CN108824694A - 一种梁结构的刚度调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种梁结构的刚度调节装置。本发明包括空心梁；一根螺旋轴的右端通过左轴承安装于空心梁的左端轴孔内，螺旋轴的左端伸出左端盖外并与一个拨叉通过螺纹连接，拨叉下部套在一个卡座内；一根卡轴通过右轴承安装于空心梁的右端轴孔内；一块矩形面板沿其长度方向的两端分别与螺旋轴的右端和卡轴的左端固连；矩形面板的宽度与空心梁的内径相同而使矩形面板与空心梁之间相互接触。当卡座沿螺旋轴中心轴线方向做直线移动时，带动拨叉相应地做直线移动，然后拨叉通过螺纹传动带动螺旋轴与矩形面板一起旋转，使矩形面板由平放位置转向竖放位置，从而使空心梁的刚度随矩形面板位置的变化而发生变化，进而起到调节空心梁刚度的目的。
Description
技术领域
本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种梁结构的刚度调节装置。
背景技术
刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力，在材料一定时，刚度与结构的几何形状、边界支持情况以及外力作用形式有关。在相同条件下，结构的刚度越大，则其变形就小，刚度越小，则其变形就越大。
在自然界物体必须有足够的刚度以维持其外形，在工程上，当某些机械、桥梁、建筑物、飞行器和舰船的刚度不够时就会发生失稳，或在流场中发生颤振等灾难性事故；但当刚度过高时，结构在承受冲击载荷，也容易使结构产生破坏或出现断裂等事故；若刚度过小，则会影响到结构的工作，如齿轮轴的刚度过小则会影响到齿轮啮合状况，而机床刚度过小则会影响到工件的加工精度，因此在结构设计中，必须要按规范确保结构具有足够的刚度。
结构刚度又可分为静刚度和动刚度，即结构在静载荷作用下抵抗变形的能力称为静刚度，在动载荷作用下抵抗变形的能力称为动刚度。当激励频率远小于结构的固有频率时，结构的动刚度与静刚度基本相同，当激励频率远大于结构的固有频率时，此时的动刚度较大，即结构变形较小，当激励频率与固有频率相近时，此时的动刚度较小，即易产生变形。
如果能够设计一种装置，使其结构的刚度能够随外载荷的变化而变化，那就可以解决结构刚度过大或过小的问题，同时也可以使结构在承受不同外载荷时，结构的变形可保持不变。
结构形式的改变会对结构的刚度有较大影响。根据材料力学知识可知，对于一个高为H、宽为B的矩形截面板，它在YZ平面内，其对Y轴的惯性矩为BH3/12、而对Z轴的惯性矩为B3H/12，若H>B，且在载荷相同情况下，则其在Z向的变形就要小于承受Y向的变形。若该矩形截面板在YZ平面内旋转，则Z向的变形也会发生变化，即通过使矩形截面板在YZ平面旋转，就可以调整结构的刚度发生变化。
发明内容
基于上述原理，本发明的目的在于克服传统梁结构设计中刚度保持不变的缺陷，提供一种梁结构的刚度调节装置，从而能使梁结构在承受不同外载荷时，其变形可保持不变，为梁类结构需要刚度变化的设计提供一条新的思路。
本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：该梁结构的刚度调节装置，包括空心梁；空心梁的左、右两端均设有轴孔、轴承室及端盖；一根螺旋轴的右端通过左轴承安装于空心梁的左端轴孔内，螺旋轴的左端伸出左端盖外并与一个拨叉通过螺纹连接，拨叉下部套在一个卡座内；一根卡轴通过右轴承安装于空心梁的右端轴孔内；一块矩形面板沿其长度方向的两端分别与螺旋轴的右端和卡轴的左端固连；矩形面板的宽度与空心梁的内径相同而使矩形面板与空心梁之间相互接触；当卡座沿螺旋轴中心轴线方向做直线移动时，带动拨叉相应地做直线移动，然后拨叉通过螺纹传动带动螺旋轴与矩形面板一起旋转，使矩形面板由平放位置转向竖放位置，从而使空心梁的刚度随矩形面板位置的变化而发生变化，进而起到调节空心梁刚度的目的。
具体的，拨叉与螺旋轴采用大螺距的梯形螺纹连接。这样有利于快速连续地实现梁结构的刚度调节。
具体的，矩形面板的两端分别与螺旋轴和卡轴通过焊接方式固连。
具体的，螺旋轴的旋转角度α在0～90度范围内。
本发明与现有技术相比，其有益效果体现如下：
(1)采用本发明梁结构的刚度调节装置，通过矩形面板在空心梁内的旋转，使梁结构的刚度可随外载荷的变化而变化，可克服梁结构刚度过大或过小的问题。
(2)本发明梁结构的刚度调节装置，由于仅在空心梁内增加了一个可以旋转的矩形截面板，不会影响梁的外观形状。
(3)本发明梁结构的刚度调节装置，由于拨叉和螺旋轴采用了大螺矩梯形螺纹连接，因此其调节速度快且能传递较大的转矩，从而能够快速响应外载荷的变化。
(4)本发明梁结构的刚度调节装置，当承受的外载荷发生变化时，可使梁结构的变形不发生变化。
(5)本发明梁结构的刚度调节装置，结构简单、零部件少，从而可以大大地降低梁结构的制造和安装成本。
