技术领域
[0001] 本
发明属于结构振动控制技术领域，尤其涉及一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器。
背景技术
[0002] 随着我国经济社会的不断发展，超
高层建筑、输电塔等高耸柔性结构的建设在我国蓬勃发展，并将长期在社会经济发展中发挥重要作用。我国作为一个灾害多发国家，建筑结构的抗震、抗
风等防灾减灾设计始终是我们关注的重点，保证这些结构在
地震、强风作用下的安全性和舒适性已经成为需要迫切解决的关键问题。调谐质量阻尼器作为一种广泛应用的被动控制阻尼器，在结构振动控制领域广泛应用。然而，在实际工程中调谐阻尼器要达到预定的减振目标，其质量需要设计的很大，通常要超过结构自身重量的1％。但是，由于受到安装空间的限制，阻尼器的质量不可能设计的很大，这就很难达到预定的减振目标。同时对于高耸柔性结构，附加质量过大会对结构产生不利的影响。本发明的创新点在于减小阻尼器的质量，阻尼器以较小的质量就可以提供较大的惯性阻尼
力，减振效果大大提高。
发明内容
[0003] 本发明针对
现有技术中阻尼器质量普遍偏大的问题，本发明提出一种构造合理、质量小且减振效果好的惯性质量放大型调谐质量阻尼器。本发明减小高耸柔性结构的风振、地震响应，提高建筑的抗风抗震性能。
[0004] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0005] 一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器,所述的惯性质量放大型调谐质量阻尼器包括空心
箱体1、工字型质量
块2、
齿轮a3、齿轮b4、矩形框5、
钢环6、粘滞阻尼器7、钢片8、
弹簧9、转动轴10和滚珠11。
[0006] 所述的空心箱体1安装在两面墙体之间；所述的工字型质量块2底部安装有多个滚珠11，工字型质量块2的
腹板两侧开有
齿槽，工字型质量块2放置在空心箱体1内部，工字型质量块2可在空心箱体1内部滑动，工字型质量块2的滑动方向与空心箱体1安装面间的垂直连线平行；所述的矩形框5两个相互平行的外侧边开有齿槽，另两个相互平行的外侧边开有矩形通孔；矩形框5一个开有通孔的外侧边安装有两个弹簧9，弹簧9的末端通过钢环6安装在空心箱体1内壁；矩形框5另一个开有通孔的外侧边安装有两个粘滞阻尼器7，粘滞阻尼器7的末端通过钢环6安装在空心箱体1内壁；两个弹簧9和两个粘滞阻尼器7互相平行，且与两面墙体间的垂直连线平行；所述的钢片8穿过矩形框5的通孔
水平安装在空心箱体1内壁上，钢片8上装有滚珠，用于
支撑矩形框5的滑动，矩形框5的滑动方向与两面墙体间的垂直连线平行；所述的齿轮a3共有两个，分别与工字型质量块2腹板上的两个齿槽咬合；所述的齿轮b4共有两个，分别与矩形框5两侧的齿槽咬合；所述的齿轮a3和齿轮b4两两一组安装在两个转动轴10上，齿轮a3、齿轮b4和转动轴10之间固定连接，实现同步转动；所述的每个转动轴
10通过
轴承竖直安装在空心箱体1内部。
[0007] 进一步的，所述的齿轮a3的半径大于齿轮b4的半径；通过调整齿轮a和齿轮b的半径之比来调整惯性阻尼力的放大倍数，且半径比越大减振效果越明显。
[0008] 进一步的，所述的空心箱体1、工字型质量块2、齿轮a3、齿轮b4、矩形框5、钢环6、钢片8、弹簧9、转动轴10和滚珠11均由
不锈钢制成。
[0009] 进一步的，所述的钢片8的截面加工成“凹”字型，以提高其抗弯
刚度。
[0010] 进一步的，本发明可通过调整弹簧9刚度改变阻尼参数。
[0011] 进一步的，本发明可通过调整工字型质量块2的质量改变阻尼参数。
[0012] 本发明的工作原理是：
[0013] 当墙体结构发生振动时，空心箱体1随结构同步振动，而工字型质量块2由于惯性的作用而发生位移
迟滞，空心箱体1与工字型质量块2之间发生相对运动，进而导致齿轮a3和齿轮b4转动，两齿轮带动矩形框5、弹簧9、粘滞阻尼器7移动，并对空心箱体1施加与其运动方向相反的力，工字型质量块2的
动能通过粘滞阻尼器7耗散掉，并在弹簧9的作用下复位。
