CN109264028A - 一种基于记忆合金的球杆桁架单元 - Google Patents
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Abstract
一种基于记忆合金的球杆桁架单元,涉及空间桁架结构技术领域。本发明解决了现有的空间桁架结构连接效率低及运输成本高的问题。四个所述连接球体呈矩形分布,其中呈对角分布的两个连接球体之间以及每相临两个连接球体之间各设置有一个连杆,每个连杆的端部与连接球体之间均通过记忆合金卡件固接,第一弹性卡榫与连杆通过连接段固接,第一弹性卡榫的一端为若干呈环形分布的倒钩结构,第一弹性卡榫卡设在连接球体的一个通孔内,且第一弹性卡榫的倒钩配合钩设在卡槽内,连接段为管状结构且连接段的内壁沿其圆周方向粘贴有第一电导热片,连接段与连接球体之间无间隙接触,连接段上远离连接球体的一端部插设在连杆内且与连杆通过胶体固接。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于记忆合金的球杆桁架单元,属于空间桁架结构技术领域。
背景技术
宇航空间在轨搭接桁架及桁架的方向拓展,用于宇航员太空作业,在桁架上连接其他空间结构。现有技术中,空间桁架结构的制造技术都是采用地面制造,收拢发射后在太空展开的方式。空间大型桁架结构的尺寸受限于运载火箭的空间,为达到上百甚至上千米的长度,需要极高的展开比,设计难度大,运输成本高。并且现有技术中的各零部件之间的连接方式一般为螺纹连接或钢丝绳柔性连接,因此大多需要在地面上提前将连杆安装好再发射到太空中,连接效率低,且费时费力,并且人工安装调试较为麻烦。
发明内容
本发明是为了解决现有的空间桁架结构连接效率低及运输成本高的问题,进而提供了一种基于记忆合金的球杆桁架单元。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种基于记忆合金的球杆桁架单元,它包括四个连接球体、若干连杆及若干记忆合金卡件,四个所述连接球体呈矩形分布,其中呈对角分布的两个连接球体之间以及每相临两个连接球体之间各设置有一个连杆,每个连杆的端部与连接球体之间均通过记忆合金卡件固接,其中连接球体为中空结构,连接球体上均匀开设有若干通孔,且若干通孔的中心线均朝向连接球体的球心设置,相临两个通孔之间的连接球体内壁均加工有卡槽,每个所述记忆合金卡件均包括同轴固接为一体的第一弹性卡榫及连接段,第一弹性卡榫与连杆通过连接段固接,第一弹性卡榫的一端为若干呈环形分布的倒钩结构,第一弹性卡榫卡设在连接球体的一个通孔内,且第一弹性卡榫的倒钩配合钩设在卡槽内,连接段为管状结构且连接段的内壁沿其圆周方向粘贴有第一电导热片,连接段与连接球体之间无间隙接触,连接段上远离连接球体的一端部插设在连杆内且与连杆通过胶体固接。
进一步地,呈对角分布的两个连接球体之间设置的连杆为斜交杆,所述斜交杆包括压紧块、首尾连接的压紧段和调长段,所述压紧段及调长段均为管状结构,且调长段的一端部插装在压紧段内,压紧块套装在压紧段上靠近调长段的一端部,且压紧段与调长段通过压紧块固接。
进一步地,压紧段上靠近调长段的一端部为第二弹性卡榫,压紧块套装在第二弹性卡榫上。
进一步地,所述压紧块为记忆合金压紧块,且压紧块的外壁沿其圆周方向粘贴有第二电导热片。
进一步地,压紧段与调长段之间的配合处为间隙配合。
进一步地,压紧段的外侧壁上和调长段的外侧壁上分别沿其周向开设有一个第一环形凹槽,且两个第一环形凹槽关于斜交杆的中心位置对称设置。
进一步地,每相临两个连接球体之间的连杆均为正交杆,所述正交杆为管状结构。
