專利名稱：剪式鉸可展結構偏心節(jié)點的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及空間可展結構，尤其涉及一種基于剪式鉸的可展結構偏心節(jié)點。
背景技術：
可展結構(Deployable Structures)是20世紀六十年代誕生而發(fā)展起來的一種新型空間結構，其結構可參見圖7。為了便于儲存和運輸，可展結構一般處于收攏狀態(tài)；當需要利用的時候，可展結構展開到工作狀態(tài)。在折疊狀態(tài)時，結構體積較小，便于運輸或儲藏。在外界驅動力的作用下，結構逐步展開，達到完全展開的工作狀態(tài)，然后鎖定為穩(wěn)定狀態(tài)?？烧菇Y構有著可重復使用、便于儲藏和運輸、展開后能夠覆蓋較大的面積、工期短等優(yōu)點?？烧菇Y構在建筑領域得到了一定的發(fā)展與應用，并且已經(jīng)在航空航天領域得到了廣泛的應用。在空間網(wǎng)格結構中，節(jié)點設計占有很重要的位置，折疊網(wǎng)格結構亦不例外?？臻g網(wǎng)格結構的節(jié)點可選用焊接球節(jié)點、螺栓球節(jié)點和板節(jié)點。剪式鉸結構的形式主要由幾何關系和機械性能決定，根據(jù)不同的跨度選用合適的展開模式，其節(jié)點形式也不同于一般網(wǎng)格結構，可展結構的節(jié)點要能滿足桿件的角度變形并隨之發(fā)生位移，同時以使得桿件收納率最高為目標。節(jié)點必須保證桿件在展開過程中運動自如，桿件與節(jié)點連接處無較大摩擦和彎曲變形；在結構收納狀態(tài)時能保證桿件成緊密捆狀，以便儲存；在結構展開后要具有足夠的剛度以承受桿件傳來的軸向拉、壓及局部抗剪、抗彎、抗擠壓等各種荷載，同時要滿足構造上的一些特殊要求?？烧构?jié)點可分為偏心和非偏心兩種。對于可展結構中常用的剪式鉸單元四桿垂直相交節(jié)點以及八桿相交節(jié)點，由于一個剪式鉸單元兩交叉桿不在同一平面內這一特性，若采用非偏心節(jié)點必然導致桿件彎曲，引起摩擦。而現(xiàn)有的偏心螺栓球節(jié)點，桿件間距一般為螺栓球直徑，極大降低了收納率；桿件在與螺栓球相交處接觸一般截面發(fā)生突變，極大削弱了強度和承載能力。因此，設計一種新型的偏心節(jié)點對于提高剪式鉸可展結構的收納率、提高結構展開后的整體性能是很有必要的。

實用新型內容本實用新型克服了現(xiàn)有技術中的不足，在于提供一種剪式鉸可展結構偏心節(jié)點，其可以提高剪式鉸可展結構的收納率以及與可展結構連接的桿件的強度。本實用新型的技術方案如下—種剪式鉸可展結構偏心節(jié)點,包括第一節(jié)點主體和第一桿件轉軸,所述第一節(jié)點主體由4個L形板以其一端的端點為連接處依次連接而成,其位置關系為其中一個L形板以其連接處為中心順時針旋轉90°、180°、270°后與其余三個L形板重合，各個L形板內均設有將其與相鄰L形板連接的第一桿件轉軸，相鄰桿件轉軸之間相互垂直。所述第一桿件轉軸與L形板靠近第一節(jié)點單元中心處的側邊平行。為了增加偏心節(jié)點的整體強度，將第一節(jié)點主體與節(jié)點底座的上表面連接，節(jié)點底座上表面與第一節(jié)點主體的大小相同。