电涡流阻尼器 |
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| 申请号 | CN202410021721.4 | 申请日 | 2024-01-08 | 公开(公告)号 | CN117515103A | 公开(公告)日 | 2024-02-06 |
| 申请人 | 石家庄铁道大学; | 发明人 | 王昊; 安璐; 郭小霞; 罗超; 赵俊; 李晶晶; 邓世杰; 闵悦涵; 王博力; | ||||
| 摘要 | 本 申请 适用于阻尼装置技术领域，提供了电 涡流 阻尼器。该电涡流阻尼器中， 齿条 框的上下两侧设置有内齿，半 齿轮 设置在齿条框中且与内齿 啮合 ，行星齿轮对称设置在半齿轮的两侧，且行星齿轮的 内齿圈 通过内齿圈 支撑 架与半齿轮同轴连接；导体圆盘设置在行星齿轮远离半齿轮的一侧，且行星齿轮的中心轮与导体圆盘同轴连接；行星齿轮的中心轮与相应的导体圆盘可转动地设置固定 框架 的侧板； 永磁体 对设置在固定框架相对的两个侧板靠近导体圆盘的面上。本申请与传统 质量 调谐阻尼器相比，自重小，产生的惯性 力 可远大于其结构自身物理质量，从而能有效提高阻尼器工作效率，同时还起到调谐的作用，能够避免 桥梁 结构与 地震 动发生共振。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电涡流阻尼器，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 电涡流阻尼器技术领域[0001] 本申请属于阻尼装置技术领域，尤其涉及电涡流阻尼器。 背景技术[0002] 目前，许多桥梁不可避免的需要建造在临近断层或跨断层区域，如川藏线铁路建设工程所经区域断裂带、潜在震源区众多，地震作用易造成桥梁上部结构和桥墩间产生较大相对位移，产生落梁等震害，安装阻尼器可以较好满足桥梁减震的需求，避免桥梁结构被严重破坏。电涡流阻尼器不同于传统黏滞阻尼器、金属阻尼器等，有着无摩擦、好养护、使用寿命长等诸多优点。现有电涡流阻尼器多为滚珠丝杠式，滚珠丝杠要求精度高，同时成本更高。发明内容 [0003] 为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供了电涡流阻尼器。 [0004] 本申请是通过如下技术方案实现的：本申请实施例提供了一种电涡流阻尼器，包括： 齿条框，所述齿条框的上下两侧设置有内齿，且所述齿条框的两端能够固定在第一建筑结构上； 半齿轮，所述半齿轮设置在所述齿条框中，且与所述内齿啮合； 两个行星齿轮，所述两个行星齿轮对称设置在所述半齿轮的两侧，且所述两个行星齿轮的内齿圈通过内齿圈支撑架与所述半齿轮同轴连接； 两个导体圆盘，所述两个导体圆盘分别设置在所述两个行星齿轮远离所述半齿轮的一侧，且所述两个行星齿轮的中心轮与相应的导体圆盘同轴连接； 固定框架，所述两个行星齿轮的中心轮与相应的导体圆盘可转动地设置所述固定框架相对的两个侧板，且所述固定框架能够固定设置在第二建筑结构上；其中，所述第一建筑结构与所述第二建筑结构为能够发生相对位移的两个建筑结构； 两个永磁体对，所述两个永磁体对设置在所述固定框架相对的两个侧板的靠近所述导体圆盘的面上。 [0005] 结合第一方面，在一些实施例中，所述齿条框的左右两侧均设置有十字铰，所述齿条框通过左右两侧的十字铰固定在第一建筑结构上。 [0006] 结合第一方面，在一些实施例中，所述电涡流阻尼器还包括第一传动轴和第二传动轴；所述第一传动轴的第一端与所述半齿轮的轴心位置连接，第二端与所述内齿圈支撑架的轴心位置连接，行星齿轮的内齿圈与所述内齿圈支撑架固定连接； 所述第二传动轴的第一端与行星齿轮的中心轮连接，第二端通过滚动轴承设置在固定框架的侧面上。 [0007] 结合第一方面，在一些实施例中，每个行星齿轮包括中心轮、行星架、内齿圈和三个行星轮，所述中心轮与所述三个行星轮设置在所述行星架上，所述中心轮位于所述内齿圈的中部，三个行星轮均匀分布在所述中心轮和所述内齿圈之间，所述内齿圈与三个行星轮啮合，三个行星轮与所述中心轮啮合；所述行星架的中心设置有凹槽，该凹槽中设置有滚动轴承，所述第一传动轴的第二端穿过所述内齿圈支撑架的轴心位置，插入所述行星架的凹槽中的滚动轴承中，所述第一传动轴与所述内齿圈支撑架固定连接；所述行星架设置有分别与所述中心轮和所述三个行星轮对应的转轴，所述中心轮和所述三个行星轮安装在对应的转轴上，且所述中心轮和所述三个行星轮能够以各自对应的转轴为轴心进行转动； 其中，所述内齿圈转动带动所述三个行星轮转动，所述三个行星轮带动所述中心轮转动。 [0008] 结合第一方面，在一些实施例中，所述内齿圈支撑架包括圆环部件和支撑部件，所述圆环部件与所述内齿圈的半径相同，所述支撑部件固定设置在所述圆环部件的一侧，所述圆环部件的另一侧与所述内齿圈固定连接，所述第一传动轴的第二端穿过所述支撑部件的轴心位置，所述半齿轮与所述支撑部件固定连接。 [0009] 结合第一方面，在一些实施例中，所述支撑部件与所述半齿轮通过所述第一传动轴同轴连接，所述圆环部件与所述内齿圈固定连接，所述半齿轮通过所述内齿圈支撑架带动所述内齿圈转动。 [0010] 结合第一方面，在一些实施例中，所述固定框架包括顶板、底板和两个侧板；所述两个侧板相对固定在所述底板上，所述齿条框、所述半齿轮、所述两个行星齿轮、所述两个导体圆盘均位于所述两个侧板之间； 所述顶板固定在所述两个侧板的上侧； 所述顶板、所述底板和所述两个侧板围成一个框架。 [0011] 结合第一方面，在一些实施例中，所述半齿轮两侧的结构对称设置。 [0012] 结合第一方面，在一些实施例中，所述电涡流阻尼器还包括两个第一背铁和两个第二背铁；所述两个第一背铁分别设置在所述两个导体圆盘远离所述固定框架的侧板的一 侧； 所述两个第二背铁分别设置在所述固定框架的两个侧板上，所述两个永磁体分别设置在所述两个背铁上。 [0013] 结合第一方面，在一些实施例中，所述第一建筑结构和所述第二建筑结构为同一桥梁结构的主梁和桥墩。 [0014] 本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请实施例，当地震来临时，第一建筑结构（例如桥梁主梁）与第二建筑结构（例如桥墩）之间发生相对位移，使得齿条框开始往复运动，齿条框带动半齿轮旋转，半齿轮旋转带动行星齿轮的内齿圈旋转，行星齿轮的内齿圈再带动行星齿轮的行星轮自转，从而带动行星齿轮的中心轮旋转，起到速度放大的效果。导体圆盘与行星齿轮的中心轮同轴连接，与行星齿轮的中心轮一起转动，永磁体对固定在固定框架相对的两个侧板上，根据电磁感应原理，导体与永磁体对的相对运动将产生阻尼力阻碍导体运动，进而阻碍半齿轮旋转，进而阻碍了齿条框的往复运动，达到减震耗能效果。 [0015] 而且，本申请实施例中的电涡流阻尼器与传统质量调谐阻尼器相比，自重小，产生的惯性力可远大于其结构自身物理质量，从而能有效提高阻尼器工作效率，同时还起到调谐的作用，能够避免桥梁结构与地震动发生共振。 [0017] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0018] 图1是本申请实施例提供的电涡流阻尼器的立体图；图2是本申请实施例提供的电涡流阻尼器的左视图； 图3是本申请实施例提供的齿条框和半齿轮的结构示意图； 图4是本申请实施例提供的行星齿轮的结构示意图； 图5是本申请实施例提供的内齿圈支撑架的结构示意图； 图6是本申请实施例提供的永磁体对的布置示意图； 图7是本申请实施例提供的电涡流阻尼器的使用示意图。 具体实施方式[0019] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。 [0020] 应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。 [0021] 还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。 [0022] 如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。 [0023] 另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0024] 在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。 [0025] 本申请旨在提供一种齿轮齿条形式的电涡流阻尼器，以齿轮齿条机构、行星齿轮并联电涡流阻尼器为工作机制。采用半齿轮搭配齿条框作为平转动转换机构，支撑性和稳定性更好。半齿轮和齿条框间转动、平动的转换，使得齿轮产生惯性力，再经过行星齿轮将这种惯性力和输入速度放大，增大阻尼效应，并且可在不增加物理质量的前提下，改变结构惯性和调谐。