一種可預(yù)設(shè)早期剛度的拉桿式碟形彈簧阻尼器的制作方法

本發(fā)明涉及減震裝置，特別是涉及采用碟形彈簧組的阻尼器。

背景技術(shù)：

阻尼器是一種以提供運(yùn)動(dòng)的阻力來(lái)耗減運(yùn)動(dòng)能量的減震裝置。利用阻尼器來(lái)吸能減震是一種被廣泛應(yīng)用于航天、航空、軍工、槍炮以及汽車等行業(yè)的傳統(tǒng)技術(shù)。自二十世紀(jì)七十年代以來(lái)，人們開(kāi)始逐步的把利用阻尼器吸能減震的技術(shù)應(yīng)用到建筑、橋梁、鐵路等結(jié)構(gòu)工程中。而碟形彈簧阻尼器以其抗沖擊能力高、成本低、減震效果好的特性被廣泛應(yīng)用于各種建筑的抗震結(jié)構(gòu)中。

人們對(duì)于建筑物尤其是高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)追求一種“抗”與“耗”相結(jié)合的綜合抗震性能，即在弱風(fēng)振和小地震的作用下抗震結(jié)構(gòu)能為建筑物主體提供額外的附加剛度來(lái)抵抗外部載荷的作用，保持主體結(jié)構(gòu)的完整性，避免結(jié)構(gòu)主體出現(xiàn)內(nèi)部損傷，而在強(qiáng)風(fēng)振和大地震的作用下抗震結(jié)構(gòu)則開(kāi)始屈服變形，通過(guò)抗震結(jié)構(gòu)中的阻尼器的阻尼作用來(lái)耗散外部能量，使結(jié)構(gòu)主體在強(qiáng)風(fēng)振和大地震中不至于被嚴(yán)重破壞甚至倒塌，保證人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。這便要求應(yīng)用于抗震結(jié)構(gòu)在外部弱載荷的作用下能保持剛性，不發(fā)生變形，在外部強(qiáng)載荷的作用下則能變形耗能。然而現(xiàn)有的彈簧阻尼器還無(wú)法滿足上述抗震需求，任何彈簧阻尼器在外部載荷的作用下均會(huì)產(chǎn)生或多或少的彈性變形。因此上述人們所追求的建筑物抗震結(jié)構(gòu)的性能是很難實(shí)現(xiàn)的。

另外，地震波的作用呈多向隨機(jī)性，即，作用于建筑物上力的大小方向和頻率都是隨機(jī)的，因此用于抗震的阻尼器需滿足以下兩個(gè)要求：一是阻尼器的特征頻率要與地震輸入激勵(lì)的共振頻域錯(cuò)開(kāi)，二是阻尼器的特征頻率要與建筑物或建筑結(jié)構(gòu)的特征頻率錯(cuò)開(kāi)。根據(jù)《碟形彈簧基本特性參數(shù)分析》作者易先忠的理論分析，單片碟形彈簧的自振頻率(式中，K_p為剛度，m_s為碟形彈簧的質(zhì)量，m為與碟形彈簧相連物體的質(zhì)量，ξ為當(dāng)量質(zhì)量轉(zhuǎn)化系數(shù))[見(jiàn)，《石油機(jī)械》雜志，1995年第23卷第3期第10至等22頁(yè)]，可見(jiàn)，當(dāng)?shù)螐椈傻馁|(zhì)量和與碟形彈簧相連物體的質(zhì)量設(shè)計(jì)確定后，碟形彈簧自振頻率的平方與上碟形彈簧的剛度成正比。

公開(kāi)號(hào)為CN1932324A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種“可調(diào)節(jié)碟形彈簧機(jī)械式減震阻尼器”，該阻尼器包括外殼、設(shè)在外殼內(nèi)的載荷連接桿和兩組碟形彈簧，所述，所述載荷連接桿的中部設(shè)有與之固連的調(diào)節(jié)齒輪，所述調(diào)節(jié)齒輪兩側(cè)的載荷連接桿上分別設(shè)有與載荷連接桿螺紋配合的左旋螺母和右旋螺母，所述兩組碟形彈簧分別設(shè)在所述左旋螺母和右旋螺母的外側(cè)，并分別被夾持在所述左旋螺母或右旋螺母與外殼端部的封板之間。所述可調(diào)節(jié)碟形彈簧機(jī)械式減震阻尼器，只需撥轉(zhuǎn)載荷連接桿上的調(diào)節(jié)齒輪，使所述左旋螺母和右旋螺母相互靠攏或遠(yuǎn)離即可調(diào)節(jié)兩組碟形彈簧的預(yù)緊力從而調(diào)節(jié)阻尼器的阻尼系數(shù)，以滿足不同頻率和不同振幅的使用需求。然而該發(fā)明仍具有如下不足：

