专利名称：有限长度范围内的恒力张拉装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于建筑结构中的张拉装置，特别是ー种在建筑结构发生一定长度范围内的伸縮变化时，其张拉カ能保持得较为恒定的张拉装置。
背景技术：
钢结构横梁是连接主体结构的两侧幕墙钢结构体系。由于气温变化较大，连接横梁其长度相应发生较大变化，当横梁长度达到40米左右，最大变化值近30_。连接横梁的截面积较大，气温较低吋，其拉カ太大，会造成主体结构损坏，而气温最高吋，伸长过多，幕墙钢结构系统脱离主体结构。因此，有必要设计出ー种装置，能够有效地消除长度变化且能保持连接横梁对两侧幕墙钢结构达到设计要求的恒定拉力。·
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的钢结构之间存在热膨胀的不足，提供ー种有限长度范围内的恒カ张拉装置，它能够有效地消除横梁(或索)的长度变化且能保持连接横梁对两侧幕墙钢结构达到设计要求的恒定拉力。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案有限长度范围内的恒カ张拉装置，所述的恒カ张拉装置设于滑动联接的第一固定端和第二固定端之间；所述的限位装置包括设于第一固定端上的张拉机构、用于固定张拉机构一端的支座、设于支座上的摇臂，及联接于摇臂与第二固定端之间的联接杆；所述的摇臂设有与支座铰链联接的中心支承轴、与张拉机构的一端铰链联接的第二联接轴和与联接杆联接的第一联接轴；还包括用于固定张拉机构另一端的内支座；所述的内支座与张拉机构的另一端铰链联接。其进ー步技术方案为第一固定端与第二固定端的滑动联接为水平方向；中心支承轴至第二联接轴的连线与中心支承轴至第一联接轴的中心连线成110° 120°。其进ー步技术方案为所述的第一固定端与第二固定端位于最短距离时，中心支承轴至第一联接轴的中心连线与水平线为10°，中心支承轴至第二联接轴的中心连线与竖直线为向张拉机构外侧的10° 20° ;所述的第一固定端与第二固定端位于最长距离吋，中心支承轴至第一联接轴的连线与水平线为30° 50°，中心支承轴至第二联接轴的连线与竖直线为向张拉机构内侧的10° 20°。其进ー步技术方案为所述的张拉机构包括与内支座铰链联接的弹簧固定座、与摇臂铰链联接的弹簧活动座，及套设于弹簧固定座上的弹簧。其进ー步技术方案为所述的弹簧固定座包括与内支座铰链联接的耳板和与耳板联接的套筒件，套筒件外套设有弹簧，套筒件还设有用于穿入弹簧活动座的中心空腔，所述的弹簧活动座包括中心连杆和套设在中心连杆一端的套接件，所述的套接件与中心连杆之间设有调节螺母和锁紧螺母；所述的中心连杆一端设有用于联接调节螺母和锁紧螺母的螺纹部，另一端与第二联接轴铰链联接。其进ー步技术方案为所述的弹簧为碟形弹簧，数量为若干个。其进ー步技术方案为所述的联接杆包括固定端联接部、摇臂端联接部，及用于联接固定端联接部与摇臂端联接部的调节套筒。其进ー步技术方案为所述的支座为ニ个，包括左支座和右支座，所述的摇臂包括左摇臂、右摇臂，及所述的第二联接轴、第一联接轴；左摇臂设有与左支座铰链联接的左中心支承轴，右摇臂设有与右支座铰链联接的右中心支承轴；所述的第二联接轴与张拉机构铰链联接，所述的第一联接轴与联接杆铰链联接。其进ー步技术方案为所述的第一固定端设有ニ个联接支板，及穿过于ニ 个联接支板之间的用干与张拉机构联接的第三联接轴；所述的第二固定端设有ニ个联接座板，及穿过于ニ个联接座板之间的用于与联接杆联接的第四联接轴。其进ー步技术方案为所述的第一固定端为与主体钢结构固定联接的短梁，所述的第二固定端为与另一主体钢结构固定联接的横梁；所述的短梁与横梁活动式地套接在一起。本发明与现有技术相比的有益效果是本发明利用具有ニ个联接点(即图I中的
