專利名稱：構(gòu)建通用機(jī)械模型的插件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拼接插件及其連接器，其中的拼接插件通過(guò)連接器能自由搭建各種不同機(jī)械模型。
背景技術(shù)：
市場(chǎng)上有很多不同公司開發(fā)的積木類玩具，通過(guò)積木插塊能拼接各種不同模型。積木類玩具首先要解決的問(wèn)題是插塊之間如何自由拼接并保證插塊間拼接強(qiáng)度。
在德國(guó)展出專利說(shuō)明書DE-AS 1202694中公開了一種空盒形狀的玩具積木插塊，其側(cè)面具有一系列嵌合凸粒，借助于該凸?？梢詫⒁粋€(gè)裝在其上部的插件側(cè)壁嵌合。此結(jié)構(gòu)只允許在有嵌合凸粒的一側(cè)進(jìn)行兩構(gòu)件之間的插接。此外，將兩個(gè)相鄰構(gòu)件插接到嵌合位置上時(shí)也會(huì)遇到一定困難。因?yàn)閮蓚€(gè)插件相鄰的側(cè)表面在其必要形成的偏斜中造成相互障礙。
在德國(guó)專利說(shuō)明書DE-2929743 C2中公開了一種積木的組件。該組件設(shè)置成一個(gè)單面開口的空心立方體，在與其開口面相對(duì)的那一面上以及其余的側(cè)面上設(shè)有一個(gè)位于中間的方形連接頭。連接頭的尺寸設(shè)計(jì)成剛好能使一個(gè)組件的開口與另一個(gè)組件的連接頭相配合。其缺點(diǎn)是強(qiáng)度不夠，同時(shí)組件之間任意面之間不能自由拼接。
在德國(guó)專利說(shuō)明書DE-1868651U中同樣也公開了一種具有嵌合件的立方體構(gòu)件，它可以和一個(gè)相應(yīng)組件的對(duì)應(yīng)部位連在一起。連接時(shí)位于連接頭角部呈小圓球形的嵌合體壓入另一個(gè)組件內(nèi)形狀相吻合的角中。由此而產(chǎn)生的塑性變形會(huì)導(dǎo)致材料疲軟，從而影響到組件的使用壽命。
在奧地利專利說(shuō)明書AT-PS327725中公開了一種積木構(gòu)件，其兩部分組成、可打開的構(gòu)件可以通過(guò)嵌合連接組裝在一起。為將嵌合連接拆開，需要向組件的側(cè)表面施加壓力。此外，為拆開嵌合而需施加壓力的側(cè)表面上也不可能再連接其它組件。
在民主德國(guó)專利說(shuō)明書DD-PS76418中也描述了基本相同的積木。
在中華人民共和國(guó)專利局描述了另一種積木插塊(公開號(hào)CN1062668A作為玩具積木部件的插塊)，該組件設(shè)置成單面帶彈簧片，另外5面帶凸緣的立方體，通過(guò)彈簧片與凸緣之間的摩擦力進(jìn)行拼接，具有拼接方便的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是為了保證插塊在一定力作用下能方便插接和拆卸，插塊上起固定作用的彈片不能過(guò)大過(guò)厚，采用這樣的插塊搭建的模型抗彎矩的能力較差，在搭建較大和較復(fù)雜的模型，如各種工業(yè)模型時(shí)，如模型插塊需承受較大彎矩或拉力，模型機(jī)械強(qiáng)度不夠高，穩(wěn)定性差，插塊積累誤差較大，模型易變形。同時(shí)由于拼接模型時(shí)插塊的彈片往外擴(kuò)張，與另一插塊凸緣之間摩擦力較大，長(zhǎng)期使用磨損嚴(yán)重，影響插塊使用壽命和模型搭建強(qiáng)度。此外由于插塊六面不對(duì)稱，因此也存在組件之間任意面之間不能自由拼接的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種能夠避免上述缺點(diǎn)的插塊，即插塊能六面自由拼接，搭建模型機(jī)械特性好，插塊能承受較大彎矩或拉伸力，如大型工業(yè)模型，如工業(yè)機(jī)器人、倉(cāng)儲(chǔ)物流模型等，其特點(diǎn)是在構(gòu)建大型工業(yè)模型時(shí)，模型具有較高的穩(wěn)定性。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，構(gòu)建通用機(jī)械模型的插件，所述插件可有一個(gè)或者若干個(gè)插塊組成可拆卸的連接，包括插塊，所述插塊的至少一個(gè)插接面上包括連接部，所述連接部由至少一組兩平行的凸緣組成，所述凸緣與插接面的側(cè)邊之間形成U型槽；插件連接器，所述插件連接器包括兩個(gè)卡合臂，以及將所述兩個(gè)卡合臂連接的連接臂，所述兩個(gè)卡合臂以及連接臂的內(nèi)側(cè)形成一U形卡槽，所述兩卡合臂的端部向內(nèi)側(cè)延伸形成卡扣。
