CN110512745B - 一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及快速连接装置，公开了一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头，包括节点接头和杆件接头，装配连接时，节点连接件挤压杆件锁舌，至弹性锁定组件解锁，弹性锁定组件向节点连接件运动，节点连接件和杆件连接件均被弹性锁定组件周向环绕锁定连接。本发明可作为通用化连接装置可适用于各结构类型空间桁架，具有操作便捷、高刚度、高精度、多功能等优点，适用于地面、空间等各方面空间桁架构建需要。

Description

一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头

技术领域

本发明涉及一种快速连接领域的装置，具体涉及一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头，利用该自锁定快速接头只需径向插入就可实现高刚度整体连接。该装置结构简单、连接刚度高，可由人或机器人操作完成，适用于各类型空间桁架结构组装建造。

背景技术

大型空间结构构建通常采用桁架结构，如大型场馆穹顶、大跨度桥梁、电力电信塔架、空间大尺度天线、空间大型电站等，空间桁架结构通过空间拓扑优化具有突出的质量密度优势。

目前大型空间桁架连接多采用螺接、焊接等组装方式，不仅需要大型辅助吊装设备，而且其组装方式效率较低，难于拆除。此外，一些特殊环境，如核电站、水下、太空等，人员难以长时间作业，而目前机器人的操作灵巧性不够、控制规划复杂。因此研制一种连接便捷、作业动作简单、连接刚度高的空间桁架组装接头成为各领域广泛需要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头。

本发明的技术方案如下：

一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头，包括节点接头和杆件接头；所述的节点接头包括节点连接件，所述的杆件接头包括杆件内衬件、与所述的节点连接件配合连接的杆件连接件、弹性锁定组件和锁定挡环套管，其中，

所述的杆件内衬件、所述的杆件连接件和所述的锁定挡环套管连接于一体；所述的杆件内衬件套设在所述的杆件连接件内，所述的杆件连接件套设在所述的弹性锁定组件内，所述的弹性锁定组件套设在所述的锁定挡环套管内，且由设在所述的杆件内衬件的杆件锁舌锁于所述的锁定挡环套管内，所述的杆件锁舌可沿接头插入径向方向自由滑动，所述的弹性锁定组件可沿所述的杆件连接件轴向运动；

装配连接时，所述的节点连接件挤压所述的杆件锁舌，至所述的弹性锁定组件解锁，所述的弹性锁定组件向所述的节点连接件运动，所述的节点连接件和所述的杆件连接件均被所述的弹性锁定组件周向环绕锁定连接。

在本发明的一实施例，所述的弹性锁定组件包括锁定环和套设在所述的锁定环外的锁定弹簧，在近所述的节点接头侧的沿所述的锁定环的外周设有凸台结构，所述的锁定弹簧的一端顶住凸台结构，另一端顶住所述的锁定挡环套管，呈压缩状态。

在本发明的一实施例，还包括锁定挡环，所述的锁定挡环套设在所述的锁定挡环套管内，所述的锁定弹簧的另一端顶住所述的锁定挡环，且所述的锁定挡环、所述的锁定挡环套管、所述的杆件连接件和所述的杆件内衬件连接于一体。

在本发明的一实施例，所述的弹性锁定组件还包括锁定环套管，其套设在所述的锁定弹簧外，且与所述的锁定挡环并列地套设在所述的锁定挡环套管内，所述的锁定环、所述的锁定弹簧和所述的锁定环套管连于一体。

在本发明的一实施例，沿所述的节点连接件的周向设有用于限制所述的弹性锁定组件继续运动的周向凸台。

在本发明的一实施例，所述的节点接头为中空结构，其嵌有节点内衬件，在朝向所述的杆件接头的所述的节点内衬件端面上设有弹片电路板，所述的弹片电路板上设有电连接弹片。

在本发明的一实施例，所述的杆件接头为中空结构，在朝向所述的节点接头的所述的杆件内衬件的端面上设有触点电路板，所述的触点电路板上设有电连接触点。

在本发明的一实施例，所述的节点内衬件和所述的杆件内衬件均为绝缘材料。

在本发明的一实施例，所述的节点接头与桁架节点连接组成节点接头组件，其中，在所述的节点接头与所述的桁架节点连接的一端上设有定位销轴和连接法兰。

在本发明的一实施例，所述的杆件接头与桁架杆件连接组成杆件接头组件，其中，在所述的杆件接头与所述的桁架杆件连接的一端上设有定位销轴孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头，该快速接头适用于各类型空间桁架的快速构建，人或机器人只需沿桁架杆件径向方向插入，快速接头便可通过特定结构实现轴向快速连接，当完全插入后触发锁定装置实现高刚度径向锁定，锁定装置在弹簧的作用下保持稳定自锁定状态。本接头拆装方便，便于人或机器人高效单手作业，不仅利用自锁定装置实现高刚度结构连接，而且内部采用中空结构便于集成电、气、液等接口。