结构简单且效率高，便于更换构件，进一步适应当前国内多数桥梁对减震阻尼器的需求。 [0026] 具体的，参照图1至图5，该电涡流阻尼器可以包括齿条框10、半齿轮20、两个行星齿轮30、两个导体圆盘40、固定框架、两个永磁体对60和两个内齿圈支撑架70。 [0027] 齿条框10的上下两侧设置有内齿，且齿条框10的两端能够固定在第一建筑结构上。半齿轮20设置在齿条框10中，且与齿条框10上下两侧的内齿啮合。该两个行星齿轮30对称设置在半齿轮20的两侧，且该两个行星齿轮30的行星架通过内齿圈支撑架70与半齿轮20同轴连接。该两个导体圆盘40分别设置在两个行星齿轮30远离半齿轮20的一侧，且两个行星齿轮30的中心轮与相应的导体圆盘40同轴连接。两个行星齿轮30的中心轮与相应的导体圆盘40可转动地设置固定框架相对的两个侧板，且固定框架能够固定设置在第二建筑结构上。两个永磁体对60设置在固定框架相对的两个侧板靠近导体圆盘40的面上。 [0028] 本申请实施例中，第一建筑结构与第二建筑结构为能够发生相对位移的两个建筑结构。例如，第一建筑结构和第二建筑结构可以为同一桥梁结构的主梁和桥墩。 [0029] 具体的，当地震来临时，第一建筑结构（例如桥梁主梁）与第二建筑结构（例如桥墩）之间发生相对位移，使得齿条框10开始往复运动，齿条框10带动半齿轮20旋转，半齿轮20旋转通过内齿圈支撑架70带动行星齿轮30的内齿圈旋转，行星齿轮30的内齿圈再带动行星齿轮30的行星轮自转，从而带动行星齿轮30的中心轮旋转，起到速度放大的效果。导体圆盘40与行星齿轮30的中心轮同轴连接，与行星齿轮30的中心轮一起转动，永磁体对60固定在固定框架相对的两个侧板上，根据电磁感应原理，导体与永磁体对60的相对运动将产生阻尼力阻碍导体运动，进而阻碍半齿轮20旋转，进而阻碍了齿条框10的往复运动，达到减震耗能效果。 [0030] 而且，本申请实施例中的电涡流阻尼器与传统质量调谐阻尼器相比，自重小，产生的惯性力可远大于其结构自身物理质量，从而能有效提高阻尼器工作效率，同时还起到调谐的作用，能够避免桥梁结构与地震动发生共振。 [0031] 一些实施例中，半齿轮20两侧的结构对称设置。其中，半齿轮20两侧的结构对称设置，能够达到耗能翻倍的效果，进一步提高减震耗能效果。 [0032] 参见图3，齿条框10的左右两侧均设置有十字铰11，齿条框10通过左右两侧的十字铰11固定在第一建筑结构上，例如固定在桥梁主梁上。 [0033] 参见图3，齿条框10的上下两侧设置有内齿，半齿轮20设置在齿条框10中，半齿轮20与齿条框10的上下两侧的内齿啮合，且半齿轮20在同一时间内与齿条框10的上下两侧中的一侧的内齿啮合。 [0034] 一些实施例中，参见图1和图2，固定框架可以包括顶板51、底板53和两个侧板52。 [0035] 两个侧板52相对立地固定在底板53上的两侧，齿条框10、半齿轮20、两个行星齿轮30、两个导体圆盘40均位于两个侧板52之间。顶板51固定在两个侧板52的上侧，顶板51、底板53和两个侧板52围成一个框架，且齿条框10穿过该框架。 [0036] 可选的，固定框架的两个侧板52的外侧还设置有用于加固侧板52与底板53之间连接力的支撑件54，来进一步保证结构的稳定性。 [0037] 一些实施例中，上述电涡流阻尼器还包括第一传动轴81和第二传动轴82。第一传动轴81的第一端与半齿轮20的轴心位置连接，第二端与内齿圈支撑架70的轴心位置连接，行星齿轮30的内齿圈与内齿圈支撑架70固定连接。第二传动轴82的第一端与行星齿轮30的中心轮连接，第二端通过滚动轴承设置在固定框架的侧面上。 [0038] 基于第一传动轴81和第二传动轴82的实施例，参见图4，每个行星齿轮30可以包括内齿圈31、中心轮33、行星架34、和三个行星轮32。中心轮33与三个行星轮32设置在行星架34上，中心轮33位于内齿圈31的中部，三个行星轮32均匀分布在中心轮33和内齿圈31之间，三个行星轮32、中心轮33和内齿圈31位于一个平面上。内齿圈31与三个行星轮32啮合，三个行星轮32与中心轮33啮合。 [0039] 行星架34的中心设置有凹槽，该凹槽中设置有滚动轴承，第一传动轴81的第二端穿过内齿圈支撑架70的轴心位置，插入行星架34的凹槽中的滚动轴承中。第一传动轴81与内齿圈支撑架70固定连接，行星架34相对于内齿圈31固定。