CN110191836B - 用于框架结构的节点 - Google Patents

Abstract

一种用于互连框架的框架构件(24)的节点(122)，节点包括单件节点本体(128)。多个杯形节点连接器(126)设置在节点本体上。多个节点连接器中的每一个包括附接到节点本体的封闭端(34)和与封闭端相对且远离节点本体延伸的开放端(36)。侧壁(142)在封闭端与开放端之间延伸，并将封闭端连接到开放端。榫(140)形成于开放端上。榫形状和尺寸适于配合在框架构件内。在侧壁和榫之间形成过渡部(144)，过渡部限定与框架构件协作的外周径向向外面向的凹槽，凹槽形状和尺寸适于接受焊接。

Description

用于框架结构的节点

技术领域

本公开涉及用于互连空间框架结构的节点。

背景技术

许多车辆、机器和其它结构在开放框架上由诸如实心或中空支柱的细长结构构件构成，开放框架有时称为空间框架。空间框架通常是由互锁支柱(最常见为几何图案)构造的轻质刚性结构。空间框架可用于跨越具有很少诸如柱的内部支承件的较大区域。像桁架一样，空间框架很坚固，因为挠曲负载和弯矩沿着每个支柱的长度作为张力和压缩向量传递。空间框架在建筑构造方面很常见，如现代商业和工业建筑中的大顶板跨度。空间框架已用于多种车辆底盘，其中发动机和车身面板悬置，且车身面板具有很少或没有结构功能。

在结构构件相交并形成框架接头的位置处，构件通常以角度切割并且处理成彼此配合。为了将处理的管状构件彼此附接，在连结时通常通过焊接或类似工艺采用夹具来保持管。备选地，可以在框架接头处使用可称为“凸耳”或“节点”的中空铸件，其中管例如在焊接、钎焊或锡焊之前内部配合到铸件中。中空铸件可排除使用夹具来保持每个元件的需要，但是管仍处理成最大化每个管进入铸件的插入尺寸。在此类连结方法中，在管或管与铸件的交点处存在应力集中，尤其在焊接处。此类夹具的设置和使用是耗时的。而且，对铸件内部的焊接的检查可能是困难的或可能需要昂贵的测试设备。

发明内容

本公开的一个方面是一种用于互连框架的框架构件的节点，节点包括单件节点本体。多个杯形节点连接器设置在节点本体上。多个节点连接器中的每一个包括附接到节点本体的封闭端和与封闭端相对并且远离节点本体延伸的开放端。侧壁在封闭端与开放端之间延伸，并且将封闭端连接到开放端。榫形成于开放端上。榫形状和尺寸适于配合在框架构件内。在侧壁和榫之间形成过渡部，过渡部限定与框架构件协作的外周径向向外面向的凹槽，凹槽形状和尺寸适于接受焊接。

从下面的详细描述和附图将领会所公开的原理的另外的和替代的方面和特征。应当领会，如本文中公开的与工作机器的承载构件相关的原理能够在其它且不同的实施例中实施，并且能够在各个方面进行修改。因此，应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述仅仅是示例性和解释性的，并不限制附带的权利要求书的范围。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的利用结构节点的管状子框架的透视图；

图2是根据本公开的实施例的节点的侧视图；

图3是根据本公开的第二实施例的节点的左侧视图；

图4是图3的节点的右侧视图；

图5是图3的节点的仰视图；

图6是图3的节点的前视图；

图7是图3的节点的后视图；

图8是图3的节点的局部截面视图；

图9是图3的节点的管附接部分中的一个的近视图；

图10是根据本公开的第三实施例的节点的透视图；

图11为图10的节点的仰视图；

图12为图10的节点的纵向截面视图；

图13为根据本公开的第四实施例的节点的透视图；

图14是具有在适当位置处的短管区段的图13的节点的俯视图；

图15是没有管的图13的节点的俯视图；并且

图16是图14的节点的截面视图。

具体实施方式

现在将详细参考具体实施例或特征，其示例在附图中示出。在尽可能的情况下，在整个附图中将使用相应或相似的附图标记来表示相同或相应的部分。此外，在可能存在多于一个相同类型的元件时，共同地或单独地对本文中所描述的各种元件进行引用。然而，此类引用在本质上仅是示例性的。可以注意到，对单数的元件的任何引用也可以被解释为涉及复数，反之亦然，而不将本公开的范围限制为这些元件的确切数量或类型，除非在所附权利要求书中明确阐述。

