CN104775514A - 类正十棱柱形张拉整体可展机构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供类正十棱柱形张拉整体可展机构，由20个节点,2根拉索，十根弹簧和10根压杆组成,其中2根拉索分别位于底面与顶面相对扭转30度的近似正十棱柱的20个顶点上,并且每根索都穿过所在面的杆的段部的套环。10根弹簧与扭转后的正六棱台的10条竖向棱边重合,10根压杆位于棱柱的内部,每根压杆分别连接一个底面节点和一个顶面节点。每个节点连接1根拉索，一根弹簧和1根压杆。所有拉索和弹簧存在预拉力,所有压杆存在预压力,拉索和弹簧的预拉力和压杆的预压力相互平衡。本发明能够解决现有技术收拢体积大、展开可靠性低的问题，而且本机构可展空间大，质量轻，收拢体积小。

Description

类正十棱柱形张拉整体可展机构

技术领域

本发明涉及的是一种张拉整体可展机构。

背景技术

张拉整体可展机构是一种由受压的杆和受拉的索组成的预应力自平衡体系,该类结构的刚度由预应力提供,且构件内力自我相互平衡,一旦失去预应力,结构将不再成立。张拉整体可展机构具有质量轻、跨度大、造型优美等优点,受到了学术及工程界的广泛关注。

由于张拉整体可展机构是一种预应力自平衡体系,其节点位置与构件的连接关系必须满足预应力自平衡条件,不能像其他结构体系那样任意地构造几何形态。因此,现有的张拉整体可展机构一般为非规则的几何形状。虽然有一些张拉整体可展机构是基于某一类特定的几何体进行设计的,但是其最终的形态都偏离了原始的标准几何体。目前尚无形态为正十棱柱体形或近似正十棱柱体形的张拉整体可展机构。

发明内容

本发明的目的在于提供主要解决现有技术收拢体积大、展开可靠性低、质量重等问题的类正十棱柱形张拉整体可展机构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明类正十棱柱形张拉整体可展机构，其特征是：包括下第一节点-下第十节点以及上第一节点-上第十节点，下第一节点-下第十节点逆时针均匀排列在同一圆周上，上第一节点-上第十节点逆时针均匀排列在同一圆周上，下一节点-下第十节点之间通过圆环底索依次连接构成圆形底面，上第一节点-上第十节点之间通过圆环顶索依次连接构成圆形顶面，下第一节点与上第一节点的连线与圆形底面所成夹角为30度，下第二节点和上第一节点之间连接第一根弹簧,下第三节点和上第二节点之间连接第二根弹簧，下第四节点和上第三节点之间第三根连接弹簧,下第五节点和上第四节点之间连接第四跟弹簧,下第六节点和上第五节点之间连接第五根弹簧,下第七节点和上第六节点之间连接第六根弹簧,下第八节点和上第七节点之间连接第七根弹簧,下第九节点和上第八节点之间连接第八根弹簧,下第十节点和上第九节点之间连接第九根弹簧,下第一节点和上第十节点之间连接第十根弹簧，下第一节点和上第二节点之间连接第一根压杆,下第二节点和上第三节点之间连接第二根压杆,下第三节点和上第四节之间连接第三根压杆,下第四节点和上第五节点之间连接第四根压杆,下第五节点和上第六节点之间连接第五根压杆,下第六节点和上第七节点之间连接第六根压杆,下第七节点和上第八节点之间连接第七根压杆,下第八节点和上第九节点之间连接第八根压杆,下第九节点和上第十节点之间连接第九根压杆,下第十节点和上第一节点之间连接第十根压杆。

