一种滚珠丝杠惯容阻尼器

1.本发明涉及消能减震技术领域，尤其是涉及一种滚珠丝杠惯容阻尼器。


背景技术：

2.据对世界上130余次伤亡较大地震灾害进行的分类统计表明，其中95％以上的伤亡是由于建筑物、构筑物破坏、倒塌造成的。因此，对各种建筑物、构筑物依法进行相应的抗震设防，使其在破坏性地震中不损坏、不倒塌，是避免人员伤亡的关键。为了抑制结构的振动，减震技术是一项经济有效的措施。
3.随着结构振动控制技术的发展，惯容阻尼器的应用也越来越广泛。惯性阻尼器是一种基于质量惯性原理的结构减震装置，可以用于减少地震或其他振动环境中的结构物的振动幅度。目前市场上的普通惯性阻尼器存在一些问题，这些问题不仅影响着其性能和使用寿命，还会对安全造成威胁。
4.首先，普通的惯性阻尼器不能满足不同地震环境下对阻尼器等效质量的不同需求。在地震环境中，阻尼器的质量惯性是阻尼器起到减震作用的关键因素。然而，不同的地震环境下，对阻尼器的等效质量需求是不同的。例如，在高地震区，需要阻尼器具有较高的等效质量，以便有效减震。而在低地震区，则需要阻尼器具有较低的等效质量，以免阻尼器对结构物的刚度和自振周期产生不利影响。当前市场上的普通惯性阻尼器没有根据不同的地震环境对等效质量进行优化设计，这就导致了普通惯性阻尼器在不同地震环境下的效果有限。
5.其次，普通惯性阻尼器存在着装置老化或损伤等问题。在使用过程中，惯性阻尼器可能会因为长期的工作或地震的影响出现损伤或性能降低。普通惯性阻尼器只能整体拆卸更换，这样就增加了维护成本，同时也会对装置运行的安全性产生不利影响。
6.最后，普通惯性阻尼器体积过大。在等效质量需求相等的情况下，普通惯性阻尼器下的飞轮体积较大。这就给结构物的设计和施工带来了一定的难度，同时也会限制阻尼器的应用范围。
7.在此背景下，本发明提供一种便于改变等效质量，维护方便，体积小的滚珠丝杠惯容阻尼器。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种滚珠丝杠惯容阻尼器，该滚珠丝杠惯容阻尼器便于拆卸维护，且能够适应对等效质量的不同需求，实现最佳的减震效果，解决背景技术中提出的问题。
9.本发明提供一种滚珠丝杠惯容阻尼器，包括第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和相对设置的前端板、后端板；所述后端板中心处设有后套筒；
10.所述第一行星齿轮组包括第一太阳轮，所述第一太阳轮外侧与若干第一行星齿啮合，所述第一行星齿另一端与第一齿圈啮合，若干所述第一行星齿之间通过第一行星架连
接；所述第二行星齿轮组包括第二太阳轮，所述第二太阳轮外侧与若干第二行星齿啮合，所述第二行星齿另一端与第二齿圈啮合，若干所述第二行星齿之间通过第二行星架连接；
11.所述前端板一侧连接外套筒，所述外套筒内部与内套筒滑动连接，所述内套筒另一端与所述第二行星架固定连接，所述第二齿圈与所述第一齿圈固定连接，所述第二太阳轮连接所述第一行星架，所述第一太阳轮连接飞轮，所述飞轮另一端连接所述轴承，所述轴承另一端连接所述后套筒；
12.所述内套筒内部设有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠依次穿过所述第二太阳轮、所述第一太阳轮、所述飞轮和所述轴承插入所述后套筒，所述滚珠丝杠上套设有滚珠螺母，所述第二太阳轮和所述第一行星架均与所述滚珠螺母固定连接。
13.优选地，所述内套筒由若干弧形套壁组成，相邻所述弧形套壁的连接处形成凸起，所述外套筒内壁设有与所述凸起对应的凹槽，所述凸起沿所述凹槽滑动。
14.优选地，所述内套筒一端固定连接法兰盘，所述法兰盘与所述第二行星架通过螺栓连接。
15.优选地，所述飞轮连接所述轴承外圈，所述后套筒与所述轴承内圈连接。
16.优选地，所述第一行星齿均通过第一行星齿插销与所述第一行星架枢转连接，所述第二行星齿均通过第二行星齿插销与所述第二行星架枢转连接。
17.优选地，所述滚珠丝杠靠近所述前端板一端与连接杆可拆卸连接，所述连接杆另一端与所述前端板固定连接。
18.优选地，所述第一行星齿轮组与所述第二行星齿轮组配合得到的惯性等效质量放大系数k计算公式如下：
19.k＝1+a1+a1/a2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式1；
20.其中a1，a2的计算公式如下：
21.a1＝r
r1
/r
s1
，a2＝r
r2
/r