进一步地,每根正交杆的外侧壁上均沿其周向开设有两个第二环形凹槽,且两个所述第二环形凹槽关于正交杆的中心位置对称设置。
进一步地,所述连接球体为十八面球体,在球体的每一面上均对应开设一个通孔。
本发明与现有技术相比具有以下效果:
连杆与连接球体之间通过卡件固接,连接球体可以通过其上的若干通孔同时连接多个连杆,以实现立体结构的空间桁架搭接。卡榫式的连接结构,能够解决大尺度下空间桁架的稳定性差以及安装费时费力的问题,使空间桁架连接紧密,同时使大跨度的桁架保持结构稳定。与现有技术相比,不会增加额外质量、体积,有效降低了运输成本。
连接段与连杆之间通过胶体固接,能够有效保证记忆合金卡件与连杆之间的连接稳固性,同时与现有的通过螺纹连接的方式相比,操作更简单,连接效率更高,省时省力。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图;
图2为正交杆的局部剖视示意图;
图3为斜交杆的局部剖视示意图;
图4为若干个本申请的球杆桁架单元组装的正方体桁架结构示意图;
图5为若干个本申请的球杆桁架单元组装拓展桁架结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1~5说明本实施方式,一种基于记忆合金的球杆桁架单元,它包括四个连接球体1、若干连杆2及若干记忆合金卡件3,四个所述连接球体1呈矩形分布,其中呈对角分布的两个连接球体1之间以及每相临两个连接球体1之间各设置有一个连杆2,每个连杆2的端部与连接球体1之间均通过记忆合金卡件3固接,其中连接球体1为中空结构,连接球体1上均匀开设有若干通孔11,且若干通孔11的中心线均朝向连接球体1的球心设置,相临两个通孔11之间的连接球体1内壁均加工有卡槽12,每个所述记忆合金卡件3均包括同轴固接为一体的第一弹性卡榫31及连接段32,第一弹性卡榫31与连杆2通过连接段32固接,第一弹性卡榫31的一端为若干呈环形分布的倒钩结构,第一弹性卡榫31卡设在连接球体1的一个通孔11内,且第一弹性卡榫31的倒钩配合钩设在卡槽12内,连接段32为管状结构且连接段32的内壁沿其圆周方向粘贴有第一电导热片33,连接段32与连接球体1之间无间隙接触,连接段32上远离连接球体1的一端部插设在连杆2内且与连杆2通过胶体固接。
连杆2与连接球体1之间通过卡件3固接,连接球体1可以通过其上的若干通孔11同时连接多个连杆2,以实现立体结构的空间桁架搭接。卡榫式的连接结构,能够解决大尺度下空间桁架的稳定性差以及安装费时费力的问题,使空间桁架连接紧密,同时使大跨度的桁架保持结构稳定。与现有技术相比,不会增加额外质量、体积,有效降低了运输成本。
连接段32与连杆2之间通过胶体固接,能够有效保证记忆合金卡件3与连杆2之间的连接稳固性,同时与现有的通过螺纹连接的方式相比,操作更简单,连接效率更高,省时省力。
第一弹性卡榫31及连接段32均为形状记忆合金材质,当第一弹性卡榫31卡设在连接球体1的通孔11内后,对第一电导热片33通电加热,当达到第一弹性卡榫31及连接段32的记忆温度时,记忆合金卡件3整体向心收缩,形成牢固紧密的连接。
连接段32的内壁沿其轴线方向呈阶梯状设置,其中靠近连杆2一端的侧壁厚度小于靠近第一弹性卡榫31一端的侧壁厚度,保证连接球体1与卡件3之间的连接稳定。
本申请具有较高的包装密度,能够适应不规则的容纳空间,即在发射前将桁架单元分解后包装,使得发射时占用体积小,有效节约发射成本,分解后的连接球节和连杆2可以分批次的运送至太空,从而完成百米级甚至千米级的大型空间结构的建造;桁架单元分解压缩包装后的体积是现有技术中桁架单元包装后体积的20%。分解包装后的桁架单元能够充分利用运载火箭仪器仓的可用空间。
