CN1744151A - 构建通用机械模型的插件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了构建通用机械模型的插件，所述插件可有一个或者若干个插块组成可拆卸的连接，包括：插块，所述插块的至少一个插接面上包括连接部，所述连接部由至少一组两平行的凸缘组成，所述凸缘与插接面的侧边之间形成U型槽；插件连接器，所述插件连接器包括两个卡合臂，以及将所述两个卡合臂连接的连接臂，所述两个卡合臂以及连接臂的内侧形成一U形卡槽，所述两卡合臂的端部向内侧延伸形成卡扣。本发明的插块和连接器，能任意面自由拼接，搭建的模型具备较高的机械强度，适合于搭建大型的、插块需要承受较大扭矩或拉力的模型，同时插块及连接器磨损小，使用寿命较长。

Description

构建通用机械模型的插件

技术领域

本发明涉及一种拼接插件及其连接器，其中的拼接插件通过连接器能自由搭建各种不同机械模型。

技术背景

市场上有很多不同公司开发的积木类玩具，通过积木插块能拼接各种不同模型。积木类玩具首先要解决的问题是插块之间如何自由拼接并保证插块间拼接强度。

在德国展出专利说明书DE-AS 1202694中公开了一种空盒形状的玩具积木插块，其侧面具有一系列嵌合凸粒，借助于该凸粒可以将一个装在其上部的插件侧壁嵌合。此结构只允许在有嵌合凸粒的一侧进行两构件之间的插接。此外，将两个相邻构件插接到嵌合位置上时也会遇到一定困难。因为两个插件相邻的侧表面在其必要形成的偏斜中造成相互障碍。

在德国专利说明书DE-2929743 C2中公开了一种积木的组件。该组件设置成一个单面开口的空心立方体，在与其开口面相对的那一面上以及其余的侧面上设有一个位于中间的方形连接头。连接头的尺寸设计成刚好能使一个组件的开口与另一个组件的连接头相配合。其缺点是强度不够，同时组件之间任意面之间不能自由拼接。

在德国专利说明书DE-1868651U中同样也公开了一种具有嵌合件的立方体构件，它可以和一个相应组件的对应部位连在一起。连接时位于连接头角部呈小圆球形的嵌合体压入另一个组件内形状相吻合的角中。由此而产生的塑性变形会导致材料疲软，从而影响到组件的使用寿命。

在奥地利专利说明书AT-PS327725中公开了一种积木构件，其两部分组成、可打开的构件可以通过嵌合连接组装在一起。为将嵌合连接拆开，需要向组件的侧表面施加压力。此外，为拆开嵌合而需施加压力的侧表面上也不可能再连接其它组件。

在民主德国专利说明书DD-PS76418中也描述了基本相同的积木。

在中华人民共和国专利局描述了另一种积木插块(公开号CN1062668A作为玩具积木部件的插块)，该组件设置成单面带弹簧片，另外5面带凸缘的立方体，通过弹簧片与凸缘之间的摩擦力进行拼接，具有拼接方便的优点。缺点是为了保证插块在一定力作用下能方便插接和拆卸，插块上起固定作用的弹片不能过大过厚，采用这样的插块搭建的模型抗弯矩的能力较差，在搭建较大和较复杂的模型，如各种工业模型时，如模型插块需承受较大弯矩或拉力，模型机械强度不够高，稳定性差，插块积累误差较大，模型易变形。同时由于拼接模型时插块的弹片往外扩张，与另一插块凸缘之间摩擦力较大，长期使用磨损严重，影响插块使用寿命和模型搭建强度。此外由于插块六面不对称，因此也存在组件之间任意面之间不能自由拼接的缺点。

发明内容

本发明的任务是提出一种能够避免上述缺点的插块，即插块能六面自由拼接，搭建模型机械特性好，插块能承受较大弯矩或拉伸力，如大型工业模型，如工业机器人、仓储物流模型等，其特点是在构建大型工业模型时，模型具有较高的稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案，构建通用机械模型的插件，所述插件可有一个或者若干个插块组成可拆卸的连接，包括：

插块，所述插块的至少一个插接面上包括连接部，所述连接部由至少一组两平行的凸缘组成，所述凸缘与插接面的侧边之间形成U型槽；

插件连接器，所述插件连接器包括两个卡合臂，以及将所述两个卡合臂连接的连接臂，所述两个卡合臂以及连接臂的内侧形成一U形卡槽，所述两卡合臂的端部向内侧延伸形成卡扣。

采用上述技术方案设计的插块，能任意面自由拼接，搭建的模型具备较高的机械强度，适合于搭建大型的、插块需要承受较大扭矩或拉力的模型，同时插块及连接器磨损小，使用寿命较长。

附图说明

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明方法的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

