類正十棱柱形張拉整體可展機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及的是一種張拉整體可展機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]張拉整體可展機(jī)構(gòu)是一種由受壓的桿和受拉的索組成的預(yù)應(yīng)力自平衡體系，該類結(jié)構(gòu)的剛度由預(yù)應(yīng)力提供，且構(gòu)件內(nèi)力自我相互平衡，一旦失去預(yù)應(yīng)力，結(jié)構(gòu)將不再成立。張拉整體可展機(jī)構(gòu)具有質(zhì)量輕、跨度大、造型優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，受到了學(xué)術(shù)及工程界的廣泛關(guān)注。
[0003]由于張拉整體可展機(jī)構(gòu)是一種預(yù)應(yīng)力自平衡體系，其節(jié)點(diǎn)位置與構(gòu)件的連接關(guān)系必須滿足預(yù)應(yīng)力自平衡條件，不能像其他結(jié)構(gòu)體系那樣任意地構(gòu)造幾何形態(tài)。因此，現(xiàn)有的張拉整體可展機(jī)構(gòu)一般為非規(guī)則的幾何形狀。雖然有一些張拉整體可展機(jī)構(gòu)是基于某一類特定的幾何體進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但是其最終的形態(tài)都偏離了原始的標(biāo)準(zhǔn)幾何體。目前尚無形態(tài)為正十棱柱體形或近似正十棱柱體形的張拉整體可展機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供主要解決現(xiàn)有技術(shù)收攏體積大、展開可靠性低、質(zhì)量重等問題的類正十棱柱形張拉整體可展機(jī)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明類正十棱柱形張拉整體可展機(jī)構(gòu)，其特征是:包括下第一節(jié)點(diǎn)-下第十節(jié)點(diǎn)以及上第一節(jié)點(diǎn)-上第十節(jié)點(diǎn)，下第一節(jié)點(diǎn)-下第十節(jié)點(diǎn)逆時(shí)針均勻排列在同一圓周上，上第一節(jié)點(diǎn)-上第十節(jié)點(diǎn)逆時(shí)針均勻排列在同一圓周上，下一節(jié)點(diǎn)-下第十節(jié)點(diǎn)之間通過圓環(huán)底索依次連接構(gòu)成圓形底面，上第一節(jié)點(diǎn)-上第十節(jié)點(diǎn)之間通過圓環(huán)頂索依次連接構(gòu)成圓形頂面，下第一節(jié)點(diǎn)與上第一節(jié)點(diǎn)的連線與圓形底面所成夾角為30度，下第二節(jié)點(diǎn)和上第一節(jié)點(diǎn)之間連接第一根彈簧，下第三節(jié)點(diǎn)和上第二節(jié)點(diǎn)之間連接第二根彈簧，下第四節(jié)點(diǎn)和上第三節(jié)點(diǎn)之間第三根連接彈簧，下第五節(jié)點(diǎn)和上第四節(jié)點(diǎn)之間連接第四跟彈簧，下第六節(jié)點(diǎn)和上第五節(jié)點(diǎn)之間連接第五根彈簧，下第七節(jié)點(diǎn)和上第六節(jié)點(diǎn)之間連接第六根彈簧，下第八節(jié)點(diǎn)和上第七節(jié)點(diǎn)之間連接第七根彈簧，下第九節(jié)點(diǎn)和上第八節(jié)點(diǎn)之間連接第八根彈簧，下第十節(jié)點(diǎn)和上第九節(jié)點(diǎn)之間連接第九根彈簧，下第一節(jié)點(diǎn)和上第十節(jié)點(diǎn)之間連接第十根彈簧，下第一節(jié)點(diǎn)和上第二節(jié)點(diǎn)之間連接第一根壓桿，下第二節(jié)點(diǎn)和上第三節(jié)點(diǎn)之間連接第二根壓桿，下第三節(jié)點(diǎn)和上第四節(jié)之間連接第三根壓桿，下第四節(jié)點(diǎn)和上第五節(jié)點(diǎn)之間連接第四根壓桿，下第五節(jié)點(diǎn)和上第六節(jié)點(diǎn)之間連接第五根壓桿，下第六節(jié)點(diǎn)和上第七節(jié)點(diǎn)之間連接第六根壓桿，下第七節(jié)點(diǎn)和上第八節(jié)點(diǎn)之間連接第七根壓桿，下第八節(jié)點(diǎn)和上第九節(jié)點(diǎn)之間連接第八根壓桿，下第九節(jié)點(diǎn)和上第十節(jié)點(diǎn)之間連接第九根壓桿，下第十節(jié)點(diǎn)和上第一節(jié)點(diǎn)之間連接第十根壓桿。