O1和O2，及结构图中的第一联接轴和第二联接轴)与支承点(即图I中的0，及结构图中的中心支承轴)的夹角为110° 120°的摇臂结构，使第一联接点(即第一联接轴，产生最终张拉カ的作用点O1)的臂长与弹簧カ的变化呈现近似于线性的正比关系，从而使得产生最終张拉カ保持较为小范围的变化，实现恒力张拉的目的。本发明结构简单，易制作加工，成本低，值得大力推广于建筑钢结构中。下面结合附图和具体实施例对本发明作进ー步描述。
图I为本发明有限长度范围内的恒カ张拉装置具体实施例的ニ个联接点的受カ示意图；图2为本发明有限长度范围内的恒カ张拉装置具体实施例的简示图；图3为本发明有限长度范围内的恒カ张拉装置应用于钢结构的横梁上的具体实施例的结构图(中心位置的剖视图，包括短梁和横梁在内)； 图4为图3所示实施例的立体图；图5为图3所示实施例的联接杆部分立体图；图6为图3所示实施例的张拉机构部分立体图；图7为图6的中心位置的剖视图；图8为图3所示实施例的摇臂及支座部分立体图；图9为图3所示实施例的右摇臂侧面视图；图10为图9的A-A剖视图。附图标记说明A 主体钢结构 B 主体钢结构10 恒カ张拉装置 21 短梁22 横梁221联接座板
222第四联接轴 30张拉机构31弹簧固定座311耳板312套筒件313中心空腔32弹簧活动座321中心连杆322套接件323调节螺母324锁紧螺母33碟形弹簧40支座41左支座42右支座50摇臂 50A左摇臂50B右摇臂5IA左中心支承轴5IB右中心支承轴51中心支承轴52第一联接轴53第二联接轴60联接杆61固定端联接部62调节套筒63摇臂端联接部70内支座71联接支板72第三联接轴3211螺纹部3221环形腔
具体实施例方式为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一歩介绍和说明，但不局限于此。如图I所示，为本发明有限长度范围内的恒カ张拉装置的受カ分析示意图。其中，O是固定点销轴(即中心支承轴);由O1.0、02组成的摇臂可绕O轴转动，O1 (即第一联接轴)、
O2((即第二联接轴)点均有可转动的的销轴；Fi是所需的水平方向恒定的张拉力，F2是弹簧的推动カ，OO1是张拉力的臂长；002是弹簧推力的臂长；0X与OO1组成的夹角α为OO1臂的初始角，选值一般为10° 15° ° ;0Υ垂直于OX5O1是被张拉的横梁(或索)在气温最高时被张拉到达的位置；0/是被张拉的横梁(或索)在气温最低时张拉所处的位置；O1O1'在水平方向上的距离即是横梁(或索)从气温最低到最高时长度的变化量(变化量称为行程)最大行程的大小是横梁受气温影响长度变化最大值。在整个过程中，是利用弹簧的推力保持张拉カF1基本恒定不变。本发明是利用OO1绕O点顺时针旋转到OO1'，即变化范围为β角度时，其正弦值与角度变化近似正比关系的特性而设定的。由图I知，F1到固定转动轴Oカ臂是臂长OO1-OX所夹角的正弦值。当横梁缩短时(α + β )的角度増大，F1力臂增大；同时OO2也跟着旋转，进ー步压缩弹簧，弹簧的弾力増大，抵消了 F1カ臂增大的变化，維持F1不变，反之亦然。从结构机理可知，当横梁(或索)缩短吋，横梁(或索)收缩カ是主动力，迫使弹簧压縮，弹簧力増加；当横梁伸长，弹簧的推力是主动力。消除横梁伸长部分，弹簧カ减小。整个变化过程中满足，张拉カF1XF1到O点的カ臂=弹簧推力F2XF2到O点的カ臂,F1力臂增大,F2弹簧弹カ増大，F1カ臂减小，F2弹簧弹カ减小，維持F1基本不变。如图2所示，为ー个需要张拉カ50吨的具体实施例的尺寸大小和受カ情況。为保证张拉力F1偏差不大于5%，摇臂张拉臂OO1与OX初始角为10°，顺时针旋转变化变化最大量为35°，即α + β =45° ;张拉カF1设计为498ΚΝ (约50吨)横梁所处环境，温度从最低到温度最高的情况下其长度变化值约为30mm (也称最大行程)。由最大行程计算得出OO1=IlOmm ；F2的臂长OO2是根据弹簧的參数计算得出，，实例中碟形弹簧选D=250mmd=127mmt=14mm h0=5. 6mm当压缩量f = 4. 2mm,弹簧カP=249KN,碟形弹簧片数24片,本例中选弹簧的最大压缩量为4. 8mm,则弹簧的弹カP=284. 57KN。根据F1=AgSKNF2=ZSt 57KN ;则F2的