s2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2；
22.其中r
r1
为第一齿圈半径，r
s1
为第一太阳轮半径；r
r2
为第二齿圈半径，r
s2
为第二太阳轮半径。
23.优选地，所述滚珠丝杠的行程放大倍率si计算公式如下：
24.si＝2π/ldꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式3；
25.其中ld为滚珠丝杠的导程。
26.优选地，所述飞轮的惯性等效质量mr的计算公式如下：
27.mr＝k
×
1/2
×si2
×
(r
02
+r
i2
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式4；
28.其中r0为飞轮的内半径，ri为飞轮的外半径。
29.有益效果：
30.本发明通过滚珠丝杠、第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和飞轮配合使用，以第二太阳轮为输入端连接滚珠丝杠，第一太阳轮作为输出端连接飞轮，当前端板与后端板发生相对运动时，能够将滚珠丝杠输入的轴向速度转化并放大为飞轮的高速转动。
31.本发明中第二行星齿轮组可进行拆卸更换，由此可通过第二行星齿、第二行星架与第二齿圈的不同组合使得滚珠丝杠轴向运动速度相等时与第二齿圈固定连接的第一齿圈的转动速度发生变化，从而改变第一行星架和第一太阳轮之间的传动比，进而改变对滚珠丝杠运动速度和对飞轮等效惯性质量的放大效果。因而本发明能够适应对惯性等效质量
的不同需求，实现最佳的减震效果。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明整体结构示意图；
34.图2为本发明省略部分结构的立体示意图；
35.图3为本发明第二行星齿轮组结构示意图；
36.图4为本发明第一行星齿轮组结构示意图。
37.附图标记说明：
38.1-前端板，2-外套筒，3-内套筒，4-凸起，5-法兰盘，6-第二行星齿轮组，601-第二太阳轮，602-第二行星齿，603-第二齿圈，604-第二行星架，605-第二行星齿插销，7-第一行星齿轮组，701-第一行星架，702-第一齿圈，703-第一行星齿，704-第一行星齿插销，705-第一太阳轮，8-飞轮，9-轴承，901-轴承外圈，902-轴承内圈，10-后套筒，11-后端板，12-翼端，13-滚珠丝杠，14-连接杆，15-凹槽，16-滚珠螺母，17-限位槽。
具体实施方式
39.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.实施例1
43.如图1-4所示，一种滚珠丝杠惯容阻尼器，包括第一行星齿轮组7、第二行星齿轮组6和相对设置的前端板1、后端板11；后端板11中心处设有后套筒10，
44.第一行星齿轮组7包括第一太阳轮705，第一太阳轮705外侧与若干第一行星齿703
啮合，第一行星齿703另一端与第一齿圈702啮合，若干第一行星齿703之间通过第一行星架701连接；第二行星齿轮组6包括第二太阳轮601，第二太阳轮601外侧与若干第二行星齿602啮合，第二行星齿602另一端与第二齿圈603啮合，若干第二行星齿602之间通过第二行星架604连接。第一行星齿703均通过第一行星齿插销704与第一行星架701枢转连接，第二行星齿602均通过第二行星齿插销605与第二行星架604枢转连接；由此第一行星齿703不会相对于第一行星架701发生位移，第二行星齿602不会相对应第二行星架604发生位移。
45.前端板1一侧连接外套筒2，外套筒2内部与内套筒3滑动连接，内套筒3由若干弧形套壁组成，优选弧形套壁设有三个，相邻弧形套壁的连接处形成凸起4，外套筒2内壁设有与凸起4对应的凹槽15，凸起4可沿凹槽15滑动，防止内套筒3与外套筒2之间发生相对转动。
46.弧形套壁远离外套筒2的一端固定连接法兰盘5，法兰盘5与第二行星架604通过螺栓连接。由于凹槽15与凸起4之间的配合，第二行星架604不会相对于前端板1发生转动。第二齿圈603与第一齿圈702之间通过连接件固定连接，连接件的刚度足够高，确保第二齿圈603与第一齿圈702在转动时转速相同。第二太阳轮601连接第一行星架701，第一太阳轮705连接飞轮8前端面，飞轮8后端面连接轴承外圈901；飞轮8的前后端面均设有四个向外延伸的翼端12，飞轮8通过翼端12分别连接第一太阳轮705和轴承外圈901，第一太阳轮705和轴承外圈901上均设有对应的翼端12，便于连接。后套筒10与轴承内圈902螺栓连接。由此确保第一太阳轮705、飞轮8与轴承9的转速相等且不会发生轴向上的相对运动。
