一种复合式阻尼装置及阻尼器[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 1104863 A(43)申请公布日 2020.03.20

(21)申请号 201911322911.5(22)申请日 2019.12.19

(71)申请人 中国地震局工程力学研究所

地址 150000 黑龙江省哈尔滨市学府路29

号(72)发明人 陶冬旺　鲁正　林嘉丽　(74)专利代理机构 北京超凡宏宇专利代理事务

所(特殊普通合伙) 11463

代理人 付兴奇(51)Int.Cl.

F16F 15/02(2006.01)F16F 15/023(2006.01)F16F 7/08(2006.01)

权利要求书1页 说明书6页 附图5页

()发明名称

一种复合式阻尼装置及阻尼器(57)摘要

本申请提供一种复合式阻尼装置及阻尼器，涉及土木结构减振技术领域。复合式阻尼装置包括壳体、阻尼架和滚动体。阻尼架包括阻尼板和至少两个摩擦阻尼器，阻尼板设置于阻尼腔体内，阻尼板的第一端通过至少一个摩擦阻尼器连接于顶内壁，阻尼板的第二端通过至少一个摩擦阻尼器连接于底内壁。滚动体连接于顶内壁，并且设置于阻尼板的上方，当复合式阻尼装置受到预设强度的振动时，滚动体与顶内壁脱离，掉落于阻尼板并在阻尼板上作往复运动。复合式阻尼装置及阻尼器通过阻尼液体和阻尼板的共同振动消耗能量、滚动体在阻尼板上滚动耗能，以及阻尼板倾斜带动摩擦阻尼器工作耗能，加宽减振频带，实现多向高效减振作用，提高阻尼装置减振效果。

CN 1104863 ACN 1104863 A

权　利　要　求　书

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1.一种复合式阻尼装置，其特征在于，所述复合式阻尼装置包括：壳体，所述壳体限定出阻尼腔体，所述壳体包括相对的顶内壁和底内壁；阻尼架，所述阻尼架包括阻尼板和至少两个摩擦阻尼器，所述阻尼板设置于所述阻尼腔体内，所述阻尼板具有相对的第一端和第二端，所述阻尼板的第一端通过至少一个所述摩擦阻尼器连接于所述顶内壁，所述阻尼板的第二端通过至少一个所述摩擦阻尼器连接于所述底内壁；

滚动体，所述滚动体连接于所述顶内壁，并且设置于所述阻尼板的上方，当所述复合式阻尼装置受到预设强度的振动时，所述滚动体与所述顶内壁脱离，掉落于所述阻尼板并在所述阻尼板上作往复运动。

2.根据权利要求1所述的复合式阻尼装置，其特征在于，所述阻尼板设置有阵列分布的阻尼孔，所述阻尼孔贯穿于所述阻尼板。

3.根据权利要求1所述的复合式阻尼装置，其特征在于，所述阻尼板在所述第一端和所述第二端均设置有用于阻挡所述滚动体继续滚动的挡板。

4.根据权利要求1所述的复合式阻尼装置，其特征在于，每个所述摩擦阻尼器包括第一导向轨和第二导向轨，所述第二导向轨设置有摩擦件，每个所述摩擦阻尼器通过所述第二导向轨的所述摩擦件和所述第一导向轨滑动摩擦耗散能量。

5.根据权利要求1所述的复合式阻尼装置，其特征在于，至少一个所述摩擦阻尼器的一端与所述顶内壁铰接，另一端与所述阻尼板的所述第一端铰接，至少一个所述摩擦阻尼器的一端与所述底内壁铰接，另一端与所述阻尼板的所述第二端铰接。

6.根据权利要求1所述的复合式阻尼装置，其特征在于，所述滚动体焊接于所述顶内壁。

7.根据权利要求1所述的复合式阻尼装置，其特征在于，所述顶内壁设置有磁力装置，所述滚动体的材质为钢，所述滚动体通过所述磁力装置连接于所述顶内壁。

8.根据权利要求1所述的复合式阻尼装置，其特征在于，所述滚动体具有可打开的密封腔。

9.一种复合式阻尼器，其特征在于，所述复合式阻尼器包括阻尼液体和权利要求1～8任一项所述的复合式阻尼装置，所述阻尼液体填充于所述阻尼板到所述底内壁之间的所述阻尼腔体中。