上述節(jié)點底座的下表面連接有第二節(jié)點主體，第二節(jié)點主體的外側與節(jié)點底座的各個頂點之間設有4個開口空間，相鄰開口空間相互垂直，各個開口空間內均設有第二桿件轉軸，第二桿件轉軸與其鄰近的第一桿件轉軸之間的夾角為45°，節(jié)點底座中心處到第二桿件轉軸之間的距離大于節(jié)點底座對角線長度的一半。作為改進，上述的第二節(jié)點主體由4個H形板連接而成，H形板的其中一條側邊位于節(jié)點底座的對角線上，該H形板以位于節(jié)點底座對角線上的側邊靠近節(jié)點底座中心處的端點為中心順時針旋轉90°、180°、270°后與其余三個H形板重合，第二桿件轉軸設在H形板遠離節(jié)點底座的開口空間內。本實用新型與剪式鉸桿連接時在剪式鉸桿需與節(jié)點連接的相應位置設置供桿件轉軸穿過的通孔，為了保證剪式鉸桿轉動過程中不與節(jié)點發(fā)生碰撞，剪式鉸桿設有通孔的一端的端部可以設計成圓弧狀，桿件轉軸穿過剪式鉸桿的通孔后其兩端插入節(jié)點主體板上預留的孔洞并與節(jié)點主體連接，桿件轉軸露出部分的長度等于略大于可展結構中剪式鉸桿的直徑，剪式鉸桿繞桿件轉軸轉動，從而完成剪式鉸桿的展開和收起。以下稱由第一節(jié)點主體和第一桿件轉軸形成的第一節(jié)點為“四桿相交節(jié)點”；由第二節(jié)點主體和第二桿件轉軸形成的第二節(jié)點與第一節(jié)點和節(jié)點底座的組合為“八桿相交節(jié)點”。本實用新型的優(yōu)點如下(I)現(xiàn)有的偏心螺栓球節(jié)點，由于球體占用體積較大,剪式鉸桿在節(jié)點處往往截面有所削弱，剪式鉸桿的受力性能降低；而本實用新型的偏心節(jié)點，剪式鉸桿可以在偏心節(jié)點中自由的繞桿件轉軸轉動來完成剪式鉸桿的展開和收起，剪式鉸桿的端部與節(jié)點處無削弱，提高了剪式鉸桿的強度和承載能力。(2)本實用新型在四桿相交節(jié)點的基礎上設計了八桿相交節(jié)點，延續(xù)了可展結構偏心節(jié)點的優(yōu)勢，能經(jīng)濟、方便的解決剪式鉸單元交叉桿不在同一平面這一特性引起桿件彎曲與摩擦的問題；本實用新型中的桿件轉軸能夠保證所連接的剪式鉸桿繞桿件轉軸90度自由轉動，順利完成展開收起全過程；四桿相交節(jié)點的剪式鉸桿收起后能夠緊密相接，相鄰兩相交桿之間只有板件壁厚的間距，八桿相交節(jié)點是在四桿相交節(jié)點的基礎上拼接等厚板件吸納其余四桿，使剪式鉸桿收起后能與內部四桿緊密接觸，極大的提高了可展結構收起后的收納率。(3)本實用新型制作工藝簡單，成本低且使用方便，造型美觀，可成批生產(chǎn)。本節(jié)點與其相交的桿件連接方便。

圖I為本實用新型四桿相交節(jié)點的結構示意圖；圖2為本實用新型八桿相交節(jié)點的俯視圖；圖3為本實用新型八桿相交節(jié)點的仰視圖；圖4為八桿相交節(jié)點與桿件連接后的俯視圖；圖5為八桿相交節(jié)點與桿件連接后的仰視圖；圖6為八桿相交節(jié)點與桿件連接收起后的結構示意圖；[0024]圖7為本實用新型節(jié)點應用于剪式鉸的結構示意圖。其中1為節(jié)點底座,2為第一節(jié)點主體,3為L形板，4為第一桿件轉軸,5為第二節(jié)點主體，6為H形板，7為第二桿件轉軸，8為剪式鉸桿。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新 型的剪式鉸可展結構偏心節(jié)點中剪式鉸桿8能夠實現(xiàn)自由轉動而無摩擦阻力、收起后極大的提高了收納率所采用的技術方案做進一步說明。