CN103167999B - 用于传递力的装置,尤其承载吊环 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于传递力，尤其用于承担负荷的装置（10），其具有两个相互对置的弯曲的弧形段（11、12），它们通过两个等长的直腿段（13、14）互相连接。所述弯曲的弧形段（11、12）以及直腿段（13、14）在其过渡点（15、16、17、18）处连贯地由一种材料制成。力的导入和导出，通过两个销轴状的结构件（19、20）实现，所述销轴状的结构件（19、20）具有与对应配设的弯曲的弧形段（11、12）相匹配的外轮廓且被布设在两个弧形段（11、12）内用于传递力。在所述直腿段（13、14）所述弧形段（11、12）的过渡点（15、16、17、18）处以及沿各个弧形段（11、12）的曲率的转变，按照本发明是连续的。

Description

用于传递力的装置,尤其承载吊环

技术领域

本发明涉及一种用于传递力，尤其用于承担负荷的装置，其具有两个相互对置且弯曲成一致的弧形段，所述弧形段通过两个等长的直腿段互相连接，其中，弯曲的弧形段和直腿段在其过渡点处连贯地由一种材料制成，同时，力的导入和导出通过两个销轴状的结构件实现，所述结构件具有与对应配设的弧形段相匹配的外轮廓且被布设在两个弧形段内用于传递力。此外，本发明还涉及一种用于将力导入和导出上述类型的装置的销轴状的结构件。

背景技术

用于传递力的装置，已公知例如承载吊环式的或者由链环构成的链条。大多数的这类装置，都被用于例如承担较大的负荷。在下列说明中，主要论述用于传递力的吊环。这仅仅是为了简化描述，而不能作为一种限制条件。所有的论述都可以相应地引用到链环上。

承载吊环(简称：吊环)通常由两个半圆形的部段，即所谓的吊环头和位于其中间的平直区域组成。如果吊环是由复合材料，例如浸渍到树脂中的(Kevlar)纤维构成，那么可以整体式地构成无“接缝”的形状稳固的吊环。形状稳固表示，吊环可以不受负荷地且与其(相对于地面的)方位无关地具有上述的形状。力的导入和导出，通过销轴状的结构件实现，所述结构件具有与吊环头的半圆形状相匹配的外轮廓且被布设在吊环头内，从而使得结构件刚好不与平直区域接触。径向压力通过结构件被引入吊环头中。通过结构件施加的径向压力，在吊环头中被转化成沿纤维方向的拉力。在平直区域中两个吊环头之间的力传递，通过沿吊环纤维方向的拉力负荷实现。

轴向拉力，即沿纤维方向的拉力，和径向压力，即垂直于纤维方向的力作用，在吊环头中引起了一种混和负荷。这种混合负荷一方面限制了吊环最大可传递的力，在由纤维复合材料构成的吊环中，吊环最大可传递的力由垂直于纤维方向的材料的最大压力负荷能力决定。另一方面，混合负荷导致吊环头与平直区域的过渡区域中材料应力的显著升高。所谓的应力升高将引起众所周知的问题，即吊环在过渡点区域失效。所述过渡点因而限制了吊环的最大承载能力。这造成了在其余区域中材料强度只得到了部分的利用，因为尤其在由纤维复合材料构成的吊环中，纤维应该是环形的，而另一方面，最弱位置决定了必须具备的几何形状以及由此必须采用的材料。

图1表示一种如在上面进一步加以说明的典型的公知的吊环的结构示意图。被构造成吊环的用于传递力的装置10，包括两个相互对置的分别呈半圆形的弧形段11、12。所述弧形段11、12通过长度为L的两个等长的直腿段13、14相互连接。用附图标记15、16、17、18表示过渡点。根据吊环所采用的材料，可以使弧形段11、12和直腿段13、14在过渡点区域以机械方式，例如材料接合地互相连接。如果吊环由纤维复合材料构成，那么弯曲的弧形段11、12和直腿段在过渡点15、16、17、18处连贯地由一种材料，即浸渍到树脂中的纤维制成。因此，仅仅就弧形段11、12与直腿段13、14的力的传递来说，过渡点15、16、17、18是吊环的重要区域。

