專利名稱：阻尼與位移相關型阻尼器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種振動控制裝置，尤其是一種用于機械設備、電梯、建筑結構減振耗能的 阻尼系數可變的阻尼器。
背景技術：
阻尼器是一種應用廣泛的振動控制基本元件，用于機械、交通工具、橋梁、建筑結構的 減振、緩沖、耗能。常見的阻尼器為液壓油缸式，活塞相對于油缸僅在軸向相互運動，稱之 為單軸阻尼器，其由動體、動體桿、缸體和密封組成，動體一般為圓柱形，動體設有若干小 孔或與缸體之間留有適當徑向間隙，動體將油缸分為兩動體腔，動體腔內充有液壓油或粘度 稍高的粘滯液體，如硅油，當動體相對于油缸運動時，密閉于受壓一側動體腔內的液體受擠 壓，壓力升高，從動體間隙或小孔流到另一動體腔，兩動體腔壓力差形成對動體的運動阻力， 做功，將機械能轉化為熱能，從而達到吸收外界能量的目的，因此可廣泛應用于減震、緩沖、 耗能的場合，如車輛懸掛阻尼器和建筑消能減震。此類阻尼器雖然減振耗能性能較好，但由 于結構復雜，對密封及加工精度要求高，因此經濟性普遍較差。特別是這類阻尼器的阻尼系 數通常為定值，不可調整或調整起來較為復雜，如通過電液伺服閥控制，故而其適應性也較 差。而在工程應用中的一些場合，需要阻尼器的阻尼系數隨著振動位移的變化而變化，例如 位移越大，阻尼系數越大，或者反之，此時上述形式的阻尼器顯然無法滿足這樣的使用要求。
發明內容
本發明的目的在于克服上述缺陷，提供一種結構簡單，阻尼系數隨動片位移(位置)自 動變化的阻尼與位移相關型阻尼器。
本發明是這樣實現的，包括阻尼缸，阻尼缸內裝有阻尼液，其特征在于阻尼缸內設置至 少一個可移動的動片，沿動片的移動方向兩側設置與動片之間間距變化的靜片，靜片設置于 阻尼缸體內或至少部分直接由阻尼缸體構成。
沿動片的移動方向兩側設置的靜片與動片之間間距呈梯級變化或/和連續變化。為規范動 片的移動，可以在動片與阻尼缸之間設置導向裝置，所述的動片可以僅沿某一方向做單自由 度往復運動，此時導向裝置為一維導向裝置，動片僅有一維方向的運動自由度；動片還可以 在阻尼缸或/和靜片圍成的空間內做多自由度空間移動，此時導向裝置為二維導向裝置，動片 有二維方向的運動自由度。導向裝置為直接設置在阻尼缸體或/和動片上或者直接設置在外部結構上與動片直接或間接相連的導向塊、導向輪、滾珠導軌、連桿機構、導向套、導軌或導向槽。當然，如果動片的驅動裝置本身可以實現導向功能，也可以不再另設導向裝置。
所述的動片可以是板狀、盤狀、環狀、管狀、球狀或橢圓形球狀，靜片為板狀、環狀、管狀或盤狀。為增大阻尼器的阻尼系數，動片或/和靜片上還可以設置凹凸、通孔、楞條、翅片或翅管。 一般情況下，靜片沿動片的移動方向兩側對稱設置，和/或沿動片的移動方向中心對稱設置，當然在特殊的應用場所，本發明阻尼器中的靜片也可以采用非對稱設置的方式。
本發明阻尼與位移相關型阻尼器的阻尼缸可以采用開放式結構，開口向上，為避免灰塵或雨水等雜物進入阻尼缸體，在阻尼缸體上方或動片與阻尼缸體間設置防塵防水罩；阻尼缸也可以采用封閉式結構，在動片與阻尼缸體間設置密封裝置，密封裝置根據使用要求的不同可以是單純防止阻尼液滲漏的普通密封件，也可以是能夠承受較大壓力的耐壓密封件。
