CN106545554A - 一种膨胀固联模块系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膨胀固联模块系统，包括外观结构管件、弹性紧固模块、多孔结构模块和双向紧固螺栓。外观结构管件为常规管件或异形管件；弹性紧固模块基本为中空圆柱体并安装在外观结构管件的轴向通孔中，该弹性紧固模块的外壁与外观结构管件的轴向通孔的壁面贴合；多孔结构模块为多面体并且外表面上开设多个穿过其中心的螺纹孔；双向紧固螺栓安装在弹性紧固模块的中心通孔中，并且螺纹杆与多孔结构模块上的螺纹孔螺纹连接，使弹性紧固模块的两个端面分别与双向紧固螺栓的头部下端面和多孔结构模块的外表面摩擦配合。本发明的膨胀固联模块系统，实现了交叉放置的任意外形的中空结构件的紧固联接，具有联接牢固、隐蔽、快速稳定的特点。

Description

一种膨胀固联模块系统

技术领域

本发明涉及一种紧固件，具体涉及一种膨胀固联模块系统。

背景技术

现有结构性固接方式主要包含以下几种方式：

1)螺丝、螺栓类固接：通过螺纹配合实现牢固固接，广泛应用。其存在的主要问题在于螺纹孔不可避免地会对固接表面造成破坏。当用于对外观有要求的产品时(诸如家具等)，往往需要另外安装表面材质包覆或隐藏螺孔、螺栓和螺母等。

2)膨胀螺栓类固接：通过拧紧螺栓，轴向挤压一个螺栓外的套管端面，对套管的表面造成膨胀形变，膨胀面挤压外部孔壁，形成部件之间的牢固连结。其存在的主要问题在于螺栓通常仅沿轴向拧紧，且被膨胀孔通常较大。

3)沾粘固接：通过胶水类材料连接所需固接零件的接触表面。其存在的主要问题在于对胶水材质、接触表面的材质、接触表面的粗糙度等有较为严格的要求。

4)榫铆固接：传统木工中接合两个或多个构件的方式，通过相连接的两个木构件之间的凹凸配合，实现固接，通常无需再使用铆钉类零件或胶水类材料进行辅助。其存在的主要问题在于设计所需凹凸配合、加工、以及装配的难度较大，对木工的技能要求较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种膨胀固联模块系统，它实现了交叉放置的任意外形的中空结构件的紧固联接，具有模块化、联接牢固、隐蔽、快速稳定的特点，并且安装简易，成本低廉。

本发明的目的是这样实现的：一种膨胀固联模块系统，包括外观结构管件、弹性紧固模块、多孔结构模块和双向紧固螺栓，其中，

所述外观结构管件为具有轴向通孔的常规管件或异形管件；

所述弹性紧固模块采用正泊松比形变的弹性材料并基本为中空圆柱体，该弹性紧固模块安装在所述外观结构管件的轴向通孔中，该弹性紧固模块的外壁与所述外观结构管件的轴向通孔的壁面贴合；

所述多孔结构模块为多面体，该多孔结构模块的外表面上开设多个穿过其中心的螺纹通孔；

所述双向紧固螺栓安装在所述弹性紧固模块的中心通孔中，该双向紧固螺栓的螺纹杆与所述多孔结构模块上的螺纹通孔螺纹连接，使弹性紧固模块的靠近双向紧固螺栓的螺杆的端面与多孔结构模块的外表面摩擦配合，并使弹性紧固模块的靠近双向紧固螺栓的头部的端面与双向紧固螺栓的头部的下端面摩擦配合；当弹性紧固模块的两个端面受到挤压后产生径向弹性膨胀形变，形变后的外壁面与外观结构管件的内壁产生摩擦紧固配合，实现外观结构管件与多孔结构模块固接。

上述的膨胀固联模块系统，其中，所述模块系统还包括一设在所述外观结构管件的轴向通孔的壁面与所述弹性紧固模块的外壁之间的截面适应模块，该截面适应模块为中空柱体，并且空腔的壁面形状与所述弹性紧固模块的外壁形状匹配，该截面适应模块的外壁形状与所述外观结构管件的轴向通孔的壁面形状匹配。