如圖I所示，本實用新型的第一種節(jié)點(即四桿相交節(jié)點)主要包括第一節(jié)點主體2，為了增加第一節(jié)點主體2整體的強度與穩(wěn)定性，將第一節(jié)點主體2固定在節(jié)點底座I的上表面，節(jié)點底座I的上表面與第一節(jié)點主體大小相同，第一節(jié)點主體2整體采用鋼或硬塑料等硬質材料制作而成，第一節(jié)點主體2由4個L形板以其一端的端點為連接處依次連接而成，所述L形板3可以由兩塊等大等厚的矩形板連接而成。第一節(jié)點主體2中4個L形板的位置關系為其中一個L形板以其連接處為中心順時針旋轉90°、180°、270°后與其余三個L形板重合；各個L形板內均設有將其與相鄰L形板連接的第一桿件轉軸，相鄰桿件轉軸之間相互垂直，優(yōu)選的第一桿件轉軸與L形板的靠近第一節(jié)點單元中心處的側邊平行。參見圖1，第一節(jié)點主體2中L形板3連接處的矩形板與第一桿件轉軸4平行；L形板3與第一桿件轉軸4連接處均預留孔洞，第一桿件轉軸4插入L形板3預留的孔洞中。節(jié)點底座I和第一節(jié)點主體2之間可以采用焊接等拼接方式，也可以支模后一體澆鑄而成。本實用新型的第二種節(jié)點(即八桿相交節(jié)點)是在四桿相交節(jié)點的基礎上設計的，具體結構參見圖2、圖3和圖4，在與第一節(jié)點主體2連接的節(jié)點底座I的下表面連接第二節(jié)點主體5，第二節(jié)點主體5由4個H形板連接而成，H形板6的其中一條側邊位于節(jié)點底座I的對角線上，該H形板6以位于節(jié)點底座對角線上的側邊靠近節(jié)點底座I中心處的端點為中心順時針旋轉90°、180°、270°后與其余三個H形板重合，第二桿件轉軸7設在H形板6遠離節(jié)點底座I的開口空間內；第二桿件轉軸7與其鄰近的第一桿件轉軸之間的夾角為45°，節(jié)點底座I的中心處到第二桿件轉軸7的距離大于節(jié)點底座對角線長度的一半。同樣的，第二節(jié)點主體的H形板6與第二桿件轉軸7連接處預留孔洞，第二桿件轉軸7插入H形板7預留的孔洞中。上述的H形板由三塊等厚的矩形板連接而成，所述的矩形板的厚度與L形板中的矩形板的厚度相同，第二節(jié)點主體5整體采用鋼或硬塑料等硬質材料制作而成。八桿相交節(jié)點吸納與第一種節(jié)點吸納的四根桿件分別成45度的剩余四根桿件，具體參見圖5和圖6 ;第二節(jié)點主體5與四桿相交節(jié)點的連接方式可采用整體支模澆筑或焊接在節(jié)點底座的另一側。本實用新型與剪式鉸桿8連接時在剪式鉸桿8需與節(jié)點連接的相應位置設置供桿件轉軸穿過的通孔，桿件轉軸穿過剪式鉸桿8上的通孔后其兩端插入節(jié)點主體板上預留的孔洞中并與節(jié)點主體連接，剪式鉸桿8可繞桿件轉軸90度自由轉動，順利完成剪式鉸桿的展開收起過程。桿件轉軸露出部分的長度等于或略大于可展結構中剪式鉸桿的直徑，剪式鉸桿與節(jié)點主體連接處的端部與節(jié)點主體相切，使得可展結構收起后達到最小收納體積、最大收納率的效果；四桿相交節(jié)點的剪式鉸桿收起后緊密相接，相鄰兩相交桿之間只有板件壁厚的間距，八桿相交節(jié)點是在四桿相交節(jié)點的基礎上拼接等厚板件吸納其余四桿，其余四根桿件收起后與內部四根桿件緊密接觸，具體結構參見圖6。本實用新型所述的第一桿件轉軸4和第二桿件轉軸7相同，；剪式鉸桿8的截面可以采用不同的形狀，優(yōu)選的截面形狀為矩形或者圓形，桿件轉軸與L形板或者H形板的連接關系可以采用普通的機械連接，如焊接、螺紋連接等。