理論分析及實際應用結果均表明，對于非孔隙節流式的粘著式阻尼器，阻尼器的阻尼系數(阻尼力與速度的比值)大小與動片和靜片之間的間距大小成反比，與兩者間有效工作面積(相對剪切面積)成正比，與阻尼液粘度成正比。基于上述原理，在阻尼液粘度不變的情況下，本發明利用變化動片與靜片的相對位置，調整動片與靜片之間的有效工作面積或/和兩者之間的間距，從而實現阻尼器阻尼系數隨動片位移(位置)變化，以適應工程應用中的變阻尼需求。此外，本發明阻尼與位移相關型阻尼器還可以采用靜片的位置可以調整、或靜片與動片在動片移動方向兩側的間距可以調整的結構，以更好的滿足變阻尼的使用要求。
本發明阻尼與位移相關型阻尼器，通過在阻尼缸內設置可以移動的動片和固定的靜片，利用動片移動過程中與靜片之間的間距變化或/和有效工作面積變化實現阻尼器阻尼系數的變化，不需要電液閥等復雜的控制機構，就能實現阻尼器阻尼系數隨位移自動變化，其工作原理保證了本發明對部件的加工精度及密封沒有很嚴格要求，在許多阻尼缸開口向上的使用場合可以不必使用耐壓密封，甚至不采用任何密封。與目前常用的小孔節流等形式的阻尼器相比，在不影響減振性能的前提下，成功簡化了阻尼器的結構和加工精度，大大降低了生產成本，可以更好的發揮阻尼器的緩沖減振性能，并且這種結構連接形式多樣，阻尼系數變化范圍寬，大大提高了阻尼器的適用范圍，可廣泛應用于機械、交通工具、橋梁、建筑結構等領域的減振、緩沖、耗能，其經濟效益與社會效益十分顯著。
圖1為本發明的結構示意圖之一。圖2為圖1的A-A剖視結構示意圖。圖3為本發明的結構示意圖之二。圖4為本發明的結構示意圖之三。
圖5為本發明的結構示意圖之四。
圖6為本發明的結構示意圖之五。
圖7為本發明的結構示意圖之六。
圖8為本發明的結構示意圖之七。
圖9為本發明的結構示意圖之八。
圖10為圖9的B-B剖視結構示意圖。
圖11為本發明的結構示意圖之九。
圖12為本發明的結構示意圖之十。
具體實施方式
實施例一
如圖l、圖2所示本發明阻尼與位移相關型阻尼器，包括阻尼缸l，阻尼缸為槽式，開口 向上，阻尼缸1內裝有粘著阻尼液2，粘著阻尼液為高粘度的硅油，阻尼缸l內還設置有可 移動的板狀動片3，動片3固定在托架12上，托架12與阻尼缸1之間設置有導向裝置5，導 向裝置為相互配合的一維導向輪軌。動片3的移動方向兩側設置與動片3之間間距呈，連續 變化的靜片4a及4b，其中，靜片4a及4b固定焊接在阻尼缸l內，靜片4a及4b各設置四 塊，兩塊一組分別沿動片移動方向及側向對稱分布。
通過導向裝置5，可以使動片3沿阻尼缸1長度方向做單自由度往復運動，由于靜片4a 及4b呈階梯狀分布，而阻尼器的阻尼系數大小與動片和靜片之間的間距大小成反比，與兩者 間有效工作面積成正比，因此，當動片3由阻尼缸中部移動至靜片4a之間或由靜片4a之間 移動至靜片4b之間時，阻尼器的阻尼系數都會發生變化，如圖2所示的本發明阻尼器，當動 片3沿阻尼缸長度方向由中間向兩端移動時，阻尼器阻尼系數都會增大。根據這一原理，通 過調整動片在阻尼缸內的位置，就可以實現本發明阻尼器的阻尼系數隨動片位移自動變化之 目的。
當然，基于上述原理，為了獲得更多的阻尼器阻尼系數變化梯度，也可以如圖3所示， 設置更多組間距不同的靜片4a、 4b、 4c、 4d和4e。