采用上述技術(shù)方案設(shè)計(jì)的插塊，能任意面自由拼接，搭建的模型具備較高的機(jī)械強(qiáng)度，適合于搭建大型的、插塊需要承受較大扭矩或拉力的模型，同時(shí)插塊及連接器磨損小，使用壽命較長(zhǎng)。


下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對(duì)本發(fā)明方法的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
圖1為本發(fā)明的拼接插塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示插塊的局部剖視圖；圖3為本發(fā)明的連接器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1所示的兩插塊通過(guò)圖3所示連接器連接后的結(jié)構(gòu)圖；圖5所示為本發(fā)明插件的另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6表示本發(fā)明的插件的第三個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的插件的第四個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明在使用中的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖9是本發(fā)明的插件在承受拉力時(shí)的受力分析示意圖；圖10為本發(fā)明的連接器在承受扭矩時(shí)的受力分析示意圖；圖11為本發(fā)明的插件在承受剪切力的受力分析示意圖；圖12(a)為本發(fā)明的的連接件在剪切力沿著其開口方向的受力分析示意圖；圖12(b)為本發(fā)明的連接件在剪切力垂直于其開口方向的受力分析示意圖；圖13為本發(fā)明的插件在承受彎矩時(shí)的受力分析示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明一個(gè)呈立方形的插塊1，圖2是圖1的一個(gè)局部剖視結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合兩圖可見，該插塊1的六個(gè)側(cè)面均為插接面，以其中一個(gè)插接面10為例，在該插接面10上設(shè)置了連接部11，該連接部11包括兩組平行的凸緣112共計(jì)四個(gè)，四個(gè)凸緣112組合連接成正方形，各凸緣112分別靠近且平行于對(duì)應(yīng)的插接面10的四個(gè)側(cè)邊，且與側(cè)邊之間形成一U形槽12，在兩兩凸緣112連接成的直角邊外側(cè)，各開設(shè)有一個(gè)凹槽狀的定位口13。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)組成部分為如圖3所示的插件連接器2，該連接器2由兩個(gè)卡合臂21、23，以及一個(gè)連接臂22組成為一側(cè)開口的正方框形，兩個(gè)卡合臂21、23以及連接臂22的內(nèi)側(cè)組合形成一內(nèi)U形卡槽211。兩卡合臂21、23的端部向內(nèi)側(cè)延伸形成卡扣212。
使用時(shí)，取兩個(gè)圖1所示的插塊1，兩插塊1的插接面通過(guò)各自的凸緣112兩兩貼合，然后用圖3所示的插件連接器2的卡合臂21、23卡入兩插塊1的貼合凸緣112，最終，使插件連接器2的卡扣212扣合在卡設(shè)方向另一面的兩個(gè)插塊1的凸緣112上的定位口13處，從而實(shí)現(xiàn)了緊固連接。在進(jìn)行插件連接時(shí)，插件連接器2的兩卡合臂21、23在相連兩插塊1的U型卡槽211的作用下張開，到達(dá)定位位置后插件連接器2的兩臂在彈力作用下恢復(fù)初始狀態(tài)，連接器卡扣212嵌入卡設(shè)方向另一面的U形槽12，通過(guò)連接器2的內(nèi)U形卡槽211和卡扣212將兩插塊連接在一起，見圖4所示，按照相反的順序可以將插塊1分離開。