10.根据权利要求9所述的复合式阻尼器，其特征在于，所述阻尼液体包括水或甘油。

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一种复合式阻尼装置及阻尼器

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技术领域

[0001]本申请涉及土木结构减振技术领域，具体而言，涉及一种复合式阻尼装置及阻尼器。

背景技术

[0002]近年来，风振、地震振动控制问题已成为工程界一个十分活跃的研究领域。被动控制技术因其具有构造简单、造价低、易于维护及无需外部能源支持等诸多优点，引起工程界的广泛关注，其中常见的阻尼器包括摩擦阻尼器、调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器等。[0003]但传统的被动控制技术均存在一些不足，如摩擦阻尼器，仅能实现单方向的减振控制，对于复杂的运动而言，难以发挥减振效用；调谐质量阻尼器()减振频带窄，对于调谐频率过于敏感，一般仅在较小频率范围内工作；调谐液体阻尼器(TLD)中液体自身的阻尼相对较小，液体在腔体中过度晃荡影响调频阻尼器对主体结构的减振效果。发明内容

[0004]本申请实施例的目的在于提供一种复合式阻尼装置及阻尼器，其能够改善现有阻尼器减振效果不好的技术问题。[0005]第一方面，本申请实施例提供一种复合式阻尼装置，其包括壳体、阻尼架和滚动体。

[0006]壳体限定出阻尼腔体，壳体包括相对的顶内壁和底内壁。[0007]阻尼架包括阻尼板和至少两个摩擦阻尼器，阻尼板设置于阻尼腔体内，阻尼板具有相对的第一端和第二端，阻尼板的第一端通过至少一个摩擦阻尼器连接于顶内壁，阻尼板的第二端通过至少一个摩擦阻尼器连接于底内壁。[0008]滚动体连接于顶内壁，并且设置于阻尼板的上方，当复合式阻尼装置受到预设强度的振动时，滚动体与顶内壁脱离，掉落于阻尼板并在阻尼板上作往复运动。[0009]在上述实现过程中，阻尼板的第一端和第二端都通过至少一个摩擦阻尼器与壳体的内壁连接使阻尼板悬空于阻尼腔体中部。阻尼板与底内壁之间的阻尼腔体用于盛放阻尼液体，当复合式阻尼装置受到振动时，阻尼液体通过与阻尼板共同振动以及阻尼液体自身的振动耗散能量。

[0010]当复合式阻尼装置受到预设强度的振动时，连接于滚动体顶内壁的滚动体掉落到下方的阻尼板上，并且在阻尼板上滚动作往复运动，阻尼板在滚动体滚动过程中带动阻尼板依次往复向第一端和第二端倾斜，进而带动连接于第一端和第二端的摩擦阻尼器工作耗能。以此增加阻尼装置的耗能，加宽减振频带，实现多向高效减振作用，提高阻尼装置减振效果。

[0011]在一种可能的实施方案中，阻尼板设置有阵列分布的阻尼孔，阻尼孔贯穿于阻尼板。

[0012]在上述实现过程中，阻尼孔用于控制阻尼腔体内的阻尼液体的流动速度，减小流

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量，增大阻尼作用。

[0013]在一种可能的实施方案中，阻尼板在第一端和第二端均设置有用于阻挡滚动体继续滚动的挡板。

[0014]在上述实现过程中，挡板用于阻挡滚动体继续滚动，防止阻尼板在受到振动时倾斜过度导致滚动体掉入到阻尼液体内。[0015]在一种可能的实施方案中，每个摩擦阻尼器包括第一导向轨和第二导向轨，第二导向轨设置有摩擦件，每个摩擦阻尼器通过第二导向轨的摩擦件和第一导向轨滑动摩擦耗散能量。

[0016]在上述实现过程中，当滚动体滚动过程中带动阻尼板依次往复向第一端和第二端倾斜，阻尼板的第一端和第二端分别带动连接的摩擦阻尼器拉伸和压缩，使第二导向轨的摩擦件在第一导向轨中摩擦耗散能量。[0017]在一种可能的实施方案中，至少一个摩擦阻尼器的一端与顶内壁铰接，另一端与阻尼板的第一端铰接，至少一个摩擦阻尼器的一端与底内壁铰接，另一端与阻尼板的第二端铰接。

[0018]在一种可能的实施方案中，滚动体焊接于顶内壁。[0019]在上述实现过程中，滚动体焊接于壳体的顶内壁，当复合式阻尼装置受到预设强度的振动时，滚动体顶部焊接位置疲劳破坏，滚动体掉落在阻尼板上来回滚动使阻尼板倾斜带动摩擦阻尼器工作耗能。