本發明阻尼與位移相關型阻尼器利用阻尼液的粘滯阻力進行緩沖耗能,，其采用開放式設 計，減振功能不需要依靠壓力差來實現。因此，相比傳統的孔隙節流式阻尼器，本發明阻尼 器無須耐壓密封，使用時，僅根據使用場所的具體環境對其開放一側進行普通的防塵、防水處理即可，例如在阻尼缸體上方設置防塵防水罩。因此加工裝配容易，成本較低，使用可靠、 壽命長，基本無須維修保養。此外，本發明阻尼器的阻尼系數隨著振動位移梯級遞增變化， 可以在某些工程使用場合帶來卓越的優點如當阻尼器用于TMD控制高層建筑風振和地震響 應振幅時，希望在臺風和強震時，TMD質量塊擺動的振幅，不要線性增大，而是振幅越大， 阻尼系數越大，這樣既可以保證TMD在強風、臺風和強地震時，在保證足夠耗能的前提下最 大振幅比阻尼系數恒定時小很多，振幅不超出允許范圍，又可以保證在中小風力和中小地震 時，TMD有較明顯的振幅，產生較大的耗能，從而有效地提高了阻尼器的技術性能和經濟性， 有利于提高阻尼器的進一步推廣應用。 實施例二
基于本發明的原理，靜片還可以直接由阻尼缸體構成。如圖4所示，與實施例一不同之 處在于，動片3的驅動裝置(圖中未示出)本身可以實現導向功能，因此，不需要在阻尼缸 1與動片3之間另設導向裝置。可以直接將阻尼缸體做成多段寬度不等的箱體，其在動片3 運動方向兩側的缸體可等同于靜片4a及靜片4b，因此，當動片3由阻尼缸中部移動至靜片 4a之間或由靜片4a之間移動至靜片4b之間時，阻尼器的阻尼系數會發生梯級遞增。
這種結構的本發明阻尼與位移相關型阻尼器，可以有效節省空間和材料，有利于進一步 降低產品成本。
實施例三
如圖5所示本發明阻尼與位移相關型阻尼器，與實施例一的區別在于 ，在動片3上焊接 設置楞條6，這種結構有利于進一步增加動片3與阻尼液2之間的有效工作面積，從而保證 粘著阻尼器在阻尼缸尺寸不變的情況下獲得更大的阻尼系數。此外，在阻尼缸體1上固定焊 接設置支撐板13，支撐板13通過螺桿14與靜片4a及4b相連。旋轉螺桿14可以調整靜片 與支撐板間的相對位置，同時也改變了靜片與動片在動片移動方向兩側的間距，因此，采用 這種技術方案可以實現在不改變靜片數量的情況下進一步增大阻尼器阻尼系數的調節范圍。
本發明這種槽式的阻尼與位移相關型阻尼器，結構更為簡單緊湊，對加工精度要求不高， 同樣無需密封，工作可靠，減振、緩沖、耗能效果明顯，經濟性與適用性倶佳。除在動片上 設置楞條外，也可以在靜片上或兩者側壁上同時設置楞條，此外，通過附加設置通孔、凹凸、 翅片或翅管等結構也可以實現同樣的效果。
實施例四
如圖6所示本發明阻尼與位移相關型阻尼器，與實施例一的區別在于，將導向裝置5設 置在阻尼缸體內部，所述導向裝置5為與靜片4a及靜片4b焊連的鋼筋框架構成的導向槽，動片3可以沿導向槽做單自由度往復運動。
這種結構的阻尼器，其構造更加簡單，易于加工制作，而且由于導向裝置設置在阻尼缸 體內部，因此阻尼器尺寸更小，結構更為緊湊。
實施例五
本發明阻尼與位移相關型阻尼器除適用于水平單自由度動作外，也可以適用于垂向單自 由度動作。如圖7所示的，包括阻尼缸l，阻尼缸為開放的盆式，開口向上，阻尼缸l內裝 有粘著阻尼液2，阻尼缸內還設置有可移動的管狀和盤狀組合的動片2，以及與動片2間距不 等的多個環狀靜片4a及4b。其中，為便于阻尼液流通，動片2上設置多個通孔15，靜片呈 階梯狀分布，彼此焊連形成盆狀并與阻尼缸焊接固定成一體。此外，導向連桿10與滑動導向 裝置7相連，導向裝置7為固定在外部結構上的滾珠滑動導向套。動片2通過導向連桿10與 外部結構相連。