47.内套筒3内部设有滚珠丝杠13，滚珠丝杠13依次穿过第二太阳轮601、第一太阳轮705、飞轮8和轴承9插入后套筒10内部，滚珠丝杠13与后套筒10滑动连接，滚珠丝杠13上套设有滚珠螺母16，滚珠螺母16、第二太阳轮601、第一行星架701三者固定连接。第二太阳轮601、第一行星架701上预留滚珠运动的轨道孔，滚珠丝杠13的滚珠运动是外循环与内循环的结合，一个完整的循环轨迹是先沿着滚珠丝杠13轨道运动然后进入滚珠螺母16再通过第二太阳轮601和第一行星架701的孔道，从而带动滚珠螺母16和第二太阳轮601、第一行星架701转动。因为第二太阳轮601和第一行星架701受到滚珠的合力相等，所以第二太阳轮601和第一行星架701的转速也保持相等。滚珠丝杠13靠近前端板1一端与连接杆14可拆卸连接，连接杆14另一端与前端板1固定连接，外套筒3内部设有限位槽17，限位槽17与前端板1固定连接，限位槽17套设在连接杆14外部，使其更加稳定。滚珠丝杠13与连接杆14之间可采用螺栓螺母连接。拆开连接杆14与滚珠丝杠13时，可借助工具使连接杆14与滚珠丝杠13之间相距一定距离，便于拆卸更换第二行星齿轮组6。第二行星齿轮组6中的第二齿圈603、第二行星齿602、第二行星架604和第二太阳轮601都可以根据需要的惯容质量进行拆卸更换。
48.第一行星齿轮组7与第二行星齿轮组6配合得到的惯性等效质量放大系数k计算公式如下：
49.k＝1+a1+a1/a2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式1；
50.其中a1，a2的计算公式如下：
51.a1＝r
r1
/r
s1
，a2＝r
r2
/r
s2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2；
52.其中r
r1
为第一齿圈702半径，r
s1
为第一太阳轮705半径；r
r2
为第二齿圈603半径，r
s2
为第二太阳轮601半径。通过拆卸更换第二齿圈603和第二太阳轮601，改变其半径比能够改变放大系数，进而改变飞轮8的惯性等效质量。
53.滚珠丝杠13的行程放大倍率si计算公式如下：
54.si＝2π/ldꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式3；
55.其中ld为滚珠丝杠13的导程。
56.当地震作用导致阻尼器的前端板1和后端板11发生相对位移使，滚珠丝杠13的轴向运动通过滚珠螺母16和第一行星齿轮组7与第二行星齿轮组6的配合转换为飞轮8的旋转运动，使飞轮8产生远大于其物理质量的惯性等效质量，在惯性等效质量需求相同的情况下，本发明采用的飞轮8体积更小，提高了空间利用率，也降低了生产成本。飞轮8的惯性等效质量mr的计算公式如下：
[0057][0058]
其中r0为飞轮8的内半径，ri为飞轮8的外半径。
[0059]
工作原理：
[0060]
当地震激励作用于建筑结构时，结构发生震动，震动能量输入本发明滚珠丝杠13惯容阻尼器来耗能，耗能过程如下：前端板1与后端板11之间发生相对位移，带动滚珠丝杠13发生线性的轴向运动，滚珠丝杠13把轴向运动转化为旋转运动，滚珠带动滚珠螺母16转动，滚珠螺母16连接输入端第二太阳轮601，第一太阳轮705作为输出端连接飞轮8，使得飞轮8产生远大于其物理质量的惯性等效质量，从而耗散能量。
[0061]
且本发明可根据不同地震环境下对惯性等效质量的要求拆卸更换第二齿圈603、第二行星齿602和第二行星架604，实现最优减震效果。当第一行星齿轮组7和第二行星齿轮组6由于地震等原因出现损伤或性能降低情况下，可以通过整体更换行星齿轮组，实现惯容阻尼器的功能恢复。对于安装在结构上的惯容阻尼器，上述更换操作均可以在不拆除惯容阻尼器的前提下完成，提高了施工的便利性。
[0062]
拆卸步骤：
[0063]
将法兰盘5与第二行星架604拆开，利用千斤顶将内套筒3向外套筒2内压缩，直至连接杆14出现；
[0064]
将连接杆14与滚珠丝杠13拆开，将滚珠丝杠13向后端板11方向平移，预留足够空间拆卸；
[0065]
解除第二齿圈603和第一齿圈702之间的连接，再依次拆下第二齿圈603、第二行星齿插销605、第二行星架604、第二行星齿602、第二太阳轮601；
[0066]
