專利名稱：一種骨架結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及結構設計領域，尤其涉及一種空間骨架結構。
背景技術：
機器或構件的骨架除了部分鑄造結構外，較多采用的是用桿件材料通過焊接、鉚接、粘接、螺栓、銷釘等多種連接方法拼接而成。常用于拼接的骨架包括無筋骨架、有平面交叉筋骨架和有平面斜拉筋骨架三種。如圖1所示是無筋骨架立體示意圖，用若干桿件材料沿空間坐標的χ軸、y軸和ζ 軸拼接而成，如圖2所示是無筋骨架在三個平面上的投影示意圖。圖3是有平面交叉筋骨架的立體示意圖，由至少一個單元框架組成，AB⑶EFGH是其中一個單元框架。除了用桿件材料沿空間坐標軸拼接外，在骨架長度方向即ox方向與坐標平面oxy和0XZ平行的單元框架的對角線處都連接有加強筋，在圖3中具體為在與坐標平面0XZ平行的框架ABFE內連接有加強筋AF和BE，AF和BE在平面框架ABFE內形成交叉筋，把此結構的骨架稱為“有平面交叉筋骨架”。同理，在與坐標平面oxy平行的框架BCGF 內連接有加強筋BG和CF，在與坐標平面oxz平行的框架⑶HG內連接有加強筋CH和DG，在與坐標平面oxy平行的框架ADHE內連接有加強筋AH和DE，依次類推，如圖4是有平面交叉筋骨架在三個平面上的投影示意圖。在有平面交叉筋骨架中，去掉每組交叉筋中的其中一根，就成為有平面斜拉筋骨架，如圖5是一種有平面斜拉筋骨架的立體示意圖，圖6是圖5的有平面斜拉筋骨架在三個平面上的投影示意圖。在圖5中，在與坐標平面oxz平行的平面框架ABFE的其中一個對角線處連接有加強筋AF，加強筋AF與平面框架ABFE的AE邊和EF邊形成一定傾斜角度，把此結構的骨架稱為“有平面斜拉筋骨架”。同理，在與坐標平面oxy平行的框架BCGF內連接有加強筋BG，在與坐標平面oxz平行的框架CDHG內連接有加強筋CH，在與坐標平面oxy平行的框架ADHE內連接有加強筋DE，依次類推。本發明的發明人在實現本發明的過程中發現當對如圖1和2所示的無筋骨架施加剪切力和壓力時，這種無筋骨架比較容易變形，在如圖3和4所示的有平面交叉筋骨架中，由于交叉筋的作用，骨架的抗彎性能得到了很大的增強，但在有平面交叉筋骨架中共需要使用16根交叉筋，使用桿件材料較多，成本增加。在如圖5和6所示的有平面斜拉筋骨架中，雖然減少了桿件材料，但是由于從交叉筋減少為單個的斜拉筋，其抗彎性能也有一定的削弱，只是相對于無筋骨架其抗彎性能得到了一定的增強。在圖2、圖4和圖6中，上述三種骨架結構的左視圖(即在oyz平面的投影)都是一個方框ABCD，并沒有斜拉的桿件材料支撐，當此方框結構承受剪切力的作用時，很容易變形。如圖7所示，在圖7中(a)是承受橫向剪切力的情形，在圖7中(b)是承受縱向剪切力的情形，可見在剪切力W的作用下，框架都易于發生橫向或縱向變形，圖7中虛線表示變形后的位置，因此，現有的三種常見骨架結構在oyz平面投影的抗剪切能力都較差。
發明內容
