八面体桁架单元变几何桁架主动节点的制作方法【专利摘要】本发明公开了一种八面体桁架单元变几何桁架主动节点，为圆柱体半球组合紧凑构型，具有上下中面对称和角平分线对称结构，包括节点轴芯套、轴芯螺杆、球形轴承和保持架、螺丝型主动杆连接套环、第一耳板型主动杆连接套环、第二耳板型主动杆连接套环、第一被动杆半球型轴承座、第二被动杆半球型轴承座、滚针轴承内圈、滚针轴承、推力滚针轴承垫、推力滚针轴承与保持架、深沟球轴承、第一半球型螺母和第二半球型螺母，可以连接两个可伸缩变长主动杆、四个定长被动杆，且四个被动杆运动解耦，节点小、运动灵活、强度大、精度高。【专利说明】八面体桁架单元变几何桁架主动节点【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种变几何桁架主动节点，尤其涉及一种八面体桁架单元变几何桁架主动节点，属于结构机构工程【
技术领域：
】。【
背景技术：
】[0002]八面体桁架单元由12根杆、6个节点构成空间恰定体系，既无超静定也无内部机构，因此，八面体桁架单元是构造大型复杂结构体系、空间伸展机构、操控机构的有效基本桁架单元。当八面体桁架单元各面边棱长相等时称为正八面体桁架单元。八面体桁架单元六个侧棱设置为主动杆，此为著名的Stewart平台，主动杆可大幅伸缩或快速响应的微小伸缩，用于跟踪机构、减振隔振机构。八面体桁架单元顶或底面三棱设置为主动杆，此为变几何祐1架单元(VariableGeometryTruss,VGT)。变几何祐1架单元串联可构成伸展臂或操控机构，可在中部各层或间隔一层设置主动器成为主动杆、侧棱全定长为被动杆、顶和底为定长杆，以较少主动器实现机构灵活、运动空间大、收纳率大，结构机构重量轻、刚度大。[0003]陈务军、关富玲、陈向阳等著的“正八面体单元伸展臂研究”(宇航学报，1999，20(2):41-47)研究了正八面体桁架单元机构几何分析方法与特征；[0004]陈务军、董石麟、付功义等著的“一高刚性同步展开空间伸展臂设计研究”(2000年中国博士后学术大会论文集，北京:科学出版社)研究了三棱桁架构成高刚性同步伸展的伸展臂；[0005]陈务军、付功义、何艳丽等著的“八面体桁架单元及其派生系所构成的空间伸展臂”(上海交通大学学报(自然科学版)，2001，35(4)=509-513)研究了正八面体桁架单元特征、八面桁架单元衍生单元及构成伸展臂，以及基本结构特性分析；[0006]CHENWu_jun、LU0Yao_zh1、FUGong-y等著的“AstudyonspacemastsbasedonoctahedraltrussfamiIy(InternationalJournalofSpaceStructures,2001,16(1):19-26)研究了八面体桁架单元系的几何、结构特征；[0007]CHENWu-jun、LUOYao-zh1、FUGong-yi著的“Designconceptionanddeploymentsimualationforahighlysynchronizedextendable/retractablespacemast”(InternationalJournalofSpaceStructures,2001,16(4):261-269)研究了同步伸展臂结构机构、节点实现、展开动力学分析方法等；[0008]陈务军、张淑杰著的“空间可展结构体系与分析导论”(中国宇航出版社，2006.3)研究介绍了包含八面体桁架单元的展开结构体系与分析理论；[0009]StephenOliverOikawa著的“DesignandConstructionofafour-BayVariable-Geometry-TrussManipulator”(UniversityofToronto,1995)研制了以串联转动副构成节点系的八面体桁架单元变几何桁架，并进行了运动学、运动力学分析理论研究;[0010]LuisM.Macareno、JosuAgirrebeitia>CarlosAngulo等著的“FEMsubsystemreplacementtechniquesforstrengthproblemsinvariablegeometrytrusses”(FiniteElementsinAnalysisandDesign,2008，44:346-357)研制了八面体桁架单元样机、提出了紧凑型组合节点、进行了非线性分析与试验研究。