图1示出了根据本公开的一个实施例的利用结构节点22的空间框架的子框架20，结构节点是连结两个或更多个支柱等的固定件。可构成车辆空间框架的一部分的所示子框架20例如示为向本文公开的主题结构节点元件提供背景，并且不旨在关于构造进行限制。

子框架20示为包括互连多个框架构件24的一对结构节点22。例如，框架构件24可各自在一端连接到节点22中的一个，且在相对端处连接到结构板或框架部分30、另一个节点或另一个子框架。框架部分30示为具有连接器32，使用一个或多个紧固件(未示出)，该连接器可用于将子框架20连接到一个或多个其它子框架，或连接到用于测试的测试固定件或空间框架或车辆的一些其它一个或多个元件。

框架构件24可为具有任何合适截面形状的细长支柱。在一个实施例中，框架构件为管形，例如中空的圆柱形管形元件。框架构件24的端部可为开放式的，并且可包括在每个端部处通过相对于框架构件的长轴垂直地切割管而形成的圆形开口。框架构件24可为对接或直的计量构件。框架构件24可包括沿其长度变化的横截面，可为椭圆形、矩形、三角形或其它合适的形状。当呈管形元件形式时，框架构件24可包括指定内径和外径。

节点22可形成大量的形状和尺寸的阵列，以适应用于互连框架构件24的广泛范围的构造。节点22可连接到至少一个框架构件24并且以任何合适的角度连接，并且因此可构造成支撑多种范围的子框架和框架的构造。

还参考图2，每个节点22包括在节点上形成附接位置的两个或更多个节点连接器26。每个节点连接器26的尺寸和形状适于附接到框架构件24。每个节点22包括节点本体28，该节点本体支持节点连接器26的间距和定向。节点连接器26和节点本体28将在下文详细地阐述。

至少一个节点连接器26设置在节点本体28上。如下文将更详细地展示，节点连接器是“U”形或类似的总体形状以限定基本上杯形或蛋形元件。每个节点连接器26可为中空的，以限定具有内部38空间的杯形状。内部空间38降低节点22的总重量，并且不显著降低组装的节点22和框架构件24的强度。

U形的封闭端34朝向本体28定向，且U形的开放端36远离本体定向。开放端36包括榫40，其从节点连接器26的侧壁42形成并延伸，其中榫的尺寸和形状适于框架构件24的端部的对应内径。在所示实施例中，榫40是侧壁42的圆管形延伸部。以所示的形式，榫具有配合框架构件24的内径的外径。

节点连接器26可包括呈从侧壁42延伸到榫40的斜面或肩部形式的成角的过渡部44。过渡部44从榫40沿径向向外且向下倾斜到侧壁42。在所示实施例中，过渡部44是环形的，形状和大小适于接收圆形框架构件24的环形端部。

在图2的实施例中，五个节点连接器26设置在节点本体28上。五个节点连接器中的一组四个节点连接器26A-D具有位于同一平面中的轴线(An)，该平面是附图页面的平面。第五节点连接器26E具有不在与安装件26A-D相同的平面中的轴线(An)。以此方式，可组装三维的子框架和框架。另外，节点连接器26A、26D中的两个共用轴线(An)。其可为节点22的一些实施例的特征，节点连接器26的轴线(An)在节点点(Ap)处汇聚。节点点(Ap)可位于节点本体28上。节点22的其它实施例不具有节点点的特征。

节点本体28是将节点连接器26间隔开的固体材料腹板，在结构上相对于节点22上的其它节点连接器以正确角度定向保持每个节点连接器，并且构造成从节点连接器接收和分配负载。节点本体28和节点连接器26可根据诸如熔模铸造的熟知方法在单件中铸造，而不需要接缝、连结、子组件、多个零件、紧固件、粘合剂或任何其它连结或组装。节点本体28可由铁或铁合金、铝或铝合金、钛或钛合金、其它金属材料、复合材料或任何合适的材料制成。当由金属材料制成时，节点本体28可焊接或类似结合到框架构件24。在由复合材料制成的情况下，节点本体28可粘结到框架构件24。