行星架34设置有分别与中心轮33和三个行星轮32对应的转轴，中心轮33和三个行星轮32安装在对应的转轴上，且中心轮 33和三个行星轮32能够以各自对应的转轴为轴心进行转动。其中，内齿圈31转动带动三个行星轮32转动，三个行星轮32带动中心轮33转动。 [0040] 示例性的，内齿圈31的半径大于行星轮32的半径，行星轮32的半径大于中心轮33的半径。 [0041] 该行星齿轮30主要由中心轮33、三个行星轮32、行星架34和内齿圈31组成，所采用的传动方式为行星架固定的行星齿轮传动。其中，内齿圈31为低速输入轮，行星轮32为中间轮只自转而无公转，中心轮33为高速输出轮，内齿圈31和中心轮32的旋转方向相反。半齿轮20与内齿圈31同轴连接，带动内齿圈31转动，并通过行星齿轮传动，带动中心轮33转动，中心轮33与导体圆盘40同轴连接，中心轮33带动导体圆盘40转动，由此实现速度放大机制和惯性放大机制。 [0042] 一些实施例中，参见图5，内齿圈支撑架70可以包括圆环部71和支撑部件72。圆环部件71与内齿圈31的半径相同，支撑部件72固定设置在圆环部件71的一侧，圆环部件71的另一侧与内齿圈31固定连接，支撑部件72的轴心位置设置有用于与半齿轮20同轴连接的通孔，第一传动轴81的第二端穿过支撑部件72的轴心位置（即图5中的通孔73），半齿轮20的转轴插入凹槽中使得半齿轮20与支撑部件72固定连接。 [0043] 具体的，支撑部件72与半齿轮20通过第一传动轴81同轴连接，两个内齿圈支撑架70位于第一传动轴81的两端。导体圆盘40固定在行星齿轮30的中心轮33的轮毂上，中心轮 33位于第二传动轴82的一端，第二传动轴82的另一端通过轴承55设置在固定框架的侧面52上。 [0044] 一些实施例中，电涡流阻尼器还包括两个第一背铁和两个第二背铁。两个第一背铁分别设置在两个导体圆盘40远离固定框架的侧板的一侧。两个第二背铁分别设置在固定框架的两个侧板上，两个永磁体对60分别设置在两个第二背铁上。永磁体对60为定构件，由一块N级磁体和一块S级磁体叠放组成，如图6所示。第二背铁既充当结构支撑构件，又充当永磁体对60的背铁。 [0045] 轴承55由外圈、内圈、滚动体和保持架组成，内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合起支撑作用，滚动体和保持架均匀的分布在内圈和外圈之间，保持架起使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转作用。本实施例的电涡流阻尼器中，轴承55使得第二传动轴82和第二背板产生相对转动的作用并承担两者间的相对力，即使第二传动轴82转动而第二背板不转动。 [0046] 如图7所示，电涡流阻尼器的十字铰与连接件的铰头相连接，连接件另一端连接在桥梁的主梁上，齿条框连接在桥梁的主梁上，固定框架的底板连接在桥梁的桥墩上。 [0047] 上述电涡流阻尼器，采用半齿轮搭配齿条框作为平转动转换机构，半齿轮两侧构件均对称布置。半齿轮通过第一传动轴连接行星齿轮的内齿圈，行星齿轮的中心轮再通过第二传动轴连接导体圆盘。地震来临时桥梁主梁与桥墩间的相对位移使齿条框开始往复运动，齿条框带动半齿轮快速旋转，半齿轮带动两侧行星齿轮、导体圆盘转动，导体圆盘与两侧永磁体对形成相对转动，由电磁感应原理，永磁体对对转动运动产生阻碍作用，从而获得减震耗能效果。 [0048] 本申请实施例，以齿轮齿条机构、行星齿轮并联电涡流阻尼器为基本工作机制，同时产生阻尼力和惯性力，两者共同作用，发挥减震耗能的效果；采用半齿轮搭配齿条框作为平转动转换机构，支撑性和稳定性更好；行星齿轮作为速度、惯性放大机构，加速倍数可由行星齿轮构件的齿数比控制，达到可调节的效果，其精密性和稳定性也更好；并且，此电涡流阻尼器的调谐特性可调整桥梁结构自振频率，避免结构与地震动共振。另外，上述电涡流阻尼器产品结构简单，充分利用结构形式，对称布置使得产生的减震耗能效果最大化，同时使结构工作更稳定。除此之外，上述电涡流阻尼器的多个部件易更换，使得整体电涡流阻尼器使用寿命更长。 [0049] 以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。 |
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