1、所述載荷連接桿是在兩組碟形彈簧的共同作用下保持平衡的，兩組碟形彈簧的預(yù)緊力雖然能夠調(diào)節(jié)，但是無(wú)論如何調(diào)節(jié)，兩組碟形彈簧對(duì)載荷連接桿的作用力都是一組大小相等，方向相反的力，只需在載荷連接桿上施加任何外力都會(huì)破壞這種平衡，使兩組碟形彈簧發(fā)生變形，所以所述的阻尼器無(wú)法預(yù)設(shè)早期剛度；

2、依靠對(duì)兩組碟形彈簧預(yù)壓來(lái)改變碟形彈簧的阻尼系數(shù)，這種改變十分有限，這導(dǎo)致阻尼器的等效剛度調(diào)節(jié)范圍小，往往無(wú)法滿足建筑隔震對(duì)于頻率的要求；

3、該發(fā)明中必須配合使用兩組碟形彈簧，才能在阻尼器受到壓或拉荷載時(shí)都提供阻尼，這不僅造成了一定的浪費(fèi)，還使得阻尼器的長(zhǎng)度大大的增加了，不適合一些安裝空間緊湊的場(chǎng)合使用。

公開(kāi)號(hào)為CN101457553A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種“彈簧剛度可調(diào)式調(diào)諧質(zhì)量減振器”，該減振器是一種復(fù)合阻尼器，通過(guò)改變質(zhì)量塊的厚度改變其特征頻率，通過(guò)改變粘滯阻尼器的工作介質(zhì)的流量改變其阻尼比，通過(guò)改變彈簧的有效工作長(zhǎng)度改變其剛度，其中改變彈簧的有效工作長(zhǎng)度的手段有三種，一是采用固化材料將彈簧位于固化筒內(nèi)的一段固化，二是往螺旋彈簧的中心內(nèi)塞入約束塊，并二者過(guò)盈配合，使與約束塊接觸的一段彈簧失效，三是在約束塊表面設(shè)置螺旋狀凸起，將螺旋狀凸起卡在彈簧絲之間，使彈簧絲之間卡有螺旋狀凸起的一段彈簧失效。由此可見(jiàn)，該專利申請(qǐng)方案中的彈簧雖然可改變剛度，但所述的彈簧不僅有效工作長(zhǎng)度明顯縮短，而且只能壓縮耗能減振，不能拉伸耗能減振。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可預(yù)設(shè)早期剛度的拉桿式碟形彈簧阻尼器，該碟形彈簧阻尼器不僅保持了碟形彈簧組的有效工作長(zhǎng)度，而且既可壓縮耗能減振，又可拉伸耗能減振。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：

一種可預(yù)設(shè)早期剛度的拉桿式碟形彈簧阻尼器，該碟形彈簧阻尼器包括導(dǎo)向套，該導(dǎo)向套的一頭設(shè)有第一端蓋，另一頭設(shè)有第二端蓋；所述的導(dǎo)向套內(nèi)同軸設(shè)有由一組碟形彈簧疊合組成的碟形彈簧組；一驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由第一端蓋的外側(cè)伸進(jìn)所述的導(dǎo)向套內(nèi)，該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件包括動(dòng)壓板和驅(qū)動(dòng)桿，其中所述的動(dòng)壓板位于碟形彈簧組的頭部，所述驅(qū)動(dòng)桿設(shè)在動(dòng)壓板上并沿導(dǎo)向套軸線延伸出導(dǎo)向套；其特征在于，

所述的導(dǎo)向套內(nèi)還設(shè)有反壓裝置，該反壓裝置包括數(shù)量分別至少為三根的兩組預(yù)壓拉桿、兩塊浮動(dòng)壓板和數(shù)量為所述兩組預(yù)壓拉桿數(shù)量之和的限位元件，其中，