在外周位于节点本体28上的节点连接器26的构造具有将焊接位置(例如，参见图16)移动远离高应力集中点的效果。另外，如后续实施例中将显示的，节点本体28的固体材料用作柔性平台以附接到附加的结构元件和可选的附接结构，并且显著扩展所公开的节点本体的功能。

转到图3-9，节点122示为具有形成在节点本体128上的八个节点连接器126。图3示出了设置在第一平面(即，附图页面)中的六个节点连接器126A-F，在组装到框架中时第一平面可处于基本上竖直的平面中。节点连接器126A、126F和126G、126H中的四个可设置在例如图4所示的第二平面中，第二平面基本上垂直于附图页面的平面且垂直于第一平面。

节点122包括本体128，该本体包括第一本体部分150，该第一本体部分互连节点连接器126A-F并且沿第一平面延伸。节点122包括本体128，该本体包括第二本体部分152，该第二本体部分互连节点连接器126A、126F和126G、126H并且沿着基本上垂直于第一腹板部分的第二平面延伸。

第一本体部分150和第二本体部分152中的每一个可包括中心部分154和腹板部分156。腹板部分156包括在节点连接器126之间延伸的材料，并将一个节点连接器126的侧壁142附接到节点连接器中的相邻一个节点连接器。例如，腹板部分156横跨节点连接器126B的侧壁142和节点连接器126C之间的距离。另一个腹板部分156横跨节点连接器126C的侧壁142与节点连接器126D之间的距离。

中心部分154可包括附接固定件160。附接固定件160可包括具有多个螺纹孔或无螺纹孔164的平表面162。虽然附接固定件160示为设置在第一本体部分150上，但是附接部分可位于第二本体部分152或其它合适的本体部分(如果存在的话)上。附接固定件160构造成接收托架、框架元件、车辆元件、布线、液压线、传感器、电动机、机械元件、液压元件、机电元件、子框架和/或任何其它合适部分以及其组合的形式的各种附接件。

参考图8和图9，节点连接器126(示出了126A、126B和126C)中的每一个包括侧壁142，其从第一本体部分150的腹板部分156向外延伸。侧壁142终止于圆形的榫140。在侧壁142和榫140之间的是过渡部144，其在从侧壁到榫的方向上径向直径变窄。因此，过渡部144呈现截头圆锥形状。

在图9所示的一个实施例中，节点连接器126的内部138可包括侧壁加固件166，该侧壁加固件是比侧壁的其它区域径向更厚的侧壁142的区域。侧壁加固件166可形成于节点连接器126中，以在节点连接器的区域中提供加固件，该加固件具有比节点122的其它部分中的节点连接器更高的负载。

图10-12示出了根据本公开的另一个实施例的另一个节点222。节点222类似于先前实施例，具有不同类型的附接固定件260，其可呈销接头的形式。附接固定件260包括叉270，该叉包括一对平行且间隔开的板272，每个板设有尺寸和形状适于接收销(未示出)的开口274。众所周知，结构或其它框架构件，如杆(未示出)的孔眼端可经由销可移动地附接到叉端270。叉270的开口274可位于节点连接器轴线的点(Ap)处。

叉270由节点本体228形成并从节点本体延伸。节点本体228包括第一本体部分250和第二本体部分252，多个节点连接器226从第一本体部分和第二本体部分向外延伸。节点连接器226中的每一个可以以上述实施例中的方式构造，并且可围绕节点本体228布置以适应角度和定向的任何布置。

图13-16示出了根据本公开的又一个实施例的另一个节点322。节点322类似于先前实施例，具有不同类型的附接固定件360，其可呈类似于图10-12的实施例的销接头形式。此外，节点本体328具有与先前实施例不同的总体构造。

节点322包括节点本体328，该节点本体为大体上细长且矩形的。四个节点连接器326A-D设置于矩形的第一端376处。附接固定件360设置在与第一端376相对的第二端378处。第五节点连接器326E设置于第一端376与第二端378之间且大体上垂直于节点322的纵轴线(La)。