图1为本发明的拼接插块的结构示意图；

图2为图1所示插块的局部剖视图；

图3为本发明的连接器的结构示意图；

图4为图1所示的两插块通过图3所示连接器连接后的结构图；

图5所示为本发明插件的另一种实施例的结构示意图；

图6表示本发明的插件的第三个实施例的结构示意图；

图7为本发明的插件的第四个实施例的结构示意图；

图8是本发明在使用中的一个实施例的结构图；

图9是本发明的插件在承受拉力时的受力分析示意图；

图10为本发明的连接器在承受扭矩时的受力分析示意图；

图11为本发明的插件在承受剪切力的受力分析示意图；

图12(a)为本发明的的连接件在剪切力沿着其开口方向的受力分析示意图；

图12(b)为本发明的连接件在剪切力垂直于其开口方向的受力分析示意图；

图13为本发明的插件在承受弯矩时的受力分析示意图。

具体实施方式

图1为本发明一个呈立方形的插块1，图2是图1的一个局部剖视结构图，结合两图可见，该插块1的六个侧面均为插接面，以其中一个插接面10为例，在该插接面10上设置了连接部11，该连接部11包括两组平行的凸缘112共计四个，四个凸缘112组合连接成正方形，各凸缘112分别靠近且平行于对应的插接面10的四个侧边，且与侧边之间形成一U形槽12，在两两凸缘112连接成的直角边外侧，各开设有一个凹槽状的定位口13。

此外，本发明的另一个组成部分为如图3所示的插件连接器2，该连接器2由两个卡合臂21、23，以及一个连接臂22组成为一侧开口的正方框形，两个卡合臂21、23以及连接臂22的内侧组合形成一内U形卡槽211。两卡合臂21、23的端部向内侧延伸形成卡扣212。

使用时，取两个图1所示的插块1，两插块1的插接面通过各自的凸缘112两两贴合，然后用图3所示的插件连接器2的卡合臂21、23卡入两插块1的贴合凸缘112，最终，使插件连接器2的卡扣212扣合在卡设方向另一面的两个插块1的凸缘112上的定位口13处，从而实现了紧固连接。在进行插件连接时，插件连接器2的两卡合臂21、23在相连两插块1的U型卡槽211的作用下张开，到达定位位置后插件连接器2的两臂在弹力作用下恢复初始状态，连接器卡扣212嵌入卡设方向另一面的U形槽12，通过连接器2的内U形卡槽211和卡扣212将两插块连接在一起，见图4所示，按照相反的顺序可以将插块1分离开。

图5所示为本发明插件的另一种实施方式。其中的插块1只有四个封闭的插接面(，在四个侧面上，其中仅仅标示了两个封闭插接面81、82)，另外两个对称的插接面(顶面和底面)上设贯通的开口85。

图6表示本发明的插件的第三个实施例。是在插块1的部分对称插接面(四个侧面91～94)上分别开设有一个圆孔。

图7为插件的第四种改型，其特点是插接面上的凸缘112上开设若干不连续的凹槽1120。

本发明中的插件之间的连接不仅仅限与立方块之间，图8为采用了图1插块和图3连接器的指示灯，其指示灯面罩3与插块1之间的连接也采用凸缘112与插件连接器2。

综上所述，本发明的一个共同点是，能通过连接器或不通过U型槽相互自由拼接，拼接模型具备较好机械特性，能搭建大型工业模型，特别是插块需承受扭矩较大的机械模型。

由于本发明插块1的六个面的连接部11完全相同，而两两之间通过插件连接器2的连接完全是通过连接部11来实现的，因此，本发明的插块1可以和结构相同的插块1任意一面通过插件连接器2组合在一起。

在连接过程中，配有内U型卡槽211的插件连接器2的两臂在塑料的弹性变形范围内张开和弹回，插件连接器2的材料在连接产生之后便回到实际无应力或无载荷的状态，插件连接器2是在无疲劳状态下工作。只有当插件连接器2为了产生或脱离与其它插件的连接而自其静止位置张开时，材料才受到力的作用，因而插块使用过程中磨损少，使用寿命较长。

连接器在结构上保证连接插件时所产生的最大张开位置不超过插件的轮廓。这样便可以做到当多个插块拼接时，一个插块的轮廓不至于影响另一个插块的连接器两臂的张开运动。

通过上述方式可以将多个相同的插块组成各种结构，其外观几乎均为封闭式表面，此时在其上面还可以随时插上其它插块。

该插块的优点是搭建模型时能六面自由组合，插件连接器2处于初始状态，不易变形，同时由于连接器2的结构特点，搭建的模型在各个方向上抗拉抗弯能力较强，所搭建的机械模型连接强度高，模型稳定，适合于搭建较复杂和较大的机械模型。本发明的结构可以保证在通过插件搭建的机械模型具有较高机械强度和稳定性。

下面我们以拼接模型时最常见的如图4所示的连接方式为例来对插块和连接器进行承受拉力、剪切力、弯矩、扭矩分析，并与公开号CN1062668A中提到的插块进行比较，由于该专利由LASY公司申请，下面简称LASY插块。

插块假定为正六面体，插块为六面完全对称U型槽结构。插块的连接方式是利用连接器包络凸缘的方式实现立方体之间的连接的，在承受拉力、剪切力、弯矩、扭矩时彼此之间的相互作用通过连接器来传递，即由连接器从结构上实现连接处承受负载的能力。下面将以连接器受力情况分别就模型承受拉力、剪切、弯矩、扭矩时力的传递情况进行分析。