本发明作为通用化连接装置可适用于各结构类型空间桁架，接口组装沿桁架杆件指定径向方面，对节点装配顺序没有特定要求。同时，由于节点接头和杆件接头的连接件采用配对齿槽实现轴向锁定，通过杆件的锁定环，实现连接体全周向环绕锁定，当锁定环在锁定弹簧的作用下可以保持良好连接状态，从而实现了高刚度、高精度的稳定连接。其次，由于杆件锁舌、锁定环机械互锁设计，整个接口对接过程无需要额外干预，因此，操作快速、便捷。最后，本发明接头连接件采用中空结构，可以满足电、液、气等连接需要。

综上所述，本发明是一款操作便捷、高刚度、高精度、多功能桁架连接装置，适用于地面、空间等各方面空间桁架构建需要。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例的一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头的结构示意图；

图2为本发明实施例的节点接头2的结构示意图；

图3为本发明实施例的杆件接头3的结构示意图；

图4为本发明实施例的一种径向插入自锁定快速接头装配连接前的状态示意图；

图5为本发明实施例的一种径向插入自锁定快速接头装配连接过程的状态示意图；

图6为本发明实施例的一种径向插入自锁定快速接头装配连接后的状态示意图；

图7为将本发明实施例的一种径向插入自锁定快速接头应用特定空间桁架结构组装过程示意图。

图中标记：1-桁架节点、11-安装轴孔、12-螺栓孔、2-节点接头、201-节点连接件、2011-周向凸台、202-节点内衬件、203-弹片电路板、204-电连接弹片、205-定位销轴、206-连接法兰、3-杆件接头、301-杆件连接件、302-杆件锁舌、30-弹性锁定组件、303-锁定环、3031-凸台结构、304-锁定弹簧、305-锁定挡环、306-杆件内衬件、307-触点电路板、308-电连接触点、309-锁定环套管、310-锁定挡环套管、4-桁架杆件、5-节点接头组件、6-杆件接头组件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1～7所示，本发明的一实施例公开了一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头，包括节点接头2和杆件接头3；

所述的节点接头2与桁架节点1连接组成节点接头组件，所述的杆件接头3与桁架杆件4连接组成杆件接头组件，将节点接头2与杆件接头3连接装配，组装可适用各种环境的空间桁架结构；桁架空间拓扑结构由桁架节点1的几何形状以及桁架杆件4的长度决定，节点接头2和杆件接头3作为通用化连接模块可以满足不同空间桁架结构的需要；

所述的节点接头2包括节点连接件201；

所述的杆件接头3包括杆件内衬件306、与所述的节点连接件201配合连接的杆件连接件301、弹性锁定组件30和锁定挡环套管310，

其中，所述的杆件内衬件306、所述的杆件连接件301和所述的锁定挡环套管310连接于一体；所述的杆件内衬件306套设在所述的杆件连接件301内，所述的杆件连接件301套设在所述的弹性锁定组件30内，所述的弹性锁定组件30套设在所述的锁定挡环套管310内，且由设在所述的杆件内衬件306的杆件锁舌302锁于所述的锁定挡环套管310内，所述的杆件锁舌302可沿接头插入径向方向自由滑动，所述的弹性锁定组件30可沿所述的杆件连接件301轴向运动；

所述的节点接头2与所述的杆件接头3装配连接时，所述的节点连接件201挤压所述的杆件锁舌302，至所述的弹性锁定组件30解锁，所述的弹性锁定组件30向所述的节点连接件201轴向运动，所述的节点连接件201和所述的杆件连接件301均被所述的弹性锁定组件30周向环绕锁定连接。

