CN111033058A - 用于空间结构框架的万向蜘蛛节点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及结构框架接头技术领域，尤其涉及用于空间结构框架的万向蜘蛛节点，所述万向蜘蛛节点能够在非预定义中间构件角条件下以万向的方式连接多个构件。用于空间结构框架的万向蜘蛛节点可以拆解并且重新组装后可以再次连接其他不同框架角的构件。一个节点可以从三个方向分三层连接24个构件。节点包括多个连接件组件，主要包括中心体（1）、导向臂（2）和连接件体（7）。通过法兰将所述连接件体（7）固定在所述连接件组件上；所述连接件体（7）通过导向臂（2）紧紧地连接到球形的中心体（1）上。导向臂（2）穿过所述连接件体（7）并通过滑动压力配件将其固定到所述球形的中心体（1）上，导向臂（2）和连接件组件对所有节点角进行横向和纵向修改与调节，然后利用上下导向基座控制所述导向臂的移动。此外，连接件体（7）和其他连接件组件的角度可以通过导向臂（2）进行垂直修改。所述节点无需预先准备管端就可连接任何管状杆，连接时，仅需根据框架设计调节所述管状杆的长度，然后利用螺钉螺栓直接将其连接到所述连接件法兰上。

Description

用于空间结构框架的万向蜘蛛节点

技术领域

本发明的技术领域涉及一种结构框架接头，主要用于三向连接结构框架构件，适用于所有类型和形状的立体框架、脚手架框架、输电电力塔、帐篷框架以及类似应用。

背景技术

连接节点是结构框架核心部分，其根据所需设计形状连接相应框架构件，因此，所述节点通过固定两个构件之间的夹角定义框架形状。所述框架节点应与其连接的构件整合在一起，以此创建一个定义框架形状的框架角。所有构件轴的端部位于所述节点的中心，因此所有力应为轴向力，通过所述构件的轴并最终聚集在所述节点的中心，防止产生力矩，增加框架的稳定性。

一般而言，立体框架最常用的连接节点类型并不是纯铰链型，所述构件通过螺栓连接到所述节点上而且风压或地球快速压力等任何随机施加的力会在所述节点处产生弯曲力，同时也可能降低所述框架的稳定性并导致连接螺栓断裂。

此外，所述可用节点有一个仅适用于一个框架设计的预先确定的角，如果该框架角发生变化，那么所述节点角也必须随新的设计角变化，从而适应新的框架设计。最常见的立体框架连接节点包括表面带有螺纹孔的金属球；所述螺纹孔拥有符合框架设计要求的中间角值。将所述构件固定到螺纹孔中；

而且所述构件的端部应能够固定到2个螺纹孔中，此时，所述构件的两端应只能固定到中心金属球上，相应地调节所述节点设计和构件，使其能够互相连接。一般情况下，利用螺栓和螺母可以将所述构件直接固定到所述金属球上，但是任何不平衡力都可能在螺栓上产生剪应力而且这些剪应力可能会损坏螺栓。因此，对于不对称的框架，应选用那些采用不同设计的多节点型构件。

发明内容

结构框架的无支撑蜘蛛连接节点通过铰链连接到结构框架构件的接头连接件上，无需焊接或用螺栓直接固定，所述接头可以在不同的所需构件中间角范围内从三个方向连接多个立体框架结构构件。无支撑蜘蛛连接节点在一个点位处用一个节点就可以连接最多24个构件，所有连接件轴的端部位于所述节点的中心。所述构件与节点之间的连接并不是刚性连接，而是通过所述连接件实现的铰链连接。该铰链连接是利用滑动压力配件实现的，但此种情况下，所述构件端部不得产生任何弯曲力。蜘蛛连接节点可以连接任何类型的圆杆，无需预制所述构件的端部，连接时仅需根据框架设计调整所述构件的长度即可，安装之前安装期间，可从三个方向调整所述构件的中间角，而且所述连接节点可以在拆解后重新用于连接采用不同设计的其他构件。

本发明包括两种模型，两种模型具有相同的主要特征，第一种模型更适用于空间框架，第二种模型更适用于帐篷野营结构和脚手架框架，并且两种模型中的任一种都可以用于任何框架类型的构件。