[0020]在一种可能的实施方案中，顶内壁设置有磁力装置，滚动体的材质为钢，滚动体通过磁力装置连接于顶内壁。[0021]在上述实现过程中，通过磁力装置使圆钢管连接于壳体的顶内壁，当复合式阻尼装置受到预设强度的振动时，圆钢管与磁力装置分离，掉落到阻尼板上来回滚动使阻尼板倾斜带动摩擦阻尼器工作耗能。[0022]在一种可能的实施方案中，滚动体具有可打开的密封腔。[0023]在上述实现过程中，在滚动体中填充阻尼颗粒或阻尼液体能够增加滚动体在阻尼板上滚动的能耗。[0024]第二方面，本申请实施例提供一种复合式阻尼器，其包括阻尼液体和上述的复合式阻尼装置，阻尼液体填充于阻尼板到底内壁之间的阻尼腔体中。[0025]在上述实现过程中，复合式阻尼器通过阻尼腔体内部的阻尼液体和阻尼板共同振动耗能，并且当滚动体掉落在阻尼板上后，通过滚动体在阻尼板上往复滚动可以使阻尼板依次往复向第一端和第二端倾斜，进而带动连接于第一端和第二端的摩擦阻尼器工作耗能。

[0026]在一种可能的实施方案中，阻尼液体包括水或甘油。[0027]在上述实现过程中，水或甘油作为阻尼液体能够较好地与阻尼板共同振动耗能。附图说明

[0028]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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

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些附图获得其他相关的附图。

[0029]图1为本申请实施例的复合式阻尼装置静止时的结构示意图；[0030]图2为本申请实施例的阻尼板的结构示意图；

[0031]图3为本申请实施例的摩擦阻尼器的结构示意图；

[0032]图4为本申请实施例的复合式阻尼装置受到较大振动时的一种结构示意图；[0033]图5为本申请实施例的复合式阻尼装置受到较大振动时的另一种结构示意图；[0034]图6为本申请实施例的滚动体的结构示意图；

[0035]图7为本申请实施例的复合式阻尼器的结构示意图。[0036]图标：10-复合式阻尼装置；100-壳体；101-阻尼腔体；102-顶内壁；103-底内壁；200-阻尼架；210-阻尼板；211-阻尼孔；212-挡板；220-摩擦阻尼器；221-第一导向轨；222-第二导向轨；223-摩擦件；224-挡块；225-弹性件；300-滚动体；310-密封腔；320-密封盖；400-阻尼颗粒；500-阻尼液体；20-复合式阻尼器。具体实施方式

[0037]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。[0038]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0039]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。[0040]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0041]在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。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申请中的具体含义。[0042]请参阅图1，本申请实施例提供一种复合式阻尼装置10，其包括壳体100、阻尼架200和滚动体300。

[0043]壳体100限定出阻尼腔体101，阻尼腔体101用于盛放阻尼液体，壳体100包括相对的顶内壁102和底内壁103。

[0044]阻尼架200包括阻尼板210和至少两个摩擦阻尼器220，阻尼板210设置于阻尼腔体101的中部，阻尼板210具有相对的第一端和第二端，阻尼板210的第一端通过至少一个摩擦

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阻尼器220连接于顶内壁102，阻尼板210的第二端通过至少一个摩擦阻尼器220连接于底内壁103。

[0045]滚动体300连接于顶内壁102，并且设置于阻尼板210的上方，当复合式阻尼装置10受到预设强度的振动时，滚动体300与顶内壁102脱离，掉落于阻尼板210并在阻尼板210上作往复运动。

[0046]当复合式阻尼装置10受到振动时，振动初级的侧向移动引起复合式阻尼装置10左右移动，阻尼腔体101内的阻尼液体与阻尼板210共同振动以耗散能量；当复合式阻尼装置10受到预设强度的振动时，滚动体300与顶内壁102脱离后掉落到阻尼板210上以滚动的方式作往复运动，从而使阻尼板210在滚动体300在滚动过程中依次往复向第一端和第二端倾斜，进而带动连接于第一端和第二端的摩擦阻尼器220工作耗能。[0047]需要说明的是，预设强度的振动是指受到预定数值的振幅和频率的振动，可根据不同地区的抗震设防烈度设计滚动体300与顶内壁102的连接强度。[0048]一般情况下，阻尼液体的体积为阻尼腔体101的溶剂的1/2～2/3。[0049]本申请并不限定壳体100的形状。在如图1所示的实施例中，壳体100为长方体，壳体100限定的阻尼腔体101也为长方体。在本申请其他一些实施例中，壳体100还可以为圆柱体、正方体或其他形状。