将飞轮8与第一太阳轮705拆开，拆除第一齿圈702和第二行星齿插销605，再依次卸下第一行星架701、第一行星齿703、第一太阳轮705。
[0067]
安装步骤与上述步骤相反。
[0068]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种滚珠丝杠惯容阻尼器，其特征在于，包括第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和相对设置的前端板、后端板；所述后端板中心处设有后套筒；所述第一行星齿轮组包括第一太阳轮，所述第一太阳轮外侧与若干第一行星齿啮合，所述第一行星齿另一端与第一齿圈啮合，若干所述第一行星齿之间通过第一行星架连接；所述第二行星齿轮组包括第二太阳轮，所述第二太阳轮外侧与若干第二行星齿啮合，所述第二行星齿另一端与第二齿圈啮合，若干所述第二行星齿之间通过第二行星架连接；所述前端板一侧连接外套筒，所述外套筒内部与内套筒滑动连接，所述内套筒另一端与所述第二行星架固定连接，所述第二齿圈与所述第一齿圈固定连接，所述第二太阳轮连接所述第一行星架，所述第一太阳轮连接飞轮，所述飞轮另一端连接轴承，所述轴承另一端连接所述后套筒；所述内套筒内部设有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠依次穿过所述第二太阳轮、所述第一太阳轮、所述飞轮和所述轴承插入所述后套筒，所述滚珠丝杠上套设有滚珠螺母，所述第二太阳轮和所述第一行星架均与所述滚珠螺母固定连接。2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠惯容阻尼器，其特征在于，所述内套筒由若干弧形套壁组成，相邻所述弧形套壁的连接处形成凸起，所述外套筒内壁设有与所述凸起对应的凹槽，所述凸起沿所述凹槽滑动。3.根据权利要求2所述的滚珠丝杠惯容阻尼器，其特征在于，所述内套筒一端固定连接法兰盘，所述法兰盘与所述第二行星架通过螺栓连接。4.根据权利要求1所述的滚珠丝杠惯容阻尼器，其特征在于，所述飞轮连接所述轴承外圈，所述后套筒与所述轴承内圈连接。5.根据权利要求1所述的滚珠丝杠惯容阻尼器，其特征在于，所述第一行星齿均通过第一行星齿插销与所述第一行星架枢转连接，所述第二行星齿均通过第二行星齿插销与所述第二行星架枢转连接。6.根据权利要求1所述的滚珠丝杠惯容阻尼器，其特征在于，所述滚珠丝杠靠近所述前端板一端与连接杆可拆卸连接，所述连接杆另一端与所述前端板固定连接。7.根据权利要求1所述的滚珠丝杠惯容阻尼器，其特征在于，所述第一行星齿轮组与所述第二行星齿轮组配合得到的惯性等效质量放大系数k计算公式如下：k＝1+a1+a1/a2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式1；其中a1，a2的计算公式如下：a1＝r
r1
/r
s1
， a2＝r
r2
/r
s2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2；其中r
r1
为第一齿圈半径，r
s1
为第一太阳轮半径；r
r2
为第二齿圈半径，r
s2
为第二太阳轮半径。8.根据权利要求7所述的滚珠丝杠惯容阻尼器，其特征在于，所述滚珠丝杠的行程放大倍率s
i
计算公式如下：s
i
＝2π/l
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式3；其中l
d
为滚珠丝杠的导程。9.根据权利要求8所述的滚珠丝杠惯容阻尼器，其特征在于，所述飞轮的惯性等效质量m
r
的计算公式如下：
其中r0为飞轮的内半径，r
i
为飞轮的外半径。

技术总结
本发明涉及消能减震技术领域，尤其是涉及一种滚珠丝杠惯容阻尼器。包括相对设置的前端板和后端板，以及位于两者之间的第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、飞轮和轴承。本发明通过滚珠丝杠、第一行星齿轮组、第二行星齿轮组和飞轮配合使用，以第二太阳轮为输入端连接滚珠丝杠，第一太阳轮作为输出端连接飞轮，当前端板与后端板发生相对运动时，能够将滚珠丝杠输入的轴向速度转化并放大为飞轮的高速转动，且本发明便于拆卸维护，能够适应对等效质量的不同需求，实现最佳的减震效果。实现最佳的减震效果。实现最佳的减震效果。


技术研发人员：郝霖霏 梁沛瑶 林子聪 刘新宇 曾毅 丘涛
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/10/6