【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种模块化负刚度阻尼装置，属于结构振动控制。
技术介绍
1、负刚度阻尼可通过在系统中引入负刚度从而降低系统总体等效负刚度同时附加阻尼实现结构的加速度和位移双重控制，这对提高建筑的抗震性能与减少机械振动具有广阔的应用前景。主要如下几种类型：
2、基于氮气弹簧的负刚度摩擦阻尼装置：这种装置具有行程大、力学性能稳定、出力稳定均衡等优点，并且在压缩量较小的情况下可提供较大的压力，安装空间小。其阻尼力大、负刚度特征明显，力学特性还可根据氮气弹簧参数、负刚度元件长度、摩擦系数等进行调整。其通过两端铰接的氮气弹簧施加压力，氮气弹簧与两端连接件充当负刚度元件，摩擦型阻尼器体现准零刚度特点，根据刚度并联原理呈现负刚度特性。初始状态时，氮气弹簧处于压缩量最大状态并垂直挤压滑动部件，当进入工作阶段后，氮气弹簧与滑动部件间会产生一定的夹角，使阻尼器产生负刚度阻尼力。
3、半周摩擦阻尼装置：其力学性能稳定，构造简单，行程大，具有负刚度特征。该装置可有效应用于工程结构的减振控制，能够实现预期的滞回模型，对结构地震响应起到理想的控制效果。通过增大结构阻尼、延长结构周期，可以提高结构的耗能能力。
4、负刚度-惯容阻尼器：其融合了负刚度与惯容的减震优势，可进一步控制地震作用下基础隔震结构的地震响应。研究表明，基础隔震复合这种阻尼器的减震措施可以有效降低隔震结构的隔震层位移，以及上部结构层间位移和绝对加速响应。
5、放大型负刚度摩擦阻尼墙：预压氮气弹簧弹力通过二次杠杆系统放大，放大后的弹力通过转杆挤压摩
6、然而现有的装置具有以下两种不足：
7、一类无法提供足够的阻尼仅能提供负刚度，需要配合其他阻尼器使用以控制因刚度降低带来位移响应放大的问题，造成阻尼器布置数量增加；另一类是可同时提供负刚度和阻尼，但其负刚度和阻尼参数调节范围有限，难以满足应用场景的复杂需求。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的上述缺陷，本专利技术提出了一种模块化负刚度阻尼装置。其传动基座、负刚度模块、阻尼模块具有类“乐高”式可相互自由插销连接组合。本专利技术通过负刚度与阻尼力学性能的分离设计与几何叠加，实现了负刚度阻尼装置的高性能、定制化、可快速修复。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种模块化负刚度阻尼装置，包括传动基座、连接轴、齿条、轴承、模块固定孔、平键、齿轮、导向杆、直线轴承；
4、所述传动基座包括基座外壳以及其两侧的基座密封板；两侧的基座密封板上穿设有多个连接轴；
5、所述齿轮通过平键固定于连接轴中部，连接轴两端设有与负刚度模块和/或阻尼模块的花键传动轴适配的模块连接端口，且连接轴两端外围嵌套轴承；两侧的基座密封板上均设有多组模块固定孔，用于实现负刚度模块和/或阻尼模块的固定安装；
6、所述模块固定孔为多个，均布在所述轴承外周；
7、所述齿条底部开槽，且其两侧和底部均安装有直线轴承，直线轴承穿过固定在基座外壳内的导向杆，实现齿条运动的限位与导向，确保齿条沿装置轴线方向往复运动的稳定性；所述齿条和上、下设置的多组齿轮始终处于啮合夹持状态。
8、进一步地，单一的所述负刚度模块或阻尼模块可单独或组合布设在基座密封板上；或者叠加后的多个所述负刚度模块或叠加后的多个阻尼模块可单独或组合布设在基座密封板上；或者负刚度模块和阻尼模块混合叠加后布设在基座密封板上。
9、进一步地，所述传动基座两端均配有连接端口，用以实现与主体结构的连接，其中一个连接端口与齿条外侧连接，另一个连接端口与基座外壳连接；所述主体结构产生变形使齿条沿导向杆轴向运动，带动齿轮转动，实现通过花键连接驱动负刚度模块和阻尼模块扭转，为模块化负刚度阻尼装置提供预期的力学性能。
10、进一步地，所述阻尼模块包括阻尼模块外壳、加压封闭板、阻尼模块花键传动轴、摩擦片、楔形预压板、阻尼模块花键连接套以及阻尼模块平键；所述阻尼模块花键连接套竖直穿设在阻尼模块外壳内部；所述阻尼模块花键连接套内穿设有阻尼模块花键传动轴，二者之间通过阻尼模块平键限位固定；所述阻尼模块花键连接套外周套设有摩擦片；所述摩擦片与所述阻尼模块外壳之间压紧有所述楔形预压板；所述阻尼模块外壳顶部还设置有所述加压封闭板，所述加压封闭板底部顶紧所述楔形预压板顶部，并对楔形预压板施加预压力；所述楔形预压板为两块斜面对扣设置的楔形预压板，所述加压封闭板底部与其中一块楔形预压板顶紧，进而通过斜面挤压另一块楔形预压板，从而将垂直向下的预压力转变为水平方向的挤压力，用于挤压摩擦片，并在摩擦片与楔形预压板之间产生摩擦阻尼耗能；通过调节加压封闭板预加载扭矩、楔形预压板角度以及摩擦片材质差异可对阻尼模块力学性能进行调节。
