RU2087059C1 - Трансформируемая конструкция - Google Patents
Трансформируемая конструкция Download PDFInfo
- Publication number
- RU2087059C1 RU2087059C1 RU95100958A RU95100958A RU2087059C1 RU 2087059 C1 RU2087059 C1 RU 2087059C1 RU 95100958 A RU95100958 A RU 95100958A RU 95100958 A RU95100958 A RU 95100958A RU 2087059 C1 RU2087059 C1 RU 2087059C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additional
- diagonal
- rods
- hinge assemblies
- central
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Telephone Set Structure (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике и может быть также использовано в космической технике и в различных строительных конструкциях. Технической задачей изобретения является создание ТК с повышенными жесткостными и прочностными характеристиками, обеспечивающей устойчивость в промежуточных фазах раскрытия, надежность ее конструкции и улучшение выходных характеристик изделия. Задача решается созданием ТК, содержащей стержни с элементами раскладывания, соединенные центральными шарнирными узлами с образованием двух противолежащих поверхностей, и диагональные стержни, соединенные с центральными шарнирными узлами противолежащих поверхностей, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными стержнями, которые пересекаются с диагональными стержнями, связаны с ними в месте пересечения шарнирным соединением, образуя плечи, и своими концами соединены дополнительными шарнирными узлами. Задача решается также тем, что ТК снабжена направляющими, закрепленными в центральных шарнирных узлах и соединенными с дополнительными шарнирными узлами, расположенными в пространстве, ограниченном плоскостями, проходящими через соседние диагональные стержни, соединенные указанными центральными узлами, с возможностью возвратно-поступательного перемещения этих дополнительных шарнирных узлов вдоль направляющей и с возможностью изменения углов между дополнительными стержнями в этих дополнительных шарнирных узлах. Кроме того, отношение длин плеч каждого диагонального и/или дополнительного стержня составляет постоянную величину и плечи диагональных и/или дополнительных стержней смещены относительно соответствующего шарнирного соединения и параллельны друг другу в соответствующем стержне. Кроме того, ТК отличается тем, что с целью образования поверхностей отличных от плоских, центральные узлы и дополнительные шарнирные узлы выполнены с возможностью изменения ориентации соответственно диагональных и дополнительных стержней относительно направляющих, причем отношение длин плеч каждого диагонального и дополнительного стержня отличается от единицы. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к трансформируемым конструкциям (ТК), складывающимся в малые объемы, и может быть также использовано в космической технике и в различных строительных конструкциях.
Широко известны ТК, силовые каркасы которых выполнены из тетраэдрных ячеек (патент США N 3509576 НКИ 343-840). Каркасы ТК, выполненные из тетраэдрных ячеек, включают в себя центральные шарнирные узлы, которые соединяют диагональные и складывающиеся стержни, образуя пространственные конструкции различной конфигурации, поверхности которых могут быть плоскими, сферическими, параболическими и т.д. В крупногабаритных ТК тетраэдрного типа, представляющих собой множество шарнирно соединенных кинематических пар, образующих многозвенный пространственный механизм, процесс раскрытия (укладки) происходит по сложному закону, а координаты положения кинематических пар элементов ТК в пространстве не поддаются расчету в промежуточных фазах своего движения. При воздействии на ТК внешних импульсов силы в процессе ее трансформации процесс раскрытия непредсказуемо меняется, следствием этого может быть и изменение заданных конечных форм. Все это обусловлено принципом раскрытия конструкции, построенным по методу "расталкивания" соседних элементов, что вызывает неустойчивое положение взаимодействующих кинематических пар в промежуточных фазах трансформации изделия. Серьезным недостатком указанных ТК является также разброс усилий в характеристиках упругих элементов ТК, что вызывает неравномерное раскрытие или складывание стержней по всему объему ТК, приводящее к деформациям и поломкам отдельных стержней и узлов, вызывающее отказ изделия в целом.
Известны пространственные ТК, выполненные по иному принципу построения силовых каркасов. К ним относятся ТК, построенные по принципу многократно пересекающихся шарнирных параллелограммов (а.с. 506690 М. Кл2 E 04 B 7/10). Указанная ТК включает каркас пространственной конструкции, состоящей из групп попарно пересекающихся стержней с шарнирным соединением между собой в точке пересечения и противолежащие узлы, шарнирно объединяющие концы стержней, отдельные группы которых находятся в пределах общих взаимопересекающихся плоскостей. В отличие от ТК, выполненных из тетраэдрных ячеек, в вышеописанной ТК взаимодействующие между собой конструктивные элементы раскрываются (складываются) по вполне определенному закону и каждая взаимодействующая кинематическая пара занимает определенное положение, которое поддается расчету в любой фазе трансформации ТК. Одним из серьезнейших недостатков этих конструкций является их малая жесткость и прочность в рабочем положении в сравнении с ТК, выполненными на базе тетраэдрных ячеек.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является ТК, содержащая стержни с элементами раскладывания, соединенные центральными шарнирными узлами с образованием двух противолежащих поверхностей, и диагональные стержни, соединенные с центральными шарнирными узлами противолежащих поверхностей (патент США 3618111 НКИ 343-840).