臂长
取整数002=143mm 其行程为2X143Xsinl7. 5° =86mm碟形弹簧处在机构中所需最小弹簧カ时的弹簧カ为69. 75KN,即F2=69. 75KN,则
碟形弹簧处在机构中所需最大行程时弹簧カ为282KN，即F2=282KN，则
当臂叽转动^』。时，碟形弹簧处在整个行程中间位置，弹簧弹カ为(69. 75+282) /2=175. 88KN 即 F2=175. 88KN,则
由上述计算可知=F1在整个行程中偏差不超过3ΚΝ，即偏差为6%。左右。于其它实施例中，可以依所需要的不同张拉力，和不同的变形位移量，来确定起始角度α和摇臂的摇动角度β，以及张拉臂和弹簧臂的长度。其中，可以选择的角度范围为第一固定端与第二固定端位于最短距离时，中心支承轴至第一联接轴的中心连线与水平线(即图I中的α角)为5° 10°，中心支承轴至第二联接轴的中心连线与竖直线为向张拉机构外侧的10° 20° (即图I中OY线右侧的β/2角);第一固定端与第二固定端位于最长距离时，中心支承轴至第一联接轴的连线与水平线为30° 50° (即图I中的α+β/2)，中心支承轴至第二联接轴的连线与竖直线为向张拉机构内侧的10° 20° (即图I中OY线左侧的β/2角)。力臂的长度则根据张拉カ的需要进行选择。如图3至图10所示，为本发明有限长度范围内的恒カ张拉装置的具体结构说明。恒カ张拉装置10设于滑动联接的第一固定端和第二固定端之间，其中，第一固定端为与主体钢结构A固定联接的短梁21，第二固定端为与另一主体钢结构B固定联接的横梁22 ;短梁21与横梁22活动式地套接在一起。恒カ限位装置10包括设于短梁21上的张拉机构30、用于固定张拉机构30 —端的支座40、设于支座40上的摇臂50，及联接于摇臂50与横梁22之间的联接杆60 ;摇臂50设有与支座40铰链联接的中心支承轴51、与张拉机构30的一端铰链联接的第二联接轴53和与联接杆60联接的第一联接轴52 ;还包括用于固定张拉机构30另ー端的内支座70 ;内支座70与张拉机构30的另一端(即固定端)铰链联接。短梁21与横梁22的滑动联接为水平方向；中心支承轴至第二联接轴的连线与中心支承轴至第一联接轴的中心连线成117. 5° (即10° +90° +17.5° )。张拉机构30包括与内支座70铰链联接的弹簧固定座31、与摇臂50铰链联接的弹簧活动座32，及套设于弹簧固定座的外圆和弹簧活动座的内腔的弹簧。弹簧为碟形弹簧33，数量为24个。弹簧固定座31包括与内支座70铰链联接的耳板311 (本实施例中为ニ个)和与耳板311联接的套筒件312，套筒件312外套设有碟形 弹簧33，套筒件312还设有用于穿入弹簧活动座32的中心空腔313，弹簧活动座32包括中心连杆321和套设在中心连杆321 —端的套接件322，套接件322与中心连杆321之间设有调节螺母323和锁紧螺母324 ;中心连杆321 —端设有用于联接调节螺母323和锁紧螺母324的螺纹部3211，另一端与第二联接轴53铰链联接。套接件322设有套入碟形弹簧33的环形腔3221 (对碟形弹簧进行定位)。联接杆60包括固定端联接部61、摇臂端联接部63，及用于联接固定端联接部61与摇臂端联接部63的调节套筒62。