11、进一步地，所述加压封闭板与阻尼模块外壳顶部通过螺栓连接，并施加预压力；加压封闭板中间预留有圆孔，用于穿设所述阻尼模块花键连接套。
12、进一步地，所述加压封闭板横截面为倒l型，包括水平板和竖直板，所述水平板与阻尼模块外壳顶部螺栓连接，所述竖直板顶紧其中一块所述楔形预压板；所述摩擦片与阻尼模块花键连接套之间通过螺栓连接固定。
13、进一步地，所述螺栓为沉头螺栓；所述阻尼模块外壳外侧设有多个固定孔位，用于阻尼模块的固定安装；所述阻尼模块外壳为矩形，所述固定孔位为3个以上，呈品字形或矩阵式布设在阻尼模块外壳外侧；所述楔形预压板设置在阻尼模块外壳内部两侧，每侧对应的阻尼模块外壳与加压封闭板之间设置有多个螺栓；所述阻尼模块平键设置在所述摩擦片底部；所述另一块楔形预压板底部抵接在所述阻尼模块外壳的底板上。
14、进一步地，所述负刚度模块包括负刚度模块外壳、封闭盖板、模块固定孔位、销轴、预压缩弹簧、伸缩导杆、扭转连接件、负刚度模块花键连接套、连接端口、负刚度模块平键以及负刚度模块花键传动轴；所述负刚度模块外壳上、下侧设置有封闭盖板以及模块固定孔位，负刚度模块外壳内部中间位置设置有花键，上、下侧的封闭盖板套设在花键外周；所述花键包括内部的负刚度模块花键传动轴以及套设在负刚度模块花键传动轴外周的负刚度模块花键连接套，所述负刚度模块花键连接套下部通过负刚度模块平键固定花键传动轴负刚度模块花键传动轴，上部预留与其它模块实现插销连接的花键接口；所述负刚度模块花键连接套外壁上还设置有连接端口；所述连接端口与负刚度模块外壳的各个角部之间连接有预压伸缩装置；所述预压伸缩装置包括伸缩导杆以及套设在伸缩导杆上的预压缩弹簧，所述伸缩导杆以及预压缩弹簧两端均被固定限制在两侧的扭转连接件上；扭转连接件与负刚度模块外壳以及连接端口之间均通过销轴连接。
15、进一步地，所述负刚度模块外壳为三角本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：包括传动基座、连接轴(2)、齿条(4)、轴承(6)、模块固定孔(7)、平键(8)、齿轮(9)、导向杆(10)、直线轴承(11)；
2.根据权利要求1所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：单一的所述负刚度模块或阻尼模块可单独或组合布设在基座密封板(1)上；或者叠加后的多个所述负刚度模块或叠加后的多个阻尼模块可单独或组合布设在基座密封板(1)上；或者负刚度模块和阻尼模块混合叠加后布设在基座密封板(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：所述传动基座两端均配有连接端口(5)，用以实现与主体结构的连接，其中一个连接端口(5)与齿条(4)外侧连接，另一个连接端口(5)与基座外壳(3)连接；所述主体结构产生变形使齿条(4)沿导向杆(10)轴向运动，带动齿轮(9)转动，实现通过花键连接驱动负刚度模块和阻尼模块扭转，为模块化负刚度阻尼装置提供预期的力学性能。
4.根据权利要求1所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：所述阻尼模块包括阻尼模块外壳(101)、加压封闭板(102)、
5.根据权利要求4所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：所述加压封闭板(102)与阻尼模块外壳(101)顶部通过螺栓(103)连接，并施加预压力；加压封闭板(102)中间预留有圆孔，用于穿设所述阻尼模块花键连接套(107)。
6.根据权利要求5所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：所述加压封闭板(102)横截面为倒L型，包括水平板和竖直板，所述水平板与阻尼模块外壳(101)顶部螺栓(103)连接，所述竖直板顶紧其中一块所述楔形预压板(106)；所述摩擦片(105)与阻尼模块花键连接套(107)之间通过螺栓(103)连接固定。
7.根据权利要求6所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：所述螺栓(103)为沉头螺栓；所述阻尼模块外壳(101)外侧设有多个固定孔位，用于阻尼模块的固定安装；所述阻尼模块外壳(101)为矩形，所述固定孔位为3个以上，呈品字形或矩阵式布设在阻尼模块外壳(101)外侧；所述楔形预压板(106)设置在阻尼模块外壳(101)内部两侧，每侧对应的阻尼模块外壳(101)与加压封闭板(102)之间设置有多个螺栓(103)；所述阻尼模块平键(108)设置在所述摩擦片(105)底部；另一块楔形预压板(106)底部抵接在所述阻尼模块外壳(101)的底板上。