上述的膨胀固联模块系统，其中，所述多孔结构模块还铰接一滑动机构或转动机构，以形成多孔机构模块。

上述的膨胀固联模块系统，其中，所述多孔结构模块为四面体、六面体、八面体、十四面体或球体。

上述的膨胀固联模块系统，其中，所述双向紧固螺栓的螺杆的端面中心开设一个拧紧槽，该拧紧槽的形状为一字形、十字形或正六边形。

上述的膨胀固联模块系统，其中，所述弹性紧固模块的几何形状为圆形管、波浪形管或折线形管。

上述的膨胀固联模块系统，其中，所述截面适应模块的表面可剖切槽口，并且材质为弹簧钢。

上述的膨胀固联模块系统，其中，所述外观结构管件的外壁几何形状为多棱柱形或圆柱形，管型可为直管或弯管。

本发明的膨胀固联模块系统与现有技术相比具有以下有益效果：

1)传统的固接方式中所用的零件大多全部为金属材质，加工难度和成本远比本专利所提出的方案要高得多。

2)传统的固接方式往往需要对所固接的结构件的外观产生诸如钻孔之类的破环，需要另外配置外观件以实现产品设计。本发明的技术方案可以对所固接结构件的外观实现最大程度的保留，使其可以在产品开发的过程中直接作为外观件使用，极大地降低了开发成本。

3)所使用的弹性紧固模块在设计上做到了极大的简化，同时又保证了类似传统膨胀螺栓类紧固件的稳定固接，实现交叉放置的结构件之间的稳定固接，这样可以最大程度地降低加工成本。例如使用具有正泊松比的橡胶类材料时，可通过一套模具即可实现产品的一次成型，在保证了固接稳定性的同时，极大地降低了加工成本。

4)通过模块化设计，整体技术解决方案具有极大的调整空间，可以根据需要组合成各种所需的几何形状，实现不同的结构强度，以及实际功能，极大地缩短了产品开发的周期。

附图说明

图1是本发明的膨胀固联模块系统的立体图；

图2是本发明的膨胀固联模块系统的立体分解图；

图3是本发明的膨胀固联模块系统的主视图；

图4是图3中的A-A向视图；

图5a是本发明的膨胀固联模块系统中的弹性紧固模块的第一种实施例的结构图；

图5b是本发明的膨胀固联模块系统中的弹性紧固模块的第二种实施例的结构图；

图5c是本发明的膨胀固联模块系统中的弹性紧固模块的第三种实施例的结构图；

图6a是本发明的膨胀固联模块系统中的多孔结构模块的一种实施例的结构图；

图6b是本发明的膨胀固联模块系统中的多孔结构模块的第二种实施例的结构图；

图6c是本发明的膨胀固联模块系统中的多孔结构模块的第三种实施例的结构图；

图7a是本发明的膨胀固联模块系统中的多孔机构模块的立体图；

图7b是本发明的膨胀固联模块系统中的多孔机构模块的主视图；

图8a是本发明的膨胀固联模块系统应用于一种椅子的结构示意图；

图8b是本发明的膨胀固联模块系统应用于一种床的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1至图7b，本发明的膨胀固联模块系统，包括外观结构管件1、截面适应模块2、弹性紧固模块4、多孔结构模块5和双向紧固螺栓3，其中：

外观结构管件1为具有轴向通孔的常规管件或异形管件，该外观结构管件的外壁几何形状为多棱柱形或圆柱形；该外观结构管件1的轴向通孔的几何形状可以是圆形、方形或异形，管型可采用直线、圆弧、曲线等多种几何形状，其材质选择可采用金属、木质、塑料等不同材料，为了满足外观需求可采用表面抛光、上漆、纹理加工等；

截面适应模块2为一中空柱体并设在外观结构管件1的轴向通孔中；该截面适应模块2的空腔壁面形状与弹性紧固模块4的外壁形状匹配，该截面适应模块2的外壁形状与外观结构管件1的轴向通孔的壁面形状匹配；该截面适应模块2的表面可剖切各种形状的槽口(类似膨胀螺栓)，并且材质为弹簧钢；

