液体质量双调谐减振器及其装配方法

摘要

本发明公开了一种液体质量双调谐减振器，包括底座、顶盖以及橡胶金属复合件，还包括滚珠丝杠惯容器组件；惯容器组件包括丝杠螺栓，丝杠螺栓一端穿过顶盖中心孔向上伸出，另一端设置于底座台阶孔中，丝杠螺栓的滚珠丝杠部分通过滚珠安装有丝杠螺母，丝杠螺母的外部套装有旋转飞轮和滚动轴承，滚动轴承的内圈通过丝杠螺母的凸肩与旋转飞轮的凸肩定位，滚动轴承的外圈安装与底座的台阶孔中。本发明将滚珠丝杠惯容器组件设计在橡胶金属复合件内部并与其形成并联支撑作用，结构紧凑，滚珠丝杠惯容器组件对低频振动具有优异的减振性能，弥补了橡胶减振器低频减振性能不佳的缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体质量双调谐减振器及其装配方法，特别设计一种带有滚珠丝杠式惯容器组件的液体质量双调谐减振器及其装配方法，属于减振技术领域。

背景技术

随着现代城市的不断建设，建筑日益趋向高层、超高层发展，为了满足生产生活的需要，桥梁的跨度也越来越大，土木工程结构日益向着高、大、轻、柔的方向发展，特别是悬吊型桥梁的广泛建造，桥梁的跨度记录不断刷新。虽然这些发展为人们的生产生活提供了便利，但是，高层建筑物及大跨度桥梁的结构振动频率低，阻尼小，在地震、强风或交通工具等外界激励下的结构响应很大，容易发生共振，必须加以控制，不然轻则引起行车、行人不适，造成行人恐慌，重则因响应过大引起结构疲劳破坏甚至动力失稳，从而产生桥梁破坏，影响其使用功能。因此，解决这类细高建筑物、大跨度低频结构物发生破坏性共振的问题是现代工程建设中必须考虑的。

液体质量双调谐减振器是一种有效的振动控制装置，将它的固有频率调整到接近结构的自振频率，然后安装在结构上。当结构受到激振力干扰发生振动时，引起减振器的共振，利用调谐质量的振动惯性力反作用于结构本身，从而抵消激振力，同时，减振器的质量块运动时推动阻尼液运动，使其波幅更大，有利于吸收并耗散主振动系统的能量达到减小结构反应的目的。

专利号为CN200410087664.2，名称为“定向垂直可调式调谐质量减振器”的发明专利，公开了一种定向垂直可调式调谐质量减振器，它是一个由弹簧、阻尼器和多块单片钢板叠加而成的质量块所组成的振动系统，当它安装在结构上时，其固有频率调整到接近结构的自振频率，结构振动引起其共振，而调谐质量减振器的振动惯性力又反作用于其结构本身，达到减小结构反应的目的。该发明将单片钢板叠加在一起形成质量块，采用螺栓连接，质量可灵活调节，当调谐质量减振器的频率需要进行调谐时，只需改变钢板的厚度即可实现。然而，该调谐质量减振器只利用自身质量块的振动惯性力来抵消激振力，如需抵消很大的激振力时，则需要自身的质量块有很大的质量，这样不仅会增加减振器的制造成本，还会为现场的安装固定和拆卸工作增加很多难题；另外，该减振器抑振频带窄，对频率调谐敏感性较高；同时，该减振器仅能减小结构一个方向的反应，而实际上大跨度桥梁这类结构物同时在竖向和横向均可能产生较大振动，因此，不够经济且不能完全解决实际问题，所以工程应用价值受到一定限制。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的技术问题和缺陷，提供一种液体质量双调谐减振器。

为达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：一种液体质量双调谐减振器，包括上盖板和下壳体，所述上盖板安装在所述下壳体上，所述上盖板与所述下壳体之间形成密封腔体，所述密封腔体内装有惯容组件和阻尼液，所述惯容组件包括连接所述上盖板和所述下壳体的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上安装有飞轮，所述飞轮与所述滚珠丝杠之间形成滚珠丝杠螺母副，所述飞轮的一侧设有第一推力轴承，另一侧设有第二推力轴承，所述第一推力轴承与所述上盖板之间设有第一弹簧，所述第二推力轴承与所述下壳体的底板之间设有第二弹簧。

