专利名称：剪式铰可展结构偏心节点的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及空间可展结构，尤其涉及一种基于剪式铰的可展结构偏心节点。
背景技术：
可展结构(Deployable Structures)是20世纪六十年代诞生而发展起来的一种新型空间结构，其结构可参见图7。为了便于储存和运输，可展结构一般处于收拢状态；当需要利用的时候，可展结构展开到工作状态。在折叠状态时，结构体积较小，便于运输或储藏。在外界驱动力的作用下，结构逐步展开，达到完全展开的工作状态，然后锁定为稳定状态。可展结构有着可重复使用、便于储藏和运输、展开后能够覆盖较大的面积、工期短等优点。可展结构在建筑领域得到了一定的发展与应用，并且已经在航空航天领域得到了广泛的应用。在空间网格结构中，节点设计占有很重要的位置，折叠网格结构亦不例外。空间网格结构的节点可选用焊接球节点、螺栓球节点和板节点。剪式铰结构的形式主要由几何关系和机械性能决定，根据不同的跨度选用合适的展开模式，其节点形式也不同于一般网格结构，可展结构的节点要能满足杆件的角度变形并随之发生位移，同时以使得杆件收纳率最高为目标。节点必须保证杆件在展开过程中运动自如，杆件与节点连接处无较大摩擦和弯曲变形；在结构收纳状态时能保证杆件成紧密捆状，以便储存；在结构展开后要具有足够的刚度以承受杆件传来的轴向拉、压及局部抗剪、抗弯、抗挤压等各种荷载，同时要满足构造上的一些特殊要求。可展节点可分为偏心和非偏心两种。对于可展结构中常用的剪式铰单元四杆垂直相交节点以及八杆相交节点，由于一个剪式铰单元两交叉杆不在同一平面内这一特性，若采用非偏心节点必然导致杆件弯曲，引起摩擦。而现有的偏心螺栓球节点，杆件间距一般为螺栓球直径，极大降低了收纳率；杆件在与螺栓球相交处接触一般截面发生突变，极大削弱了强度和承载能力。因此，设计一种新型的偏心节点对于提高剪式铰可展结构的收纳率、提高结构展开后的整体性能是很有必要的。
实用新型内容本实用新型克服了现有技术中的不足，在于提供一种剪式铰可展结构偏心节点，其可以提高剪式铰可展结构的收纳率以及与可展结构连接的杆件的强度。本实用新型的技术方案如下—种剪式铰可展结构偏心节点,包括第一节点主体和第一杆件转轴,所述第一节点主体由4个L形板以其一端的端点为连接处依次连接而成,其位置关系为其中一个L形板以其连接处为中心顺时针旋转90°、180°、270°后与其余三个L形板重合，各个L形板内均设有将其与相邻L形板连接的第一杆件转轴，相邻杆件转轴之间相互垂直。所述第一杆件转轴与L形板靠近第一节点单元中心处的侧边平行。为了增加偏心节点的整体强度，将第一节点主体与节点底座的上表面连接，节点底座上表面与第一节点主体的大小相同。上述节点底座的下表面连接有第二节点主体，第二节点主体的外侧与节点底座的各个顶点之间设有4个开口空间，相邻开口空间相互垂直，各个开口空间内均设有第二杆件转轴，第二杆件转轴与其邻近的第一杆件转轴之间的夹角为45°，节点底座中心处到第二杆件转轴之间的距离大于节点底座对角线长度的一半。作为改进，上述的第二节点主体由4个H形板连接而成，H形板的其中一条侧边位于节点底座的对角线上，该H形板以位于节点底座对角线上的侧边靠近节点底座中心处的端点为中心顺时针旋转90°、180°、270°后与其余三个H形板重合，第二杆件转轴设在H形板远离节点底座的开口空间内。本实用新型与剪式铰杆连接时在剪式铰杆需与节点连接的相应位置设置供杆件转轴穿过的通孔，为了保证剪式铰杆转动过程中不与节点发生碰撞，剪式铰杆设有通孔的一端的端部可以设计成圆弧状，杆件转轴穿过剪式铰杆的通孔后其两端插入节点主体板上预留的孔洞并与节点主体连接，杆件转轴露出部分的长度等于略大于可展结构中剪式铰杆的直径，剪式铰杆绕杆件转轴转动，从而完成剪式铰杆的展开和收起。