[发明专利]剪式铰可展结构偏心节点

说明书

技术领域

本发明涉及空间可展结构，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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案如下：

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。

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。

本发明与剪式铰杆连接时：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”。

本发明的优点如下：

（1）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；而本发明的偏心节点，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。