[0014] 设质量块质量为m0，粘滞阻尼系数为c0，弹簧刚度为k0，外荷载为p0(t)，质量块发生的位移为x，故动力学方程为：
[0015]
[0016] 对于本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，工字型质量块为m1，(其中 R为齿轮a的半径，r为齿轮b的半径，且R＞r)，在外荷载p1(t)作用下发生的位移为x1。当工字形质量块发生位移为x1时，设齿轮a转动的弧长为l1，齿轮b转动的弧长为l2，故l1＝x1。齿轮a和齿轮b固结，故转动的
角度相同，由弧长公式可得：
[0017]
[0018] 故齿轮b转动的弧长为 由于矩形框和齿轮b咬合，故矩形框滑动的位移为 对于弹性恢复力和阻尼力，通过齿轮装置，由功能原理可知均放大了λ倍，故动力学方程为：
[0019]
[0020] 对于一般的调谐质量阻尼器，
频率 对于本发明的惯性质量放大型调谐质量阻尼器，若取k1＝λk0，则频率 两者频率相等，同时当两者质量块运动状态一致时，即x0＝x1， 且阻尼比取c1＝λc0时，则作用在结构上的反力P0(t)＝P1(t)。故在达到相等的减振效果时，本发明的质量仅为一般的调谐质量阻尼器质量的 倍，且λ的大小取决于齿轮a和齿轮b的半径之比。
[0021] 本发明的有益效果：
[0022] (1)本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，通过调整齿轮a和齿轮b的半径之比来放大惯性阻尼力，用较小的质量即可达到较好的减振效果，且半径比越大减振效果越明显；
[0023] (2)本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，可以通过调整质量块质量、齿轮a和齿轮b的半径比、弹簧刚度等方便地改变阻尼参数；
[0024] (3)本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，设计质量较小，可避免附加重力过大给结构带来的不利影响，提升了结构的性能；
[0025] (4)本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，占地空间较小，可以给建筑节省更多的使用面积，大大提高了建筑的利用效率；
[0026] (5)本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，设计合理、构造简单、安装方便。
附图说明
[0027] 图1为本发明
实施例提供的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器的A-A剖面图；
[0028] 图2为本发明实施例提供的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器的B-B剖面图。
[0029] 图中：1 空心箱体；2 工字型质量块；3 齿轮a；4 齿轮b；5 矩形框；6 钢环；7 粘滞阻尼器；8 钢片；9 弹簧；10 转动轴；11 滚珠。
具体实施方式
[0030] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照
说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031] 如图1、图2所示的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器,所述的惯性质量放大型调谐质量阻尼器包括空心箱体1、工字型质量块2、齿轮a3、齿轮b4、矩形框5、钢环6、粘滞阻尼器7、钢片8、弹簧9、转动轴10和滚珠11。