进一步，所述阻尼液的容量为所述密封腔体体积的70％-85％，所述上盖板上设有加注口，所述加注口通过螺塞封堵，所述螺塞与所述上盖板之间设有密封圈。

进一步，所述飞轮的圆周表面设有飞轮外置挡板。

进一步，所述上盖板内侧中部以及所述下壳体底板内侧中部均设有凸台，所述滚珠丝杠设在两所述凸台之间，并通过两端面的螺钉固定。

进一步，所述滚珠丝杠与所述飞轮之间设有内循环反相器和若干滚珠，所述滚珠通过所述内循环反相器实现循环。

进一步，所述滚珠丝杠和所述飞轮的表面镀覆有耐磨防腐保护层，所述滚珠可以高强度金属球，其材料优选为30Cr或锆。

进一步，所述滚珠也可以为耐磨非金属球，其材料优选为陶瓷或碳纤维增强的树脂基复合材料。

本发明还提供上述液体质量双调谐减振器的装配方法，包括：

第一步、将所述滚珠丝杠安装所述下壳体的底板上；

第二步、将所述第二弹簧套装在所述滚珠丝杠外，所述第二弹簧的一端与所述下壳体的底板接触；

第三步、将所述第一推力轴承和所述第二推力轴承分别安装所述飞轮的两侧，并将所述飞轮通过所述滚珠与所述滚珠丝杠形成滚珠丝杠螺母副，旋转所述飞轮使得所述第二推力轴承的一侧与所述第二弹簧接触；

第四步、将所述第一弹簧套装在所述滚珠丝杠的外侧，所述第一弹簧的一端与所述第一推力轴承接触；

第五步、将所述上盖板安装在所述下壳体上，并将所述滚珠丝杠与所述上盖板固定连接；

第六步、加注所述阻尼液。

工作原理

所述液体质量双调谐减振器安装在主结构上，当主结构振动时，减振器的共振会带动所述飞轮上下旋转运动，所述飞轮储存的旋转动能与所述飞轮的转动惯量J和旋转角速度ω有关，与其转动惯量成正比，并与旋转角速度的平方成正比。而所述飞轮的旋转角速度与所述滚珠丝杠的螺距p以及所述飞轮的相对上下运动速度有关。结构振动频率越大，所述飞轮的旋转角速度越高，则所述飞轮储存的旋转动能越多。通过改变所述飞轮的转动惯量和所述滚珠丝杠的螺距，可调节所述飞轮储存旋转动能的能力，在所述飞轮的质量一定的情况下，应尽可能增加其转动惯量，以提高其储存能力。对于高速旋转的所述飞轮，由于旋转动能是所述飞轮上下平动的上百倍，从而利用较小质量的所述飞轮，极大地吸收了结构振动时的能量，尤其是低频振动时所产生的能量。因此所述惯容组件在某种程度上起到了质量放大的作用，几千克的旋转飞轮会实现几百千克甚至几吨的等效质量的效果，从而能有效吸收结构振动所产生的能量，尤其是低频振动所产生的能量。同时，结构振动带动阻尼液晃动产生与结构运动相反方向的动水压力(等效于阻尼力)，从而减小主体结构的振动。所述飞轮运动时所述飞轮主体及所述飞轮外置挡板推动所述阻尼液运动，所述飞轮圆周表面设有的所述飞轮外置挡板使其波幅更大，吸收并耗散主振动系统的能量。利用流体与固体的耦合作用，不仅使减振器的参数调整更加方便，而且使其减振效果更佳。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

1.利用滚珠丝杠惯容组件作为减振器的控制结构，滚珠丝杠惯容组件在大位移下具有良好的惰性，较好的缓冲了减振器摇摆而使得结构更加平稳；

2.相比于传统的液体质量双调谐减振器，本发明在飞轮外圆周表面设有飞轮外置挡板，飞轮运动时飞轮主体及挡板推动阻尼液运动会增大阻尼，使其波幅更大，更有利于吸收并耗散主振动系统的能量；