所述的兩塊浮動(dòng)壓板，一塊設(shè)在所述動(dòng)壓板與碟形彈簧組之間，另一塊設(shè)在第二端蓋與碟形彈簧組之間；

所述的兩組預(yù)壓拉桿分別繞導(dǎo)向套的軸線對(duì)稱分布于所述碟形彈簧組的中心孔內(nèi)，且，一組預(yù)壓拉桿的一頭分別固定在與動(dòng)壓板相鄰的浮動(dòng)壓板上，另一頭分別穿過(guò)與第二端蓋相鄰的浮動(dòng)壓板和第二端蓋固定在一只限位元件上；另一組預(yù)壓拉桿的一頭分別固定在與第二端蓋相鄰的浮動(dòng)壓板上，另一頭分別穿過(guò)與動(dòng)壓板相鄰的浮動(dòng)壓板和動(dòng)壓板固定在一只限位元件上；

所述的限位元件分別作用在所述的動(dòng)壓板和第二端蓋上，通過(guò)兩組預(yù)壓拉桿將所述的兩塊浮動(dòng)壓板之間的距離限制為碟形彈簧組壓縮至預(yù)設(shè)的早期剛度時(shí)的長(zhǎng)度。

為便于調(diào)節(jié)兩塊浮動(dòng)壓板之間的距離，使其等于將碟形彈簧組壓縮至預(yù)設(shè)剛度的長(zhǎng)度，上述方案中所述的限位元件為六角法蘭螺母，所述的預(yù)壓拉桿為光桿螺栓，二者螺紋連接固定在一起。

為了避免限位元件與動(dòng)壓板和第二端蓋之間產(chǎn)生剛性撞擊，上述方案中，所述的動(dòng)壓板和第二端蓋與限位元件接觸的表面上分別嵌設(shè)有彈性高分子材料，如橡膠片。

本發(fā)明所述的阻尼器可廣泛用于各種一維隔震領(lǐng)域，如，機(jī)械設(shè)備內(nèi)部振動(dòng)的隔離、設(shè)備基礎(chǔ)隔震、建筑結(jié)構(gòu)的抗震加固、建筑基礎(chǔ)隔震等。

本發(fā)明所述的阻尼器具有如下有益效果：

(1)僅需一組碟形彈簧就可使阻尼器無(wú)論所受軸向外力為正向還是反向，所述的碟形彈簧組均能產(chǎn)生彈性壓縮變形而耗能，不僅節(jié)省了一組碟形彈簧，而且大大的縮短了阻尼器的長(zhǎng)度。

(2)當(dāng)動(dòng)載荷大于阻尼器所設(shè)早期剛度的抵御能力時(shí)，雙向彈性變形對(duì)稱，因此外力載荷的正負(fù)方向的變化不影響其壓縮變形而耗能的效果。

(3)改變預(yù)壓拉桿的長(zhǎng)度即可改變整個(gè)阻尼器的早期剛度，當(dāng)早期剛度大于零時(shí)，外力在克服該早期剛度之前無(wú)法使阻尼器產(chǎn)生變形，因此將其用于建筑結(jié)構(gòu)抗震時(shí)，可預(yù)設(shè)地震設(shè)防等級(jí)，顯著降低隔震成本。

(4)可利用碟形彈簧的特性合理選擇預(yù)設(shè)早期剛度，進(jìn)而選擇阻尼器的特征頻域范圍，避開(kāi)建筑結(jié)構(gòu)固有頻域范圍和豎向地震波的頻域范圍，防止共振。

(5)預(yù)設(shè)所述預(yù)壓拉桿的長(zhǎng)度即可預(yù)設(shè)阻尼器早期剛度，而且所述碟形彈簧組中沒(méi)有一片碟形彈簧失效，即有效工作長(zhǎng)度不變，不會(huì)改變碟形彈簧組原有的特性參數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1～5為本發(fā)明所述阻尼器的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1為主視圖(剖視)，圖2為圖1的A-A剖視圖，圖3為圖1的B-B剖視圖，圖4為圖1中局部Ⅰ的放大圖，圖5為圖1中局部Ⅱ的放大圖。

圖6～8為本發(fā)明所述阻尼器第二個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖6為主視圖(剖視)，圖7俯視圖，圖8為仰視圖。