本發明實施例提供了一種骨架結構，同時具有較強的抗彎性能和抗剪切能力，并且耗用的桿件材料較少，成本較低。本發明實施例提供的骨架結構，包括桿件沿空間坐標的三個維度組成的空間框架，所述空間框架包括至少一個單元框架，所述單元框架的兩個不同平面上的桿件之間連接有至少一個加強筋，所述加強筋的兩個端點分別連接在所述單元框架的兩個不同平面上的桿件上。從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點在本發明實施例中，骨架結構包括有桿件沿空間坐標的三個維度組成的空間框架，空間框架包括至少一個單元框架，該單元框架的兩個不同平面上的桿件之間連接有至少一個加強筋，由于該加強筋的兩個端點分別連接在單元框架的兩個不同平面上的桿件上，故本發明實施例中的加強筋連接的是單元框架的兩個不同平面，故本發明實施例提供的骨架結構能夠抵抗從不同平面方向上施加的橫向或縱向的壓力，同時具有較強的抗彎性能和抗剪切能力，由于不需要在單元框架的每個坐標平面上都部署加強筋，故本發明實施例中的骨架結構耗用的桿件材料較少，成本較低。
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的技術人員來講，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現有技術中的無筋骨架的立體示意圖；圖2為現有技術中的無筋骨架在三個平面上的投影示意圖；圖3為現有技術中的有平面交叉筋骨架的立體示意圖；圖4為現有技術中的有平面交叉筋骨架在三個平面上的投影示意圖；圖5為現有技術中的有平面斜拉筋骨架的立體示意圖；圖6為現有技術中的有平面斜拉筋骨架在三個平面上的投影示意圖；圖7為現有技術中的無筋骨架、有平面交叉筋骨架、有平面斜拉筋骨架的在oyz平面上承受剪切力發生變形的示意圖；圖8為本發明實施例提供的骨架結構的立體示意圖；圖9為本發明實施例提供的骨架結構在三個平面上的示意圖；圖10為四種骨架剪切變形和彎曲變形仿真分析最大變形量對比柱狀圖；圖11為在oyz平面內的截面形狀為梯形的骨架結構的立體示意圖；圖12為在oxy和0XZ平面內的截面形狀為梯形的骨架結構的立體示意圖。
具體實施例方式本發明實施例提供了一種骨架結構，同時具有較強的抗彎性能和抗剪切能力，并且耗用的桿件材料較少，成本較低。為使得本發明的發明目的、特征、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部實施例。基于本發明中的實施例，本領域的技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明實施例提供的骨架結構，包括桿件沿空間坐標的三個維度組成的空間框架，所述空間框架包括至少一個單元框架，所述單元框架的兩個不同平面上的桿件之間連接有至少一個加強筋，所述加強筋的兩個端點分別連接在所述單元框架的兩個不同坐標平面上的桿件上。需要說明的是，在本發明實施例中，空間坐標有三個維度通常指的是三個坐標軸 ox軸、oy軸、OZ軸，這樣的話三個軸之間都是相互垂直的，但是空間坐標的三個維度也可以不是指三個坐標軸，而是在三個不同平面上即可，例如，這三個維度之間不一定是相互垂直的，而是其中兩個維度之間的夾角為任意值，如60度或120度等，空間框架的形狀是由骨架組成的機器或構件來決定的，機器或構件需要什么形狀的骨架結構就可以將空間框架的三個維度設置成什么樣的形狀，具體請參見后續附圖的說明。另外，一個空間框架包括了至少一個單元框架，具體一個空間框架可以包括兩個單元框架或多個單元框架，單元框架指的是由多個桿件按照空間坐標的三個維度連接而成，其中，單元框架中的桿件可以構成不同的平面，在本發明實施例中單元框架的兩個不同平面之間連接有至少一個加強筋，用于增加這個骨架結構的抗彎性能和抗剪切能力。