為了保證剪式鉸桿轉動過程中不與節(jié)點發(fā)生碰撞，可將剪式鉸桿設有通孔的一端的端部設計成圓弧狀。本偏心節(jié)點制作工藝簡單，造型美觀，可用材料廣泛，可成批生產(chǎn)。本偏心節(jié)點巧妙的針對剪式鉸交叉桿不在一個平面內的特性，保證桿件在節(jié)點中展開和收起時不產(chǎn)生彎曲且無摩擦自由轉動。收起后四桿相交節(jié)點以及八桿相交節(jié)點吸納的桿件都能夠緊 密相接，極大提高了可展結構的收納率。
權利要求1.一種剪式鉸可展結構偏心節(jié)點，其特征在于包括第一節(jié)點主體和第一桿件轉軸，所述第一節(jié)點主體由4個L形板以其一端的端點為連接處依次連接而成，其位置關系為其中一個L形板以其連接處為中心順時針旋轉90°、180°、270°后與其余三個L形板重合，各個L形板內均設有將其與相鄰L形板連接的第一桿件轉軸，相鄰桿件轉軸之間相互垂直。
2.根據(jù)權利要求I所述的剪式鉸可展結構偏心節(jié)點，其特征在于第一桿件轉軸與L形板靠近第一節(jié)點單元中心處的側邊平行。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的剪式鉸可展結構偏心節(jié)點，其特征在于還包括節(jié)點底座，節(jié)點底座的上表面與第一節(jié)點主體連接，節(jié)點底座上表面與第一節(jié)點主體的大小相同。
4.根據(jù)權利要求3所述的剪式鉸可展結構偏心節(jié)點，其特征在于所述節(jié)點底座的下表面連接有第二節(jié)點主體，第二節(jié)點主體的外側與節(jié)點底座的各個頂點之間設有4個開口空間，相鄰開口空間相互垂直，各個開口空間內均設有第二桿件轉軸，第二桿件轉軸與其鄰近的第一桿件轉軸之間的夾角為45°，節(jié)點底座中心處到第二桿件轉軸之間的距離大于節(jié)點 底座對角線長度的一半。
5.根據(jù)權利要求4所述的剪式鉸可展結構偏心節(jié)點，其特征在于第二節(jié)點主體由4個H形板連接而成，H形板的其中一條側邊位于節(jié)點底座的對角線上，該H形板以位于節(jié)點底座對角線上的側邊靠近節(jié)點底座中心處的端點為中心順時針旋轉90°、180°、270°后與其余三個H形板重合，第二桿件轉軸設在H形板遠離節(jié)點底座的開口空間內。
專利摘要本實用新型涉及一種剪式鉸可展結構偏心節(jié)點，包括第一節(jié)點主體和第一桿件轉軸，所述第一節(jié)點主體由4個L形板以其一端的端點為連接處依次連接而成，其位置關系為其中一個L形板以其連接處為中心順時針旋轉90°、180°、270°后與其余三個L形板重合，各個L形板內均設有將其與相鄰L形板連接的第一桿件轉軸，相鄰桿件轉軸之間相互垂直。本實用新型與剪式鉸桿結合時，收起成捆狀后剪式鉸桿間的間距只有薄板壁厚大小，整個可展結構在收起后的總體積減小，極大的提高了可展結構的收納率；本實用新型制作工藝簡單，成本低且使用方便，造型美觀，可成批生產(chǎn)。
文檔編號E04B1/58GK202482999SQ20122003549
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月6日 優(yōu)先權日2012年2月6日
發(fā)明者葉繼紅, 李慶營 申請人:東南大學