参见图1～3所示，在本发明的又一实施例，为了便于将节点接头2与桁架节点1连接，在所述的节点接头2与所述的桁架节点1连接的一端上设有定位销轴205和连接法兰206，相应地，在桁架节点1上设有安装轴孔11和螺栓孔12。

同样为了便于将杆件接头3与桁架杆件4连接，在所述的杆件接头3与所述的桁架杆件4连接的一端上设有定位销轴孔(图中未标记)。

参见图2所示，在本发明的又一实施例，所述的弹性锁定组件30包括锁定环303和套设在所述的锁定环303外的锁定弹簧304，在近所述的节点接头2侧的沿所述的锁定环303的外周设有凸台结构3031，所述的锁定弹簧304的一端顶住凸台结构3031，另一端顶住所述的锁定挡环套管310，呈压缩状态。因此，锁定环303被杆件锁舌302锁于锁定挡环套管310内，当节点连接件201与杆件连接件301装配连接时，杆件锁舌302在节点连接件201挤压下收回，当节点连接件201与杆件连接件301的轴线完全重合时，杆件锁舌302被完全下压，此时锁定环303弹出，沿杆件连接件301轴向向节点连接件201方向运动，连接件201与杆件连接件301同时被锁定环303周向环绕锁定。

参见图3和图4所示，在本发明的又一实施例还优选，所述的弹性锁定组件30还包括锁定挡环305，所述的锁定挡环305套设在所述的锁定挡环套管310内，所述的锁定弹簧304的另一端顶住所述的锁定挡环305，且所述的锁定挡环305、所述的锁定挡环套管310、所述的杆件连接件301和所述的杆件内衬件306连接于一体。

在本发明的又一实施例还进一步优选，所述的弹性锁定组件30还包括锁定环套管309，其套设在所述的锁定弹簧304外，且与所述的锁定挡环305并列地套设在所述的锁定挡环套管310内，所述的锁定环303、所述的锁定弹簧304和所述的锁定环套管309连于一体。

在本发明的又一实施例还进一步优选，沿所述的节点连接件201的周向设有用于限制所述的弹性锁定组件30继续运动的周向凸台2011。

在本发明的又一实施例还进一步优选，所述的节点接头2为中空结构，其嵌有节点内衬件202，在朝向所述的杆件接头3的所述的节点内衬件202端面上设有弹片电路板203，所述的弹片电路板203上设有电连接弹片204。

在本发明的又一实施例还进一步优选，所述的杆件接头3为中空结构，在朝向所述的节点接头2的所述的杆件内衬件306的端面上设有触点电路板307，所述的触点电路板307上设有电连接触点308。

在本发明的又一实施例还进一步优选，所述的节点内衬件202和所述的杆件内衬件306均为绝缘材料。

实施例1

如图1所示，本实例提供的一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头，主要包括节点接头2和杆件接头3。其中，节点接头2与桁架节点1连接组成节点接头组件，杆件接头3与桁架杆件4连接组成杆件接头组件。节点接头2中节点连接件201和杆件接头中杆件连接件301具有相同的外形结构，且在同一侧向方向上具有配合的凹凸结构实现轴向连接，当节点接头组件和杆件接头组件沿特定径向方面靠近接触后，节点连接件201与杆件连接件301的轴线、凹凸、表面完全重合时，杆件接头3的锁定环303弹出环抱锁定节点连接件201和杆件连接件301，实现周向锁定连接。

如图2所示，本实例提供的节点接头2主要包括节点连接件201和节点内衬件202。节点连接件201的一端具有定位销轴205和连接法兰206，定位销轴205与桁架节点1的安装轴孔11配合，连接法兰206与桁架节点1的安装面配合并利用螺钉紧固连接。节点内衬件202嵌入节点连接件201中，其轴线与节点连接件201轴线重合，节点内衬件202的外表面与杆件连接件301的内表面配合，从而对杆件接头3对接过程起到导向和定位作用。

