一种双向螺纹丝杆增速的电涡流阻尼器

技术领域

本发明属于工程结构耗能减振技术领域，具体涉及一种双向螺纹丝杆增速的电涡流阻尼器。

背景技术

电涡流阻尼器通过磁场源和导体板之间产生相对运动即导体板作切割磁感线运动，产生电涡流阻尼并消耗能量。主磁场源、导体材料二者之间没有直接接触，不影响系统的动态响应和材料属性，不影响阻尼系统的工作性能。电磁阻尼具有接触、摩擦小、耐久性好，安装维护方便、易调节、稳定性好，是一种绿色技术、应用前景广阔的阻尼装置。电涡流阻尼器的电磁力大小与相对运动速度大小成正比，提高相对速度的放大效应是此类阻尼器的设计关键。将直线运动转化成旋转运动的旋转式电涡流阻尼器可以提供一定的放大系数。本发明拟基于有正反牙螺纹段的双向螺纹丝杆，利用构件之间的连接关系，将外部输入的水平位移转化为阻尼器内部机构的旋转运动，从而将阻尼器旋转位移进行放大，并产生电涡流阻尼，同时通过设置双向螺纹丝杆的正反牙螺纹段的导程比，提升磁体盘的转动速度，实现大幅增加阻尼力功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双向螺纹丝杆增速的电涡流阻尼器。本发明利用构件之间的连接关系，将外部输入的水平位移转化为阻尼器内部机构的旋转运动，从而将阻尼器旋转位移进行放大，达到阻尼增效的目的。同时通过设置双向螺纹丝杆的正反牙螺纹段的导程比来提高磁体盘的转动速度，实现电涡流阻尼力倍增的目的。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：该双向螺纹丝杆增速的电涡流阻尼器，它包括外筒、内筒；所述外筒的右端封闭且其右端面中心固结有下部连接件，所述内筒是一个左端为空心长柄、右端为空心圆筒的构件，内筒的左端长柄从外筒左端的中心孔中伸出且其左端部固结有上部连接件，内筒的右端圆筒的外壁上均匀固接有数个平行轴向的滑块，并通过外筒内相对应的滑块定位槽与外筒滑动连接；它还包括双向螺纹丝杆机构、导体盘和磁体盘；所述双向螺纹丝杆机构包括双向螺纹丝杆和滚珠丝杆螺母，双向螺纹丝杆的左右两段分别设置有正牙螺纹段和反牙螺纹段，正牙螺纹段和反牙螺纹段的直径一致，正牙螺纹段导程等于或大于反牙螺纹段导程，双向螺纹丝杆的左段啮合于内筒左端的空心长柄内，双向螺纹丝杆的右段与滚珠丝杆螺母啮合于内筒的右端圆筒内部及端部，滚珠丝杆螺母通过推力轴承与内筒的右端圆筒内部连接；内筒的右端面固结有环形的导体盘，能随内筒平移；滚珠丝杆螺母的右端面固结有环形的磁体盘，能随滚珠丝杆螺母旋转；所述导体盘和磁体盘的相对位置固定不变，磁体盘在其与导体盘相对的左端面上均布有若干永磁体。

进一步的，所述双向螺纹丝杆的右端预留有无螺纹部分，并通过推力轴承连接于外筒右端内端面的中心处。

具体的，所述导体盘采用具有导电效应的铜或铝制成。

进一步的，所述导体盘采用电工紫铜材料制成。

具体的，所述磁体盘采用软铁或低碳钢材料制成。

具体的，所述永磁体采用钕铁硼材料制成。

具体的，所述永磁体为圆柱形，将若干永磁体均匀安装在磁体盘上，相邻永磁体磁极方向相反以实现磁路最短。

本发明双向螺纹丝杆增速的电涡流阻尼器两端与发生相对位移的外部结构连接，外部位移迫使内筒在轴线上做往复运动，内筒在轴线上的往复运动使双向螺纹丝杆转动，并带动滚珠丝杆螺母发生往复运动，从而使得导体盘与磁体盘产生相对转动。磁体盘上装有永磁体，在旋转过程中导体盘切割磁感线，产生电涡流效应，实现阻尼增效，从而达到结构减振的目的。

本发明的创新之处体现如下：

(1)双向螺纹丝杆左右两段分别设置有正牙螺纹段和反牙螺纹段，磁体盘通过滚珠丝杆螺母悬挑于反牙螺纹段上，且不与双向螺纹丝杆接触；同时，内筒和滚珠丝杆螺母分别于正牙螺纹段和反牙螺纹段啮合传动连接；导体盘固结于内筒上，能够跟随滑块平动；磁体盘固结于滚珠丝杆螺母上，能够跟随滚珠丝杆螺母进行平动和转动；磁体盘与导体盘之间的距离固定。

(2)双向螺纹丝杆的正牙螺纹段和反牙螺纹段的直径一致，正牙螺纹段的导程等于或大于反牙螺纹段。磁体盘相对导体盘转动，其转动的速度由双向螺纹丝杆的丝杆直径、正牙螺纹段导程和反牙螺纹段导程控制，可通过改变正反牙螺纹段的导程比来调节电涡流放大效应的倍数。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)磁体盘相对导体盘转动，其转动的速度由双向螺纹丝杆的丝杆直径、正牙螺纹段导程和反牙螺纹段导程控制，可通过调节正反牙螺纹段的导程比来改变电涡流放大效应的倍数，具体数值可结合实际设计需要而定。