[0032] 所述的空心箱体1安装在两面墙体之间；所述的工字型质量块2底部安装有多个滚珠11，工字型质量块2的腹板两侧开有齿槽，工字型质量块2放置在空心箱体1内部，工字型质量块2可在空心箱体1内部滑动，工字型质量块2的滑动方向与两面墙体间的垂直连线平行；所述的矩形框5两个相互平行的外侧边开有齿槽，另两个相互平行的外侧边开有矩形通孔；矩形框5一个开有通孔的外侧边安装有两个弹簧9，弹簧9的末端通过钢环6安装在空心箱体1内壁；矩形框5另一个开有通孔的外侧边安装有两个粘滞阻尼器7，粘滞阻尼器7的末端通过钢环6安装在空心箱体1内壁；两个弹簧9和两个粘滞阻尼器7互相平行，且与两面墙体间的垂直连线平行；所述的钢片8穿过矩形框5的通孔水平安装在空心箱体1内壁上，钢片8上装有滚珠，用于支撑矩形框5的滑动，矩形框5的滑动方向与两面墙体间的垂直连线平行；所述的齿轮a3共有两个，分别与工字型质量块2腹板上的两个齿槽咬合；所述的齿轮b4共有两个，分别与矩形框5两侧的齿槽咬合；所述的齿轮a3和齿轮b4两两一组安装在两个转动轴10上，齿轮a3、齿轮b4和转动轴10之间固定连接，实现同步转动；所述的每个转动轴10安装在空心箱体1内壁上。
[0033] 进一步的，所述的齿轮a3的半径大于齿轮b4的半径。
[0034] 进一步的，所述的空心箱体1、工字型质量块2、齿轮a3、齿轮b4、矩形框5、钢环6、钢片8、弹簧9、转动轴10和滚珠11均由不锈钢制成。
[0035] 进一步的，所述的钢片8的截面加工成“凹”字型，以提高其抗弯刚度。
[0036] 进一步的，本发明可通过调整弹簧9刚度改变阻尼参数。
[0037] 进一步的，本发明可通过调整工字型质量块2的质量改变阻尼参数。
[0038] 本发明的工作原理是：
[0039] 当墙体结构发生振动时，空心箱体1随结构同步振动，而工字型质量块2由于惯性的作用而发生位移迟滞，空心箱体1与工字型质量块2之间发生相对运动，进而导致齿轮a3和齿轮b4转动，两齿轮带动矩形框5、弹簧9、粘滞阻尼器7移动，并对空心箱体1施加与其运动方向相反的力，工字型质量块2的动能通过粘滞阻尼器7耗散掉，并在弹簧9的作用下复位。
[0040] 设质量块质量为m0，粘滞阻尼系数为c0，弹簧刚度为k0，外荷载为p0(t)，质量块发生的位移为x，故动力学方程为：
[0041]
[0042] 对于本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，工字型质量块为m1，(其中 R为齿轮a的半径，r为齿轮b的半径，且R＞r)，在外荷载p1(t)作用下发生的位移为x1。当工字形质量块发生位移为x1时，设齿轮a转动的弧长为l1，齿轮b转动的弧长为l2，故l1＝x1。齿轮a和齿轮b固结，故转动的角度相同，由弧长公式可得：
[0043]
[0044] 故齿轮b转动的弧长为 由于矩形框和齿轮b咬合，故矩形框滑动的位移为 对于弹性恢复力和阻尼力，通过齿轮装置，由功能原理可知均放大了λ倍，故动力学方程为：
[0045]
[0046] 对于一般的调谐质量阻尼器，频率 对于本发明的惯性质量放大型调谐质量阻尼器，若取k1＝λk0，则频率 两者频率相等，同时当两者质量块运动状态一致时，即x0＝x1， 且阻尼比取c1＝λc0时，则作用在结构上的反力P0(t)＝P1(t)。故在达到相等的减振效果时，本发明的质量仅为一般的调谐质量阻尼器质量的 倍，且λ的大小取决于齿轮a和齿轮b的半径之比。
[0047] 本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，通过调整齿轮a和齿轮b的半径之比来放大惯性阻尼力，用较小的质量即可达到较好的减振效果，且半径比越大减振效果越明显；
[0048] 本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，可以通过调整质量块质量、齿轮a和齿轮b的半径比、弹簧刚度等方便地改变阻尼参数；
[0049] 本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，设计质量较小，可避免附加重力过大给结构带来的不利影响，提升了结构的性能；
[0050] 本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，占地空间较小，可以给建筑节省更多的使用面积，大大提高了建筑的利用效率；
[0051] 本发明的一种惯性质量放大型调谐质量阻尼器，设计合理、构造简单、安装方便。