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:本發(fā)明中的類正十棱柱形張拉整體機(jī)構(gòu)構(gòu)共有20個(gè)節(jié)點(diǎn)，由2根拉索、10個(gè)彈簧和10根壓桿組成。而且機(jī)構(gòu)中的桿與桿之間不直接相連，因此，在外載荷的作用下桿只承受軸向力而沒有扭矩的作用，桿為純壓桿，相同外載荷和結(jié)構(gòu)尺寸確定的情況下，桿的質(zhì)量可以達(dá)到最小從而使整個(gè)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量達(dá)到最小，本發(fā)明的這一特點(diǎn)是其他同類或相似結(jié)構(gòu)所不具備的。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明壓桿與套環(huán)的連接圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0011]結(jié)合圖1?2，結(jié)構(gòu)的底面的十個(gè)節(jié)點(diǎn)位于同一圓周上，并均勻分布在這個(gè)圓周上，為下第一節(jié)點(diǎn)Al、下第二節(jié)點(diǎn)B1、下第三節(jié)點(diǎn)Cl、下第四節(jié)點(diǎn)D1、下第五節(jié)點(diǎn)E1、下第六節(jié)點(diǎn)F1，下第七節(jié)點(diǎn)Gl、下第八節(jié)點(diǎn)Hl、下第九節(jié)點(diǎn)Il和下第十節(jié)點(diǎn)Jl，頂面也是有十個(gè)節(jié)點(diǎn)位于距離底面高度H的同一圓周上，并均勻分布在這個(gè)圓周上，為上第一節(jié)點(diǎn)A2、上第二節(jié)點(diǎn)B2、上第三節(jié)點(diǎn)C2、上第四節(jié)點(diǎn)D2、上第五節(jié)點(diǎn)E2、上第六節(jié)點(diǎn)F2，上第七節(jié)點(diǎn)G2、上第八節(jié)點(diǎn)H2、上第九節(jié)點(diǎn)12和上第十節(jié)點(diǎn)J2 ;其頂面相對(duì)于底面順時(shí)針扭轉(zhuǎn)角度為30度。下第一節(jié)點(diǎn)Al、下第二節(jié)點(diǎn)B1、下第三節(jié)點(diǎn)Cl、下第四節(jié)點(diǎn)D1、下第五節(jié)點(diǎn)E1、下第六節(jié)點(diǎn)F1，下第七節(jié)點(diǎn)G1、下第八節(jié)點(diǎn)H1、下第九節(jié)點(diǎn)Il和下第十節(jié)點(diǎn)Jl之間連接圓環(huán)底索，上第一節(jié)點(diǎn)A2、上第二節(jié)點(diǎn)B2、上第三節(jié)點(diǎn)C2、上第四節(jié)點(diǎn)D2、上第五節(jié)點(diǎn)E2、上第六節(jié)點(diǎn)F2，上第七節(jié)點(diǎn)G2、上第八節(jié)點(diǎn)H2、上第九節(jié)點(diǎn)12和上第十節(jié)點(diǎn)J2之間連接圓環(huán)頂索，下第二節(jié)點(diǎn)BI和上第一節(jié)點(diǎn)A2之間連接第一根彈簧B1A2，下第三節(jié)點(diǎn)Cl和上第二節(jié)點(diǎn)B2之間連接第二根彈簧C1B2 ;下第四節(jié)點(diǎn)Dl和上第三節(jié)點(diǎn)C2之間第三根連接彈簧D1C2,下第五節(jié)點(diǎn)El和上第四節(jié)點(diǎn)D2之間連接第四跟彈簧E1D2，下第六節(jié)點(diǎn)Fl和上第五節(jié)點(diǎn)E2之間連接第五根彈簧F1E2，下第七節(jié)點(diǎn)Gl和上第六節(jié)點(diǎn)F2之間連接第六根彈簧G1F2,下第八節(jié)點(diǎn)Hl和上第七節(jié)點(diǎn)G2之間連接第七根彈簧H1G2，下第九節(jié)點(diǎn)Il和上第八節(jié)點(diǎn)H2之間連接第八根彈簧I1H2，下第十節(jié)點(diǎn)Jl和上第九節(jié)點(diǎn)12之間連接第九根彈簧J1I2，下第一節(jié)點(diǎn)Al和上第十節(jié)點(diǎn)J2之間連接第十根彈簧A1J2 ;下第一節(jié)點(diǎn)Al和上第二節(jié)點(diǎn)B2之間連接第一根壓桿A1B2，下第二節(jié)點(diǎn)BI和上第三節(jié)點(diǎn)C2之間連接第二根壓桿B1C2，下第三節(jié)點(diǎn)Cl和上第四節(jié)D2之間連接第三根壓桿C1D2，下第四節(jié)點(diǎn)Dl和上第五節(jié)點(diǎn)E2之間連接第四根壓桿D1E2，下第五節(jié)點(diǎn)El和上第六節(jié)點(diǎn)F2之間連接第五根壓桿E1F2，下第六節(jié)點(diǎn)Fl和上第七節(jié)點(diǎn)G2之間連接第六根壓桿F1G2，下第七節(jié)點(diǎn)Gl和上第八節(jié)點(diǎn)H2之間連接第七根壓桿G1H2，下第八節(jié)點(diǎn)Hl和上第九節(jié)點(diǎn)12之間連接第八根壓桿H1I2，下第九節(jié)點(diǎn)Il和上第十節(jié)點(diǎn)J2之間連接第九根壓桿H1J2，下第十節(jié)點(diǎn)Jl和上第一節(jié)點(diǎn)A2之間連接第十根壓桿J1A2。
[0012]底索和頂索的預(yù)拉力相同，所述第一根彈簧B1A2、第二根彈簧C1B2、第三根彈簧D1C2、第四根彈簧E1D2、第五根F1E2、第六根彈簧G1F2、第七根彈簧H1G2、第八根彈簧I1H2、第九根彈簧J1I2和第十根彈簧A1J2的預(yù)拉力相同，；所述第一根壓桿A1B2、第二根壓桿B1C2、第三根壓桿C1D2、第四根壓桿D1E2、第五根壓桿E1F2、第六根壓桿F1G2、第七根壓桿G1H2、第八根壓桿H1I2、第九根壓桿H1J2和第十根壓桿J1A2、的預(yù)壓力相同。
[0013]在無外荷載作用時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)位于類正十棱柱形的頂點(diǎn)上，當(dāng)受到外荷載作用時(shí)，類正十棱柱形張拉整體可展機(jī)構(gòu)通過改變構(gòu)件的內(nèi)力、調(diào)整節(jié)點(diǎn)的位置來抵抗外荷載的作用，但拉索始終處于受拉狀態(tài)，壓桿始終處于受壓狀態(tài)。
[0014]每個(gè)壓桿的兩端都含有一個(gè)套環(huán)，便于索的穿入與連接。每個(gè)彈簧端點(diǎn)的連接均為焊接。
[0015]本發(fā)明由于在上下節(jié)點(diǎn)上采用彈簧連接結(jié)構(gòu)，且通過彈簧拉力，使機(jī)構(gòu)展開，從而使整個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)的展開是由多根彈簧共同驅(qū)動(dòng)，與傳統(tǒng)展開機(jī)構(gòu)相比，具有較高的展開可靠性。
[0016]壓桿的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它包括桿身、一對(duì)套環(huán)。
[0017]結(jié)構(gòu)的組裝:將按下料長(zhǎng)度加工好的構(gòu)件，通過鉸接節(jié)點(diǎn)組裝在一起，最終得到的張拉整體結(jié)構(gòu)將是類正十棱柱形，且所有的拉索受拉，所有的壓桿受壓，整個(gè)結(jié)構(gòu)處于自平衡狀態(tài)。