圖5所示為本發(fā)明插件的另一種實(shí)施方式。其中的插塊1只有四個(gè)封閉的插接面(，在四個(gè)側(cè)面上，其中僅僅標(biāo)示了兩個(gè)封閉插接面81、82)，另外兩個(gè)對(duì)稱的插接面(頂面和底面)上設(shè)貫通的開口85。
圖6表示本發(fā)明的插件的第三個(gè)實(shí)施例。是在插塊1的部分對(duì)稱插接面(四個(gè)側(cè)面91～94)上分別開設(shè)有一個(gè)圓孔。
圖7為插件的第四種改型，其特點(diǎn)是插接面上的凸緣112上開設(shè)若干不連續(xù)的凹槽1120。
本發(fā)明中的插件之間的連接不僅僅限與立方塊之間，圖8為采用了圖1插塊和圖3連接器的指示燈，其指示燈面罩3與插塊1之間的連接也采用凸緣112與插件連接器2。
綜上所述，本發(fā)明的一個(gè)共同點(diǎn)是，能通過(guò)連接器或不通過(guò)U型槽相互自由拼接，拼接模型具備較好機(jī)械特性，能搭建大型工業(yè)模型，特別是插塊需承受扭矩較大的機(jī)械模型。
由于本發(fā)明插塊1的六個(gè)面的連接部11完全相同，而兩兩之間通過(guò)插件連接器2的連接完全是通過(guò)連接部11來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，本發(fā)明的插塊1可以和結(jié)構(gòu)相同的插塊1任意一面通過(guò)插件連接器2組合在一起。
在連接過(guò)程中，配有內(nèi)U型卡槽211的插件連接器2的兩臂在塑料的彈性變形范圍內(nèi)張開和彈回，插件連接器2的材料在連接產(chǎn)生之后便回到實(shí)際無(wú)應(yīng)力或無(wú)載荷的狀態(tài)，插件連接器2是在無(wú)疲勞狀態(tài)下工作。只有當(dāng)插件連接器2為了產(chǎn)生或脫離與其它插件的連接而自其靜止位置張開時(shí)，材料才受到力的作用，因而插塊使用過(guò)程中磨損少，使用壽命較長(zhǎng)。
連接器在結(jié)構(gòu)上保證連接插件時(shí)所產(chǎn)生的最大張開位置不超過(guò)插件的輪廓。這樣便可以做到當(dāng)多個(gè)插塊拼接時(shí)，一個(gè)插塊的輪廓不至于影響另一個(gè)插塊的連接器兩臂的張開運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)上述方式可以將多個(gè)相同的插塊組成各種結(jié)構(gòu)，其外觀幾乎均為封閉式表面，此時(shí)在其上面還可以隨時(shí)插上其它插塊。
該插塊的優(yōu)點(diǎn)是搭建模型時(shí)能六面自由組合，插件連接器2處于初始狀態(tài)，不易變形，同時(shí)由于連接器2的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，搭建的模型在各個(gè)方向上抗拉抗彎能力較強(qiáng)，所搭建的機(jī)械模型連接強(qiáng)度高，模型穩(wěn)定，適合于搭建較復(fù)雜和較大的機(jī)械模型。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以保證在通過(guò)插件搭建的機(jī)械模型具有較高機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
下面我們以拼接模型時(shí)最常見的如圖4所示的連接方式為例來(lái)對(duì)插塊和連接器進(jìn)行承受拉力、剪切力、彎矩、扭矩分析，并與公開號(hào)CN1062668A中提到的插塊進(jìn)行比較，由于該專利由LASY公司申請(qǐng)，下面簡(jiǎn)稱LASY插塊。