弹性紧固模块4基本为中空圆柱体并安装在截面适应模块2的空腔中，该弹性紧固模块4的外壁与截面适应模块2的空腔壁面贴合；弹性紧固模块4采用能产生正泊松比形变的弹性材料制作，如橡胶、弹簧钢等材料；该弹性紧固模块4的几何形状为圆形管、波浪形管或折线形管(见图5a、图5b和图5c)；

多孔结构模块5为多面体，可以是四面体、六面体、八面体、十四面体或球体(无限面体)(见图6a、图6b和图6c)；该多孔结构模块5的外表面上开设多个穿过其中心的螺纹通孔50；

双向紧固螺栓3安装在弹性紧固模块4的中心通孔中，该双向紧固螺栓3的螺杆的端面中心开设一个拧紧槽30，该拧紧槽30的形状为一字形、十字形或正六边形，以方便用拧紧工具从螺杆的端面反方向旋转，拧紧螺栓；该双向紧固螺栓3的螺纹杆与多孔结构模块5上的螺纹通孔50螺纹连接，使弹性紧固模块4的靠近双向紧固螺栓3的螺杆的端面与多孔结构模块5的外表面摩擦配合，并使弹性紧固模块4的靠近双向紧固螺栓3的头部的端面与双向紧固螺栓3的头部下端面或与两者之间的垫片摩擦配合；当弹性紧固模块4的两个端面受到挤压后产生径向弹性膨胀形变，形变后的外壁面与外观结构管件1的内壁或截面适应模块2的内壁产生摩擦紧固配合，实现外观结构管件1与多孔结构模块5固接。

多孔结构模块5还可连接一个旋转机构或滑动机构，以形成多孔机构模块。外观结构管件1可通过多孔机构模块上的旋转机构或滑动机构实现相对旋转或线性滑动。图7a和图7b显示的是两个多孔结构模块5连接在一个铰链机构51上，形成了可相对旋转的多孔机构模块；该多孔机构模块可以固联多个外观结构管件1后，使多个外观结构管件1可以相对铰链机构51旋转到任意位置。

本发明的膨胀固联模块系统中的外观结构管件1，同时兼顾外观件和结构件的双重功能，作为结构件，该模块通过联接件固联形成整体结构骨架；作为外观件，该模块表面可直接进行所需要的表面处理，作为外观件使用。根据整体构型的外观、结构和组装的变化和要求，可采用多种不同的截面形状、整体造型以及材质。

多孔结构模块5的几何表面用于和弹性紧固模块4的端面以及外观结构管件1的端面接触配合。其几何表面的螺纹通孔50用于和弹性紧固模块4通过双向紧固螺栓3连接，可实现外观结构管件1不同的空间组合。

若所采用的外观结构管件1的轴向通孔的尺寸和弹性紧固模块4的外壁尺寸匹配时，可以取消截面适应模块2，而将弹性紧固模块4直接置于外观结构管件1的轴向通孔中进行联接。

本发明的膨胀固联模块系统的工作原理是：当旋紧双向紧固螺栓3时，在弹性紧固模块4上，双向紧固螺栓3的头部下端面和螺杆端面之间的实际距离减小，沿轴向挤压弹性紧固模块4。由于弹性紧固模块4采用具有正泊松比的弹性材料，受到挤压的弹性紧固模块4产生沿横断面方向上的膨胀形变。受到膨胀的弹性紧固模块4的外壁和套接的外观结构管件1或截面适应模块2的内壁贴合，产生压紧力和摩擦力，实现结构管件之间的稳固联接。弹性紧固模块4的外壁形状最好采用波浪形管或折线形管，以使其与外观结构管件1或截面适应模块2的内腔壁面贴合的更加牢固，产生的摩擦力更大。截面适应模块2具有双重功能，一方面帮助弹性紧固模块4适应不同的外观结构管件1的截面形状，另一方面也具有膨胀紧固效果。当受到来自弹性紧固模块4的径向膨胀紧固力时，截面适应模块2同时受力产生径向的膨胀形变，将来自弹性紧固模块4的径向形变和紧固力传递至外观结构管件1的内壁，产生压紧力和摩擦力，这样的膨胀紧固效果，可以通过使用正泊松比弹性材料(如弹簧钢等)制作的弹性紧固模块4以及表面槽孔的截面适应模块2实现。