Недостатком указанной ТК является разброс усилий в характеристиках упругих элементов ТК, что вызывает неравномерное раскрытие стержней по всему объему ТК, неопределенность положения трансформируемых элементов в промежуточных фазах раскрытия. В рассматриваемой ТК движение передается только методом "расталкивания" соседних элементов и максимальные усилия в стержневых элементах (диагональных и вспомогательных стержнях) будут при укладке ТК. Вышесказанное приводит к деформации, поломке стержней и узлов, что приводит к выходу из строя изделия в целом. Кроме того, после раскрытия не всегда достигается строгое соответствие раскрываемой поверхности расчетной, что ухудшает выходные характеристики изделия.
Технической задачей изобретения является созданиен ТК с повышенными жесткостными и прочностными характеристиками, обеспечивающей устойчивость в промежуточных фазах раскрытия, надежность ее конструкции и улучшение выходных характеристик изделия.
Указанная техническая задача решается созданием ТК, содержащей стержни с элементами раскладывания, соединенные центральными шарнирными узлами с образованием двух противолежащих поверхностей, и диагональные стержни, соединенные с центральными шарнирными узлами противолежащих поверхностей, отличающейся тем, что она снабжена дополнительными стержнями, которые пересекаются с диагональными стержнями, связаны с ними в месте пересечения шарнирным соединением, образуя плечи, и своими концами соединены дополнительными шарнирными узлами.
Задача решается также тем, что ТК снабжена направляющими, закрепленными в центральных шарнирных узлах и соединенными с дополнительными шарнирными узлами, расположенными в пространстве, ограниченном плоскостями, проходящими через соседние диагональные стержни, соединенные указанными центральными узлами, с возможностью возвратно-поступательного перемещения этих дополнительных шарнирных узлов вдоль направляющей и с возможностью изменения углов между дополнительными стержнями в этих дополнительных шарнирных узлах.
Кроме того, указанная техническая задача решается и тем, что отношение длин плеч каждого диагонального и/или дополнительного стержня составляет постоянную величину и тем, что плечи диагональных и/или дополнительных стержней смещены относительно соответствующего шарнирного соединения и параллельны друг другу в соответствующем стержне.
Заявляемая конструкция по принципу построения представляет собой пространственную конструкцию, выполненную из ячеек пирамидального типа, которой присущи высокие прочностные и жесткостные характеристики. Дополнительные стержни, шарнирно соединенные с диагональными, формируют объемную кинематически связанную внутреннюю структуру, способную гибко реагировать во всех промежуточных фазах трансформации на воздействующие на нее внешние и внутренние импульсы силы равномерно перераспределяя их по всей структуре конструкции. Надежное раскрытие и складывание изделия и улучшение выходных характеристик ТК обеспечивается также направляющими, закрепленными в центральных шарнирных узлах и соединенными с дополнительными шарнирными узлами, к которым шарнирно подсоединены концы дополнительных стержней. Наличие направляющих в конструкции позволяет стабилизировать взаимное положение центральных и дополнительных стержней через дополнительные шарнирные узлы.
Выполнение плеч диагональных и дополнительных стержней со смещением относительно соответствующих шарнирных соединений и параллельными друг другу в соответствующем стержне способствует компактной укладке конструкции, исключая разрежение (зазоры) между центральными шарнирными узлами в двух противолежащих поверхностях.
На фиг. 1 представлен вид сверху на ТК тетраэдрного типа, на котором выделены шестиугольные, сотообразные ячейки. Каждая сторона шестиугольников представляет собой спроецированную в линию пару из шарнирно связанных диагональных и дополнительных стержней; на фиг. 2 укрупненная выноска I с фиг. 1; на фиг. 3 сечение А-А с фиг. 2, где показана схема построения внутренней структуры ТК в фазе раскрытия; на фиг. 4 фрагмент сложенного положения ТК с зазорами Д между центральными узлами одной из противолежащих поверхностей Q, S; на фиг. 5 фрагмент ТК тетраэдрного типа в промежуточной фазе своего движения; на фиг. 6 фрагмент сложенного положения ТК без зазоров между центральными шарнирными узлами.