插塊假定為正六面體，插塊為六面完全對(duì)稱U型槽結(jié)構(gòu)。插塊的連接方式是利用連接器包絡(luò)凸緣的方式實(shí)現(xiàn)立方體之間的連接的，在承受拉力、剪切力、彎矩、扭矩時(shí)彼此之間的相互作用通過(guò)連接器來(lái)傳遞，即由連接器從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)連接處承受負(fù)載的能力。下面將以連接器受力情況分別就模型承受拉力、剪切、彎矩、扭矩時(shí)力的傳遞情況進(jìn)行分析。
參照?qǐng)D8，其中a、b分別為兩個(gè)正立方體插塊，c為插塊連接器。Fa、Fb分別為a、b受到的向外拉力，F(xiàn)ac、Fac1、Fbc、Fbc1分別為插塊a、b的凸緣對(duì)連接器的作用力。
由連接器受力情況可知Fa＝Fbc+Fbc1Fb＝Fac+Fac1Fbc+Fbc1＝Fac+Fac1故Fa＝Fb插塊a受的拉力Fa通過(guò)連接器傳遞到插塊b。
插塊a、b之間拉力的傳遞是通過(guò)連接器c的內(nèi)側(cè)邊實(shí)現(xiàn)的，故連接處承受拉力的能力取決于連接器c的強(qiáng)度。連接器c發(fā)生塑性變形需要很大的拉力，故這種連接方式可以達(dá)到很大的強(qiáng)度。LASY插塊產(chǎn)品的連接方式是靠彈性片上的凹槽和模塊上的凸緣之間的摩擦力，故稱受拉力的能力遠(yuǎn)不如我們采用的連接方式，這一點(diǎn)也正是LASY插塊致命缺點(diǎn)之一。
圖9給出承受扭矩時(shí)的受力分析，其中，a、b分別為兩正立方體插塊，c為插塊連接器。Fac1、Fac2、Fac3、Fac4、Fac5為插塊a對(duì)連接器c產(chǎn)生的作用力，Ta、Tb為插塊a、b所受的扭矩。
Fac1-Fac5產(chǎn)生力矩，設(shè)為Tac，大小為為Ta，方向與Ta相反，F(xiàn)bc1、Fbc2、Fbc3、Fbc4、Fbc5分別為插塊b對(duì)連接器c的作用力，F(xiàn)bc1-Fbc5產(chǎn)生力矩設(shè)為Tbc大小為為Tb，方向與Tb相反，而Tac＝Tbc，故Ta＝Tb。
插塊a、b之間扭矩的傳遞也是先由某個(gè)立方體插塊a傳遞給連接器c，然后由連接器c傳遞給另一立方體插塊b。從連接器c的受力來(lái)看，其傳遞扭矩的能力取決于連接器c的剛度。經(jīng)測(cè)試，這種連接方式可以傳遞相當(dāng)大的扭矩，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了模型對(duì)扭矩傳遞能力的要求，因此，在這一點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了和LASY插塊相同的功能。
圖11(a)～圖11(b)給出承受扭矩時(shí)的受力分析，其中插塊a、b分別為兩個(gè)正立方體插塊，c為插塊連接器。Fa、Fb分別為插塊a、b受到的剪切力。Fac、Fbc分別為插塊a、b對(duì)連接器c的作用力。
在模型承受剪切力時(shí)，剪切力通過(guò)連接器c由一個(gè)插塊a傳遞給另一個(gè)插塊b?？紤]連接器c的形狀，此受力圖代表三種情況，一是剪切力沿著連接器開口方向，參見圖11(a)；一是剪切力垂直于連接器開口方向，剪切力由連接器中間段傳遞參見圖11(b)。如圖所示(Fac、Fbc、Fac1、Fbc1分別為插塊對(duì)連接器的作用力)。
這三種情況抗剪切的能力都取決于連接器的剛度。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，這種連接方式抗剪切的能力也相當(dāng)強(qiáng)大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般模型對(duì)抗剪切能力的要求。因此，在這一能力上也達(dá)到了和LASY插塊同樣的功能。
圖12所示為承受彎矩時(shí)的受力分析的受力示意圖，其中，a、b為正立方體插塊，c為插塊連接器。Ma、Mb為a、b所受彎矩，F(xiàn)ac、Fbc為插塊a、b對(duì)連接器c的作用力，F(xiàn)ba為插塊b對(duì)插塊a的作用力，F(xiàn)ab為插塊a對(duì)插塊b的作用力Fac、Fbc、Fab、Fba一起完成彎矩傳遞的作用。