如图3所示，本实例提供的杆件接头3主要包括杆件连接件301、杆件锁舌302、锁定环303、锁定弹簧304、锁定挡环305、杆件内衬件306、触点电路板307、电连接触点308、锁定环套管309、锁定挡环套管310。杆件连接件301的一端具有定位销轴孔，桁架杆件4插入杆件连接件301紧密配合，并通过定位销轴孔利用定位销与杆件连接件301锁定位置。杆件锁舌302安装于杆件内衬件306中，可沿接头插入径向方向自由滑动，杆件锁舌302底部与杆件连接件301之间安装有压缩弹簧(图中未标记)，使得杆件锁舌302被撑顶到杆件内衬件306的限位位置，杆件锁舌302的主要作用利用弹出状态阻挡锁定环303沿杆件连接件301的轴线向外运动。当径向插入后，杆件锁舌302在节点连接件201挤压下收回，当节点连接件201与杆件连接件301的轴线完全重合时杆件锁舌302被完全下压，此时锁定环303沿杆件连接件301轴线弹出，节点连接件201与杆件连接件301同时被锁定环303周向环绕锁定。锁定弹簧304主要用于弹出和保持锁定环303，锁定挡环305利用定位销与桁架杆件4、杆件连接件301、杆件内衬件306连接，用于固定锁定弹簧304。杆件内衬件306嵌入杆件连接件301中，其轴线并与杆件连接件301轴线重合，杆件内衬件306的外表面与节点连接件201的内表面配合，从而对节点接头2对接过程起到导向和定位作用。

综合图1和图2，本实例提供的节点接头2，节点连接件201内部采用中空结构，便于线缆和管路布置，节点内衬件202朝向桁架杆件4的端面固定安装弹片电路板203，电连接弹片204焊接于弹片电路板203上，弹片电路板203具有线缆焊盘可以引出线缆至桁架节点1。

综合图1和图3，本实例提供的杆件接头3，杆件连接件301内部采用中空结构，便于线缆和管路布置，杆件内衬件306朝向桁架节点1的端面固定安装触点电路板307，电连接触点308焊接于触点电路板307，触点电路板307具有线缆焊盘可以引出线缆至桁架杆件4。

在节点接头2与杆件接头3连接过程中，电连接弹片204被电连接触点308挤压接触，节点内衬件202和杆件内衬件306为了防止同电连接弹片204和电连接触点308接触短路采用非导电材料。

实施例2

本实施例提供了一种运用本发明接头实现接头快速连接的案例。

如图4所示，本实例揭示了接头装配连接前状态。桁架节点1同节点接头2预先连接为节点接头组件5，桁架节点1被固定；杆件接头3同桁架杆件4预先连接为杆件接头组件6。节点接头组件5同杆件接头组件6轴线平行，节点连接件201与杆件连接件301的齿槽互补正对，此时杆件锁舌302弹出，其侧面阻挡锁定环303弹出。

如图5所示，本实例揭示了接头装配连接过程状态。人手或机器手抓握桁架杆件4中部、下压，杆件接头组件6始终保持与节点接头组件5轴线平行，并朝向节点接头组件5方向移动。在两组件接触过程中，杆件接头3中杆件内衬件306导向节点连接件201，同时杆件锁舌302与节点连接件201接触，并被挤压。当杆件锁舌302被挤压到特定位置与锁定环303分离，此时节点连接件201与杆件连接件301仍未完全对齐，节点连接件201朝向杆件端面会继续阻挡锁定环303弹出。

如图6所示，本实例揭示了接头装配连接后状态。人手或机器手抓握架桁架杆件4中部、下压，杆件接头组件6始终保持与节点接头组件5轴线平行，并朝向节点接头组件5方向继续移动。当节点连接件201与杆件连接件301的轴线、凹凸、表面完全重合时，此时锁定环303侧面无阻挡，并能够在锁定弹簧304推动下沿杆件轴线弹出，节点连接件201与杆件连接件301同时被锁定环303周向环绕锁定。当锁定环303被推出后，节点连接件201周向凸台限制其继续移动，同时锁定弹簧304依然保持弹力，此时锁定状态达到稳定。最终状态，快速接头利用节点连接件201和杆件连接件301的牙槽配合实现轴向限位锁定和相互转动限位锁定，并利用锁定环303实现径向限位锁定，同时锁定环303由于同节点连接件201和杆件连接件301配合增大连接面从而起到提高连接刚度和精度的作用。