本申请结构简单,结构中的零部件较少,整体质量为现有技术中同类产品的60%,该质量指代重量。
采用不同数量的连接球体1和连杆2能够搭建多种几何构型的空间结构。将桁架单元分解后运送至预定轨道后,由宇航员或空间机械臂或空间装配平台进行组装。
呈对角分布的两个连接球体1之间设置的连杆2为斜交杆21,所述斜交杆21包括压紧块21-1、首尾连接的压紧段21-2和调长段21-3,所述压紧段21-2及调长段21-3均为管状结构,且调长段21-3的一端部插装在压紧段21-2内,压紧块21-1套装在压紧段21-2上靠近调长段21-3的一端部,且压紧段21-2与调长段21-3通过压紧块21-1固接。每个球杆桁架单元里设置一个斜交杆21,保证该桁架单元的结构稳定性。管状结构有效减小斜交杆21的整体重量,节约成本。安装时,将斜交杆21放置于呈对角分布的两个连接球体1之间的中间位置,然后同时移动压紧段21-2和调长段21-3,有效提高安装效率。
压紧段21-2上靠近调长段21-3的一端部为第二弹性卡榫21-21,压紧块21-1套装在第二弹性卡榫21-21上。通过第二弹性卡榫21-21能够便于压紧段21-2与调长段21-3之间的配合,即斜交杆21的伸长与缩短。第二弹性卡榫21-21的端部为倒钩结构,便于安装压紧块21-1,并防止压紧块21-1脱落。
所述压紧块21-1为记忆合金压紧块21-1,且压紧块21-1的外壁沿其圆周方向粘贴有第二电导热片21-4。在对第二电导热片21-4通电加热之前,记忆合金压紧块21-1与第二弹性卡榫21-21之间的配合关系为间隙配合。此时可对压紧段21-2及调长段21-3任意调整位置,使斜交杆21的长度合适,当斜交杆21的长度调节好后,对第二电导热片21-4通电加热,记忆合金压紧块21-1向心收缩,最终使压紧段21-2与调长段21-3的相对位置固定并压紧。
压紧段21-2与调长段21-3之间的配合处为间隙配合。保证斜交杆21的伸长与缩短操作顺畅。
压紧段21-2的外侧壁上和调长段21-3的外侧壁上分别沿其周向开设有一个第一环形凹槽21-5,且两个第一环形凹槽21-5关于斜交杆21的中心位置对称设置。两个第一环形凹槽21-5便于机械臂抓手对斜交杆21的抓取操作。
每相临两个连接球体1之间的连杆2均为正交杆22,所述正交杆22为管状结构。管状结构有效减小正交杆22的整体重量,节约成本。
每根正交杆22的外侧壁上均沿其周向开设有两个第二环形凹槽22-1,且两个所述第二环形凹槽22-1关于正交杆22的中心位置对称设置。两个第二环形凹槽22-112便于机械臂抓手对正交杆22的抓取操作。
所述连接球体1为十八面球体,在球体的每一面上均对应开设一个通孔11。
正交杆22装配过程:
利用机械臂抓手抓起一个正交杆22上的两个第二环形凹槽22-1处,分别向左右两侧的连接球体1靠近,将第一弹性卡榫31卡设在连接球体1上,使正交杆22与两端的连接球体1连接,然后对电导热片通电加热,使两个第一弹性卡榫31向心收缩,使记忆合金材质的第一弹性卡榫31上的倒钩与连接球体1内部的卡槽12紧密贴合。
利用机械臂抓手抓起另一根正交杆22上的两个第二环形凹槽22-1处,将该正交杆22一端的第一弹性卡榫31卡设在一个带有正交杆22的连接球体1上,重复上述操作,以完成桁架中所有正交杆22的装配。
斜交杆21装配过程:
利用机械臂抓手抓起斜交杆21上的两个第一环形凹槽21-5处,将斜交杆21的轴线对准连接球体1的通孔11即装配孔,通过机械臂抓手使压紧段21-2和调长段21-3向两侧运动,直到端部的第二弹性卡榫21-21卡设在连接球体1上,完成卡榫动作。