В качестве примера конкретного исполнения ниже рассматривается пирамидальная ТК, построенная по тетраэдрному принципу. ТК содержит стержни 1 и 2, в средней части которых установлены замки 3 (фиг. 2,3) с элементами раскладывания, которые могут быть выполнены в виде пружин (условно не показаны). Стержни 1 и 2 соединены (фиг. 3) центральными шарнирными узлами 4 и 5 с образованием противолежащих поверхностей Q и S, которые в зависимости от поставленной задачи могут быть плоскими, параболическими, сферическими и др. Центральные шарнирные узлы 4 и 5 расположены на противолежащих поверхностях Q и S со смещением. Диагональные стержни 6 соединяют центральные шарнирные узлы 4 и 5 на противолежащих поверхностях. Внутри противолежащих поверхностей Q и S расположены дополнительные стержни 7, которые пересекаются с диагональными стержнями 6, и связаны с ними в месте пересечения 8 шарнирным соединением. Пересечение указанных стержней делит диагональные на плечи l1 и l2, а дополнительные на плечи l3 и l4. Дополнительные стержни 7 своими концами соединены дополнительными шарнирными узлами 9 и 10. В каждом центральном шарнирном узле 4 и 5 жестко закреплена одним концом направляющая 11 и 12, другой конец стержневой направляющей проходит через дополнительный шарнирный узел 9 или 10, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно этой направляющей и/или с возможностью изменения углов между дополнительными стержнями в этих дополнительных шарнирных узлах. Центральные шарнирные узлы 5 после укладки устанавливаются с зазорами Д, которые могут быть выбраны выполнением плеч диагональных и/или дополнительных стержней со смещением относительно соответствующих шарнирных соединений с соблюдением условия параллельности их плеч в соответствующем стержне.
ТК работает следующим образом.
В зависимости от требуемого вида поверхности выбирают определенное соотношение длин плеч. Например, при необходимости получения плоской поверхности устанавливаем соотношение l1=l2=l3=l4. Для получения поверхности второго порядка соотношение длин плеч l1 и l2, а также l3 и l4 отличается от единицы и составляет постоянную или переменную величину. В целях упрощения процесса изготовления и сборки целесообразна унификация выбором постоянного соотношения длин плеч.
После срабатывания пускового и удерживающего устройств, условно не показанных, происходит раскладывание соответствующих стержней 1 и 2 за счет пружин в замках 3 с одновременным перемещением центральных шарнирных узлов 4 и 5 с образованием противолежащих поверхностей Q и S. Одновременно с раскладыванием стержней 1 и 2 происходит перемещение диагональных стержней 6 с дополнительными 7, вызывающих перемещение формирующих поверхности N и P дополнительных шарнирных узлов 9, 10 по направляющим 11 и 12 и происходит полное раскрытие до конечной фазы, определяемой длинами стержней 1 и 2. Введенная кинематическая связь в виде дополнительных стержней 7 с диагональными стержнями 6 и направляющих 11 и 12 связывает поверхности Q, S, N и P и формирует внутреннюю пространственную структуру, способную синхронно раскрываться. Эта связь обеспечивает надежность и жесткость конструкции на промежуточных этапах ее раскрытия, равномерное распределение усилий при трансформации и повторяемость раскрываемой поверхности.
Поскольку процесс раскрытия занимает малое время, исчисляемое несколькими секундами, и усилия, обеспечивающие это раскрытие довольно значительны, то введение внутренней кинематически связанной пространственной структуры, позволяет сдемпфировать динамический удар, возникающий в конечной фазе раскрытия, и тем самым избежать поломки элементов конструкции. Кроме того, улучшается ориентация поверхности раскрытия в пространстве и ее соответствие заданной форме.
Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает надежность и жесткость конструкции на этапах ее трансформации при равномерном перераспределении усилий на элементы конструкции, уменьшая динамические нагрузки на ее элементы в конечной фазе раскрытия и повторяемость раскрываемой поверхности.
Claims (4)
1. Трансформируемая конструкция, содержащая стержни с элементами раскладывания, соединенные центральными шарнирными узлами с образованием двух противолежащих поверхностей, и диагональные стержни, соединенные с центральными шарнирными узлами противолежащих поверхностей, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными стержнями, которые пересекаются с диагональными стержнями, связаны с ними в месте пересечения шарнирными соединениями, образуя плечи, и своими концами соединены дополнительными шарнирными узлами.