第一模型（闭合式）

第一模型包括如图（1 和 2）所示和编号的以下部件：

1-由三部分组成的球形中心体，上下两部分形状相同且顶部都设有孔洞，这三个部分都穿过所述中心体的中心。

2-分布在所述中心体周围的多个圆形导向臂，该导向臂上的中心点与所述中心体的中心点相同，所述导向臂的数量取决于框架设计，该导向臂包括一个位于中间位置的弯曲部分、两个倾斜部分和两个笔直的部分，所述倾斜和笔直的部分均朝向该导向臂的中心位置。

3-从所述中心穿出的锥形体。

4-一种轴向螺纹的主系紧螺栓。

5-连接件螺钉，该螺钉体上带有顺时针螺纹和逆时针螺纹而且这两种螺纹各占二分之一，所述螺钉将连接件螺母（14）和接合器盘（6）按压并固定到中心体（1）上。

6-一个接合器盘，该接合器盘从两面向内凹，其中，内面重置在中心体（1）上而且其曲率与该中心体的曲率相同，另一面则重置在连接件螺母（14）的凸端而且其曲率与该凸端的曲率相同。

7-一个连接件体，其一端为圆锥形且带有延伸螺纹部分，另一端为圆柱形且内部带有逆向螺纹，该连接件体的中间位置带有一个允许所述导向臂穿过的槽。

8-布置在连接件螺钉（5）和导向臂（2）之间的一个接触垫圈。

9-多个固定螺母。

10-（未使用）。

11-一个圆柱形导向基座，该基座外缘带有调整所述导向臂的圆槽。

12-一个向下按压所述导向基座的固定弹簧。

13-一个带有中心向外螺纹的连接件锥形体，其固定在所述连接件体的一端。

14-一个带有封闭凸端的连接件螺母。

15-一个连接所述构件、连接件锥形体和连接件体的连接法兰。

16-将多个将所述构件固定到所述连接法兰上的固定螺栓。

17-一个框架构件。

注：所述连接组件包括多个部分（5，6，7， 7， 13， 14 和 15）。

第一模型（闭合式）的具体描述

如图（1-9）中详细描述的，一种万向蜘蛛连接节点的第一模型由多个闭合的导向臂（2）组成，在将连接件体（7）固定到中心体（1）上之前，应将连接件体（7）插入导向臂（2）中，所述中心体包括三个方便安装的所述导向臂的部分。中心体由三个部分组成，以便于导向臂的安装。中心体的中心点是连接件组件的所有轴线交叉的点，因此构件的所有轴向力都被收集在中心体的中心点中，从而防止在构件的端部产生任何弯曲应力，从而提高框架稳定性。

导向臂的所有上、下端进入中心体的上、下孔洞中，导向臂通过导向底座（11）保持在适当位置，其中导向臂的端部在该导向底座上被支承。为了将导向臂固定在中心体中，中心体的中部应当伸出，直到将所有的导向臂连接起来，使中心体中部固定，中心体的三个部分由主系紧螺栓（4）连接固定。

接触垫圈（8）能够使所述连接件组件与所述导向臂完全接触固定。将连接件螺钉（5）插入所述连接件中，向所述导向臂方向推动接触垫圈（8），而所述连接件体应牢牢固定在所述导向臂上。所述接合器盘（6）应插放在连接件件螺母（14）和中心体（1）之间，然后，向中心体方向旋转连接件螺母（14）以固定并锁定导向臂以及带有中心体的连接组件。向中心体方向旋转连接件螺母（14）期间不要移动连接件螺钉（5）并始终固定导向臂，因为连接件内部螺纹朝向连接件螺母（14）的反方向。在向中心体方向旋转螺母（14）的过程中，接合器盘（6）会逐渐压向中心体，与此同时，连接件螺钉会通过接触垫圈（8）紧紧地按压导向臂。

安装所有导向臂之后应安装导向基座（11），导向基座会确保导向臂的两端处于正确位置，导向基座安装完成之后，应插入弹簧（12）和锥形体（3），锥形体（3）会向下按压弹簧（12），从而使导向基座处于正确位置。最后，将固定螺母（9）固定到主系紧螺栓（4）中。导向基座（11）确保导向臂处于正确位置和中间构件角，以此在中间构件角发生大幅变化时，可相应地使用另一所述导向基座。