力的导入和导出，通过两个以横截面表示的销轴状的结构件19、20实现。在弧形段11、12具有半圆形的形状以后，将结构件19、20的外轮廓同样构造成半圆形的，从而使得外轮廓21、22完全与弧形段11、12接触。结构件19、20的外轮廓21、22因而是这样的，即它们直接与过渡点15和18或者16和17邻接，但是刚好不与直腿段13、14产生接触。由此确保所设定的力的导入和导出。只绘制了对于力的导入来说意义重大的力导入元件区域。销轴当然也可以延伸到平直段13和14区域。

直腿段13、14的长度L，原则上可以任意选取。用附图标记R表示弧形段11、12的半径。在示意图中，两个弧形段11、12的半径是相同的。实际上，弧形段的半径也可以是不同的，其中，具有较小半径的弧形段则决定了承载能力。弧形段11、12和直腿段13、14在整个轴向上具有相同的厚度D。

当吊环由纤维复合材料构成时，这样应对由轴向拉力和径向压力组成的混合负荷，即，根据考虑到最高负荷点的需要传递的力以及所允许的应力来确定吊环的尺寸。但是，这会导致吊环的几何形状，也就是吊环截面的厚度D以及弧形段的半径R受到显著的影响。可以将这种吊环几何形状应用于必须采用高负荷吊环的用途，但是也可以与之相反。这可以例如是通过大量的吊环来悬吊具有热的磁极铁芯的HTS发电机的超导励磁线圈的情况。因为在这种用途中，热量的传递以一种不可取的方式通过吊环进行，所以吊环截面的厚度D(一般指横截面)应该保持尽可能小，这将是很有用的。为了能够对过渡点处应力的升高进行自动防故障设计，则必须使吊环横截面选取得明显大于平直段中为了传递力而必须具备的横截面。为了平衡冷的部分由此而引起的热量的增加，又必须相应地增大吊环直腿段的长度L。出于几何形状和电磁方面的原因，这有时又是不可能的而且至少是不可取的。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于传递力，尤其用于承担负荷的装置，在所述装置中，可以比传统的装置以及相等的横截面传递更大的力。此外，本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种与之对应的用于传递力的结构件。

该技术问题通过一种用于传递力的装置以及一种用于将力导入和导出到上述装置中的销轴状的结构件加以解决，所述装置具有两个相互对置的弯曲的弧形段，它们通过两个等长的直腿段互相连接，其中，弯曲的弧形段与直腿段在其过渡点处连贯地由一种材料制成，同时，力的导入和导出通过两个销轴状的结构件实现，所述销轴状的结构件具有与对应配设的弯曲的弧形段相匹配的外轮廓且被布设在两个弧形段内用于传递力，其中，在直腿段与弧形段的过渡点处以及沿各个弧形段的曲率的变化，是连续的；所述结构件具有与对应配设的弯曲的弧形段在接触区域相匹配的外轮廓，当应用于上述装置时，所述外轮廓至少延伸到过渡点处。

本发明提供一种用于传递力，尤其用于承担负荷的装置，其具有两个相互对置且弯曲成一致的弧形段，所述弧形段通过两个等长的直腿段互相连接，其中，弯曲的弧形段和直腿段在其过渡点处连贯地由一种材料制成，同时，力的导入和导出通过两个销轴状的结构件实现，所述结构件具有与对应配设的弯曲的弧形段相匹配的外轮廓并且被布设在两个弧形段内用于传递力。按照本发明，在直腿段与弧形段的过渡点处以及沿各个弧形段的曲率的变化，是连续的。

换句话说，这意味着，直腿段的“曲率“和弧形段的曲率是连续地互相转变的。该方法基于下列知识，即，在直腿段和弯曲段之间的过渡点处，应力升高显著的部分，因而是由于下列部分而造成的，即，在该位置上装置部段的曲率变化不连续。曲率从弧形段中的值1/R，突变为直腿段中的曲率0，其中R是圆弧的半径。由于直腿段和弧形段之间的曲率是连续过渡的，可以避免该问题。由此减小了本文开头所述的由径向压力和轴向拉力组成的混合负荷。结果，与现有技术的装置相比，同样大小的力可以用更小的材料横截面来进行传递。