(2)磁体盘与导体盘在做往复运动时磁缝间距不变，保证了电涡流耗能效果。

附图说明

图1是本发明实施例的半剖立面结构示意图。

图2是图1中A-A向剖面图。

图中：1为上部连接件、2为内筒、3为双向螺纹丝杆、4为外筒、5为滑块定位槽、6为滑块、7为推力轴承Ⅰ、8为推力轴承Ⅱ、9为滚珠丝杆螺母、10为导体盘、11为永磁体、12为磁体盘、13为推力轴承Ⅲ、14为推力轴承Ⅳ、15为下部连接件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图1、图2，本实施例的双向螺纹丝杆增速的电涡流阻尼器，它包括外筒4、内筒2。从图1可见，外筒4的右端封闭且其右端面中心固结有下部连接件15，内筒2是一个左端为空心长柄、右端为空心圆筒的构件，内筒2的左端长柄从外筒左端的中心孔中伸出且其左端部固结有上部连接件1。结合图2，内筒2的右端圆筒的外壁上均匀固接有4个平行轴向的滑块6，并通过外筒4内相对应的滑块定位槽5与外筒4滑动连接。它还包括双向螺纹丝杆机构、导体盘10和磁体盘12；双向螺纹丝杆机构包括双向螺纹丝杆3和滚珠丝杆螺母9，双向螺纹丝杆3的左右两段分别设置有正牙螺纹段和反牙螺纹段，正牙螺纹段和反牙螺纹段的直径一致，正牙螺纹段导程等于或大于反牙螺纹段导程。双向螺纹丝杆3的左段啮合于内筒2左端的空心长柄内，双向螺纹丝杆3的右段与滚珠丝杆螺母9啮合于内筒2的右端圆筒内部及端部，滚珠丝杆螺母9通过推力轴承Ⅰ7和推力轴承Ⅱ8与内筒2的右端圆筒内部连接。内筒2的右端面固结有环形的导体盘10，能随内筒2平移；滚珠丝杆螺母9的右端面固结有环形的磁体盘12，能随滚珠丝杆螺母9旋转；导体盘10和磁体盘12的相对位置固定不变，磁体盘12在其与导体盘10相对的左端面上均布有若干永磁体11。

从图1中还可见，双向螺纹丝杆3的右端预留有无螺纹部分，并通过推力轴承Ⅲ13和推力轴承Ⅳ14连接于外筒4右端内端面的中心处。

导体盘10切割磁体盘12上的磁力线，导体盘10采用具有导电效应的铜或铝制成。

导体盘10应采用导电效果好的材料，导体盘10可采用电工紫铜等材料制成。

磁体盘12应采用优良的导磁材料，磁体盘12采用软铁或低碳钢等材料制成。

永磁体11应能够长期保持其磁性，永磁体11采用钕铁硼等材料制成。

永磁体11为圆柱形，将若干永磁体11均匀安装在磁体盘12上，相邻永磁体的磁极方向相反以实现磁路最短的目的。

下面通过具体计算对本发明双向螺纹丝杆的正牙螺纹段和反牙螺纹段的导程比作进一步的说明。

例如：当正牙螺纹段的导程L

L

定义滚珠丝杆螺母初始坐标为0，内筒在向右水平运动20mm时，双向螺纹丝杆将旋转一周，滚珠丝杆螺母在忽略滑块轴向约束且不发生转动的条件下将向左运动10mm，坐标为-10，然后考虑滑块轴向约束条件，由于内筒、滑块、滚珠丝杆螺母三者水平位移相同，滚珠丝杆螺母此时坐标为20，整个运动过程等效于滚珠丝杆螺母水平移动了30mm，即滚珠丝杆螺母旋转3周。

进一步，令正牙螺纹段的导程L

L

＝N∶1

定义滚珠丝杆螺母初始坐标为0，内筒在向右水平运动xmm时，双向螺纹丝杆将旋转

为了更好的使阻尼器发挥电涡流效应，双向螺纹丝杆设计应当在满足足够放大系数的条件下尽量选用大导程丝杆。

本发明双向螺纹丝杆增速的电涡流阻尼器在斜拉索上工作时，具体的实施过程是：电涡流阻尼器两端与结构中发生相对变形的部位连接，结构的变形迫使内筒在轴线上做往复运动，内筒在轴线上的往复运动使双向螺纹丝杆转动，并带动滑块和滚珠丝杆螺母发生水平运动，从而使得导体盘与磁体盘产生相对转动。磁体盘上装有永磁体，在旋转过程中导体盘切割磁感线，产生电涡流效应，实现阻尼增效，达到结构减振的目的。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。例如，丝杆可采用梯形丝杆、滚珠丝杆等其它类似的螺旋传动方式。本发明适用于有相对位移的土木工程结构，如斜拉索、大跨桥梁塔梁连接处，高层建筑层间位移处等。