调整好节点角并拧紧所有零件之后，固定螺栓(16)应将连接件法兰和连接件锥形体（13）固定到适当位置并使节点能够随时固定框架构件。

第二模型（开放式）

第二模型的部件由以下部件组成，如附图（10和11）中所示和编号：

1-中心体，半球形体具有顶面和底面的平面，在顶面具有圆柱形空隙，从中心钻出。

2-围绕中心体分布的圆形导向臂，其曲率与具有中心体的曲率相同，导向臂的数量取决于框架设计。

3-从中心钻出的圆形固定座，主系紧螺栓穿过该固定座。

4-主系紧螺栓固定所有部件。

5-连接件螺栓它的一半长度正向螺纹、另一半长度是反向螺纹，用于压紧和固定连接件到中心体。

6-接合器盘，两端为凹面，凹面与中心体（1）、连接件螺母（2）接触面的曲率相同。

7-带有锥形端和延伸螺纹部分的连接件体，另一个端部为圆柱形内螺纹，中间有空隙，导向穿过它。

8-连接件螺栓（5）和导向臂（2）之间的接触垫圈。

9-固定螺母。

10-圆柱形壳体，用于收集导向臂的下端。

11-在外沿具有圆形狭槽的圆柱形导向基座，可调节导向臂。

12-固定弹簧，将导向基座下压，使导向基座向下压紧。

13-从中心钻出的压盘，其将导向臂的上肩压紧并固定在其上。

14-具有封闭的凸端的连接件螺母。

15-框架构件。

16-固定螺栓，将构件固定到凸缘上。

17-连接法兰，用于将框架构件连接到连接器的锥形体（18）和连接件体（7）

18-连接器的锥形体，该锥形体从中心带螺纹，以固定在连接器主体（7）的端部中。

连接件组包括：（5,6,7,8,14,17和18）。

第二模型（开放式）的具体描述

所述第二模型不同于第一模型。相对于第一模型的所述导向臂的两端通过连接体封闭在所述中心体的内部。第二种模型，只有导向臂的一端在中心体中，另一端保持在中心体外，在固定导向臂中后就能将连接件组插入在导向臂中。

第二个模型（如图10-17所示）由中心体（1）组成，其顶部表面有圆形孔洞，中心体从中心钻取。所有的轴都在身体的中心相交，所以张力和压缩力集中在一个点上，该点倾向于消除节点处的弯曲力，这意味着框架稳定性更高。

导向臂的上端都被收集在中心体的顶部空隙中，这些端部通过在导向臂的上端插入中心体（1）而保持在适当的位置。所述连接件组可插入所述导向臂中。

本发明实施例提供的技术方案包括以下步骤：连接组包括零件号（5，6，7， 14， 17 和18）。

接触垫圈（8）能够使连接件组与导向臂良好地接触固定。连接件螺栓（5）可插入连接件体推动接触垫圈（8）内以抵靠导向臂，连接件体应紧密地固定在导向臂上将接合器盘（6）插入连接件螺母（14）和中心体（1）之间，使连接件螺母（14）沿中心体的方向转动，以将导向臂和连接件体与中心体固定和锁定。在连接件螺母（14）向中心体转动时，由于内部连接器螺纹是连接件螺母（14）的反向方向，连接件螺栓（5）不移动并且仍然固定导向臂。

在将所有导向臂与连接件体放置在一起之后，将导向基座（11）放置在正确的位置，弹簧（12）被放置在适当位置以压下导向基座，压盘（13）和主系紧螺栓（4）应使用固定螺母（9）固定。

对于导向臂的自由端，要插入以下部件：如图所示，轴向螺栓（固定螺栓、固定螺母（9）、圆形固定座（3）、弹簧（12）和导向基座（11））。所有部件应装在圆柱形壳体（10）中，固定螺母（9）用于部件的最终紧固，在最终紧固之前，应根据框架设计调整连接器的垂直和水平角度。