如果在直腿段的过渡点处，曲率的变化是连续和均匀的，是尤其有利的。

如果除此以外或者作为替代方式，沿各个弧形段的曲率的变化是连续和均匀的，是尤其适宜的。

在一种尤其优选的设计方案中，直腿段与弧形段的过渡点处的曲率的转变，通过一种螺旋曲线构成。所述螺旋曲线的曲率变化，可以以公知的方式加以计算，因为从道路和轨道建设中已公知螺旋曲线。

在另一种扩展设计中，所述装置是一种尤其由纤维复合材料制成的吊环。所述由纤维复合材料制成的吊环具有较差的热传导性能，因而这种吊环尤其适合应用于下列用途，即热的和冷的元件要互相连接并且同时要发生最低限度的热交换的使用场合。另一方面，由纤维复合材料制成的吊环，具有尤其在过渡点区域材料分布均匀的优点，从而确保了吊环较高的力传递能力和稳固性。

作为替代方式，所述装置可以是一种尤其由金属构成的链环。所述链环也优选连贯地由一种材料制成，其中，这可以例如通过冲压工序或者挤压法制成。

本发明此外还提供一种用于将力导入和导出上述类型装置的销轴状的结构件。所述结构件的特点是，该结构件具有与对应配设的弯曲的弧形段在接触区域相匹配的外轮廓，在应用于上述类型的装置时，所述外轮廓至少延伸到过渡点处。这种与用于传递力的装置相配合的结构件，确保了力通过所述结构件达到最佳程度，不需要特别地要求装置上单个的区域或者位置，就可以将力导入和导出用于传递力的装置。

在一种相宜的扩展设计中，外轮廓的曲率是连续的。如果在直腿段的过渡点处曲率的转变是连续和均匀的，那么，如果(在过渡点区域)外轮廓的曲率也是连续和均匀的，是相宜的。如果在直腿段与弧形段的过渡点处，对应的曲率的转变同样通过螺旋曲线构成，那么外轮廓的曲率尤其可以通过螺旋曲线构成。

尤其可以将多个上述类型的装置和结构件，用于悬吊具有热的磁极铁芯的发电机的超导励磁线圈。此外，按照本发明的固定系统也适合用于悬吊其它的物体。尤其，借助于按照本发明的装置，可以在传递同样大小的力时，比现有技术需要更小的结构空间。

附图说明

接下来根据附图中的实施例，对本发明进行详细说明。附图中：

图1表示已述的按照现有技术被构造成吊环的用于传递力的装置的示意图，以及

图2A和2B表示按照本发明的吊环与按照现有技术的传统的吊环的曲率变化的对照示意图。

具体实施方式

图2A和图2B表示按照本发明的被构造成吊环的用于传递力的装置10(图2A)的形状与传统的吊环(图2B)的形状相对照的示意图。在图2B中示出的吊环的形状，在此与在图1中已述的吊环类似。为了一目了然，图2中的吊环厚度与图1相比，被减小到线条宽度。相应地将相互对置且构造成一致的弧形段11、12设计成半圆形的。所述弧形段11、12的相互对置的端部，借助于长度为L的直腿段13、14连接。过渡点，即曲率不连续地变化且从弧形段11、12中的值1/R变化成直腿段13、14中的0的这些位置，用附图标记15、16、17、18表示。R在这里表示各个弧形段11、12的半径。

图2A表示按照本发明的吊环的形状。为了便于比较，与弧形段11、12相互连接的直腿段13、14，具有与按照图2B的吊环的长度相同的长度L。相互对置的弧形段11、12按照一种螺旋曲线的形式设计，并且在直腿段13、14与弧形段的过渡点处以及在其它的走向上，具有连续且均匀的曲率过渡。这就意味着，在直腿段上的过渡点15、16、17、18处为0的曲率，连续而均匀地过渡到各个弧形段11、12的曲率。