由于靜片4a及4b呈階梯狀分布，而阻尼器的阻尼系數大小與動片和靜片之間的間距大 小成反比，與兩者間有效工作面積成正比，因此，當動片3由阻尼缸上部移動至靜片4a之間 或由靜片4a之間移動至靜片4b之間時，阻尼器的阻尼系數都會發生變化，如圖7所示的本 發明阻尼器，當動片3沿阻尼缸軸線方向向下移動時，阻尼器阻尼系數會增大。
這種盆式的本發明阻尼器除具有良好的減振、緩沖、耗能作用外，其還具有結構簡單， 工作可靠，且無需設置耐壓密封的特點，其較大的阻尼系數變化范圍極大地拓寬了阻尼器的 適用范圍，有效地提高了阻尼器的適應性和經濟性。此外，本發明阻尼器與待減振結構的連 接方式更加靈活多樣，有利于阻尼器的進一步推廣應用。
實施例六
可以通過增加動片的方式來獲得更大變化范圍的阻尼系數和阻尼力，如圖8所示本發明 阻尼與位移相關型阻尼器，與實施例五的區別在于，導向連桿10由外部的二維連桿式導向裝 置16導向，可以在垂向和圖示平面中水平方向自由運動，導向連桿10上設置多個盤狀動片， 包括動片3、 3a和3b，為了^T省材料，直接將阻尼缸l加工成階梯狀的多段結構。
這種結構的本發明阻尼器，不同尺寸的阻尼缸體段可以等同于靜片4a和4b，此外，由 于增設了動片3a和3b，阻尼缸體的上部也參與工作，等同于靜片4f，此外臺階處lla和llb 可以分別和動片3a和3b配合起到靜片的作用，因此動片、靜片與阻尼液之間的有效工作面 積顯著增加，阻尼器的阻尼系數變化更多，在阻尼缸尺寸不變的情況下，可以提供更大的阻 尼力及更大的阻尼系數。
當動片在垂直方向運動時，除了動片靜片之間的間距變化外，浸入阻尼液部分的動片的面積還發生變化，因此可以在更大范圍內實現阻尼系數隨位移自動變化。 實施例七
本發明阻尼與位移相關型阻尼器同樣可以適用于多自由度控制的應用場所，如圖9、圖 IO所示，與實施例一的區別在于，除托架12與阻尼缸1之間設置導向裝置5外，托架12與 動片3之間增設滑動導向裝置7，動片3為橢球形，橢球的長軸沿槽式阻尼缸的長軸，除可 以在阻尼缸體長度方向上移動外，還可以同時在阻尼缸體的寬度方向上移動，即可以在二維 的水平面內實現多自由度運動。此外，靜片4在阻尼缸內傾斜地連續設置，阻尼缸體及靜片 圍成的缸體內設置阻尼液2。當動片3移動時，由于動片與阻尼缸體或靜片的間距不斷發生 變化，從而實現阻尼系數隨動片位移(位置)自動變化。
由于橢球在兩個導向軸向的投影面積不同，在兩個導向軸向的阻尼系數可以不同，這樣 可適用于兩軸向阻尼系數不同的場合。此外，與板式的動片相比，橢球式動片可以產生更大 的阻尼力。
當然出于節省材料和節省空間的考慮，也可以直接將阻尼缸體加工成如圖ll所示形狀， 即完全利用阻尼缸體來替代靜片，也可以實現同樣的效果。
實施例八
如圖12所示本發明阻尼與位移相關型阻尼器，包括阻尼缸l，阻尼缸l為圓筒式，內裝 有粘著阻尼液2，阻尼缸內還設置有可移動的柱狀動片2以及與動片2間距不等的多個靜片， 包括管狀的靜片4a和靜片4b，其中，靜片呈階梯狀分布，彼此相連并與阻尼缸焊接固定成 一體。為防止阻尼液2滲漏，動片2的活塞桿與阻尼缸1之間設置有密封裝置8，密封裝置 為橡膠密封件。