由承受彎矩時(shí)的受力分析可以知道，插塊a、b的連接方式在承受彎矩時(shí)，力矩主要由連接器c進(jìn)行傳遞的，而且其傳遞扭矩的能力主要取決于連接器c強(qiáng)度。所以，它的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越LASY產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度，這一點(diǎn)是LASY插塊另一致命缺點(diǎn)。
綜上所述，本發(fā)明的插塊連接方式在搭建模型時(shí)能克服采用其它方式的連接方式難以克服的缺點(diǎn)，連接強(qiáng)度大，非常適合搭建的大型化的工業(yè)模型。
前面提供了對(duì)較佳實(shí)施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或利用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的各種修改對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見的，可把這里所述的總的原理應(yīng)用到其他實(shí)施例而不使用創(chuàng)造性。因而，本發(fā)明將不限于這里所示的實(shí)施例，而應(yīng)依據(jù)符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。
權(quán)利要求
1.構(gòu)建通用機(jī)械模型的插件，所述插件可有一個(gè)或者若干個(gè)插塊組成可拆卸的連接，包括插塊，所述插塊的至少一個(gè)插接面上包括連接部，所述連接部由至少一組兩平行的凸緣組成，所述凸緣與插接面的側(cè)邊之間形成U型槽；插件連接器，所述插件連接器包括兩個(gè)卡合臂，以及將所述兩個(gè)卡合臂連接的連接臂，所述兩個(gè)卡合臂以及連接臂的內(nèi)側(cè)形成一U形卡槽，所述兩卡合臂的端部向內(nèi)側(cè)延伸形成卡扣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建通用機(jī)械模型的插件，其特征在于，所述凸緣的近至少一端部處開設(shè)有凹槽狀的定位口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的構(gòu)建通用機(jī)械模型的插件，其特征在于，所述插塊為立方體，所述立方體插塊的六面為插接面，所述插接面上包括呈正方框形的兩組凸緣，所述各凸緣與各插接面的側(cè)邊平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的構(gòu)建通用機(jī)械模型的插件，其特征在于，在所述插塊的兩對(duì)稱的插接面上各開設(shè)一方孔，所述方孔對(duì)應(yīng)所述正方框形凸緣圍設(shè)的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的構(gòu)建通用機(jī)械模型的插件，其特征在于，在所述插塊的兩對(duì)稱的插接面上各開設(shè)一圓孔，所述圓孔對(duì)應(yīng)所述正方框形凸緣圍設(shè)的部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了構(gòu)建通用機(jī)械模型的插件，所述插件可有一個(gè)或者若干個(gè)插塊組成可拆卸的連接，包括插塊，所述插塊的至少一個(gè)插接面上包括連接部，所述連接部由至少一組兩平行的凸緣組成，所述凸緣與插接面的側(cè)邊之間形成U型槽；插件連接器，所述插件連接器包括兩個(gè)卡合臂，以及將所述兩個(gè)卡合臂連接的連接臂，所述兩個(gè)卡合臂以及連接臂的內(nèi)側(cè)形成一U形卡槽，所述兩卡合臂的端部向內(nèi)側(cè)延伸形成卡扣。本發(fā)明的插塊和連接器，能任意面自由拼接，搭建的模型具備較高的機(jī)械強(qiáng)度，適合于搭建大型的、插塊需要承受較大扭矩或拉力的模型，同時(shí)插塊及連接器磨損小，使用壽命較長(zhǎng)。
文檔編號(hào)A63H33/04GK1744151SQ20051002994
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者曹雄坤, 張啟航 申請(qǐng)人:上海廣茂達(dá)伙伴機(jī)器人有限公司