[实用新型]一种倒置轨道型离合惯容质量阻尼器

说明书

本实用新型提供了一种倒置轨道型离合惯容质量阻尼器，包括：底座、滚动件、轨道件、惯容装置及轨道固定平台；滚动件可转动安装于底座上，并通过离合器与主动锥齿轮转动安装，轨道件设于轨道固定平台底部，其底部设有与滚动件适配相对滚动的倒置轨道，惯容装置包括多级齿轮飞轮组，一级齿轮飞轮组包括从动锥齿轮和一级飞轮，从动锥齿轮转动安装于第一轴杆上，从动锥齿轮与主动锥齿轮适配传动，从动锥齿轮底部与一级飞轮固连，带动其绕第一轴杆同步转动。本实用新型质量阻尼器利用惯容提供等效质量，大幅减小装置体量，通过离合器控制振动能量传输路径，使振动能量在惯容中被摩擦阻尼消耗，并通过轨道形状设计，改善其对频率和能量变化的敏感性。

技术领域

本实用新型涉及振动控制、消能减震技术领域，尤其是涉及一种倒置轨道型离合惯容质量阻尼器。

背景技术

为保证工程结构在极端荷载(如风荷载、地震等)作用下的安全性，结构控制技术应运而生。结构控制技术是通过在主体结构上附加控制装置或改变主体结构特性(如改变结构刚度、阻尼等)等方法以减小结构振动和加快能量消耗的技术。

其中，调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)是一种附加于主体结构上的结构控制装置。TMD由附加质量、弹簧部件和阻尼部件组成，附加质量通过弹簧部件和阻尼部件与主体结构相连接。TMD一般置于主体结构振动较大处(如楼房结构的顶部)，附加质量相对主体结构质量较小，当TMD的自振频率与主体结构主要自振频率相调谐时，两者形成共振机制，TMD剧烈振动，通过自身阻尼消耗能量，使主体结构的振动迅速减小。通常情况下，先确定TMD附加质量的大小，再通过调节弹簧部件的刚度达到所需自振频率。其广泛应用于高层高耸结构，用于减小结构在风荷载作用下的响应，以达到提高结构安全性和舒适度的目的，除直接使用弹簧类构件外，TMD中弹簧部件还可使用摆锤等实现，二者目的均为提供一定大小的线性刚度，使TMD自振频率达到设计要求。

TMD属于质量阻尼器，质量越大，减振效果越佳。实际应用中，其不仅占据了大量的空间，影响建筑的使用功能，同时还对主体结构承重构件造成不利影响。另外，TMD中弹簧部件为线性弹簧，因此，当TMD附加质量和弹簧刚度确定后，TMD的自振频率保持不变。然而，当主体结构自振频率发生变化时(如建筑物的质量随使用功能而变化，刚度随建筑物沉降、结构损伤、温度而变化)，TMD与主体结构不再调谐，两者之间无法形成有效的共振机制，TMD的减振性能将大大退化，甚至增大结构响应。此外，TMD工作时发生剧烈振动，振动能量通过TMD阻尼部件消耗，而阻尼部件的耗能方式单一，耗能能力有限，往往不足以消耗振动能量，为保证耗能效率，需额外增设阻尼装置(如粘滞阻尼器)，但增设阻尼器不仅进一步增大了装置体量和安装难度，过大的粘滞阻尼还会阻碍TMD的振动，减弱耗能速率。

非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink，简称NES)是一类与TMD相似的结构控制装置，仍处在基础研究阶段。NES的组成与TMD相似，同样由附加质量、弹簧部件和阻尼部件组成，但NES的弹簧部件为非线性弹簧，即该非线性弹簧产生的恢复力随附加质量的位移发生非线性变化。最常用的NES采用三次方弹簧部件，即所产生的恢复力与NES位移的三次方成正比。与TMD相对的是，NES的刚度随位移而变化，具有连续变化的自振频率，因此可以与众多频率发生共振，解决TMD对频率变化敏感的问题。

NES装置的组成部件一般包括附加质量、弹簧组、滑轨、固定装置、以及挡板等。附加质量沿滑轨移动，挡板作为安全措施安装在滑轨两端，弹簧组沿与附加质量运动方向相垂直方向与主体结构相连。值得说明的是，为实现NES的三次方力-位移关系，弹簧组在附加质量静止时(即弹簧组与附加质量运动方向垂直时)保持原长(即未被拉伸)，这种设置使弹簧组在附加质量运动方向产生近似三次方的恢复力，等同于理论模型中的三次方弹簧。