[0018]本發(fā)明在收攏時(shí)，當(dāng)同時(shí)拉動(dòng)上下兩根索時(shí)，每根彈簧都會(huì)自動(dòng)伸長(zhǎng)，而且開始向中間收攏，在拉力最大值時(shí)，機(jī)構(gòu)可收攏到最小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.類正十棱柱形張拉整體可展機(jī)構(gòu)，其特征是:包括下第一節(jié)點(diǎn)-下第十節(jié)點(diǎn)以及上第一節(jié)點(diǎn)-上第十節(jié)點(diǎn)，下第一節(jié)點(diǎn)-下第十節(jié)點(diǎn)逆時(shí)針均勻排列在同一圓周上，上第一節(jié)點(diǎn)-上第十節(jié)點(diǎn)逆時(shí)針均勻排列在同一圓周上，下一節(jié)點(diǎn)-下第十節(jié)點(diǎn)之間通過圓環(huán)底索依次連接構(gòu)成圓形底面，上第一節(jié)點(diǎn)-上第十節(jié)點(diǎn)之間通過圓環(huán)頂索依次連接構(gòu)成圓形頂面，下第一節(jié)點(diǎn)與上第一節(jié)點(diǎn)的連線與圓形底面所成夾角為30度，下第二節(jié)點(diǎn)和上第一節(jié)點(diǎn)之間連接第一根彈簧，下第三節(jié)點(diǎn)和上第二節(jié)點(diǎn)之間連接第二根彈簧，下第四節(jié)點(diǎn)和上第三節(jié)點(diǎn)之間第三根連接彈簧，下第五節(jié)點(diǎn)和上第四節(jié)點(diǎn)之間連接第四跟彈簧，下第六節(jié)點(diǎn)和上第五節(jié)點(diǎn)之間連接第五根彈簧，下第七節(jié)點(diǎn)和上第六節(jié)點(diǎn)之間連接第六根彈簧，下第八節(jié)點(diǎn)和上第七節(jié)點(diǎn)之間連接第七根彈簧，下第九節(jié)點(diǎn)和上第八節(jié)點(diǎn)之間連接第八根彈簧，下第十節(jié)點(diǎn)和上第九節(jié)點(diǎn)之間連接第九根彈簧，下第一節(jié)點(diǎn)和上第十節(jié)點(diǎn)之間連接第十根彈簧，下第一節(jié)點(diǎn)和上第二節(jié)點(diǎn)之間連接第一根壓桿，下第二節(jié)點(diǎn)和上第三節(jié)點(diǎn)之間連接第二根壓桿，下第三節(jié)點(diǎn)和上第四節(jié)之間連接第三根壓桿，下第四節(jié)點(diǎn)和上第五節(jié)點(diǎn)之間連接第四根壓桿，下第五節(jié)點(diǎn)和上第六節(jié)點(diǎn)之間連接第五根壓桿，下第六節(jié)點(diǎn)和上第七節(jié)點(diǎn)之間連接第六根壓桿，下第七節(jié)點(diǎn)和上第八節(jié)點(diǎn)之間連接第七根壓桿，下第八節(jié)點(diǎn)和上第九節(jié)點(diǎn)之間連接第八根壓桿，下第九節(jié)點(diǎn)和上第十節(jié)點(diǎn)之間連接第九根壓桿，下第十節(jié)點(diǎn)和上第一節(jié)點(diǎn)之間連接第十根壓桿。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供類正十棱柱形張拉整體可展機(jī)構(gòu)，由20個(gè)節(jié)點(diǎn),2根拉索，十根彈簧和10根壓桿組成,其中2根拉索分別位于底面與頂面相對(duì)扭轉(zhuǎn)30度的近似正十棱柱的20個(gè)頂點(diǎn)上,并且每根索都穿過所在面的桿的段部的套環(huán)。10根彈簧與扭轉(zhuǎn)后的正六棱臺(tái)的10條豎向棱邊重合,10根壓桿位于棱柱的內(nèi)部,每根壓桿分別連接一個(gè)底面節(jié)點(diǎn)和一個(gè)頂面節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接1根拉索，一根彈簧和1根壓桿。所有拉索和彈簧存在預(yù)拉力,所有壓桿存在預(yù)壓力,拉索和彈簧的預(yù)拉力和壓桿的預(yù)壓力相互平衡。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)收攏體積大、展開可靠性低的問題，而且本機(jī)構(gòu)可展空間大，質(zhì)量輕，收攏體積小。
【IPC分類】E04B1-18, E04B1-344
【公開號(hào)】CN104775514
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510169701
【發(fā)明人】羅阿妮, 袁李, 袁野, 劉賀平
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日