8.根据权利要求1所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：所述负刚度模块包括负刚度模块外壳(201)、封闭盖板(202)、模块固定孔位(203)、销轴(204)、预压缩弹簧(205)、伸缩导杆(206)、扭转连接件(207)、负刚度模块花键连接套(208)、连接端口(209)、负刚度模块平键(2010)以及负刚度模块花键传动轴(2011)；所述负刚度模块外壳(201)上、下侧设置有封闭盖板(202)以及模块固定孔位(203)，负刚度模块外壳(201)内部中间位置设置有花键，上、下侧的封闭盖板(202)套设在花键外周；所述花键包括内部的负刚度模块花键传动轴(2011)以及套设在负刚度模块花键传动轴(2011)外周的负刚度模块花键连接套(208)，所述负刚度模块花键连接套(208)下部通过负刚度模块平键(2010)固定花键传动轴负刚度模块花键传动轴(2011)，上部预留与其它模块实现插销连接的花键接口；所述...
【技术特征摘要】
1.一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：包括传动基座、连接轴(2)、齿条(4)、轴承(6)、模块固定孔(7)、平键(8)、齿轮(9)、导向杆(10)、直线轴承(11)；
2.根据权利要求1所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：单一的所述负刚度模块或阻尼模块可单独或组合布设在基座密封板(1)上；或者叠加后的多个所述负刚度模块或叠加后的多个阻尼模块可单独或组合布设在基座密封板(1)上；或者负刚度模块和阻尼模块混合叠加后布设在基座密封板(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：所述传动基座两端均配有连接端口(5)，用以实现与主体结构的连接，其中一个连接端口(5)与齿条(4)外侧连接，另一个连接端口(5)与基座外壳(3)连接；所述主体结构产生变形使齿条(4)沿导向杆(10)轴向运动，带动齿轮(9)转动，实现通过花键连接驱动负刚度模块和阻尼模块扭转，为模块化负刚度阻尼装置提供预期的力学性能。
4.根据权利要求1所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：所述阻尼模块包括阻尼模块外壳(101)、加压封闭板(102)、阻尼模块花键传动轴(104)、摩擦片(105)、楔形预压板(106)、阻尼模块花键连接套(107)以及阻尼模块平键(108)；所述阻尼模块花键连接套(107)竖直穿设在阻尼模块外壳(101)内部；所述阻尼模块花键连接套(107)内穿设有阻尼模块花键传动轴(104)，二者之间通过阻尼模块平键(108)限位固定；所述阻尼模块花键连接套(107)外周套设有摩擦片(105)；所述摩擦片(105)与所述阻尼模块外壳(101)之间压紧有所述楔形预压板(106)；所述阻尼模块外壳(101)顶部还设置有所述加压封闭板(102)，所述加压封闭板(102)底部顶紧所述楔形预压板(106)顶部，并对楔形预压板(106)施加预压力；所述楔形预压板(106)为两块斜面对扣设置的楔形预压板，所述加压封闭板(102)底部与其中一块楔形预压板(106)顶紧，进而通过斜面挤压另一块楔形预压板(106)，从而将垂直向下的预压力转变为水平方向的挤压力，用于挤压摩擦片(105)，并在摩擦片(105)与楔形预压板(106)之间产生摩擦阻尼耗能；通过调节加压封闭板(102)预加载扭矩、楔形预压板(106)角度以及摩擦片(105)材质差异可对阻尼模块力学性能进行调节。
5.根据权利要求4所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：所述加压封闭板(102)与阻尼模块外壳(101)顶部通过螺栓(103)连接，并施加预压力；加压封闭板(102)中间预留有圆孔，用于穿设所述阻尼模块花键连接套(107)。
6.根据权利要求5所述的一种模块化负刚度阻尼装置，其特征在于：所述加压封闭板(102)横截面为倒l型，包括水平板和竖直板，所述水平板与阻尼模块外壳(101)顶部螺栓(103)连接，所述竖直板顶紧其中一块所述楔形预压板(106)；所述摩擦片(105)与阻尼模块花键连接套(107)之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙天威，纪晓东，乔京生，孟庆娟，康洪震，彭凌云，李小军，贾若凡，
申请(专利权)人：唐山学院，
类型：发明
国别省市：
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