[0011]但这些研究都表明八面体桁架单元变几何桁架主动节点存在节点大、刚度小、摩擦力大、精度低等缺点。[0012]申请号为201310153044.3的中国专利“八面体桁架单元变几何桁架主动节点”公开了一种八面体祐1架单元变几何析架主动节点，但该节点与上下被动杆连接的零件运动率禹合，导致各层被动杆运动出现不平顺和奇异点，零件形式多。【
发明内容】[0013]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种节点小、运动灵活、强度大、精度高的八面体桁架单元变几何桁架主动节点[0014]为实现上述目的，本发明提供了一种八面体桁架单元变几何桁架主动节点，包括节点轴芯套、轴芯螺杆、球形轴承和保持架、螺丝型主动杆连接套环、第一耳板型主动杆连接套环、第二耳板型主动杆连接套环、第一被动杆半球型轴承座、第二被动杆半球型轴承座、滚针轴承内圈、滚针轴承、推力滚针轴承垫、推力滚针轴承与保持架、深沟球轴承、第一半球型螺母和第二半球型螺母；[0015]其中，所述节点轴芯套的两端内嵌深沟球轴承；五个所述滚针轴承内圈依次过盈装配于所述节点轴芯套上，每个所述滚针轴承内圈外套所述滚针轴承；五个所述滚针轴承分别连接所述第一被动杆半球型轴承座、所述第一耳板型主动杆连接套环、所述螺丝型主动杆连接套环、所述第二耳板型主动杆连接套环和所述第二被动杆半球型轴承座；所述第一耳板型主动杆连接套环和所述第一被动杆半球型轴承座之间以及所述第二耳板型主动杆连接套环和所述第二被动杆半球型轴承座之间均设置有所述球形轴承和保持架；所述第一耳板型主动杆连接套环和所述第二耳板型主动杆连接套环上均设置有主动杆连接螺丝，用于连接主动杆；[0016]所述轴芯螺杆穿过所述节点轴芯套的中心，并穿过所述第一被动杆半球型轴承座和所述第二被动杆半球型轴承座；所述轴芯螺杆的两个顶端分别与所述第一半球型螺母和所述第二半球型螺母攻丝连接，所述第一半球型螺母和所述第一被动杆半球型轴承座之间以及所述第二半球型螺母和所述第二被动杆半球型轴承座之间均通过所述推力滚针轴承垫与所述推力滚针轴承与保持架连接；[0017]所述螺丝型主动杆连接套环、所述第一耳板型主动杆连接套环和所述第二耳板型主动杆连接套环可绕所述节点轴芯套和所述轴芯螺杆自由转动，但径向运动被所述深沟球轴承和所述滚针轴承限制；所述第一被动杆半球型轴承座和所述第二被动杆半球型轴承座可绕所述轴芯螺杆自由转动。[0018]进一步地，所述第一被动杆半球型轴承座上部为第一半球体，下部为第一圆筒，所述第一半球体设置有两个切削面，在所述两个切削面背侧切有120°球闕，使1/3的所述第一半球体切削减重；所述第一半球体中心具有圆锥孔；所述第一半球体的顶部被切平，该被切平的顶部与所述推力滚针轴承垫连接。[0019]进一步地，所述第二被动杆半球型轴承座上部为第二圆筒，下部为第二半球体，所述第二半球体设置有两个切削面，在所述两个切削面背侧切有120°球闕，使1/3的所述第二半球体切削减重；所述第二半球体中心具有圆锥孔；所述第二半球体的顶部被切平，该被切平的顶部与所述推力滚针轴承垫连接。[0020]进一步地，所述切削面与水平面夹角为57°。[0021]进一步地，沿垂直于每个所述切削面的方向均设置有圆柱孔，在每个所述圆柱孔内均安装有球型轴承与圆形轴承座，所述球型轴承与圆形轴承座与被动杆端特制连接螺丝连接，所述球型轴承与圆形轴承座外还套有轴承座盖板环，所述轴承座盖板环通过细螺丝与所述切削面连接。[0022]进一步地，所述被动杆端特制连接螺丝可绕所述球型轴承与圆形轴承座的轴心线在-30°?+30°的锥面内自由转动。[0023]进一步地，所述轴芯螺杆为变截面螺杆，中间段直径大，两端分别套有所述第一被动杆半球型轴承座和所述第二被动杆半球型轴承座的部分直径小。