Claims (9)
1.一种基于记忆合金的球杆桁架单元,其特征在于:它包括四个连接球体(1)、若干连杆(2)及若干记忆合金卡件(3),四个所述连接球体(1)呈矩形分布,其中呈对角分布的两个连接球体(1)之间以及每相临两个连接球体(1)之间各设置有一个连杆(2),每个连杆(2)的端部与连接球体(1)之间均通过记忆合金卡件(3)固接,其中连接球体(1)为中空结构,连接球体(1)上均匀开设有若干通孔(11),且若干通孔(11)的中心线均朝向连接球体(1)的球心设置,相临两个通孔(11)之间的连接球体(1)内壁均加工有卡槽(12),每个所述记忆合金卡件(3)均包括同轴固接为一体的第一弹性卡榫(31)及连接段(32),第一弹性卡榫(31)与连杆(2)通过连接段(32)固接,第一弹性卡榫(31)的一端为若干呈环形分布的倒钩结构,第一弹性卡榫(31)卡设在连接球体(1)的一个通孔(11)内,且第一弹性卡榫(31)的倒钩配合钩设在卡槽(12)内,连接段(32)为管状结构且连接段(32)的内壁沿其圆周方向粘贴有第一电导热片(33),连接段(32)与连接球体(1)之间无间隙接触,连接段(32)上远离连接球体(1)的一端部插设在连杆(2)内且与连杆(2)通过胶体固接。
2.根据权利要求1所述的一种基于记忆合金的球杆桁架单元,其特征在于:呈对角分布的两个连接球体(1)之间设置的连杆(2)为斜交杆(21),所述斜交杆(21)包括压紧块(21-1)、首尾连接的压紧段(21-2)和调长段(21-3),所述压紧段(21-2)及调长段(21-3)均为管状结构,且调长段(21-3)的一端部插装在压紧段(21-2)内,压紧块(21-1)套装在压紧段(21-2)上靠近调长段(21-3)的一端部,且压紧段(21-2)与调长段(21-3)通过压紧块(21-1)固接。
3.根据权利要求2所述的一种基于记忆合金的球杆桁架单元,其特征在于:压紧段(21-2)上靠近调长段(21-3)的一端部为第二弹性卡榫(21-21),压紧块(21-1)套装在第二弹性卡榫(21-21)上。
4.根据权利要求3所述的一种基于记忆合金的球杆桁架单元,其特征在于:所述压紧块(21-1)为记忆合金压紧块(21-1),且压紧块(21-1)的外壁沿其圆周方向粘贴有第二电导热片(21-4)。
5.根据权利要求2、3或4所述的一种基于记忆合金的球杆桁架单元,其特征在于:压紧段(21-2)与调长段(21-3)之间的配合处为间隙配合。
6.根据权利要求5所述的一种基于记忆合金的球杆桁架单元,其特征在于:压紧段(21-2)的外侧壁上和调长段(21-3)的外侧壁上分别沿其周向开设有一个第一环形凹槽(21-5),且两个第一环形凹槽(21-5)关于斜交杆(21)的中心位置对称设置。
7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的一种基于记忆合金的球杆桁架单元,其特征在于:每相临两个连接球体(1)之间的连杆(2)均为正交杆(22),所述正交杆(22)为管状结构。
8.根据权利要求7所述的一种基于记忆合金的球杆桁架单元,其特征在于:每根正交杆(22)的外侧壁上均沿其周向开设有两个第二环形凹槽(22-1),且两个所述第二环形凹槽(22-1)关于正交杆(22)的中心位置对称设置。
9.根据权利要求1、2、3、4、6或8所述的一种基于记忆合金的球杆桁架单元,其特征在于:所述连接球体(1)为十八面球体,在球体的每一面上均对应开设一个通孔(11)。
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