可選的是，在實際應用中，加強筋設置在單元框架的空間對角線處，空間對角線指的是單元框架中連接兩個不同平面上的端點的線，此處描述的是加強筋設置的位置在單元框架的空間對角線處，指的是由于加強筋有一定的厚度，為了克服厚度的影響，加強筋設置在空間對角線上或空間對角線附近或空間對角線平行的地方，避免加強筋相互之間的干涉，加強筋交叉或交錯設置。其中，交叉是指當兩個加強筋干涉時，將其中一個或兩個加強筋發生干涉的部分實體去除，使之不干涉。交錯是指當兩個加強筋干涉時，將其中一個或兩個加強筋相互離開一定的距離，這個距離大于或等于加強筋的厚度，使加強筋之間不干涉。總之指的是加強筋設置的位置，是本發明實施例中加強筋設置的一種實現方式，此處只是說明，不做限定。可選的是，所述單元框架的形狀為長方體或正方體，或所述單元框架在至少一個坐標平面內的截面形狀為梯形，或為更加復雜的空間形狀，此處只是一種實現方式，并不做限定。優選的，所述單元框架包括兩條空間對角線，所述兩條空間對角線處分別設置有第一加強筋和第二加強筋，所述第一加強筋和所述第二加強筋相交叉或交錯。需要說明的是，第一加強筋和第二加強筋相交叉或交錯具體可以指的是兩個加強筋交叉或交錯，在空間形成交叉或交錯的形狀，能夠提高骨架結構的抗彎性能和抗剪切能力。需要說明的是，本發明實施例提供的骨架結構也可以稱之為有空間交叉筋骨架， 該有空間交叉筋骨架包括有桿件沿空間坐標的三個維度組成的空間框架，空間框架包括至少一個單元框架，第一加強筋和第二加強筋交叉或交錯于單元框架的中心。優選的，所述單元框架包括四條空間對角線，所述四條空間對角線處或附近分別設置有第三加強筋、第四加強筋、第五加強筋、第六加強筋，所述第三加強筋、所述第四加強筋、所述第五加強筋、所述第六加強筋相交叉或交錯。
需要說明的是，本發明實施例中，加強筋是用桿件材料制成，因為在單元框架中發揮的作用主要是用于支撐骨架結構，故稱之為加強筋。加強筋與本發明實施例中描述的組成空間框架的桿件通過焊接、鉚接、粘接、螺栓、銷釘等多種連接方法拼接而成。需要說明的是，在實際應用中，單元框架的四條空間對角線處都設置有加強筋時， 由于每條空間對角線的兩個端點分別來自不同的兩個平面，且各個加強筋相交叉或交錯， 在加強筋的交叉或交錯處，對相鄰的加強筋進行連接，如焊接、鉚接、粘接、螺栓、銷釘等，可以進一步提高抗彎性能和抗剪切能力。故本發明實施例提供的骨架結構能夠抵抗從不同平面施加的橫向或縱向的壓力，同時具有較強的抗彎性能和抗剪切能力，并且耗用的桿件材料不多，成本較低。為了清楚的描述本發明實施例提供的骨架結構，接下來以本發明實施例提供的骨架結構單元框架的四條空間對角線處分別設置有加強筋為例進行說明，如圖8所示，本發明實施例提供的骨架結構包括由桿件沿χ軸、y軸和ζ軸圍成空間框架，該空間框架由至少一個單元框架組成，其中一個單元框架為AB⑶EFGH，桿件組成了單元框架的12個邊，分別是 AE、EH、HD、DA、AB、EF、HG、DC、BC、CG、GF、FB,單元框架 ABCDEFGH 的空間對角線的兩個端點位于單元框架的非同一平面上，單元框架ABCDEFGH的兩個不同平面上的桿件之間連接有至少一個加強筋，加強筋的兩個端點分別連接在單元框架的兩個不同平面上的桿件上，具體的，加強筋設置在單元框架的空間對角線處，例如，四條空間對角線分別是連接端點A和端點G的對角線、連接端點B和端點H的對角線、連接端點C和端點E的對角線、連接端點D和端點F的對角線，其中，端點A、端點D、端點H、端點E在平面ADHE上，端點B、端點C、端點G、端點F在平面BCGF上，在連接端點A和端點G的對角線處設置有第三加強筋 AG,在連接端點B和端點H的對角線處設置有第四加強筋BH，在連接端點C和端點E的對角線處設置有第五加強筋CE，在連接端點D和端點F的對角線處設置有第六加強筋DF。