参照图8，其中a、b分别为两个正立方体插块，c为插块连接器。Fa、Fb分别为a、b受到的向外拉力，Fac、Fac1、Fbc、Fbc1分别为插块a、b的凸缘对连接器的作用力。

由连接器受力情况可知：

Fa＝Fbc+Fbc1

Fb＝Fac+Fac1

Fbc+Fbc1＝Fac+Fac1

故Fa＝Fb

插块a受的拉力Fa通过连接器传递到插块b。

插块a、b之间拉力的传递是通过连接器c的内侧边实现的，故连接处承受拉力的能力取决于连接器c的强度。连接器c发生塑性变形需要很大的拉力，故这种连接方式可以达到很大的强度。LASY插块产品的连接方式是靠弹性片上的凹槽和模块上的凸缘之间的摩擦力，故称受拉力的能力远不如我们采用的连接方式，这一点也正是LASY插块致命缺点之一。

图9给出承受扭矩时的受力分析，其中，a、b分别为两正立方体插块，c为插块连接器。Fac1、Fac2、Fac3、Fac4、Fac5为插块a对连接器c产生的作用力，Ta、Tb为插块a、b所受的扭矩。

Fac1-Fac5产生力矩，设为Tac，大小为为Ta，方向与Ta相反，Fbc1、Fbc2、Fbc3、Fbc4、Fbc5分别为插块b对连接器c的作用力，Fbc1-Fbc5产生力矩设为Tbc大小为为Tb，方向与Tb相反，而Tac＝Tbc，故Ta＝Tb。

插块a、b之间扭矩的传递也是先由某个立方体插块a传递给连接器c，然后由连接器c传递给另一立方体插块b。从连接器c的受力来看，其传递扭矩的能力取决于连接器c的刚度。经测试，这种连接方式可以传递相当大的扭矩，远远超出了模型对扭矩传递能力的要求，因此，在这一点上实现了和LASY插块相同的功能。

图11(a)～图11(b)给出承受扭矩时的受力分析，其中插块a、b分别为两个正立方体插块，c为插块连接器。Fa、Fb分别为插块a、b受到的剪切力。Fac、Fbc分别为插块a、b对连接器c的作用力。

在模型承受剪切力时，剪切力通过连接器c由一个插块a传递给另一个插块b。考虑连接器c的形状，此受力图代表三种情况，一是剪切力沿着连接器开口方向，参见图11(a)；一是剪切力垂直于连接器开口方向，剪切力由连接器中间段传递参见图11(b)。如图所示(Fac、Fbc、Fac1、Fbc1分别为插块对连接器的作用力)。

这三种情况抗剪切的能力都取决于连接器的刚度。经过试验，这种连接方式抗剪切的能力也相当强大，远远超出一般模型对抗剪切能力的要求。因此，在这一能力上也达到了和LASY插块同样的功能。

图12所示为承受弯矩时的受力分析的受力示意图，其中，a、b为正立方体插块，c为插块连接器。Ma、Mb为a、b所受弯矩，Fac、Fbc为插块a、b对连接器c的作用力，Fba为插块b对插块a的作用力，Fab为插块a对插块b的作用力Fac、Fbc、Fab、Fba一起完成弯矩传递的作用。

由承受弯矩时的受力分析可以知道，插块a、b的连接方式在承受弯矩时，力矩主要由连接器c进行传递的，而且其传递扭矩的能力主要取决于连接器c强度。所以，它的强度远远超越LASY产品的抗弯强度，这一点是LASY插块另一致命缺点。

综上所述，本发明的插块连接方式在搭建模型时能克服采用其它方式的连接方式难以克服的缺点，连接强度大，非常适合搭建的大型化的工业模型。

前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims (5)

1、构建通用机械模型的插件，所述插件可有一个或者若干个插块组成可拆卸的连接，包括：

插块，所述插块的至少一个插接面上包括连接部，所述连接部由至少一组两平行的凸缘组成，所述凸缘与插接面的侧边之间形成U型槽；

插件连接器，所述插件连接器包括两个卡合臂，以及将所述两个卡合臂连接的连接臂，所述两个卡合臂以及连接臂的内侧形成一U形卡槽，所述两卡合臂的端部向内侧延伸形成卡扣。

2、根据权利要求1所述的构建通用机械模型的插件，其特征在于，

所述凸缘的近至少一端部处开设有凹槽状的定位口。

3、根据权利要求1或2所述的构建通用机械模型的插件，其特征在于，

所述插块为立方体，所述立方体插块的六面为插接面，所述插接面上包括呈正方框形的两组凸缘，所述各凸缘与各插接面的侧边平行。

4、根据权利要求3所述的构建通用机械模型的插件，其特征在于，

在所述插块的两对称的插接面上各开设一方孔，所述方孔对应所述正方框形凸缘围设的部分。

5、根据权利要求3所述的构建通用机械模型的插件，其特征在于，

在所述插块的两对称的插接面上各开设一圆孔，所述圆孔对应所述正方框形凸缘围设的部分。

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