[0024]进一步地，所述螺丝型主动杆连接套环与所述第一耳板型主动杆连接套环或所述第二耳板型主动杆连接套环的夹角初始值为60°，随着所述主动杆的伸缩，所述夹角可在30°?120°变化。[0025]进一步地，所述八面体桁架单元变几何桁架主动节点水平面上关于所述螺丝型主动杆连接套环与所述第一耳板型主动杆连接套环或所述第二耳板型主动杆连接套环的夹角的垂直平分面对称，竖直高度上关于螺丝型主动杆连接套环中心的水平截面对称。[0026]进一步地，所述主动杆连接螺丝为M10，所述被动杆端特制连接螺丝为M5，所述细螺丝为Ml.8。[0027]本发明的八面体桁架单元变几何桁架主动节点为圆柱体半球组合紧凑构型，具有上下中面对称和角平分线对称结构，可以连接两个可伸缩变长主动杆、四个定长被动杆，且四个被动杆运动解耦，节点小、运动灵活、强度大、精度高。[0028]本发明的八面体桁架单元变几何桁架主动节点充分利用正八面体桁架特殊拓扑、机构综合的特点，实现新型主动节点的紧凑、轻质、精密，可应用于航天空间可展结构机构、操纵机构、跟踪机构，以及工业控制机构。[0029]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。【专利附图】【附图说明】[0030]图1是本发明的一个较佳实施例的八面体桁架单元变几何桁架主动节点主视图；[0031]图2是本发明的一个较佳实施例的八面体桁架单元变几何桁架主动节点分解三维透视图；[0032]图3是本发明的一个较佳实施例的八面体桁架单元变几何桁架主动节点三维透视图；[0033]图4为图3的俯视图；[0034]图5是第一被动杆半球型轴承座的一个视图；[0035]图6是第一被动杆半球型轴承座的另一个视图；[0036]图7是第二被动杆半球型轴承座的一个视图；[0037]图8是第二被动杆半球型轴承座的另一个视图。【具体实施方式】[0038]如图1、图2和图3所示，本发明的一个较佳实施例中，一种八面体桁架单元变几何桁架主动节点包括节点轴芯套1、轴芯螺杆2、微型球形轴承和保持架3、螺丝型主动杆连接套环4、第一耳板型主动杆连接套环51、第二耳板型主动杆连接套环52、第一被动杆半球型轴承座61、第二被动杆半球型轴承座62、滚针轴承内圈8、滚针轴承9、薄型推力滚针轴承垫10、薄型推力滚针轴承与保持架11、深沟球轴承12、第一半球型螺母171和第二半球型螺母172。[0039]其中，节点轴芯套I的两端内嵌深沟球轴承12;五个滚针轴承内圈8依次过盈装配于节点轴芯套I上，每个滚针轴承内圈8外套滚针轴承9;五个滚针轴承9分别连接第一被动杆半球型轴承座61、第一耳板型主动杆连接套环51、螺丝型主动杆连接套环4、第二耳板型主动杆连接套环52和第二被动杆半球型轴承座62;第一耳板型主动杆连接套环51和第一被动杆半球型轴承座61之间以及第二耳板型主动杆连接套环52和第二被动杆半球型轴承座62之间均设置有微型球形轴承和保持架3。第一耳板型主动杆连接套环51和第二耳板型主动杆连接套环52上均设置有主动杆连接螺丝13，用于连接主动杆。[0040]轴芯螺杆2穿过节点轴芯套I的中心，轴芯螺杆2为变截面螺杆，中间段直径大，两端直径小，两端直径小的部位分别穿过第一被动杆半球型轴承座61和第二被动杆半球型轴承座62;轴芯螺杆2的两个顶端分别与第一半球型螺母171和所述第二半球型螺母172攻丝连接，第一半球型螺母171和第一被动杆半球型轴承座61之间以及第二半球型螺母172和第二被动杆半球型轴承座62之间均通过薄型推力滚针轴承垫10与薄型推力滚针轴承与保持架11连接。[0041]第一被动杆半球型轴承座61上部为第一半球体，下部为第一圆筒(参见图5和图6)，第二被动杆半球型轴承座62上部为第二圆筒，下部为第二半球体(参见图7和图8)；第一半球体和第二半球体均设置有两个切削面，每个切削面与水平面夹角为均57°。在两个切削面背侧切有120°球闕，使1/3的第一半球体和1/3的第二半球体切削减重；第一半球体具有第一圆锥孔，呈漏斗形；第二半球体具有第二圆锥孔，呈漏斗形；第一半球体和第二半球体的顶部均被切平，该被切平的顶部与薄型推力滚针轴承垫10连接。