如圖8所示，第三加強筋AG、第四加強筋BH、第五加強筋CE和第六加強筋DF既不與坐標軸χ 軸、y軸或ζ軸平行，又不與坐標平面0Xy、0Xz和oyz平行，為空間結構，且相互交叉或交錯于單元框架的中心，因此本發明實施例提供的骨架結構也可以稱為“有空間交叉筋骨架”。為了清楚描述如圖8所示的骨架結構，請參閱圖9所示的有空間交叉筋骨架在三個平面上的投影示意圖。從圖9可以看出，圖8中的第三加強筋AG、第四加強筋BH、第五加強筋CE和第六加強筋DF在三個平面上的投影形成交叉形狀，故抵抗從不同平面施加的橫向或縱向的壓力的能力較強。特別是在左視圖中，由于各個加強筋的投影為交叉形狀，包含了若干三角形的形狀，符合“三角形的穩定性”原理，在oyz平面的投影上包含了若干個三角形的形狀，故與背景技術相比，在oyz平面上受到橫向或縱向的剪切力時，本發明實施例提供的骨架結構抗剪切能力得到了增強，并且耗用的桿件材料較少，成本較低。在本發明實施例中，骨架結構包括有桿件沿空間坐標的三個維度組成的空間框架，空間框架由至少一個單元框架組成，該單元框架的兩個不同平面上的桿件之間連接有至少一個加強筋，由于該加強筋的兩個端點分別連接在單元框架的兩個不同平面上的桿件上，故本發明實施例中的加強筋連接的是單元框架的兩個不同平面，故本發明實施例提供的骨架結構能夠抵抗從不同平面方向上施加的橫向或縱向的壓力，同時具有較強的抗彎性能和抗剪切能力，并且耗用的桿件材料較少，成本較低。為了進一步說明本發明實施例提供的骨架結構對提高抗彎性能和抗剪切能力的效果，對現有常見的三種骨架(無筋骨架、有平面交叉筋骨架和有平面斜拉筋骨架)和本發明實施例提供的骨架結構(為了區分現有的骨架結構和本發明實施例提供的骨架結構，將本發明實施例提供的骨架結構稱之為有空間交叉筋骨架)進行仿真分析。設定條件四種骨架的外框架結構形狀和尺寸完全相同，受力情況完全一致，加強筋截面相同，僅加強筋的數量、長度和位置有所不同。如下表1是四種骨架剪切變形和彎曲變形仿真分析最大變形量匯總表
骨架類型剪切變形量彎曲變形量無筋骨架1. 9335. 291有平面斜拉筋骨架1. 821. 312有平面交叉筋骨架1. 8320. 813有空間交叉筋骨架0. 5951. 246其中，如圖5有平面斜拉筋單元框架ABCDEFGH所需的加強筋數量為4根，如圖 3有平面交叉筋單元框架ABCDEFGH所需的加強筋為8根，如圖8有空間交叉筋單元框架 ABCDEFGH所需的加強筋數量為4根，變形量的單位為毫米(mm)，在四種單元框架的外框架結構形狀和尺寸完全相同、受力情況完全一致、加強筋截面相同、僅加強筋的數量、長度和位置有所不同時，本發明實施例提供的有空間交叉筋骨架的剪切變形量最小，為0. 595，本發明實施例提供的有空間交叉筋骨架的彎曲變形量為1.對6，僅略大于有平面交叉筋骨架的彎曲變形量0.813，而小于有平面斜拉筋骨架的彎曲變形量1.312和無筋骨架的彎曲變形量5.四1，但是本發明實施例提供的有空間交叉筋單元框架所需的加強筋數量僅為有平面交叉筋骨架所需加強筋數量的一半，所需要的桿件材料總長度較小，降低了成本。