本发明的优势在于：本发明中的类正十棱柱形张拉整体机构构共有20个节点,由2根拉索、10个弹簧和10根压杆组成。而且机构中的杆与杆之间不直接相连，因此，在外载荷的作用下杆只承受轴向力而没有扭矩的作用，杆为纯压杆，相同外载荷和结构尺寸确定的情况下，杆的质量可以达到最小从而使整个机构的质量达到最小，本发明的这一特点是其他同类或相似结构所不具备的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明压杆与套环的连接图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，结构的底面的十个节点位于同一圆周上，并均匀分布在这个圆周上，为下第一节点A1、下第二节点B1、下第三节点C1、下第四节点D1、下第五节点E1、下第六节点F1,下第七节点G1、下第八节点H1、下第九节点I1和下第十节点J1，顶面也是有十个节点位于距离底面高度H的同一圆周上，并均匀分布在这个圆周上，为上第一节点A2、上第二节点B2、上第三节点C2、上第四节点D2、上第五节点E2、上第六节点F2,上第七节点G2、上第八节点H2、上第九节点I2和上第十节点J2；其顶面相对于底面顺时针扭转角度为30度。下第一节点A1、下第二节点B1、下第三节点C1、下第四节点D1、下第五节点E1、下第六节点F1,下第七节点G1、下第八节点H1、下第九节点I1和下第十节点J1之间连接圆环底索,上第一节点A2、上第二节点B2、上第三节点C2、上第四节点D2、上第五节点E2、上第六节点F2,上第七节点G2、上第八节点H2、上第九节点I2和上第十节点J2之间连接圆环顶索,下第二节点B1和上第一节点A2之间连接第一根弹簧B1A2,下第三节点C1和上第二节点B2之间连接第二根弹簧C1B2；下第四节点D1和上第三节点C2之间第三根连接弹簧D1C2,下第五节点E1和上第四节点D2之间连接第四跟弹簧E1D2,下第六节点F1和上第五节点E2之间连接第五根弹簧F1E2,下第七节点G1和上第六节点F2之间连接第六根弹簧G1F2,下第八节点H1和上第七节点G2之间连接第七根弹簧H1G2,下第九节点I1和上第八节点H2之间连接第八根弹簧I1H2,下第十节点J1和上第九节点I2之间连接第九根弹簧J1I2,下第一节点A1和上第十节点J2之间连接第十根弹簧A1J2；下第一节点A1和上第二节点B2之间连接第一根压杆A1B2,下第二节点B1和上第三节点C2之间连接第二根压杆B1C2,下第三节点C1和上第四节D2之间连接第三根压杆C1D2,下第四节点D1和上第五节点E2之间连接第四根压杆D1E2,下第五节点E1和上第六节点F2之间连接第五根压杆E1F2,下第六节点F1和上第七节点G2之间连接第六根压杆F1G2,下第七节点G1和上第八节点H2之间连接第七根压杆G1H2,下第八节点H1和上第九节点I2之间连接第八根压杆H1I2,下第九节点I1和上第十节点J2之间连接第九根压杆H1J2,下第十节点J1和上第一节点A2之间连接第十根压杆J1A2。

底索和顶索的预拉力相同,所述第一根弹簧B1A2、第二根弹簧C1B2、第三根弹簧D1C2、第四根弹簧E1D2、第五根F1E2、第六根弹簧G1F2、第七根弹簧H1G2、第八根弹簧I 1H2、第九根弹簧J1I2和第十根弹簧A1J2的预拉力相同,；所述第一根压杆A1B2、第二根压杆B1C2、第三根压杆C1D2、第四根压杆D1E2、第五根压杆E1F2、第六根压杆F1G2、第七根压杆G1H2、第八根压杆H1I2、第九根压杆H1J2和第十根压杆J1A2、的预压力相同。

在无外荷载作用时,所有节点位于类正十棱柱形的顶点上,当受到外荷载作用时,类正十棱柱形张拉整体可展机构通过改变构件的内力、调整节点的位置来抵抗外荷载的作用,但拉索始终处于受拉状态,压杆始终处于受压状态。

每个压杆的两端都含有一个套环，便于索的穿入与连接。每个弹簧端点的连接均为焊接。

本发明由于在上下节点上采用弹簧连接结构,且通过弹簧拉力,使机构展开,从而使整个环形结构的展开是由多根弹簧共同驱动,与传统展开机构相比,具有较高的展开可靠性。

压杆的结构如图2所示,它包括杆身、一对套环。

结构的组装：将按下料长度加工好的构件,通过铰接节点组装在一起,最终得到的张拉整体结构将是类正十棱柱形,且所有的拉索受拉,所有的压杆受压,整个结构处于自平衡状态。

本发明在收拢时，当同时拉动上下两根索时，每根弹簧都会自动伸长，而且开始向中间收拢，在拉力最大值时，机构可收拢到最小。

Claims (1)

1.类正十棱柱形张拉整体可展机构，其特征是：包括下第一节点-下第十节点以及上第一节点-上第十节点，下第一节点-下第十节点逆时针均匀排列在同一圆周上，上第一节点-上第十节点逆时针均匀排列在同一圆周上，下一节点-下第十节点之间通过圆环底索依次连接构成圆形底面，上第一节点-上第十节点之间通过圆环顶索依次连接构成圆形顶面，下第一节点与上第一节点的连线与圆形底面所成夹角为30度，下第二节点和上第一节点之间连接第一根弹簧,下第三节点和上第二节点之间连接第二根弹簧，下第四节点和上第三节点之间第三根连接弹簧,下第五节点和上第四节点之间连接第四跟弹簧,下第六节点和上第五节点之间连接第五根弹簧,下第七节点和上第六节点之间连接第六根弹簧,下第八节点和上第七节点之间连接第七根弹簧,下第九节点和上第八节点之间连接第八根弹簧,下第十节点和上第九节点之间连接第九根弹簧,下第一节点和上第十节点之间连接第十根弹簧，下第一节点和上第二节点之间连接第一根压杆,下第二节点和上第三节点之间连接第二根压杆,下第三节点和上第四节之间连接第三根压杆,下第四节点和上第五节点之间连接第四根压杆,下第五节点和上第六节点之间连接第五根压杆,下第六节点和上第七节点之间连接第六根压杆,下第七节点和上第八节点之间连接第七根压杆,下第八节点和上第九节点之间连接第八根压杆,下第九节点和上第十节点之间连接第九根压杆,下第十节点和上第一节点之间连接第十根压杆。