一种六自由度柔性连接器的制作方法

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种六自由度柔性连接器。

背景技术：

超大型浮式结构物是立足国家海洋权益维护和深海资源开发的重大高端海洋工程装备。它可用作远海快速运输交通枢纽、大型深远海开发操作平台、远洋物资存储中继站以及海上机动快速反应的综合军事平台等。由于超大型浮式结构物的尺寸巨大，从建造、运输以及日常维护等方面考虑，其注定采用模块化拼装结构。因此连接器成为模块化结构的关键部件，以往人们采用焊接、铰接等刚性或半刚性连接器，往往导致应力集中，结构难以承受。

中国发明专利“超大型海洋浮式结构物模块间连接器及连接方法（申请号：201210496392.6）”、“应用于超大型海洋浮式结构物模块间的连接器及连接方法（申请号：201410199638.2）”、“一种海洋浮体有动力可调节负压真空吸盘式连接器（申请号：201610161973.2）”等针对超大型海上浮式结构物的模块化连接，提出了若柔性连接器装置，并且实现了快速安装拆卸的功能，但其大多涉及到复杂的执行机构如液压油缸、电磁吸盘、真空吸盘等，对于超大型浮式结构物所处的海上恶略环境来讲，其安全性和可靠性难以保证。而且，现有技术的连接器普遍存在抗剪切强度不够的问题。

综上所述，现有技术的超大型浮式结构物之间的连接件以及连接的结构主要存在连接强度不够，以及很难实现快速拼装及解脱的需求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提供一种抗剪切能力强、可有效的减小结构应力、结构简单紧凑、方便更换维护的六自由度柔性连接器。

本发明解决问题的技术方案是：一种六自由度柔性连接器，包括卡座和基座，所述卡座为回转体结构，卡座包括横截面为几字形的本体、固定连接于本体顶部的卡接部、设置于本体半敞开空腔内的立柱，所述卡接部上设有卡槽；

所述基座为横截面为几字形的回转体，基座顶部插入卡座本体的半敞开空腔内，立柱穿过基座顶部并伸入基座的半敞开空腔内；

卡座本体的半敞开空腔内壁与基座外壁之间环绕设有第一弹性高分子材料垫圈；

基座的半敞开空腔内壁与立柱外壁之间环绕设有第二弹性高分子材料垫圈；

所述卡座本体的侧边缘下表面与基座侧边缘之间设有第三弹性高分子材料垫圈；

基座侧边缘的外径大于卡座本体侧边缘的外径；

还包括将卡座和基座封装的外壳，所述外壳为横截面呈几字形的回转体，外壳顶部设有贯通孔，所述外壳侧边缘与基座侧边缘可拆卸连接，卡座顶部从贯通孔穿出，外壳内腔顶部与卡座本体的侧边缘上表面之间设有第四弹性高分子材料垫圈。

上述方案中，卡座结构设计了立柱，使其具有足够的抗剪强度。当卡座和基座发生相对运动，发生拉压弯曲等变形时均由弹性高分子材料垫圈传递载荷，且可承受较大的载荷。

卡座在各弹性高分子材料垫圈的约束下可在六个自由度上建立弹性约束。

进一步的，所述第一弹性高分子材料垫圈至少环绕叠加设有两层，相邻两层之间设有刚性垫板；

所述第三弹性高分子材料垫圈至少环绕叠加设有两层，相邻两层之间设有刚性垫板；

所述第四弹性高分子材料垫圈至少环绕叠加设有两层，相邻两层之间设有刚性垫板。

刚性垫板能够提高各弹性高分子材料垫圈的刚度，增加连接器的连接强度。

为避免所述连接器在工作过程中卡座与外壳发生碰撞，所述卡座本体的侧壁与外壳的贯通孔边沿之间留有间隙。

进一步的，所述第一弹性高分子材料垫圈与卡座本体的半敞开空腔顶部内壁之间留有间隙；

第一弹性高分子材料垫圈与卡座本体、基座以及刚性垫板之间硫化在一起。

所述第三弹性高分子材料垫圈与外壳内壁之间留有间隙；

第三弹性高分子材料垫圈与卡座本体侧边缘、基座侧边缘以及刚性垫板之间硫化在一起。

所述第四弹性高分子材料垫圈与外壳内壁之间、以及与卡座本体侧壁之间均留有间隙；

第四弹性高分子材料垫圈与卡座本体侧边缘、外壳内腔顶部以及刚性垫板之间硫化在一起。

第二弹性高分子材料垫圈与基座和立柱之间硫化在一起。

上述方案中，留间隙的目的在于为各弹性高分子材料垫圈的变形提供预留空间。硫化可以防止连接器在不同受力状态中接触面发生分离。硫化部位同步运动，一方面防止在循环受力时产生间隙而磨损，一方面同步运动可承受更大载荷。