2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена направляющими, закрепленными в центральных шарнирных узлах и соединенными с дополнительными шарнирными узлами, расположенными в пространстве, ограниченном плоскостями, проходящими через соседние диагональные стержни, соединенные указанными центральными узлами с возможностью возвратно-поступательного перемещения этих дополнительных шарнирных узлов вдоль направляющей и изменения углов между дополнительными стержнями в этих дополнительных шарнирных узлах.
3. Конструкция по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что отношение длин плеч каждого диагонального и/или дополнительного стержня составляет постоянную величину.
4. Конструкция по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что плечи диагональных и/или дополнительных стержней смещены относительно соответствующего шарнирного соединения и параллельны друг другу в соответствующем стержне.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95100958A RU2087059C1 (ru) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | Трансформируемая конструкция |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95100958A RU2087059C1 (ru) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | Трансформируемая конструкция |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95100958A RU95100958A (ru) | 1996-11-27 |
RU2087059C1 true RU2087059C1 (ru) | 1997-08-10 |
Family
ID=20164214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95100958A RU2087059C1 (ru) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | Трансформируемая конструкция |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2087059C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2480386C2 (ru) * | 2011-07-27 | 2013-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро "Арсенал" имени М.В. Фрунзе" | Развертывающийся каркас рефлектора |
RU2607837C2 (ru) * | 2012-11-05 | 2017-01-20 | Талес Аления Спайс Италия С.П.А. Кон Унико Сочо | Крупногабаритный развертываемый отражатель для спутниковой антенны |
CN107946724A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-04-20 | 广西大学 | 一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构 |
RU212183U1 (ru) * | 2022-01-27 | 2022-07-11 | Юрий Алексеевич Кисанов | Развертываемый рефлектор |
-
1995
- 1995-02-03 RU RU95100958A patent/RU2087059C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент США N 3618111, кл. H 0 1Q 15/20, 1971. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2480386C2 (ru) * | 2011-07-27 | 2013-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро "Арсенал" имени М.В. Фрунзе" | Развертывающийся каркас рефлектора |
RU2607837C2 (ru) * | 2012-11-05 | 2017-01-20 | Талес Аления Спайс Италия С.П.А. Кон Унико Сочо | Крупногабаритный развертываемый отражатель для спутниковой антенны |
CN107946724A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-04-20 | 广西大学 | 一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构 |
CN107946724B (zh) * | 2017-11-07 | 2019-10-11 | 广西大学 | 一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构 |
RU212183U1 (ru) * | 2022-01-27 | 2022-07-11 | Юрий Алексеевич Кисанов | Развертываемый рефлектор |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95100958A (ru) | 1996-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5040349A (en) | Collapsible truss structures | |
CN108649318B (zh) | 一种基于刚性剪叉机构的空间三棱台可展机构 | |
Escrig | Expandable space structures | |
CA1295452C (en) | Module for expandable truss structure and expandable truss structure employingsaid module | |
US3435570A (en) | Erectable structure with scissors link | |
CN102912853B (zh) | 一种正六面体对称型可展机构单元 | |
De Temmerman et al. | Design and analysis of a foldable mobile shelter system | |
CN102605892B (zh) | 基于折杆剪式单元的可动结构 | |
US4074477A (en) | Modular building structure | |
CN112252507B (zh) | 一种基于柔性铰链的负泊松比结构体 | |
RU2087059C1 (ru) | Трансформируемая конструкция | |
CN106703199B (zh) | 一种可三维拓展的组合式张拉整体结构 | |
Beatini et al. | Shapes of Miura mesh mechanism with mobility one | |
Yasuda et al. | Tunable wave dynamics in origami-based mechanical metamaterials | |
US3975872A (en) | System of articulated planes | |
Onoda | Two-dimensional deployable truss structures for space applications | |
JP2000008478A (ja) | 形状可変トラス架構およびこの形状可変トラス架構を用いた形状可変立体トラス架構並びにこの形状可変立体トラス架構を用いた形状可変天井および開閉式屋根 | |
CN112550762B (zh) | 一种由三对称Bricard机构组成的新型单自由度平面可展开机构网络 | |
JPH02283597A (ja) | 展開型トラス構造及びその展開同期装置 | |
Beatini | Translational method for designing folded plate structures | |
Sastre | Expandable arches | |
Maden et al. | Structural comparison of scissor-hinge linkages | |
Yuan LIAOa et al. | Deployability and structural performance of spatial scissor units made of zigzag bars | |
Chen et al. | Deployable structures based on the bricard linkages | |
JPH02283598A (ja) | 展開型トラス構造及び展開力を有するヒンジ機構 |