[0042]沿垂直于每个切削面的方向设置有圆柱孔，在每个圆柱孔内均安装有球型轴承与圆形轴承座15，球型轴承与圆形轴承座15与被动杆端特制连接螺丝16连接，球型轴承与圆形轴承座15外还套有轴承座盖板环7，轴承座盖板环7通过细螺丝14与切削面连接。[0043]如图3所示，八面体桁架单元变几何桁架主动节点水平面上关于螺丝型主动杆连接套环4与第一耳板型主动杆连接套环51或第二耳板型主动杆连接套环52的夹角的垂直平分面对称，竖直高度上关于螺丝型主动杆连接套环中心的水平截面对称。螺丝型主动杆连接套环4上下对称地分别与第一耳板型主动杆连接套环51和第二耳板型主动杆连接套环52，再分别连接第一被动杆半球型轴承座61和第二被动杆半球型轴承座62，第一被动杆半球型轴承座61和第二被动杆半球型轴承座62各自的两个切削面分别用四个细螺丝14连接轴承座盖板环7，被动杆端特制连接螺丝16设置在其对应的切削面内。[0044]如图4所示，螺丝型主动杆连接套环4与第一耳板型主动杆连接套环51的初始夹角为60°，随着主动杆的伸缩，该夹角可在30°?120°变化。两个被动杆端特制连接螺丝16在水平面投影的夹角为120°，与螺丝型主动连接套环4和第一耳版型主动连接套环51的初始夹角为30°。两个切削面的法向在水平面的投影的夹角为120°。第一圆锥孔在水平面的投影具有120°的圆心角。由于八面体桁架单元变几何桁架主动节点在高度上关于水平面对称，所以螺丝型主动杆连接套环4与第二耳板型主动杆连接套环52的初始夹角也为60°，随着主动杆的伸缩，该夹角可在30°?120°变化，相应地，第二圆锥孔在水平面的投影也具有120°的圆心角。[0045]本发明的较佳实施例中，螺丝型主动杆连接套环4、第一耳板型主动杆连接套环51和第二耳板型主动杆连接套环52可绕节点轴芯套I和轴芯螺杆2自由转动，但径向运动被深沟球轴承12和滚针轴承9限制。第一被动杆半球型轴承座61和第二被动杆半球型轴承座62可绕所述轴芯螺杆2自由转动。被动杆端特制连接螺丝16可绕球型轴承与圆形轴承座15的轴心线在-30°?+30°的锥面内自由转动。轴芯螺杆2将节点体主要零件串联并对其施加预紧力。[0046]本发明的较佳实施例中，主动杆连接螺丝13为M10，被动杆端特制连接螺丝16为M5，细螺丝14为Ml.8。微型球形轴承和保持架3的厚度为2.5mm，薄型推力滚针轴承与保持架11的厚度为2.0mm，薄型推力滚针轴承垫10的厚度为1.0mm。[0047]在其它实施例中，本发明的零件尺寸、材料、工艺也可针对具体应用确定，材料可采用合金钢、钛合金等，轴承配合精度可以为H5?HS，零件表面可1.6?3.2级，滚针轴承、深沟球轴承、推力轴承、球型轴承可采用标准零件，与其连接的零件采用配合设计。针对空间应用节点零件表面需防热处理和耐高低温处理等。[0048]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本【
技术领域：
】中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。【权利要求】1.一种八面体祐1架单元变几何祐1架主动节点，其特征在于，包括节点轴芯套(I)、轴芯螺杆(2)、球形轴承和保持架(3)、螺丝型主动杆连接套环(4)、第一耳板型主动杆连接套环(51)、第二耳板型主动杆连接套环(52)、第一被动杆半球型轴承座(61)、第二被动杆半球型轴承座(62)、滚针轴承内圈(8)、滚针轴承(9)、推力滚针轴承垫(10)、推力滚针轴承与保持架(11)、深沟球轴承(12)、第一半球型螺母(171)和第二半球型螺母(172)；其中，所述节点轴芯套(I)的两端内嵌深沟球轴承(12);五个所述滚针轴承内圈(8)依次过盈装配于所述节点轴芯套(I)上，每个所述滚针轴承内圈(8)外套所述滚针轴承(9);五个所述滚针轴承(9)分别连接所述第一被动杆半球型轴承座(61)、所述第一耳板型主动杆连接套环(51)、所述螺丝型主动杆连接套环(4)、所述