[發明專利]一種基于SMA材料的齒輪式自復位阻尼器

無效

• 申請號: 201510356582.1
• 申請日: 2015-06-25
• 公開（公告）號: CN104912228A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 張勇
• 申請（專利權）人: 張勇
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及土木工程耗能減振與防災減災控制技術領域，尤其是一種基于SMA材料的齒輪式自復位阻尼器。

背景技術

地震是一種能夠對人類生命財產安全造成重大損失的自然災害，尤其是隨著建筑物跨度加大、建筑結構形式日益復雜，傳統設計方法設計的工程結構在強地震作用下，遭受巨大的破壞和不可避免的經濟財產損失。

在抗震工程結構設計中，通過振動控制技術來抑制外部動力載荷引起的結構本體動力響應是提高結構穩定性和安全性的有效方式。振動控制技術是對振動本體結構安裝耗能減振結構達到緩沖耗能、控制本體運動的目的。耗能減振結構所用的材料多種多樣，包括彈簧阻尼器、摩擦阻尼器、粘彈性阻尼器、粘滯阻尼器、金屬屈服阻尼器等，使用過程中存在摩擦阻尼器可靠性差，起滑摩擦力不易控制；粘彈性阻尼器易老化；粘滯阻尼器維護費用高；金屬屈服阻尼器殘余變形無法恢復等問題，但耗能減振結構在現有領域的應用范圍比較廣泛、還是具有良好的減振效果，造價不算高等優點。

目前，隨著耗能減振技術的不斷發展，新材料也不斷出現。在抗震工程結構設計中，SMA材料制成的減振耗能結構使用效果理想，是一種性價比高的新型阻尼器，不僅能夠達到緩沖耗能的目的，最大限度地減少地震影響，而且該結構機械性能優良，有很好的塑性、韌性。

SMA（shape?memory?alloys）是一種新型智能材料，這種材料具有形狀記憶效應和較高的功重比，并且驅動簡單、控制方便。利用形狀記憶合金材料（常溫下為奧氏體狀態）所體現出的良好耗能能力，通過合理的構造手段應用在抗震控制裝置結構中。由于阻尼器的構造和外觀形式導致其適用性有限，很難與不同類型的結構或結構構件進行集成安裝。

基于以上所述，針對地震發生的情況特點，通過采用形狀記憶合金，設計一種基于SMA材料的齒輪式自復位阻尼器是很有必要的，該阻尼器在結構抗震控制領域具有良好的應用前景和發展前途。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于SMA材料的齒輪式自復位阻尼器，該阻尼器采用超彈性形狀記憶合金材料SMA，通過傳力鋼板-齒輪-齒輪盤大傳動比位移放大式機械運動，實現阻尼器優良的耗能功能和自復位功能，快速響應于安裝有阻尼器的土木建筑工程結構在地震作用下的動力反應，耗散應由工程結構本體消耗的部分地震能量，實現有效降低工程結構損壞程度。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種基于SMA材料的齒輪式自復位阻尼器，包括防護套筒、傳力鋼板、第一帶齒鋼板組、第二帶齒鋼板組、齒輪、齒輪盤、SMA絲、鎖緊螺母、限位條；所述防護套筒關于其中心軸線方向呈對稱布置，沿防護套筒中心軸線方向的防護套筒一端開設方孔，另一端封閉且外接固定板；防護套筒內部的頂層、底層水平固定設置有第一帶齒鋼板組；傳力鋼板從帶有方孔的防護套筒一端水平穿入，其一端置于防護套筒的外部，另一端置于防護套筒的內部；傳力鋼板的上、下面固定安裝有第二帶齒鋼板組；所述齒輪位于第一帶齒鋼板與第二帶齒鋼板之間，形成齒輪齒條嚙合活動連接；齒輪兩端固定連接有齒輪盤，沿水平方向在齒輪盤圓周面、防護套筒的左右端面上設有圓孔；SMA絲從防護套筒的一端進入，穿過齒輪盤，由防護套筒的另一端穿出，并且SMA絲的兩端用鎖緊螺母鎖緊在防護套筒上。

進一步，所述的防護套筒開設方孔一端伸出有突出部，該突出部內設有與方孔大小一致的孔，該孔對傳力鋼板起導向作用，有利于傳力鋼板在防護套筒內保持運動平穩性；

進一步，所述的第一帶齒鋼板組、第二帶齒鋼板組、傳力鋼板的寬度大小一致，且小于防護套筒內部頂層、底層的寬度；

進一步，所述的置于防護套筒外部的傳力鋼板一端與防護套筒的左端有一定間距，置于防護套筒內部的傳力鋼板另一端與防護套筒的封閉端留出一定間距，該間距大小與SMA絲的應變大小有關，保證傳力鋼板受拉壓時能從防護套筒內穿入穿出；

進一步，所述的齒輪在第一帶齒鋼板組與第二帶齒鋼板組之間共有6個，沿防護套筒中心軸線方向對稱布置，在齒輪盤圓周面的左右端開設有盲孔，SMA絲沿防護套筒長度方向上分成4段，防護套筒兩端SMA絲一端穿過防護套筒并用鎖緊螺母鎖緊，SMA絲的另一端穿過與防護套筒相鄰的齒輪盤盲孔并錨固，中間2段SMA絲與其相鄰的兩個齒輪盤錨固連接并拉緊。

進一步，所述的齒輪盤的外徑大于齒輪的大徑，齒輪-齒輪盤組成大傳動比的位移放大裝置；

進一步，所述的限位條位于齒輪盤外端面對應的防護套筒內部的前后壁面上，該限位條限制齒輪發生橫向錯位，保證齒輪齒條嚙合傳動精度。