請參閱圖10所示，是四種骨架的單元框架剪切變形和彎曲變形仿真分析最大變形量對比柱狀圖，從圖10中左邊的剪切變形對比柱狀圖可以看出，本發明實施例提供的有空間交叉筋骨架單元框架的最大剪切變形量比三種常見骨架的最大剪切變形量低了很多， 也就是說，本發明實施例提供的有空間交叉筋骨架的抗剪切能力得到了增強。從圖10中右邊的彎曲變形對比柱狀圖可以看出，本發明實施例提供的有空間交叉筋骨架的單元框架最大彎曲變形量比無筋骨架的最大彎曲變形量降低了很多，與有平面斜拉筋骨架和有平面交叉筋骨架的單元框架最大彎曲變形量接近。但是現有的有平面交叉筋骨架的加強筋數量為 16，本發明實施例體提供的有空間交叉筋骨架的加強筋的數量為8。當單元框架形狀為正方體時，本發明實施例單元框架需要的加強筋的總長度與有平面交叉筋骨架單元框架的加強筋的總長度之比為0.61 1，也就是說，同等情況下本發明實施例的骨架結構單元框架所需的加強筋可以節省39%的桿件材料。接下來請參閱圖11和圖12所示，本發明提供的骨架結構的單元框架可以是正方體或長方體，或者在至少一個坐標平面內的截面形狀是梯形，例如圖11是在Oyz平面內的截面形狀為梯形的示意圖，圖12是在oxy和0XZ平面內的截面形狀為梯形的骨架結構示意圖。空間框架的形狀是由骨架組成的機器或構件來決定的，機器或構件需要什么形狀的骨架結構就可以將空間框架的三個維度設置成什么樣的形狀，此處圖11和圖12只是一種舉例情況，并不做限定。 以上對本發明所提供的一種骨架結構進行了詳細介紹，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述， 本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種骨架結構，其特征在于，包括桿件沿空間坐標的三個維度組成的空間框架，所述空間框架包括至少一個單元框架，所述單元框架的兩個不同平面上的桿件之間連接有至少一個加強筋，所述加強筋的兩個端點分別連接在所述單元框架的兩個不同平面上的桿件上。
2.根據權利要求1所述的骨架結構，其特征在于，所述加強筋設置在所述單元框架的空間對角線處。
3.根據權利要求2所述的骨架結構，其特征在于，所述空間框架的單元框架包括兩條空間對角線，所述兩條空間對角線處分別設置有第一加強筋和第二加強筋，所述第一加強筋和所述第二加強筋相交叉或交錯。
4.根據權利要求2所述的骨架結構，其特征在于，所述空間框架的單元框架包括空間四條對角線，所述四條對角線處分別設置有第三加強筋、第四加強筋、第五加強筋、第六加強筋，所述第三加強筋、所述第四加強筋、所述第五加強筋、所述第六加強筋相交叉或交錯。
5.根據權利要求1所述的骨架結構，其特征在于，所述單元框架的形狀為長方體或正方體。
6.根據權利要求1所述的骨架結構，其特征在于，所述單元框架在至少一個坐標平面內的截面形狀為梯形。
全文摘要
本發明實施例公開了一種骨架結構，同時具有較強的抗彎性能和抗剪切能力，并且耗用的桿件材料較少，成本較低。本發明實施例提供的骨架結構包括桿件沿空間坐標的三個維度組成的空間框架，所述空間框架包括至少一個單元框架，所述單元框架的兩個不同平面上的桿件之間連接有至少一個加強筋，所述加強筋的兩個端點分別連接在所述單元框架的兩個不同平面上的桿件上。
文檔編號F16S3/08GK102563333SQ20121000890
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者李力, 江洪, 金世華 申請人:深圳市潤天智數字設備股份有限公司