3.滚珠丝杠惯容组件在阻尼液中工作，阻尼液给减振器提供稳定且便于调节的阻尼及防锈蚀环境，避免了滚珠丝杠间的干摩擦，从而延长使用寿命；

4.利用滚珠丝杠惯容组件可以大幅增加振动系统的参振质量，相比于调谐质量减振器，本发明减小了大量质量块的质量和体积，压缩了减振器的安装空间及结构负重，更加轻量化，在提高稳定性的前提下大幅度降低了制造成本，因此经济、节能、具有更高的抑振效率和较高的参数稳定性，从而具有较高的工程应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中上盖板的俯视图；

图3是本发明实施例中滚珠丝杠螺母副的放大图；

图4是本发明实施例中飞轮的截面图；

图中：1为螺栓、2为上盖板、3为阻尼液、4为螺钉、5为第一弹簧、6为第一推力轴承、7为加注孔、8为螺塞、9为密封垫、10为飞轮、11为第二推力轴承、12为滚珠丝杠、13为第二弹簧、14为滚珠、15为下壳体、16为飞轮外置挡板、17为安装固定孔、18为内循环反相器、19为密封腔体、20为惯容组件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以及结合附图及实施案例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和2所示，一种液体质量双调谐减振器，包括上盖板2和下壳体15，所述上盖板2通过螺栓1安装在所述下壳体15上，所述上盖板2与所述下壳体15之间设有密封垫9，所述上盖板2与所述下壳体15之间形成密封腔体19，所述密封腔体19内装有惯容组件20和阻尼液3，所述惯容组件20包括连接所述上盖板2和所述下壳体15的滚珠丝杠12，所述滚珠丝杠12上安装有飞轮10，所述飞轮10与所述滚珠丝杠12之间形成滚珠丝杠螺母副，所述飞轮10的一侧设有第一推力轴承6，另一侧设有第二推力轴承11，所述第一推力轴承6与所述上盖板2之间设有第一弹簧5，所述第二推力轴承11与所述下壳体15的底板之间设有第二弹簧13，所述下壳体15的底板上设有安装固定孔17。

所述阻尼液3的容量为所述密封腔体19体积的70％-85％，所述上盖板2上设有加注口7，所述加注口7通过螺塞8封堵，所述螺塞8与所述上盖板2之间设有密封圈。

所述飞轮10的圆周表面设有飞轮外置挡板16。

所述上盖板2内侧中部以及所述下壳体15底板内侧中部均设有凸台，所述滚珠丝杠12设在两所述凸台之间，并通过两端面的螺钉4固定。

如图3所示，所述滚珠丝杠12与所述飞轮10之间设有内循环反相器18和若干滚珠14，所述滚珠14通过所述内循环反相器18实现循环。

所述滚珠丝杠12和所述飞轮10的表面镀覆有耐磨防腐保护层，所述滚珠14为高强度金属球，其材料为30Cr。

装配方法

上述液体质量双调谐减振器的装配方法，包括：

第一步、将所述滚珠丝杠12安装所述下壳体15的底板上；

第二步、将所述第二弹簧13套装在所述滚珠丝杠12外，所述第二弹簧13的一端与所述下壳体15的底板接触；

第三步、将所述第一推力轴承6和所述第二推力轴承11分别安装所述飞轮10的两侧，并将所述飞轮10通过所述滚珠14与所述滚珠丝杠12形成滚珠丝杠螺母副，旋转所述飞轮10使得所述第二推力轴承11的一侧与所述第二弹簧13接触；

第四步、将所述第一弹簧5套装在所述滚珠丝杠12的外侧，所述第一弹簧5的一端与所述第一推力轴承6接触；

第五步、将所述上盖板2安装在所述下壳体15上，并将所述滚珠丝杠12与所述上盖板2固定连接；

第六步、加注所述阻尼液3。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的改变和变形。凡采用等同替换或等效变换所形成的技术方案，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。