[发明专利]一种确保杆件同步运动的连接节点

说明书

技术领域

本发明涉及机构与可展结构，尤其涉及一种确保杆件同步运动的连接节点。

背景技术

近三十年来，我国航天科技的快速发展促进了可展结构在航空航天、军事工程、土木工程等领域的应用。作为一种新型空间结构，可展结构具有机构运动特性，可迎合所处环境的时间、空间等实际需求，有效地改变结构的几何构型，且运动过程中各杆件基本处于无应力状态。例如，可展结构通常折叠为紧凑的收拢状态，当需要使用时，可展结构可借助外界驱动逐步展开，并转换为稳定的工作状态。因此，可展结构具有便于运输和存储、可重复使用、工期短、造型美观等优点。

在机构或可展结构的设计中，节点设计非常重要，节点形式决定了可展结构的展开-折叠性能。不同于一般的结构节点，可展结构中的节点需要允许所连接杆件发生大位移及转动，避免杆件在展开过程中产生变形、与节点产生摩擦；此外，在结构工作状态下，节点需要具有足够的强度和刚度，以承受各种荷载作用。根据所连接杆件的相对运动方式，可展结构中的连接节点主要包括平移副、扭转副、转动副等类型，其中转动副节点最为常用。由于可展结构中的节点一般连接多根杆件，需要采用多对转动副分别连接各杆，且节点所附各转动副的轴线位于同一平面上，由此引起节点所连接各杆件运动不同步。现有节点主要依靠结构本身的几何约束使杆件同步运动，但是当各杆件中心与所连接节点处于同一平面时，会产生运动奇异现象，使几何约束失效。因此，设计一种新型的连接节点对于提高可展结构的工作性能与安全性、确保可展结构中节点所连接各杆件同步运动将具有重要的意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种应用于可展结构中的确保杆件同步运动的连接节点，该连接节点可有效确保节点所连接的各杆件在运动过程中始终保持同步。

技术方案：本发明的确保杆件同步运动的连接节点，包括底座、N个L形板、N个T形转轴和2N个锥形齿轮，其中N为大于2的整数，N个L形板呈中心对称设置在底座的一面，T形转轴设置在两相邻L形板之间，T形转轴两端分别穿过相邻的L形板后与一个锥形齿轮连接，每个L形板所邻接的两个锥形齿轮互相啮合。

本发明中，L形板由两块相同的直板连接而成，两块直板之间有一折角α，两块直板上分别设置有一个轴孔，两个轴孔以折角α的等分线为轴对称，T形转轴包括转动轴和垂直连接在转动轴中点上的连接杆，转动轴的两端分别穿过相邻L形板上的轴孔后与一个锥形齿轮连接。

本发明中，L形板的两块直板之间的折角α=2π/N。

本发明中，轴孔内设置有轴承，轴承固定连接在转动轴上。

本发明中，底座1上设置有缺口，缺口的形状、位置分别与连接杆所要连接杆件的形状和转动位置相匹配，以保证所连接杆件可绕转动轴180度自由转动。

本发明中，连接杆上设置有用于与杆件连接的螺纹。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）现有连接节点主要采用多对转动副分别连接不同杆件，并依靠结构自身的几何约束迫使杆件同步运动，但当杆件中心与所连接节点位于同一平面时，存在运动奇异点，各杆件不再同步运动；本连接节点根据锥形齿轮的机械传动原理，使得两两啮合的转动轴同步转动，从而确保了各转动轴中点处所连接的杆件精确同步运动。

（2）本连接节点在转动轴与节点主体间巧妙地设置了转动轴承，并在节点底座上预留孔洞，保证节点所连接杆件能绕转动轴180度无摩擦自由转动，平滑完整地完成展开-折叠全过程；且节点所连接杆件在折叠状态下能够紧凑连接，显著地提高了可展结构的收纳率。

（3）本发明制作工艺简单且成本低，造型美观，可成批生产；本节点的T形转轴的连接杆一端预设了螺纹，便于与杆件连接。

附图说明

图1a—图1c分别为本发明确保杆件同步运动的连接节点的俯视、侧视、三维示意图。

图2为本发明确保杆件同步运动的连接节点的主要部件分解示意图。

图3a—图3f为本发明节点应用于连接四根杆件时的结构同步运动过程示意图，其中图3a、图3f分别为杆件向下、向上完全收拢时的折叠状态，图3b为四根杆件同步向下的运动状态，图3c、图3d为四根杆件的中心点接近于同一平面时的临界状态，图3e为四根杆件同步向上的运动状态。

图4a、图4b分别为本发明用于连接三根杆件的连接节点主体结构的俯视和三维示意图。

图5a、图5b分别为本发明用于连接五根杆件的连接节点主体结构的俯视和三维示意图。