设在底座上，质量块设置在两个竖向拨挡块之间，竖向拨挡块与质量块的接触面为倾斜面；

底座两侧设置有挡板，挡板与竖向拨挡块之间设置有弹簧。

在本发明的一些实施例中，上述竖向拨挡块的倾斜面上设置有多个斜坡面滑轨，斜坡面滑轨包括滑槽和斜坡滑块，斜坡滑块设置在滑槽内，且斜坡滑块与质量块接触。

在本发明的一些实施例中，上述斜坡滑块为圆柱形结构，圆柱形结构能在滑槽内自由转动。

在本发明的一些实施例中，上述竖向拨挡块与底座之间设置有水平滑轨，水平滑轨上设置有平行滑块，平行滑块设置在水平滑轨上，且平行滑块能沿水平滑轨自由滑动，竖向拨挡块与平行滑块连接。

在本发明的一些实施例中，上述两个竖向拨挡块与质量块的倾斜面对称，倾斜面与竖直面的夹角为锐角。

在本发明的一些实施例中，上述锐角为0～30°。

在本发明的一些实施例中，上述挡块与竖向拨挡块之间设置有减震器，两个减震器对称设置在两个竖向拨挡块的侧面，减震器两端分别连接到相邻的竖向拨挡块和底座。

在本发明的一些实施例中，上述减震器设置在竖向拨挡块中心处，且两个减震器位于同一水平轴线。

在本发明的一些实施例中，上述竖向拨挡块上设置有圆槽，弹簧套设有导向柱，导向柱一端连接到挡板，另一端能伸入到圆槽内。

在本发明的一些实施例中，上述两个竖向拨挡块上的圆槽位于同一水平轴线上。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

本发明提供一种超低频质量调谐阻尼器，包括底座和阻尼结构，底座用于承载上述阻尼结构，保证阻尼结构能够稳定设置在底座上。其中，阻尼结构能够在地震、风力等振动条件下是质量块进行阻尼运动，实现以下质量块的阻尼运动，保证与质量块连接的工程结构安全。上述阻尼结构包括超低频部件，超低频部件拥有实现质量块的超小水平刚度，进而实现超低的振动频率。上述超低频部件包括质量块和两个竖向拨挡块，质量块可作为与上述工程结构的连接件，可用于连接到需要设置质量调谐阻尼器的工程结构中。两个竖向拨挡块与质量块接触连接，竖向拨挡块对称设在底座上，质量块设置在两个竖向拨挡块之间，竖向拨挡块与质量块的接触面为倾斜面。竖向拨挡块与质量块的接触面为倾斜面，当振动发生时，质量块能够在竖向拨挡块的倾斜面上滑动，并将工程结构转移到质量块的振动转移到两个拨挡块上，使质量块在倾斜面的滑动，转换为两个竖向拨挡块在平行于底座上的水平运动。上述底座两侧设置有挡板，挡板与竖向拨挡块之间设置有弹簧。当上述竖向拨挡块在底座上的进行水平运动时，弹簧能够起到缓冲作用。弹簧作用在竖向拨挡块上的反作用力，使竖向拨挡块在运动中做简谐运动。竖向拨挡块在简谐运动过程中，作用在质量块的力为上述弹簧反作用力的k倍。其中，k为常数，其大小与倾斜面的倾斜程度有关，规定倾斜面的斜度为倾斜程度的正相关系数，则倾斜面的斜度越小。k越小，则质量块受到的作用力越小，进而质量块竖向刚度越小，竖向自振频率就越低。与质量块连接的工程结构的自振频率也越低。

因此，该超低频质量调谐阻尼器结构简单，安装方便，能够实现超小的水平刚度，进而适应超低的震动频率，能够对施工结构起到更好的保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明实施例的三维结构示意图；

图4为本发明实施例的爆炸图；

图5为本发明实施例中竖向拨挡块的结构示意图。

图标：1-挡板，2-减震器，3-弹簧，4-竖向拨挡块，5-质量块，6-斜坡滑块，7-水平滑轨，8-平行滑块，9-底座，10-导向柱，11-圆槽，12-滑槽，401-倾斜面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例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例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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装置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，若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1、图2和图3，图1所示为本发明实施例的结构示意图，图2为本发明实施例的俯视图，图3为本发明实施例的三维结构示意图。本实施例提供一种超低频质量调谐阻尼器，包括底座9和阻尼结构，底座9用于承载上述阻尼结构，保证阻尼结构能够稳定设置在底座9上。其中，阻尼结构能够在地震、风力等振动条件下是质量块5进行阻尼运动，实现以下质量块5的阻尼运动，保证与质量块5连接的工程结构安全。