作为对在实施例中表示的螺旋曲线的替代，每一种能够从直腿段连续地过渡到弧形段11、12的其它的曲线形状也是适宜的。

借助于所提出的方法，可以减小过渡点15、16、17、18处的应力升高。按照本发明的吊环的横截面，可以因此比图2B中的传统的吊环减小。

为了能够可靠地传递所规定的力，担负着将力导入和导出到吊环中的结构件19、20，也必须与弧形段11、12的曲率走向相匹配。出于此原因，按照本发明的装置10的结构件19、20，具有与弧形段11、12的曲率相匹配的外轮廓21、22。在本实施例中，结构件19、20的外轮廓因而同样是螺旋曲线状的。

结构件19、20的形状是这样的，即它完全紧贴弧形段11、12，却与直腿段13、14不发生接触。换句话说，这也意味着，结构件19、20在过渡点15、16、17、18区域，与吊环发生最后的接触。但是这也不是绝对的。结构件同样也可以与直腿段13、14发生接触。

原则上，按照本发明的吊环的长度L可以任意选取。因此，在一种极端的设计方案中，长度L甚至为0，也是可以的。但是，如果要采用按照本发明的吊环来承担负荷，在所述吊环中，相互对置的结构件要与热的以及冷的周围环境发生接触，那么，通过设计特定的直腿段长L，可以减小热传导。长度L的确切尺寸，可以通过计算或者通过试验获得。

相互对置的弧形段11、12的半径，在所述的实施例中，仅仅示范成(但是也优选)相同的。实际上，弧形段的半径也可以是不同的，其中，具有较小半径的弧形段，则决定了承载能力。

按照本发明的吊环的设计结构，基于下列知识，即，过渡点15、16、17、18处的应力升高与曲率过渡的不连续性是相关的。借助于这种连续的过渡形状，可以显著地提高未达到理想状态的吊环的负荷能力。对于已达到理想状态的吊环，可以相应地减小壁厚。

如果采用纤维复合材料作为吊环的材料，是相宜的。众所周知，在这种材料中，将单个的纤维埋置到树脂中。因此，即使在临界的过渡点区域，也可以获得一种连贯的无接缝的吊环结构。

Claims (12)

1.一种用于传递力的装置(10)，具有两个相互对置的弯曲的弧形段(11、12)，它们通过两个等长的直腿段(13、14)互相连接，其中，弯曲的弧形段(11、12)与直腿段(13、14)在其过渡点(15、16、17、18)处连贯地由一种材料制成，同时，力的导入和导出通过两个销轴状的结构件(19、20)实现，所述销轴状的结构件(19、20)具有与对应配设的弯曲的弧形段(11、12)相匹配的外轮廓且被布设在两个弧形段(11、12)内用于传递力，其特征在于，在直腿段(13、14)与弧形段(11、12)的过渡点(15、16、17、18)处以及沿各个弧形段(11、12)的曲率的变化，是连续的。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传递力包括承担负荷。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在直腿段(13、14)与弧形段(11、12)的过渡点(15、16、17、18)处以及/或者沿各个弧形段(11、12)的曲率的变化，是连续和均匀的。

4.按照权利要求1或3所述的装置，其特征在于，在直腿段(13、14)与弧形段(11、12)的过渡点(15、16、17、18)处的曲率的转变，通过螺旋曲线构成。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，这种装置是由纤维复合材料构成的吊环。

6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，这种装置是由金属构成的链环。

7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，相互对置的弧形段(11、12)的半径是相同的或者不同的。

8.一种用于将力导入和导出到按照上述权利要求中任一项所述的装置中的销轴状的结构件(19、20)，其特征在于，该结构件(19、20)具有与对应配设的弯曲的弧形段(11、12)在接触区域相匹配的外轮廓，当应用于按照权利要求1至7中任一项所述的装置时，所述外轮廓至少延伸到过渡点处。

9.按照权利要求8所述的结构件，其特征在于，所述外轮廓的曲率是连续的。

10.按照权利要求8或9所述的结构件，其特征在于，所述外轮廓的曲率是连续和均匀的。

11.按照权利要求8所述的结构件，其特征在于，所述外轮廓的曲率通过螺旋曲线构成。

12.多个按照权利要求1至7中任一项所述的装置和权利要求8至11中任一项所述的结构件的应用，用于悬吊具有热的磁极铁芯的发电机的超导励磁线圈。