附图说明

图（1）显示了一个装配有所有零件编号的模型的基本细节。

图（2）显示了第一模型的分解零件的立体图，并对所有零件进行了编号。

图（3）显示了第一模型的立体图，第一个模型有两个导向臂，每个导向臂上有三个连接件组。

图（4）显示了第一模型的三维实体视图，该模型有两个导向臂，每个导向臂中有三个连接件组。

图（5）显示了带有四个导向臂和十二个连接器的第一模型的三维立体图，有些连接器没有连接器螺母以便于说明。

图（6）为第一模型节点与竖向平面框架构件的连接示例。

图（7）显示了第一模型的三维立体图，该模型有八个导向臂和十二个连接

（四个一个连接器中各有一个，另一个连接器中各有两个）。

图（8）表示图（7）的侧视图的实体。

图（9）表示图（8）的实心水平平面图。

图（10）表示第二模型的主要部件的装配，并对所有部件进行编号。

图（11）表示第二种型号的主要部件已拆卸，并对所有部件进行了编号。

图（12）显示了带有一个导向臂和一个连接组的第二个模型的立体图。

图（13）显示了第二个模型的立体平面图，该模型有八个导向臂，每个导向臂用一个连接件组固定，并且都在一个平面中。

图（14）表示第二个模型从上到下的三维立体图，表示八个导臂用八个不同角度的连接件组固定。

图（15）显示了第二模型的三维立体图，从底部开始，八个导向臂固定在八个连接件组上，并且全部在一个平面内，一些连接件组没有连接器螺母用于指示。

图（16）显示了第二模型的立体侧视图，其中两个导臂和两个连接件组固定在一起，均为垂直平面图。

图（17）显示了第二模型的三维立体图，该模型有八个导向臂；每个导向臂有一个连接件组，其中一些连接件体没有显示连接件螺母。

Claims (15)

1.一种万向蜘蛛连接节点，用于空间结构框架连接，由整体各连接件组成，部分或全部组合在一起，形成三个方向角度可调的铰接节点，节点的组成部分包括中心球形中心体、圆形导向臂、连接件组、导向基座、弹簧、主系紧螺母、连接件锥形体、圆形固定座、压盘、圆柱形壳体、固定螺母和固定螺栓。

2.根据权利要求1所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述连接件组是框架构件与中心体之间的连接件，由连接件体、连接锥形体、连接法兰、接触垫圈、接合器盘、连接件螺母和连接件螺栓组成。

3.根据权利要求1所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述中心体可以由三个部分组成，三个部分的中心都设有孔洞，三个部分组装后形成半球体。

4.根据权利要求1或2所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述节点具有在水平和垂直计划中在构件角度之间调节的能力，在不改变本发明的概念的前提下，仅通过旋转导向臂和连接件组，或者根据新的调节改变导向座就可以进行再调节。

5.根据权利要求1或3所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述中心体上设有圆柱形凹槽，用于收集导臂的上下两端，所有端部均接触中心体凹槽的内圆周。

6.根据权利要求1或5所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述导向臂的上、下端靠在导向基座上，保持导向臂的位置和转动。

7.根据权利要求1或5或6所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述导向基座包含相当于导向臂数量的圆形槽，导向臂位置的端部位于导向底座的圆形槽与中心体槽的内周之间。

8.根据权利要求1或5或6或7所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述导向臂上、下两端轴线成直线。

9.根据权利要求1或2所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述导向臂穿过连接件体的主体，并且连接件体主体的外端是实心的并且螺纹连接到连接检锥形体和连接件螺母，连接件螺母的内径等于通过螺栓固定的框架构件的外径。

10.根据权利要求1或2或9所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述连接件体的内端为圆柱形和内倒螺纹，连接件螺栓为两个方向的螺纹，将导向臂压向中心体的外侧，同时将接合器盘推向中心体。

11.根据权利要求1或3或4或5或6所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述导向臂的下端被收集在圆柱形壳体的空隙中，并与圆柱形壳体空隙的内圆周接触。

12.根据权利要求1或11所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述导向臂从中心体或圆柱形壳体的中心钻出来，用主系紧螺栓和固定螺母紧固它们。

13.根据权利要求1或2或10所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述导向臂通过接触垫圈与连接件组固定，内平外圆，与导向臂相适应。

14.根据权利要求1或2或10所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述连接件组通过接合器盘固定在中心体上，接合器盘两侧具有凹面，外侧与连接件螺母曲率相适应，内侧与中心体曲率相适应。

15.根据权利要求1或14所述的一种万向蜘蛛连接节点，所述接合器盘作为连接器螺母与中心体之间的柔性接头。

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