在本实施例中，上述阻尼结构包括超低频部件，超低频部件拥有实现质量块5的超小水平刚度，进而实现超低的振动频率。上述超低频部件包括质量块5和两个竖向拨挡块4，质量块5可作为与上述工程结构的连接件，可用于连接到需要设置质量调谐阻尼器的工程结构中。两个竖向拨挡块4与质量块5接触连接，竖向拨挡块4对称设在底座9上，质量块5设置在两个竖向拨挡块4之间，竖向拨挡块4与质量块5的接触面为倾斜面401。竖向拨挡块4与质量块5的接触面为倾斜面401，当振动发生时，质量块5能够在竖向拨挡块4的倾斜面401上滑动，并将工程结构转移到质量块5的振动转移到两个拨挡块上，使质量块5在倾斜面401的滑动，转换为两个竖向拨挡块4在平行于底座9上的水平运动。

请参照图1，在本实施例中，上述底座9两侧设置有挡板1，挡板1与竖向拨挡块4之间设置有弹簧3。当上述竖向拨挡块4在底座9上的进行水平运动时，弹簧3能够起到缓冲作用。弹簧3作用在竖向拨挡块4上的反作用力，使竖向拨挡块4在运动中做简谐运动。

上述竖向拨挡块4在简谐运动过程中，作用在质量块5的力为上述弹簧3反作用力的k倍。其中，k为常数，其大小与倾斜面401的倾斜程度有关，规定倾斜面401的斜度为倾斜程度的正相关系数，则倾斜面401的斜度越小。k越小，则质量块5受到的作用力越小，进而质量块5竖向刚度越小，竖向自振频率就越低。与质量块5连接的工程结构的自振频率也越低。

因此，该超低频质量调谐阻尼器结构简单，安装方便，能够实现超小的水平刚度，进而适应超低的震动频率，能够对施工结构起到更好的保护作用。

请参照图1和图5在本实施例的一些实施方式中，上述竖向拨挡块4的倾斜面401上设置有多个斜坡面滑轨，上述斜坡面滑轨包括滑槽12和斜坡滑块6，上述斜坡滑块6设置在上述滑槽12内，且上述斜坡滑块6与上述质量块5接触。斜坡面滑轨主要用于减少质量块5与倾斜面401的摩擦，防止质量块5在振动过程中，沿斜坡面滑动后，因摩擦系数过大，使质量块5与竖向拨挡块4之间造成摩擦破坏。同时，上述斜坡面滑轨还能防止因摩擦力过大，影响上述弹簧3带动竖向拨挡块4进行简谐运动，影响弹簧3减振效果。

请参照图1和图5，在本实施例的一些实施方式中，上述斜坡面滑轨均匀间隔设置在倾斜面401上，上述斜坡滑块6为圆柱形结构，上述圆柱形结构能在上述滑槽12内自由转动。质量块5在倾斜面401上运动时，与圆柱形结构连接，通过圆柱形结构的转动，将滑动摩擦转换为滚动摩擦，从而降低质量块5与倾斜面401之间的摩擦系数，减小摩擦作用。

在其他本实施例中，上述斜坡面滑轨包括与质量块运动方向相同的直线滑槽(图中未示出)和滑动滑块(图中未示出)，其中直线滑槽直接开设在倾斜面401上，滑动滑块设置在直线滑槽内，且滑动滑块与质量块5直接连接，直线滑槽方向与质量块5滑动方向一致，质量块5能够随滑动滑块移动。由于滑动滑块的与直线滑槽表面粗糙度小，通过减小滑动滑块与直线滑槽之间的粗糙度，可减小摩擦系数，从而间接的减小质量块5与竖向拨挡块4之间的摩擦系数。

请参照图1、图3和图4，在本实施例的一些实施方式中，上述竖向拨挡块4与上述底座9之间设置有水平滑轨7，上述水平滑轨7上设置有平行滑块8，上述平行滑块8设置在上述水平滑轨7上，且上述平行滑块8能沿上述水平滑轨7自由滑动，上述竖向拨挡块4与上述平行滑块8连接。

在本实施例中，上述水平滑轨7和水平滑块能够间接的降低竖向拨挡块4与底座9的摩擦系数，减小它们之间的摩擦作用，从而提升上述弹簧3的缓冲效果。

进一步的，在本实施例中，底座9上设置有两个对称的水平滑轨7，竖向拨挡块4下表面连接有两个滑块，两个滑块分别设置在上述两个对称的水平滑轨7上。选用两个滑轨，并通过两个滑块与上述竖向拨挡块4连接，能够使竖向拨挡块4在底座9上滑动时，受到的摩擦作用影响更小。由此，可提升上述弹簧3的缓冲效果。

在本实施例的一些实施方式中，两个上述竖向拨挡块4与上述质量块5的倾斜面401对称，上述倾斜面401与竖直面的夹角为锐角。

在本实施例中，上述倾斜面401与竖直面为锐角，设定上述锐角角度为α，则上述常数k为常数，且k在0～1之间。设定弹簧3对竖向拨挡块4的作用力为a则，可以计算出竖向拨挡块4作用在质量块5的作用力为b＝sinαa，由以上公式可知锐角角度α与竖向拨挡块4作用在质量块5的作用力b呈正相关。因此，通过改变α可改变竖向拨挡块4作用在质量块5的作用力b。α越小，则质量块5受到的作用力越小，进而质量块5竖向刚度越小，竖向自振频率就越低。与质量块5连接的工程结构的自振频率也越低。