本发明的膨胀固联模块系统可应用于诸如家具、货架、收纳、玩具、工具等组合式结构件，通过各种模块之间的组合，实现为以组合式结构件为主的产品提供一种模块化、隐蔽式、低成本、快速稳定的结构固接。图8a显示的是一种以管件构成的组合式结构件为主的椅子的结构示意图。图8b显示的是一种以管件构成的组合式结构件为主的床的结构示意图。

本发明的膨胀固联模块系统，采用一种由弹性材料制作的弹性紧固模块，并将该弹性紧固模块置于一个中空结构件的内孔中，通过在该弹性紧固模块受到沿两端面间的轴向方向上的挤压时，所产生的沿横断面方向上的膨胀，实现两个交叉放置的结构件之间的紧固联接。同时通过模块化设计的几何固联接口，实现对任意外形的中空结构件的稳定固联，且实现了加工成本显著降低的目的。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (9)

1.一种膨胀固联模块系统，包括外观结构管件、弹性紧固模块、多孔结构模块和双向紧固螺栓，其特征在于，

所述外观结构管件为具有轴向通孔的常规管件或异形管件；

所述弹性紧固模块采用正泊松比形变的弹性材料并基本为中空圆柱体，该弹性紧固模块安装在所述外观结构管件的轴向通孔中，该弹性紧固模块的外壁与所述外观结构管件的轴向通孔的壁面贴合；

所述多孔结构模块为多面体，该多孔结构模块的外表面上开设多个穿过其中心的螺纹通孔；

所述双向紧固螺栓安装在所述弹性紧固模块的中心通孔中，该双向紧固螺栓的螺纹杆与所述多孔结构模块上的螺纹通孔螺纹连接，使弹性紧固模块的靠近双向紧固螺栓的螺杆的端面与多孔结构模块的外表面摩擦配合，并使弹性紧固模块的靠近双向紧固螺栓的头部的端面与双向紧固螺栓的头部的下端面摩擦配合；当弹性紧固模块的两个端面受到挤压后产生径向弹性膨胀形变，形变后的外壁面与外观结构管件的内壁产生摩擦紧固配合，实现外观结构管件与多孔结构模块固接。

2.根据权利要求1所述的膨胀固联模块系统，其特征在于，所述模块系统还包括一设在所述外观结构管件的轴向通孔的壁面与所述弹性紧固模块的外壁之间的截面适应模块，该截面适应模块为中空柱体，并且空腔的壁面形状与所述弹性紧固模块的外壁形状匹配，该截面适应模块的外壁形状与所述外观结构管件的轴向通孔的壁面形状匹配。

3.根据权利要求1或2所述的膨胀固联模块系统，其特征在于，所述多孔结构模块还铰接一滑动机构或转动机构，以形成多孔机构模块。

4.根据权利要求1或2所述的膨胀固联模块系统，其特征在于，所述多孔结构模块为四面体、六面体、八面体、十四面体或球体。

5.根据权利要求3所述的膨胀固联模块系统，其特征在于，所述多孔结构模块为四面体、六面体、八面体、十四面体或球体。

6.根据权利要求1或2所述的膨胀固联模块系统，其特征在于，所述双向紧固螺栓的螺杆的端面中心开设一个拧紧槽，该拧紧槽的形状为一字形、十字形或正六边形。

7.根据权利要求1或2所述的膨胀固联模块系统，其特征在于，所述弹性紧固模块的几何形状为圆形管、波浪形管或折线形管。

8.根据权利要求2所述的膨胀固联模块系统，其特征在于，所述截面适应模块的表面可剖切槽口，并且材质为弹簧钢。

9.根据权利要求1或2所述的膨胀固联模块系统，其特征在于，所述外观结构管件的外壁几何形状为多棱柱形或圆柱形，管型可为直管或弯管。