以下称由第一节点主体和第一杆件转轴形成的第一节点为“四杆相交节点”；由第二节点主体和第二杆件转轴形成的第二节点与第一节点和节点底座的组合为“八杆相交节点”。本实用新型的优点如下(I)现有的偏心螺栓球节点，由于球体占用体积较大,剪式铰杆在节点处往往截面有所削弱，剪式铰杆的受力性能降低；而本实用新型的偏心节点，剪式铰杆可以在偏心节点中自由的绕杆件转轴转动来完成剪式铰杆的展开和收起，剪式铰杆的端部与节点处无削弱，提高了剪式铰杆的强度和承载能力。(2)本实用新型在四杆相交节点的基础上设计了八杆相交节点，延续了可展结构偏心节点的优势，能经济、方便的解决剪式铰单元交叉杆不在同一平面这一特性引起杆件弯曲与摩擦的问题；本实用新型中的杆件转轴能够保证所连接的剪式铰杆绕杆件转轴90度自由转动，顺利完成展开收起全过程；四杆相交节点的剪式铰杆收起后能够紧密相接，相邻两相交杆之间只有板件壁厚的间距，八杆相交节点是在四杆相交节点的基础上拼接等厚板件吸纳其余四杆，使剪式铰杆收起后能与内部四杆紧密接触，极大的提高了可展结构收起后的收纳率。(3)本实用新型制作工艺简单，成本低且使用方便，造型美观，可成批生产。本节点与其相交的杆件连接方便。
图I为本实用新型四杆相交节点的结构示意图；图2为本实用新型八杆相交节点的俯视图；图3为本实用新型八杆相交节点的仰视图；图4为八杆相交节点与杆件连接后的俯视图；图5为八杆相交节点与杆件连接后的仰视图；图6为八杆相交节点与杆件连接收起后的结构示意图；[0024]图7为本实用新型节点应用于剪式铰的结构示意图。其中1为节点底座,2为第一节点主体,3为L形板，4为第一杆件转轴,5为第二节点主体，6为H形板，7为第二杆件转轴，8为剪式铰杆。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新 型的剪式铰可展结构偏心节点中剪式铰杆8能够实现自由转动而无摩擦阻力、收起后极大的提高了收纳率所采用的技术方案做进一步说明。如图I所示，本实用新型的第一种节点(即四杆相交节点)主要包括第一节点主体2，为了增加第一节点主体2整体的强度与稳定性，将第一节点主体2固定在节点底座I的上表面，节点底座I的上表面与第一节点主体大小相同，第一节点主体2整体采用钢或硬塑料等硬质材料制作而成，第一节点主体2由4个L形板以其一端的端点为连接处依次连接而成，所述L形板3可以由两块等大等厚的矩形板连接而成。第一节点主体2中4个L形板的位置关系为其中一个L形板以其连接处为中心顺时针旋转90°、180°、270°后与其余三个L形板重合；各个L形板内均设有将其与相邻L形板连接的第一杆件转轴，相邻杆件转轴之间相互垂直，优选的第一杆件转轴与L形板的靠近第一节点单元中心处的侧边平行。参见图1，第一节点主体2中L形板3连接处的矩形板与第一杆件转轴4平行；L形板3与第一杆件转轴4连接处均预留孔洞，第一杆件转轴4插入L形板3预留的孔洞中。节点底座I和第一节点主体2之间可以采用焊接等拼接方式，也可以支模后一体浇铸而成。本实用新型的第二种节点(即八杆相交节点)是在四杆相交节点的基础上设计的，具体结构参见图2、图3和图4，在与第一节点主体2连接的节点底座I的下表面连接第二节点主体5，第二节点主体5由4个H形板连接而成，H形板6的其中一条侧边位于节点底座I的对角线上，该H形板6以位于节点底座对角线上的侧边靠近节点底座I中心处的端点为中心顺时针旋转90°、180°、270°后与其余三个H形板重合，第二杆件转轴7设在H形板6远离节点底座I的开口空间内；第二杆件转轴7与其邻近的第一杆件转轴之间的夹角为45°，节点底座I的中心处到第二杆件转轴7的距离大于节点底座对角线长度的一半。同样的，第二节点主体的H形板6与第二杆件转轴7连接处预留孔洞，第二杆件转轴7插入H形板7预留的孔洞中。上述的H形板由三块等厚的矩形板连接而成，所述的矩形板的厚度与L形板中的矩形板的厚度相同，第二节点主体5整体采用钢或硬塑料等硬质材料制作而成。