在本实施例的一些实施方式中，上述锐角α为0～30°，理论上α越小越好，但是当α小于5°时，质量块5与竖向拨挡块4容易脱落，且实际加工工艺在α角度变小到一定程度后，加工会变得困难。因此，在本实施例中，上述锐角在5～30°时，能够最好的实现加工，且α较小，能够满足竖向自振频率低施工要求。

请参照图1、图2、图3和图4，在本实施例的一些实施方式中，上述挡块与上述竖向拨挡块4之间设置有减震器2，上述减震器2对称设置在两个上述竖向拨挡块4的侧面，上述减震器2两端分别连接到相邻的上述竖向拨挡块4和上述底座9。

在本实施例中，上述减震器2主要用于起到辅助阻尼作用，选用一种普通的减震器2作为减震器2，在两个竖向拨挡块4运动时，能够起到辅助减震作用。

在本实施例的一些实施方式中，上述减震器2设置在上述竖向拨挡块4中心处，且上述两个减震器2位于同一水平轴线。减震器2设置在同一水平轴线，能够起到最佳的减震效果。

请参照图4，在本实施例的一些实施方式中，上述竖向拨挡块4上设置有圆槽11，上述弹簧3套设在一导向柱10上，上述导向柱10一端连接到挡板1，另一端能伸入到上述圆槽11内。圆槽11能够为导向柱10与竖向拨挡块4相对移动在水平方向起到导向作用，当竖向拨挡块4移动时，导向柱10能够进入到圆槽11内，此时导向柱10上的弹簧3起到缓冲作用。

在本实施例的一些实施方式中，上述两个上述竖向拨挡块4上的圆槽11位于同一水平轴线上。

在使用时，根据施工结构的具体要求，在α在5～30°之间选用任意角度，作为α的具体值，并根据α的具体值制造竖向拨挡块4和质量块5。将竖向拨挡块4安装在需要减振的施工结构上，设置底座9、竖向拨挡块4、水平滑轨7和斜坡面滑轨等，然后使质量块5设置在竖向拨挡块4之间，完成安装。

当出现地震等振动灾害时，施工结构振动带动质量块5运动，质量块5沿竖向拨挡块4斜面运动，竖向拨挡块4做简谐运动，带动弹簧3不断进行压缩和拉伸，实现减震。由于α非常小，质量块5受力会很小，进而竖向刚度很小，竖向自振频率会非产低，施工结构的竖向自振频率也会很低，对施工结构能够起到保护作用。

需要说明的是，上述竖向拨挡块4做简谐运动时，上述减震器2能够起到辅助减震作用，若振动程度增大，减震器2也能够进一步实现对施工结构的减震保护。

综上，本发明的实施例提供一种超低频质量调谐阻尼器，包括底座9和阻尼结构，底座9用于承载上述阻尼结构，保证阻尼结构能够稳定设置在底座9上。其中，阻尼结构能够在地震、风力等振动条件下是质量块5进行阻尼运动，实现以下质量块5的阻尼运动，保证与质量块5连接的工程结构安全。上述阻尼结构包括超低频部件，超低频部件拥有实现质量块5的超小水平刚度，进而实现超低的振动频率。上述超低频部件包括质量块5和两个竖向拨挡块4，质量块5可作为与上述工程结构的连接件，可用于连接到需要设置质量调谐阻尼器的工程结构中。两个竖向拨挡块4与质量块5接触连接，竖向拨挡块4对称设在底座9上，质量块5设置在两个竖向拨挡块4之间，竖向拨挡块4与质量块5的接触面为倾斜面401。竖向拨挡块4与质量块5的接触面为倾斜面401，当振动发生时，质量块5能够在竖向拨挡块4的倾斜面401上滑动，并将工程结构转移到质量块5的振动转移到两个拨挡块上，使质量块5在倾斜面401的滑动，转换为两个竖向拨挡块4在平行于底座9上的水平运动。上述底座9两侧设置有挡板1，挡板1与竖向拨挡块4之间设置有弹簧3。当上述竖向拨挡块4在底座9上的进行水平运动时，弹簧3能够起到缓冲作用。弹簧3作用在竖向拨挡块4上的反作用力，使竖向拨挡块4在运动中做简谐运动。竖向拨挡块4在简谐运动过程中，作用在质量块5的力为上述弹簧3反作用力的k倍。其中，k为常数，其大小与倾斜面401的倾斜程度有关，规定倾斜面401的斜度为倾斜程度的正相关系数，则倾斜面401的斜度越小。k越小，则质量块5受到的作用力越小，进而质量块5竖向刚度越小，竖向自振频率就越低。与质量块5连接的工程结构的自振频率也越低。因此，该超低频质量调谐阻尼器结构简单，安装方便，能够通过改变上述斜面的斜度实现超小的水平刚度，进而适应超低的震动频率。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。