具體實(shí)施方式

例1

參見(jiàn)圖1，本例中的可預(yù)設(shè)早期剛度的拉桿式碟形彈簧阻尼器是一種可用于建筑結(jié)構(gòu)抗震加固的耗能裝置，它包括導(dǎo)向套1、分別設(shè)在導(dǎo)向套1上下兩頭的第一端蓋2和第二端蓋3，其中，所述第一端蓋2與和第二端蓋3通過(guò)螺釘分別與導(dǎo)向套的兩端固定連接。所述的導(dǎo)向套1內(nèi)沿軸向設(shè)有一碟形彈簧組4，一驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由第一端蓋2中心伸進(jìn)所述的導(dǎo)向套1內(nèi)；其中，所述碟形彈簧組4由16片碟形彈簧兩兩相對(duì)豎向疊合而成；所述的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由位于碟形彈簧組4上端且與導(dǎo)向套1動(dòng)配合的動(dòng)壓板5和由動(dòng)壓板5上表面向上延伸出導(dǎo)向套1的驅(qū)動(dòng)桿5-1構(gòu)成，所述驅(qū)動(dòng)桿5-1位于導(dǎo)向套1外的末端設(shè)有帶鉸接孔13的連接環(huán)5-2，所述連接環(huán)5-2與驅(qū)動(dòng)桿5-1通過(guò)螺紋連接的方式對(duì)接在一起。

參見(jiàn)圖1，所述第二端蓋3的外側(cè)設(shè)有與之連成一體的連接桿12，該連接桿12的末端設(shè)有鉸接孔13。

參見(jiàn)圖1～5，所述的導(dǎo)向套1內(nèi)設(shè)有反壓裝置，該反壓裝置包括兩組作為預(yù)壓拉桿的光桿螺栓、兩塊浮動(dòng)壓板和六只作為限位元件的六角法蘭螺母10；其中，所述的兩組光桿螺栓為分別由三根光桿螺栓組成的第一組光桿螺栓8和第二組光桿螺栓9；所述的兩塊浮動(dòng)壓板為設(shè)在所述動(dòng)壓板5與碟形彈簧組4之間的第一浮動(dòng)壓板6和設(shè)在第二端蓋3與碟形彈簧組4之間的第二浮動(dòng)壓板7；

參見(jiàn)圖1～5，所述兩組光桿螺栓分別繞導(dǎo)向套1軸線對(duì)稱分布在所述碟形彈簧組4的中心孔內(nèi)，每一根光桿螺栓均平行于導(dǎo)向套1軸線；且，所述第一組光桿螺栓8具有外螺紋的一頭自下而上依次穿過(guò)第二浮動(dòng)壓板7、第一浮動(dòng)壓板6和動(dòng)壓板5后與一只六角法蘭螺母10螺紋連接在一起；所述第二浮動(dòng)壓板7上在每一根第一組光桿螺栓8穿過(guò)的位置設(shè)有沉孔，所述第一組光桿螺栓8下頭的釘帽穿設(shè)在該沉孔內(nèi)并與第二浮動(dòng)壓板7焊接固定死；所述第一浮動(dòng)壓板6和動(dòng)壓板5上在每一根第一組光桿螺栓8穿過(guò)的位置分別與所穿越的第一組光桿螺栓8動(dòng)配合。所述第二組光桿螺栓9具有外螺紋的一頭自上而下依次穿過(guò)第一浮動(dòng)壓板6、第二浮動(dòng)壓板7和第二端蓋3后與一只六角法蘭螺母10螺紋連接在一起；所述第一浮動(dòng)壓板6上在每一根第二組光桿螺栓9穿過(guò)的位置設(shè)有沉孔，所述第二組光桿螺栓9上頭的釘帽穿設(shè)在該沉孔內(nèi)并與第一浮動(dòng)壓板6焊接固定死；所述第二浮動(dòng)壓板7和第二端蓋3上在每一根第二組光桿螺栓9穿過(guò)的位置分別與所穿越的第二組光桿螺栓9動(dòng)配合。

參見(jiàn)圖1并結(jié)合圖4，為了避免六角法蘭螺母10與動(dòng)壓板5和第二端蓋3之間產(chǎn)生剛性撞擊，所述的動(dòng)壓板5和第二端蓋3與六角法蘭螺母10接觸的表面上分別嵌設(shè)有柔性的橡膠片11。