附图说明
图1是本发明的整体剖面结构示意图。
图2是图1中的A-A向剖视图。
图3是图1中的B-B向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
参见图1至图3，本发明实施例包括空心梁4，空心梁4的内部形状为一个圆孔。从图1中可见，空心梁1的左、右两端均设有轴孔、轴承室及端盖，螺旋轴2的右端通过左轴承9安装于空心梁4的左端轴孔内，螺旋轴2的左端伸出左端盖3外并与拨叉1通过大螺距的梯形螺纹连接，同时参见图3，拨叉1下部套在卡座10内。从图1中还可见，卡轴7通过右轴承5安装于空心梁4的右端轴孔内；矩形面板8沿其长度方向的左、右两端分别与螺旋轴2右端面凹槽和卡轴7左端面凹槽通过焊接方式固连；矩形面板8的宽度与空心梁4的内径相同而使矩形面板8与空心梁4之间相互接触，当空心梁4承担载荷后，通过两者之间的接触，将载荷传递到矩形面板8上，由于矩形面板8在水平受力和竖向受力时，所表现的刚度不相同，因此矩形面板8处于不同位置时将使梁结构具有不同的刚度；当卡座10在水平方向做左右直线移动时，带动拨叉1相应地做左右直线移动，然后拨叉1通过螺纹传动带动螺旋轴2与矩形面板8一起旋转，使矩形面板8由平放位置转向竖放位置，如图2所示，从而使空心梁4的刚度随矩形面板8位置的变化而发生变化，进而起到调节空心梁4刚度的目的。安装时，左轴承9通过左端盖3、螺旋轴2的轴肩以及空心梁4进行定位；右轴承5通过右端盖6、卡轴7的轴肩以及空心梁4进行定位，从而使矩形截面板8能够与空心梁4的内孔保持接触且能承担相应的外载荷。
本发明装置的工作过程如下：当卡座平行于螺旋轴2的轴线做左右直线移动时，它带动拨叉1也做左右直线移动；由于拨叉1只能移动不能转动，因此拨叉1通过螺旋传动，带动螺旋轴2正反方向旋转；由于矩形面板8通过焊接方式与螺旋轴2和卡轴7固定在一起，因此在螺旋轴2旋转时，就带动矩形面板8在空心梁4内旋转，其中旋转轴2的旋转角度α在0～90度之间变化，即可以使矩形面板8从水平位置H处旋转到竖向位置V处，在水平位置和竖向位置之间变化。根据拨叉1水平移动的距离来确定矩形面板8在空心梁4内的旋转角度，从而可以确定矩形面板8在空心梁4内孔中的位置，进而起到调节梁结构刚度的目的。
假若空心梁4的外载荷作用在上端面，则当矩形面板8从H位置旋转到V位置时，则空心梁4的刚度也就从最小变化到最大；若作用在空心梁4上端面的外载荷发生变化，可通过移动卡座10，带动螺旋轴2旋转，进而驱动矩形面板8旋转到相对应的位置即可，从而可以保持梁结构的刚度不会出现过大或过小的现象，同时也可以使梁结构的变形在一定程度内不随外载荷的变化而变化，即外载荷发生变化时，可使梁结构的变形基本保持不变。
虽然说明书中对本发明的实施方式已经进行了较为详细的说明，但是该实施方式只是作为提示，不应该因此限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行的各种省略、替换和变更均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种梁结构的刚度调节装置，包括空心梁；其特征在于：空心梁的左、右两端均设有轴孔、轴承室及端盖；一根螺旋轴的右端通过左轴承安装于空心梁的左端轴孔内，螺旋轴的左端伸出左端盖外并与一个拨叉通过螺纹连接，拨叉下部套在一个卡座内；一根卡轴通过右轴承安装于空心梁的右端轴孔内；一块矩形面板沿其长度方向的两端分别与螺旋轴的右端和卡轴的左端固连；矩形面板的宽度与空心梁的内径相同而使矩形面板与空心梁之间相互接触；当卡座沿螺旋轴中心轴线方向做直线移动时，带动拨叉相应地做直线移动，然后拨叉通过螺纹传动带动螺旋轴与矩形面板一起旋转，使矩形面板由平放位置转向竖放位置，从而使空心梁的刚度随矩形面板位置的变化而发生变化，进而起到调节空心梁刚度的目的。
2.根据权利要求1所述梁结构的刚度调节装置，其特征在于：拨叉与螺旋轴采用大螺距的梯形螺纹连接。
3.根据权利要求1所述梁结构的刚度调节装置，其特征在于：矩形面板的两端分别与螺旋轴和卡轴通过焊接方式固连。
4.根据权利要求1所述梁结构的刚度调节装置，其特征在于：螺旋轴的旋转角度α在0～90度范围内。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111654993A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-09-11 | 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 | 一种模块等质量变刚度方法及等质量变刚度模块 |
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