一种旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器

技术领域

本发明涉及减振技术领域，特别涉及一种旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器。

背景技术

近年来，随着高强轻质材料使用的增多、新结构形式和大空间结构的运用，大跨度结构目前在公共建筑中已得到了更为广泛的应用，此类大跨度结构较以往的结构体系更为轻柔和纤细、阻尼更小，自振频率更低，在脉动风、人、车辆等荷载作用下，易引发共振现象的发生，进而引起人员不适、结构摇晃、结构疲劳等问题。因此，在结构的设计中，有必要开展大跨低频结构的舒适度评估，并对超过舒适度限值的情况采取相应的减振措施。在土木工程领域，可采用三种方法，一是改变结构的刚度，使其远离共振频率范围内，二是在相应位置设置阻尼材料，三是采用振动控制装置。相比于最后一种方法来说，前两种方法较不经济，且工序较复杂，因此，振动控制方法在土木工程领域得到了广泛的应用。

目前对于结构的控制可概括为三种，主动控制、半主动控制和被动控制。被动控制以其无需外加能源的控制等优点，在现有的楼盖、桥梁等建筑结构上得到了广泛的应用，其控制的原理是所采用的控制装置随结构一起振动变形，通过装置内部的构件进行耗能。而由于结构的模态参数受结构材料性能或边界约束值的难以确定，以及日变化、季节变化、温湿等环境变化、室内物品布置等存在一定的误差，使得结构的频率存在非确定性。因此，为了避免调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,简称TMD)失谐，保证其减振效果，实现一种可调的超低频TMD装置对于结构的控制尤为重要。

现有技术中，许多设计工作者对TMD进行了改进与优化，最简单的TMD包括弹簧、质量、阻尼三大构件，而现有的阻尼耗能装置已发展至较为成熟且耗能性较好的粘滞阻尼器、电涡流阻尼器等。粘滞阻尼器如中国专利“一种悬吊式的调频质量阻尼器”所记载的结构，减振效果明显，但存在的不足之处就是易漏油、不易养护、后期阻尼难调节等问题。电涡流阻尼器如中国专利“一种两自由度电涡流调谐被动阻尼器”所记载的结构，通过导体板切割磁感线产生感应电流，进行结构的耗能，大多数是导磁板平动切割磁铁，产生感应电流，而对于一种可以避免漏磁且能快速切割磁感线的旋转式电涡流设计较少。为了减小弹簧的净伸长量，现有的学者进一步提出通过将滚珠丝杠体系和飞轮相结合，如中国专利“一种调谐质量阻尼器频率调节装置及其实现方法”所记载的结构，通过滚珠丝杠实现了将质量块的直线运动转化为飞轮的旋转运动，进而提供足够的刚度和耗能，但滚珠丝杠体系加工难度较大，成本代价较高，较不经济。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，简化装置结构，降低成本，本发明提供一种旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器，所采用的技术方案如下：

本发明所提供的旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器包括质量块、底板、弹性部和阻尼装置，所述弹性部设置在所述底板与所述质量块之间，所述弹性部用于向所述质量块提供与重力反方向的作用力；所述阻尼装置包括齿条和飞轮组件，所述齿条沿平行于所述质量块的振动方向设置，所述飞轮组件设置在所述质量块上，所述飞轮组件包括固定座、转轴、齿轮、飞轮部、磁性部和切割部，所述齿轮、所述飞轮部和所述切割部设置在所述转轴上，所述转轴可转动地设置在所述固定座上，所述切割部用于切割所述磁性部的磁场，所述齿轮用于与所述齿条啮合传动。

本发明的某些实施例中，所述弹性部包括至少一个隔板和多个弹性件，所述隔板用于将所述质量块与所述底板之间分成多层，所述隔板上设置多个所述弹性件。

本发明的某些实施例中，所述隔板上设置有用于安装所述弹性件的法兰构件，所述底板上设置有用于安装所述弹性件的法兰构件。

本发明的某些实施例中，旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器包括至少两个导向组件，所述导向组件设置在所述底板上，所述质量块沿所述导向组件振动，至少一个所述导向组件上设置有所述齿条。