本例所述阻尼器可按如下方法組裝和預(yù)設(shè)早期剛度：

按圖1～5將除第一端蓋2和連接環(huán)5-2之外的其他零件全部組裝好，擰動(dòng)六角法蘭螺母10使其分別作用在所述的動(dòng)壓板5和第二端蓋3上，通過(guò)兩組光桿螺栓將兩塊浮動(dòng)壓板之間的距離限制為碟形彈簧組4壓縮至預(yù)設(shè)的早期剛度時(shí)的長(zhǎng)度，最后依次裝上第一端蓋2和連接環(huán)5-2即可。其中，碟形彈簧組4壓縮至預(yù)設(shè)的早期剛度時(shí)的長(zhǎng)度可根據(jù)碟形彈簧組4的特性曲線和需預(yù)設(shè)的早期剛度計(jì)算得到。雖然兩塊浮動(dòng)壓板和碟形彈簧組4均位于導(dǎo)向套1內(nèi)不便直接測(cè)量?jī)蓧K浮動(dòng)壓板之間的距離，但可以通過(guò)測(cè)量光桿螺栓的伸出量來(lái)推算出來(lái)。另外，為了防止六角法蘭螺母10在地震產(chǎn)生的振動(dòng)過(guò)程中松動(dòng)，調(diào)試好后可將六角法蘭螺母10與對(duì)應(yīng)的光桿螺栓焊接在一起。

參見(jiàn)圖1，當(dāng)阻尼器受到軸向的外部載荷時(shí)，無(wú)論外部載荷是壓力還是拉力，只要其小于上述預(yù)壓力所預(yù)設(shè)早期剛度的抵抗能力，碟形彈簧組4是不會(huì)繼續(xù)變形的。當(dāng)外部載荷大于所述預(yù)壓力時(shí)，若外部載荷為壓力，所述動(dòng)壓板5推動(dòng)所述第一浮動(dòng)壓板6繼續(xù)壓縮碟形彈簧組4產(chǎn)生彈性變形耗能，由于所述的第一組光桿螺栓8與第一浮動(dòng)壓板6和動(dòng)壓板5動(dòng)配合，所述的第二組光桿螺栓9與第二浮動(dòng)壓板7和第二端蓋3動(dòng)配合，因此不會(huì)阻礙碟形彈簧組4被繼續(xù)壓縮；若外部載荷為拉力，所述兩組光桿螺栓分別牽拉兩塊浮動(dòng)壓板相對(duì)移動(dòng)壓縮碟形彈簧組4產(chǎn)生彈性變形耗能。因?yàn)闊o(wú)論阻尼器所受的動(dòng)載荷為拉或壓，最終產(chǎn)生的變形均是同一碟形彈簧組4的壓縮變形，所以阻尼器的雙向彈性變形必然是對(duì)稱的。

例2

參見(jiàn)圖6～8，本例中的可預(yù)設(shè)早期剛度的拉桿式碟形彈簧阻尼器為一種可用于建筑物豎向隔震的隔振裝置(也稱隔震支座)，本例與例1相比主要具有如下區(qū)別：

1、作為隔震支座，為便于安裝，本例中省略了例1中第二端蓋3上所設(shè)的連接桿，而將第二端蓋3自邊緣先向下軸向延伸再向外徑向延伸，并于邊緣處均勻設(shè)有連接螺栓孔15，以第二端蓋3作為隔震支座的底座，其中向下軸向延伸的長(zhǎng)度需大于所述第二組光桿螺栓9露在第二端蓋3外側(cè)部分的長(zhǎng)度。所述驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)桿5-1為一由動(dòng)壓板5上表面向?qū)蛱?外延伸的金屬管，該金屬管與動(dòng)壓板5通過(guò)沉頭螺釘固定連接，所述金屬管位于導(dǎo)向套1外的端部設(shè)有連接托板14，且，該連接托板14上同樣設(shè)有連接螺栓孔15。所述的第一端蓋2由導(dǎo)向套1上端向內(nèi)延伸構(gòu)成。所述碟形彈簧組4由8片碟形彈簧兩兩相對(duì)豎向疊合而成。

2、所述第一組光桿螺栓8和第二組光桿螺栓9分別由五根光桿螺栓組成，對(duì)應(yīng)的作為限位元件的六角法蘭螺母10的數(shù)量增加至十只。

本例上述以外的其它實(shí)施方式與例1相同。