使用時，利用動片2位移變化時，分別先后與中間部分阻尼缸缸體、靜片4a或靜片4a 配合，即可獲得梯級逐步遞增的阻尼器阻尼系數。
需要指出的是，由于本發明不需要依靠壓力差來實現其功能，因此根據某些工程實際需 要，密封裝置8可以為普通的防液體滲漏密封，不必采用精度高、造價高昂的耐壓密封，因 此整體造價較低。但對于需要提供很大阻尼系數和阻尼力的特殊工程應用場合時，也可以采 用耐壓密封，雖然造價會有所上升，但由于其可實現的阻尼系數調節范圍大，因此與現有阻 尼器相比，仍然具備更高的性價比和適用性。
8
權利要求
1、一種阻尼與位移相關型阻尼器，包括裝有阻尼液的阻尼缸，其特征在于阻尼缸內設置可移動的動片，沿動片的移動方向兩側設置與動片之間間距變化的靜片，靜片設置于阻尼缸體內或至少部分直接由阻尼缸體構成。
2、 根據權利要求1所述的阻尼與位移相關型阻尼器，其特征在于動片與阻尼缸之間設置導向 裝置，導向裝置為導向塊、導向輪、導向套、滾珠導軌、連桿機構、導軌或導向槽。
3、 根據權利要求1所述的阻尼與位移相關型阻尼器，其特征在于動片為板狀、盤狀、環狀、 管狀、球狀或橢圓形球狀，靜片為板狀、環狀、管狀或盤狀。
4、 根據權利要求3所述的阻尼與位移相關型阻尼器，其特征在于動片或/和靜片上設置有凹 凸、通孔、楞條、翅片或翅管。
5、 根據權利要求1所述的阻尼與位移相關型阻尼器，其特征在于動片與阻尼缸體間設置耐壓 密封裝置。
6、 根據權利要求1所述的阻尼與位移相關型阻尼器，其特征在于阻尼缸為開放式，開口向上， 在阻尼缸體上方或在動片與阻尼缸體間設置防塵防水罩。
7、 根據權利要求2所述的阻尼與位移相關型阻尼器，其特征在于導向裝置為一維導向裝置， 動片僅有一維方向的運動自由度。
8、 根據權利要求2所述的阻尼與位移相關型阻尼器，其特征在于導向裝置為二維導向裝置， 動片有二維方向的運動自由度。
9、 根據權利要求1所述的阻尼與位移相關型阻尼器，其特征在于靜片的位置可以調整，或靜 片與動片在動片移動方向兩側的間距可以調整。
10、 根據權利要求1所述的阻尼與位移相關型阻尼器，其特征在于靜片沿動片的移動方向 兩側對稱設置，和/或沿動片的移動方向中心對稱設置。
11、 根據權利要求1所述的阻尼與位移相關型阻尼器，其特征在于沿動片移動方向兩側設 置的靜片與動片之間間距呈梯級變化或/和連續變化。
全文摘要
本發明涉及用于減振耗能的阻尼系數可變的阻尼器。其包括裝有阻尼液的阻尼缸，特征是阻尼缸內設置至少一個可移動的動片，沿動片的移動方向兩側設置與動片之間間距變化的靜片，靜片設置于阻尼缸體內或至少部分直接由阻尼缸體構成。本發明通過動片移動過程中與靜片之間的間距變化或/和有效工作面積變化實現阻尼器阻尼系數的變化，不需要電液閥等復雜的控制機構，就能實現阻尼器阻尼系數隨位移自動變化，在許多阻尼缸開口向上的使用場合可以不必使用耐壓密封，簡化了阻尼器的結構和加工精度，降低了生產成本，提高了阻尼器的適用范圍，可廣泛應用于機械、交通工具、橋梁、建筑結構等領域的減振、緩沖、耗能，其經濟效益與社會效益十分顯著。
文檔編號F16F9/14GK101526119SQ20081001511
公開日2009年9月9日 申請日期2008年3月4日 優先權日2008年3月4日
發明者尹學軍 申請人:尹學軍;隔而固(青島)振動控制有限公司