本发明的某些实施例中，所述导向组件包括导向柱，所述导向柱设置在所述底板上，所述质量块设置有沿着所述导向柱移动的导轮。

本发明的某些实施例中，所述导向柱设置有弹性限位件，所述质量块在所述弹性限位件与所述底板之间所构成的区域中振动。

本发明的某些实施例中，所述导向柱沿长度方向设置有软垫，所述导轮沿所述软垫滚动。

本发明的某些实施例中，所述质量块的质量可调。

本发明的某些实施例中，所述切割部设置为圆形。

本发明的某些实施例中，所述飞轮部通过轴用卡环设置在所述转轴上，所述切割部通过轴用卡环设置在所述转轴上，所述齿轮通过轴用卡环设置在所述转轴上。

本发明的实施例至少具有以下有益效果：齿轮和齿条所构成的传动结构简单、经济，通过设置这种传动结构将质量块的振动转化为飞轮部和切割部的旋转运动，通过切割磁场成倍放大了电涡流阻尼的耗能效率。本发明可广泛应用于减振技术领域。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器的结构图；

图2为飞轮组件的结构图。

具体实施方式

下面结合图1至图2详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明涉及一种旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器，主要用于实现0.3赫兹以下的低频振动控制，旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器包括质量块101、底板102、弹性部以及阻尼装置，弹性部设置在底板102与质量块101之间，质量块101上下振动，弹性部用于向质量块101提供与重力反方向的作用力，弹性部提供大刚度，质量块101振动过程中阻尼装置起到耗能作用，阻尼装置用于等效质量和提供负刚度。底板102设置为钢板，可以理解的是，旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器通过底板102安装在其他设备或底座上，具体地，底板102通过螺栓安装在其他设备或底座上。

阻尼装置包括齿条和飞轮组件，齿条沿平行于质量块101的振动方向设置，飞轮组件设置在质量块101上，飞轮组件包括固定座103、转轴104、齿轮105、飞轮部106、磁性部和切割部108，固定座103设置在质量块101上，齿轮105、飞轮部106和切割部108设置在转轴104上，转轴104可转动地设置在固定座103上，转轴104的两端分别通过滚动轴承与固定座103安装，磁性部设置在固定座103上，具体地，磁性部设置为两个磁铁107，两个磁铁107分别设置在固定座103上，切割部108设置在两个磁铁107之间，质量块101上下振动时，齿轮105用于与齿条啮合传动，齿轮105带动转轴104旋转，转轴104带动切割部108旋转，切割部108用于切割磁性部的磁场，飞轮部106用于等效质量和提供负刚度。

齿轮105和齿条所构成的传动结构简单、经济，通过设置这种传动结构将质量块101的振动转化为飞轮部106和切割部108的旋转运动，通过切割磁场成倍放大了电涡流阻尼的耗能效率，同时惯性质量矩成倍放大。常规的电涡流阻尼器通常阻尼较小、速度小，本发明所涉及的旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器通过旋转式结构提高了电涡流的速度，成倍放大了电涡流阻尼比。另外，飞轮部106所等效的质量远大于质量块101的质量，可通过调整飞轮部106的厚度、半径大小，进而调节旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器的频率，也可通过调整质量块101来微调频率，调节飞轮部106的转换系数即可等效相同质量的质量块101，以实现频率可调的低频旋转式电涡流调谐质量阻尼。

质量块101的质量可调，具体地，调整质量块101数量，利用多个吊环螺母110锁紧。通过调节质量块101微调频率，结合飞轮部106参数的调节来实现频率可调，有效解决了现有技术所存在的问题。