八杆相交节点吸纳与第一种节点吸纳的四根杆件分别成45度的剩余四根杆件，具体参见图5和图6 ;第二节点主体5与四杆相交节点的连接方式可采用整体支模浇筑或焊接在节点底座的另一侧。本实用新型与剪式铰杆8连接时在剪式铰杆8需与节点连接的相应位置设置供杆件转轴穿过的通孔，杆件转轴穿过剪式铰杆8上的通孔后其两端插入节点主体板上预留的孔洞中并与节点主体连接，剪式铰杆8可绕杆件转轴90度自由转动，顺利完成剪式铰杆的展开收起过程。杆件转轴露出部分的长度等于或略大于可展结构中剪式铰杆的直径，剪式铰杆与节点主体连接处的端部与节点主体相切，使得可展结构收起后达到最小收纳体积、最大收纳率的效果；四杆相交节点的剪式铰杆收起后紧密相接，相邻两相交杆之间只有板件壁厚的间距，八杆相交节点是在四杆相交节点的基础上拼接等厚板件吸纳其余四杆，其余四根杆件收起后与内部四根杆件紧密接触，具体结构参见图6。本实用新型所述的第一杆件转轴4和第二杆件转轴7相同，；剪式铰杆8的截面可以采用不同的形状，优选的截面形状为矩形或者圆形，杆件转轴与L形板或者H形板的连接关系可以采用普通的机械连接，如焊接、螺纹连接等。为了保证剪式铰杆转动过程中不与节点发生碰撞，可将剪式铰杆设有通孔的一端的端部设计成圆弧状。本偏心节点制作工艺简单，造型美观，可用材料广泛，可成批生产。本偏心节点巧妙的针对剪式铰交叉杆不在一个平面内的特性，保证杆件在节点中展开和收起时不产生弯曲且无摩擦自由转动。收起后四杆相交节点以及八杆相交节点吸纳的杆件都能够紧 密相接，极大提高了可展结构的收纳率。
权利要求1.一种剪式铰可展结构偏心节点，其特征在于包括第一节点主体和第一杆件转轴，所述第一节点主体由4个L形板以其一端的端点为连接处依次连接而成，其位置关系为其中一个L形板以其连接处为中心顺时针旋转90°、180°、270°后与其余三个L形板重合，各个L形板内均设有将其与相邻L形板连接的第一杆件转轴，相邻杆件转轴之间相互垂直。
2.根据权利要求I所述的剪式铰可展结构偏心节点，其特征在于第一杆件转轴与L形板靠近第一节点单元中心处的侧边平行。
3.根据权利要求I或2所述的剪式铰可展结构偏心节点，其特征在于还包括节点底座，节点底座的上表面与第一节点主体连接，节点底座上表面与第一节点主体的大小相同。
4.根据权利要求3所述的剪式铰可展结构偏心节点，其特征在于所述节点底座的下表面连接有第二节点主体，第二节点主体的外侧与节点底座的各个顶点之间设有4个开口空间，相邻开口空间相互垂直，各个开口空间内均设有第二杆件转轴，第二杆件转轴与其邻近的第一杆件转轴之间的夹角为45°，节点底座中心处到第二杆件转轴之间的距离大于节点 底座对角线长度的一半。
5.根据权利要求4所述的剪式铰可展结构偏心节点，其特征在于第二节点主体由4个H形板连接而成，H形板的其中一条侧边位于节点底座的对角线上，该H形板以位于节点底座对角线上的侧边靠近节点底座中心处的端点为中心顺时针旋转90°、180°、270°后与其余三个H形板重合，第二杆件转轴设在H形板远离节点底座的开口空间内。
专利摘要本实用新型涉及一种剪式铰可展结构偏心节点，包括第一节点主体和第一杆件转轴，所述第一节点主体由4个L形板以其一端的端点为连接处依次连接而成，其位置关系为其中一个L形板以其连接处为中心顺时针旋转90°、180°、270°后与其余三个L形板重合，各个L形板内均设有将其与相邻L形板连接的第一杆件转轴，相邻杆件转轴之间相互垂直。本实用新型与剪式铰杆结合时，收起成捆状后剪式铰杆间的间距只有薄板壁厚大小，整个可展结构在收起后的总体积减小，极大的提高了可展结构的收纳率；本实用新型制作工艺简单，成本低且使用方便，造型美观，可成批生产。
文档编号E04B1/58GK202482999SQ20122003549
公开日2012年10月10日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者叶继红, 李庆营 申请人:东南大学