节点本体328包括在节点连接器326A和326D之间延伸的上本体部分382。节点本体328包括在节点连接器326B和326C之间延伸的下本体部分384。节点本体328包括在节点连接器326A和326B之间延伸的第一侧部分386。节点本体328包括在节点连接器326C和326D之间延伸的第二侧部分388。

附接固定件360包括叉370，该叉包括一对平行且间隔开的板372，每个板设有尺寸和形状适于接收销(未示出)的开口374。众所周知，结构或其它框架构件，如杆(未示出)的孔眼端可经由销可移动地附接到叉370。

叉370由节点本体328形成并从节点本体延伸。节点连接器226中的每一个可以以上述实施例中的方式构造，并且可围绕节点本体328布置以适应角度和定向的任何布置。

图14示出在节点连接器326A-E上的位置处的框架构件324的短长度。框架构件324通过焊接392焊接在适当位置。还参考图15和16，焊接392环绕榫340并且在节点连接器326A-E中的每一个的侧壁342的端部处的过渡部344上。焊接392填充框架构件324的端部与过渡部344之间的环形三角形空间。框架构件324的端部与过渡部344之间的空间可为其它类似的形状。将焊接392定位在所示位置中允许检查焊接。

本文公开的各种实施例将以说明性和解释性的意义来理解，并且绝不应理解为对本公开的限制。

工业适用性

用所公开的节点构造的框架可用于车辆、机械、建筑构造和其中通常采用空间框架其它类似的应用。本文中公开的节点由于具有固体材料的一体式单件本体构造而可通过提供直接附接到节点的固定件或机构来连接到空间框架的其它元件或车辆的元件，这与仅管接收节点连接器相反。尽管还从框架和车辆接收和分配负载，所公开的节点本体提供另一附接点或区域，且由此提供现有技术装置中不存在的额外功能。

尽管参考以上实施例已经特别地示出并描述了本公开的各方面，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离所公开的内容的精神和范围的情况下，可通过对所公开的机器、系统和方法的修改而设想到各个附加实施例。这样的实施例应当被理解为落入如根据权利要求书及其任何等同物所确定的本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于互连框架的框架构件（24）的节点（122），所述节点包括：

单件节点本体（128）；以及

设置在所述节点本体上的多个杯形节点连接器（126），所述多个节点连接器中的每一个包括：

封闭端（34），所述封闭端附接到所述节点本体；

开放端（36），所述开放端与所述封闭端相对并且远离所述节点本体延伸；

侧壁（142），所述侧壁在所述封闭端与所述开放端之间延伸并且将所述封闭端连接到所述开放端；

榫（140），所述榫形成于所述开放端上，所述榫形状和尺寸适于配合在框架构件内；以及

在所述侧壁和所述榫之间倾斜的过渡部（144），所述过渡部用于与设置在所述榫（140）上的所述框架构件的端面协作限定外周径向向外面向的凹槽，所述凹槽形状和尺寸适于接受焊接。

2.根据权利要求1所述的节点，其中所述节点本体尺寸和形状适于容纳附接固定件（160）。

3.根据权利要求2所述的节点，其中所述节点本体包括中心部分（154），所述中心部分包括所述附接固定件。

4.根据权利要求3所述的节点，其中所述附接固定件包括平表面（162），所述平表面包括多个孔（164），所述孔尺寸和形状适于接收紧固件。

5.根据权利要求2所述的节点，其中所述附接固定件包括叉端（270），所述叉端尺寸和形状适于用作销接头。

6.根据权利要求1所述的节点，其中所述节点本体包括在所述多个节点连接器的相邻成对的节点连接器之间延伸的腹板部分（156）。

7.根据权利要求1所述的节点，其中所述过渡部（144）是所述侧壁和所述榫之间的成角的肩部。

8.根据权利要求7所述的节点，其中所述榫（140）是所述侧壁（142）的圆柱形延伸部，所述圆柱形延伸部的外径小于所述侧壁的外径。

9.根据权利要求1所述的节点，其中所述侧壁（142）包括加厚部分形式的加固件（166）。

10.一种用于车辆的框架，包括：

多个框架构件（24）；

一个或多个根据权利要求1所述的用于互连框架的框架构件（24）的节点（122），所述一个或多个节点互连所述框架构件。

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