结合附图，可以理解的是，切割部108设置为铜板，铜板在旋转过程中切割磁场线，通过旋转式电涡流可以将电涡流阻尼部分的阻尼系数成倍放大，提高耗能效率。进一步地，切割部108设置为圆形。一些示例中，切割部108可设置为多个，具体地，切割部108设置为两个，飞轮部106设置在两个切割部108之间。

飞轮部106通过轴用卡环设置在转轴104上，切割部108通过轴用卡环设置在转轴104上，齿轮105通过轴用卡环设置在转轴104上，方便调整飞轮部106、切割部108、齿轮105在转轴104上的位置，容易调节各部件的距离，易装拆。进一步地，磁铁107的位置可调，通过调整磁铁107和切割部108的距离来调整阻尼系数。另外，通过改变磁铁107的半径和切割部108的半径，也可调整阻尼系数。

结合附图，可以理解的是，旋转式电涡流调谐低频质量阻尼器包括至少两个导向组件，导向组件设置在底板102上，质量块101沿导向组件振动。具体地，导向组件包括导向柱112，导向柱112设置在底板102上，采用焊接的方式将导向柱112直立设置在底板102上，为加固导向柱112与底板102之间的连接，导向柱112与底板102在焊接处设置有角钢。结合附图，质量块101设置有沿着导向柱112移动的导轮113，导轮113成对设置，以提高质量块101振动的稳定性，质量块101通过导轮113与导向柱112之间实现滑动摩擦，使质量块101的振动更顺畅。进一步地，导向柱112沿长度方向设置有软垫，导轮113沿软垫滚动，具体地，软垫设置为橡胶片。

进一步地，导向柱112设置有弹性限位件114，弹性限位件114用于限定质量块101振动的最大行程，质量块101在弹性限位件114与底板102之间所构成的区域中振动。具体地，弹性限位件114设置为橡胶螺栓，用于与质量块101柔性接触。

结合附图，可以理解的是，至少一个导向组件上设置有齿条，齿条设置在导向柱112上，相应的，质量块101上设置有与齿条数量对应的飞轮组件。具体地，导向柱112设置有用于固定齿条的安装部，齿条通过紧固件与安装部固定，一些示例中，紧固件采用螺钉或螺栓。安装部设置为钢板，安装部采用焊接的方式与导向柱112固定。进一步地，导向柱112的两端分别设置安装部，导向柱112底部的安装部对导向柱112与底板102之间的焊接固定起到加固的作用，一些示例中，弹性限位件114设置在导向柱112顶部的安装部上。

弹性部包括至少一个隔板109和多个弹性件，结合附图，可以理解的是，隔板109用于将质量块101与底板102之间分成多层，一些示例中，隔板109设置为一个，弹性部设置为两层。进一步地，为使质量块101振动稳定和顺畅，隔板109上设置有导轮113。隔板109上设置多个弹性件，提供足够大刚度，飞轮部106旋转所提供的负刚度和多层弹性件所提供的大刚度相结合进一步减小了弹性件的净伸长量，通过设置质量块101和飞轮组件，减小了弹性件的静位移。相较于现有技术中单层弹性结构过早出现疲劳破坏和刚度退化的缺陷，设置多层弹性结构可有效避免这类问题。

具体地，弹性件设置为压缩弹簧，质量块101在底板102的上方振动，弹性部用于顶起质量块101，当然，可以理解的是，弹性件还可设置为拉伸弹簧，质量块101在底板102的下方振动，弹性部用于吊起质量块101。

进一步地，为防止弹性件在工作过程中发生横向移动，防止多弹簧串联发生偏转，隔板109上设置有用于安装弹性件的法兰构件111，隔板109上设置有用于固定法兰构件111的螺栓孔，底板102上设置有用于安装弹性件的法兰构件111，底板102上设置有用于固定法兰构件111的螺栓孔。

在本说明书的描述中，若出现参考术语“一个实施例”、“一些实例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。