实施例3

空间桁架结构由不同桁架单元组成，桁架单元包括但不限于四面体、五面体、六面体等基本空间结构。本实施例提供了一种运用本发明快速接头实现六面体桁架单元快速装配的案例。

如图7所示，左图展示了已经装配完七条边的正六面体结构，剩下的最后一根桁架杆件两头具有同向节点接头，并与正六面体相应节点接头正对。人手或机器手抓握桁架杆件中部，杆件组件始终保持与节点组件轴线平行，并朝向节点组件方向移动。桁架杆件两头杆件连接件301同时与节点连接件201对准，在人手或机械手的推动下，两头接头可以同步对接锁定，最终构建成右图所示的完整正六面体结构。本实例展示了桁架杆件两头同时组装过程，根据桁架单元空间结构的需要，桁架杆件也可以进行单侧组装。无论双侧或单侧只依赖于桁架单元装配序列，并不影响接头连接效果。桁架单元装配好之后不仅可以同其他桁架单元连接，而且还可以在其基础上继续拓展。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种适用空间桁架结构组装的径向插入自锁定快速接头，其特征在于，包括节点接头和杆件接头；所述的节点接头包括节点连接件，所述的杆件接头包括杆件内衬件、与所述的节点连接件配合连接的杆件连接件、弹性锁定组件和锁定挡环套管，其中，

所述的杆件内衬件、所述的杆件连接件和所述的锁定挡环套管连接于一体；所述的杆件内衬件套设在所述的杆件连接件内，所述的杆件连接件套设在所述的弹性锁定组件内，所述的弹性锁定组件套设在所述的锁定挡环套管内，且由设在所述的杆件内衬件的杆件锁舌锁于所述的锁定挡环套管内，所述的杆件锁舌可沿接头插入径向方向自由滑动，所述的弹性锁定组件可沿所述的杆件连接件轴向运动；

装配连接时，所述的节点连接件挤压所述的杆件锁舌，至所述的弹性锁定组件解锁，所述的弹性锁定组件向所述的节点连接件运动，所述的节点连接件和所述的杆件连接件均被所述的弹性锁定组件周向环绕锁定连接。

2.根据权利要求1所述的径向插入自锁定快速接头，其特征在于，所述的弹性锁定组件包括锁定环和套设在所述的锁定环外的锁定弹簧，在近所述的节点接头侧的沿所述的锁定环的外周设有凸台结构，所述的锁定弹簧的一端顶住凸台结构，呈压缩状态。

3.根据权利要求2所述的径向插入自锁定快速接头，其特征在于，所述的弹性锁定组件还包括锁定挡环，所述的锁定挡环套设在所述的锁定挡环套管内，所述的锁定弹簧的另一端顶住所述的锁定挡环，且所述的锁定挡环、所述的锁定挡环套管、所述的杆件连接件和所述的杆件内衬件连接于一体。

4.根据权利要求3所述的径向插入自锁定快速接头，其特征在于，所述的弹性锁定组件还包括锁定环套管，其套设在所述的锁定弹簧外，且与所述的锁定挡环并列地套设在所述的锁定挡环套管内，所述的锁定环、所述的锁定弹簧和所述的锁定环套管连于一体。

5.根据权利要求1所述的径向插入自锁定快速接头，其特征在于，沿所述的节点连接件的周向设有用于限制所述的弹性锁定组件继续运动的周向凸台。

6.根据权利要求1所述的径向插入自锁定快速接头，其特征在于，所述的节点接头为中空结构，其嵌有节点内衬件，在朝向所述的杆件接头的所述的节点内衬件端面上设有弹片电路板，所述的弹片电路板上设有电连接弹片。

7.根据权利要求6所述的径向插入自锁定快速接头，其特征在于，所述的杆件接头为中空结构，在朝向所述的节点接头的所述的杆件内衬件的端面上设有触点电路板，所述的触点电路板上设有电连接触点。

8.根据权利要求7所述的径向插入自锁定快速接头，其特征在于，所述的节点内衬件和所述的杆件内衬件均为绝缘材料。

9.根据权利要求1所述的径向插入自锁定快速接头，其特征在于，所述的节点接头与桁架节点连接组成节点接头组件，其中，在所述的节点接头与所述的桁架节点连接的一端上设有定位销轴和连接法兰。

10.根据权利要求9所述的径向插入自锁定快速接头，其特征在于，所述的杆件接头与桁架杆件连接组成杆件接头组件，其中，在所述的杆件接头与所述的桁架杆件连接的一端上设有定位销轴孔。

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