[0050]阻尼腔体101内的阻尼板210的形状和大小略小于阻尼腔体101的横截面积，使阻尼板210能够在阻尼腔体101内左右倾斜移动。[0051]以及，阻尼板210到顶内壁102的距离比滚动体300的高度长，使滚动体300掉落到阻尼板210后有足够大的空间在阻尼板210上滚动。[0052]请参阅图2，阻尼板210设置有阵列分布的阻尼孔211，阻尼孔211贯穿于阻尼板210。阻尼孔211用于控制阻尼腔体101内阻尼液体的流动速度，减小流量，增大阻尼作用。[0053]请继续参阅图1，阻尼板210在第一端和第二端均设置有用于阻挡滚动体300继续滚动的挡板212。[00]可选地，设置于阻尼板210的第一端和第二端多的两个挡板212相对设置，即两个挡板212到阻尼板210边缘的距离相等。[0055]需要说明的是，为了保证挡板212足够阻挡滚动体300继续滚动并且改变滚动体300的运动方向，挡板212高于滚动体300直径的2/3。[0056]本如图1所示的实施例中，阻尼板210和挡板212均采用钢制成，阻尼板210和挡板212焊接而成。在本申请其他一些实施例中，阻尼板210和挡板212还可以采用高分子材料制成，阻尼板210和挡板212可以粘接或直接一体成型。

[0057]至少一个摩擦阻尼器220的一端铰接于阻尼板210的第一端，另一端铰接于壳体100的顶内壁102，复合式阻尼装置10通过至少一个摩擦阻尼器220提供一个对阻尼板210的第一端的拉力。

[0058]至少一个摩擦阻尼器220的一端铰接于阻尼板210的第二端，另一端铰接于壳体100的底内壁103，复合式阻尼装置10通过至少一个摩擦阻尼体提供一个对阻尼板210的第二端的支撑力。

[0059]复合式阻尼装置10通过至少一个摩擦阻尼器220提供的拉力以及至少一个摩擦阻尼器220提供的支撑力使阻尼板210悬空设置于阻尼腔体101的中部。

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需要说明的是，一般情况下，为了保证摩擦阻尼器220正常工作，在阻尼板210静止

时，摩擦阻尼器220的一端与阻尼板210以相对较为垂直的方式连接，摩擦阻尼器220的另一端与顶内壁102或底内壁103以相对较为垂直的方式连接。即摩擦阻尼器220的另一端连接于阻尼板210对应到顶内壁102或底内壁103的位置。[0061]本申请并不限定摩擦阻尼器220的数量。在如图1所示的实施例中，一个摩擦阻尼器220用于使阻尼板210的第一端铰接于壳体100的顶内壁102，一个摩擦阻尼器220用于使阻尼板210的第二端铰接于壳体100的底内壁103。在本申请其他一些实施例中，可以采用沿纵向布置的两个或多个摩擦阻尼器220用于使阻尼板210的第一端铰接于壳体100的顶内壁102，以及沿纵向布置的两个或多个摩擦阻尼器220用于使阻尼板210的第二端铰接于壳体100的底内壁103。[0062]请参阅图3，摩擦阻尼器220包括第一导向轨221和第二导向轨222，第二导向轨222设置有摩擦件223，摩擦阻尼器220通过第二导向轨222的摩擦件223和第一导向轨221滑动摩擦耗散能量。[0063]可选地，摩擦件223可以为摩擦片或摩擦块。[00]请参阅图4及图5，当滚动体300滚动到阻尼板210的第一端时，滚动体300压下阻尼板210的第一端，使阻尼板210的第二端向上倾斜，连接于阻尼板210第一端的摩擦阻尼器220被拉长，第一端的摩擦阻尼器220的表现为第二导向轨222在第一导向轨221内朝向远离顶内壁102的方向滑动摩擦耗散能量，连接于阻尼板210第二端的摩擦阻尼器220被压缩，第二端的摩擦阻尼器220的表现为第二导向轨222在第一导向轨221内朝向靠近顶内壁102的方向滑动摩擦耗散能量；当滚动体300滚动至阻尼板210设置于第一端的挡板212后，被挡板212改变运动方向，朝向阻尼板210的第二端滚动，并且压下阻尼板210的第二端，使阻尼板210的第一端向上倾斜，连接于阻尼板210第二端的摩擦阻尼器220被拉长，第二端的摩擦阻尼器220的表现为第二导向轨222在第一导向轨221内朝向远离顶内壁102的方向滑动摩擦耗散能量，连接于阻尼板210第一端的摩擦阻尼器220被压缩，第一端的摩擦阻尼器220的表现为第二导向轨222在第一导向轨221内朝向靠近顶内壁102的方向滑动摩擦耗散能量。[0065]请继续参阅图3，摩擦阻尼器220还包括挡块224，挡块224分别设置于第一导向轨221的两端，用于防止第二导向轨222与第一导向轨221到滑动摩擦过程中脱离。[0066]可选地，摩擦阻尼器220还包括弹性件225，弹性件225的两端分别连接于第一导向轨221和第二导向轨222的顶端，当第一导向轨221和第二导向轨222相对滑动时，通过挤压或拉伸弹性件225使弹性件225能够提供相反的力从而使摩擦阻尼器220恢复初始状态。[0067]可选地，在如图3所示的实施例中，弹性件225为弹簧，弹簧的形变量较大，在滚动体300滚动至阻尼板210的第一端时，滚动体300压下阻尼板210的第一端，第一端的摩擦阻尼器220被拉长，其第一导向轨221和第二导向轨222的相对滑动距离较大，并通过摩擦件223滑动摩擦耗散较多能量，当滚动体300滚动至阻尼板210的另一端时，第一端的摩擦阻尼器220的第二导向轨222通过弹簧的回复力向顶内壁102方向滑动。[0068]滚动体300可以为圆柱形或球形，滚动体300的材质可以为钢或高分子材料。[0069]在如图1和图6所示的实施例中，滚动体300为圆柱形，材质为钢，滚动体300以其侧壁焊接于顶内壁102，当复合式阻尼装置10受到预设强度的振动时，滚动体300顶部焊接位置疲劳破坏，滚动体300掉落在阻尼板210上来回滚动使阻尼板210倾斜带动摩擦阻尼器220