第二耳板型主动杆连接套环(52)和所述第二被动杆半球型轴承座(62);所述第一耳板型主动杆连接套环(51)和所述第一被动杆半球型轴承座出1)之间以及所述第二耳板型主动杆连接套环(52)和所述第二被动杆半球型轴承座出2)之间均设置有所述球形轴承和保持架(3);所述第一耳板型主动杆连接套环(51)和所述第二耳板型主动杆连接套环(52)上均设置有主动杆连接螺丝(13)，用于连接主动杆；所述轴芯螺杆(2)穿过所述节点轴芯套(I)的中心，并穿过所述第一被动杆半球型轴承座(61)和所述第二被动杆半球型轴承座(62);所述轴芯螺杆(2)的两个顶端分别与所述第一半球型螺母(171)和所述第二半球型螺母(172)攻丝连接，所述第一半球型螺母(171)和所述第一被动杆半球型轴承座(61)之间以及所述第二半球型螺母(172)和所述第二被动杆半球型轴承座出2)之间均通过所述推力滚针轴承垫(10)与所述推力滚针轴承与保持架(11)连接；所述螺丝型主动杆连接套环(4)、所述第一耳板型主动杆连接套环(51)和所述第二耳板型主动杆连接套环(52)可绕所述节点轴芯套(I)和所述轴芯螺杆(2)自由转动，但径向运动被所述深沟球轴承(12)和所述滚针轴承(9)限制；所述第一被动杆半球型轴承座(61)和所述第二被动杆半球型轴承座(62)可绕所述轴芯螺杆(2)自由转动。2.如权利要求1所述的八面体桁架单元变几何桁架主动节点，其特征在于，所述第一被动杆半球型轴承座出1)上部为第一半球体，下部为第一圆筒，所述第一半球体设置有两个切削面，在所述两个切削面背侧切有120°球闕，使1/3的所述第一半球体切削减重；所述第一半球体中心具有圆锥孔；所述第一半球体的顶部被切平，该被切平的顶部与所述推力滚针轴承垫(10)连接。3.如权利要求1所述的八面体桁架单元变几何桁架主动节点，其特征在于，所述第二被动杆半球型轴承座出2)上部为第二圆筒，下部为第二半球体，所述第二半球体设置有两个切削面，在所述两个切削面背侧切有120°球闕，使1/3的所述第二半球体切削减重；所述第二半球体中心具有圆锥孔；所述第二半球体的顶部被切平，该被切平的顶部与所述推力滚针轴承垫(10)连接。4.如权利要求2或3所述的八面体桁架单元变几何桁架主动节点，其特征在于，所述切削面与水平面夹角为57°。5.如权利要求2或3所述的八面体桁架单元变几何桁架主动节点，其特征在于，沿垂直于每个所述切削面的方向均设置有圆柱孔，在每个所述圆柱孔内均安装有球型轴承与圆形轴承座(15)，所述球型轴承与圆形轴承座(15)与被动杆端特制连接螺丝(16)连接，所述球型轴承与圆形轴承座(15)外还套有轴承座盖板环(7)，所述轴承座盖板环(7)通过细螺丝(14)与所述切削面连接。6.如权利要求5所述的八面体桁架单元变几何桁架主动节点，其特征在于，所述被动杆端特制连接螺丝(16)可绕所述球型轴承与圆形轴承座(15)的轴心线在-30°~+30°的锥面内自由转动。7.如权利要求1所述的八面体桁架单元变几何桁架主动节点，其特征在于，所述轴芯螺杆(2)为变截面螺杆，中间段直径大，两端分别套有所述第一被动杆半球型轴承座(61)和所述第二被动杆半球型轴承座(62)的部分直径小。8.如权利要求1所述的八面体桁架单元变几何桁架主动节点，其特征在于，所述螺丝型主动杆连接套环(4)与所述第一耳板型主动杆连接套环(51)或所述第二耳板型主动杆连接套环(52)的夹角初始值为60°，随着所述主动杆的伸缩，所述夹角可在30°~120°变化。9.如权利要求1所述的八面体桁架单元变几何桁架主动节点，其特征在于，所述八面体桁架单元变几何桁架主动节点水平面上关于所述螺丝型主动杆连接套环(4)与所述第一耳板型主动杆连接套环(51)或所述第二耳板型主动杆连接套环(52)的夹角的垂直平分面对称，竖直高度上关于螺丝型主动杆连接套环(4)中心的水平截面对称。【文档编号】F16M11/14GK103968209SQ201410217693【公开日】2014年8月6日申请日期:2014年5月20日优先权日:2014年5月20日【发明者】陈务军,张大旭,胡士强申请人:上海交通大学