优选的，所述卡座的本体与卡接部一体成型；所述卡槽的卡合面为斜面。当卡合面为斜面时，自锁能力更强。

优选的，所述卡座的回转中心线、基座的回转中心线、外壳的回转中心线三者重合。

优选的，所述外壳顶部设有环状加强筋，沿外壳顶部和侧壁设有辐射状的加强筋。

本发明的六自由度柔性连接器结构简单紧凑，可有效减小载荷，使其在发生拉压、弯曲等变形时均靠弹性高分子材料传递载荷，尤其是其抗剪强度大大提升，确保超大型浮体安全运行。而且，该连接器为模块化结构，方便更换维护。

与本发明的六自由度柔性连接器配合的浮式平台连接结构，可快速连接和脱离，实现六自由度弹性约束。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明六自由度柔性连接器立体图。

图2为本发明六自由度柔性连接器剖视图。

图中：1-卡座，2-第二弹性高分子材料垫圈,3-第三弹性高分子材料垫圈，4、9、10-刚性垫板，5-基座，6-第四弹性高分子材料垫圈，7-外壳，8-第一弹性高分子材料垫圈,11-本体，12-卡接部，13-卡槽，14-立柱，15-加强筋。

具体实施方式

如图1～2所示，一种六自由度柔性连接器，包括卡座1、基座5、将卡座1和基座5封装的外壳7。

所述卡座1为回转体结构，卡座1包括横截面为几字形的本体11、固定连接于本体11顶部的卡接部12、设置于本体11半敞开空腔内的立柱14。所述卡座1的本体11与卡接部12一体成型。所述卡接部12上设有卡槽13。所述卡槽13的卡合面为斜面。

所述基座5为横截面为几字形的回转体，基座5顶部插入卡座本体11的半敞开空腔内，立柱14穿过基座5顶部并伸入基座的半敞开空腔内。

卡座本体11的半敞开空腔内壁与基座5外壁之间环绕设有第一弹性高分子材料垫圈8。所述第一弹性高分子材料垫圈8至少环绕叠加设有两层，相邻两层之间设有刚性垫板9。所述第一弹性高分子材料垫圈8与卡座本体11的半敞开空腔顶部内壁之间留有间隙。第一弹性高分子材料垫圈8与卡座本体11、基座5以及刚性垫板9之间硫化在一起。

基座5的半敞开空腔内壁与立柱14外壁之间环绕设有第二弹性高分子材料垫圈2。第二弹性高分子材料垫圈2与基座5和立柱14之间硫化在一起。

所述卡座本体11的侧边缘下表面与基座5侧边缘之间设有第三弹性高分子材料垫圈3。所述第三弹性高分子材料垫圈3至少环绕叠加设有两层，相邻两层之间设有刚性垫板4。第三弹性高分子材料垫圈3与卡座本体11侧边缘、基座5侧边缘以及刚性垫板4之间硫化在一起。

基座5侧边缘的外径大于卡座本体11侧边缘的外径。

所述外壳7为横截面呈几字形的回转体。外壳7顶部设有贯通孔。所述外壳7顶部设有环状加强筋15，沿外壳顶部和侧壁设有辐射状的加强筋15。

所述外壳7侧边缘与基座5侧边缘可拆卸连接，卡座1顶部从贯通孔穿出，外壳7内腔顶部与卡座本体11的侧边缘上表面之间设有第四弹性高分子材料垫圈6。所述第四弹性高分子材料垫圈6至少环绕叠加设有两层，相邻两层之间设有刚性垫板10。第四弹性高分子材料垫圈6与卡座本体11侧边缘、外壳7内腔顶部以及刚性垫板10之间硫化在一起。所述第四弹性高分子材料垫圈6与外壳7内壁之间、以及与卡座本体11侧壁之间均留有间隙。

所述卡座1的回转中心线、基座5的回转中心线、外壳7的回转中心线三者重合。

所述第三弹性高分子材料垫圈3与外壳7内壁之间留有间隙。

所述卡座本体11的侧壁与外壳7的贯通孔边沿之间留有间隙。

所述弹性高分子材料垫圈为高弹橡胶制成。

上述六自由度柔性连接器通过螺栓安装固定在海洋浮式结构物的一个端面上。卡座1前端的卡槽13与另一浮式结构物对应端面卡紧，使浮体之间建立连接。连接后，卡座1在各弹性高分子材料垫圈的约束下可在六个自由度上建立弹性约束。当卡座1和基座5发生相对运动，发生拉压弯曲等变形时均由弹性高分子材料垫圈传递载荷，且可承受较大的载荷。立柱14使连接器具有足够的抗剪强度。