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工作耗能。在本申请其他一些实施例中，滚动体300还可以为球形，阻尼板210上设置有与球形滚动体300配合的导向槽(导向槽可以由阻尼板210的第一端向第二端延伸，以便于球形的滚动体300在阻尼板210的第一端和第二端之间往复滚动)；当滚动体300的材质为钢，顶内壁102设置有磁力装置，复合式阻尼装置10通过磁力装置使圆钢管连接于壳体100的顶内壁102，当复合式阻尼装置10受到预设强度的振动时，圆钢管与磁力装置分离，掉落到阻尼板210上来回滚动使阻尼板210倾斜带动摩擦阻尼器220工作耗能。磁力装置可以是电磁装置或天然磁石。当滚动体300的材质为高分子材料时，滚动体300可以和壳体100的顶内壁102一体成型，通过连接段连接滚动体300和壳体100的顶内壁102，当复合式阻尼装置10受到预设强度的振动时，连接段断裂，滚动体300掉落在阻尼板210上来回滚动使阻尼板210倾斜带动摩擦阻尼器220工作耗能。当滚动体300的材质为高分子材料时，滚动体300还可以和壳体100的顶内壁102粘接，当复合式阻尼装置10受到预设强度的振动时，滚动体300顶部粘接位置疲劳破坏，滚动体300掉落在阻尼板210上来回滚动使阻尼板210倾斜带动摩擦阻尼器220工作耗能。

[0070]本申请并不限定滚动体300为空心或实心。[0071]可选地，如图6所示的实施例中，滚动体300具有密封腔310，以及设置于滚动体300端部的密封盖320。在滚动体300的密封腔310中填充阻尼颗粒或阻尼液体能够增加滚动体300在阻尼板210上滚动的能耗。[0072]阻尼颗粒包括玻璃球、钢球和橡胶颗粒中的一种或多种。[0073]阻尼液体包括水或甘油。[0074]如图6所示的实施例中，滚动体300的密封腔310内装有阻尼颗粒400，具体为橡胶颗粒。

[0075]请参阅图7，本申请实施例还提供一种复合式阻尼器20，其包括阻尼液体500和上述的复合式阻尼装置10，阻尼液体500填充于阻尼板210到底内壁103之间的阻尼腔体101中。

[0076]需要说明的是，为了不干扰滚动体300在阻尼板210的滚动，阻尼液体500的液面的高度一般和阻尼板210的高度相同，阻尼液体500高于阻尼板210的下表面，低于阻尼板210的上表面。

[0077]综上所述，本申请实施例的一种复合式阻尼装置10及阻尼器，在振动初期通过阻尼体液和阻尼板210的共同振动消耗能量，当振动达到一定强度后，滚动体300从壳体100的顶内壁102脱落，掉落到阻尼板210上，并且在阻尼板210上滚动作往复运动，阻尼板210在滚动体300滚动过程中带动阻尼板210依次往复向第一端和第二端倾斜，进而带动连接于第一端和第二端的摩擦阻尼器220工作耗能。复合式阻尼装置10及阻尼器通过阻尼液体500和阻尼板210的共同振动消耗能量、滚动体300在阻尼板210上滚动耗能，以及阻尼板210倾斜带动摩擦阻尼器220工作耗能。

[0078]以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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