支座40为ニ个，包括左支座41和右支座42，摇臂50包括左摇臂50A、右摇臂50B，及用于联接左摇臂50A和右摇臂50B的第二联接轴53、第一联接轴52 ;左摇臂50A设有与左支座41铰链联接的左中心支承轴51A，右摇臂50B设有与右支座42铰链联接的右中心支承轴51B ;第二联接轴53与中心连杆321铰链联接，第一联接轴52与联接杆60的摇臂端联接部62铰链联接。这种支座和摇臂的结构受カ均匀，结构简单，加工容易，并且可以做成较大的尺寸结构，易于提供足够的张拉力。短梁21内设有ニ个联接支板71，及穿过于ニ个联接支板71之间的用干与弹簧固定座31的ニ个耳板311联接的第三联接轴72，以此构成了内支座70。横梁22设有ニ个联接座板221，及穿过于ニ个联接座板221之间的用于与联接杆60的固定端联接部61联接的第四联接轴222。综上所述，本发明利用具有ニ个联接点(即图I中的O1和O2，及结构图中的第一联接轴和第二联接轴)与支承点(即图I中的0，及结构图中的中心支承轴)的夹角为110° 120°的摇臂结构，使第一联接点(即第一联接轴，产生最終张拉カ的作用点O1)的臂长与弹簧カ的变化呈现近似于线性的正比关系，从而使得产生产生最終张拉カ保持较为小范围的变化，实现恒力张拉的目的。本发明结构简単，易制作加工，成本低，值得大力推广于建筑钢结构中。上述仅以实施例来进ー步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
权利要求
1.有限长度范围内的恒力张拉装置，所述的恒力张拉装置设于滑动联接的第一固定端和第二固定端之间；其特征在于所述的限位装置包括设于第一固定端上的张拉机构、用于固定张拉机构一端的支座、设于支座上的摇臂，及联接于摇臂与第二固定端之间的联接杆；所述的摇臂设有与支座铰链联接的中心支承轴、与张拉机构的一端铰链联接的第二联接轴和与联接杆联接的第一联接轴；还包括用于固定张拉机构另一端的内支座；所述的内支座与张拉机构的另一端铰链联接。
2.根据权利要求I所述的有限长度范围内的恒力张拉装置，其特征在于所述的第一固定端与第二固定端的滑动联接为水平方向；中心支承轴至第二联接轴的连线与中心支承轴至第一联接轴的中心连线成110° 120°。
3.根据权利要求2所述的有限长度范围内的恒力张拉装置，其特征在于所述的第一固定端与第二固定端位于最短距离时，中心支承轴至第一联接轴的中心连线与水平线为10°，中心支承轴至第二联接轴的中心连线与竖直线为向张拉机构外侧的10° 20° ;所述的第一固定端与第二固定端位于最长距离时，中心支承轴至第一联接轴的连线与水平 线为30° 50°，中心支承轴至第二联接轴的连线与竖直线为向张拉机构内侧的10° 20。。
4.根据权利要求I所述的有限长度范围内的恒力张拉装置，其特征在于所述的张拉机构包括与内支座铰链联接的弹簧固定座、与摇臂铰链联接的弹簧活动座，及套设于弹簧固定座上的弹黃。
5.根据权利要求4所述的有限长度范围内的恒力张拉装置，其特征在于所述的弹簧固定座包括与内支座铰链联接的耳板和与耳板联接的套筒件，套筒件外套设有弹簧，套筒件还设有用于穿入弹簧活动座的中心空腔，所述的弹簧活动座包括中心连杆和套设在中心连杆一端的套接件，所述的套接件与中心连杆之间设有调节螺母和锁紧螺母；所述的中心连杆一端设有用于联接调节螺母和锁紧螺母的螺纹部，另一端与第二联接轴铰链联接。
6.根据权利要求4所述的有限长度范围内的恒力张拉装置，其特征在于所述的弹簧为碟形弹簧，数量为若干个。
7.根据权利要求I所述的有限长度范围内的恒力张拉装置，其特征在于所述的联接杆包括固定端联接部、摇臂端联接部，及用于联接固定端联接部与摇臂端联接部的调节套筒。
8.根据权利要求I所述的有限长度范围内的恒力张拉装置，其特征在于所述的支座为二个，包括左支座和右支座，所述的摇臂包括左摇臂、右摇臂，及所述的第二联接轴、第一联接轴；左摇臂设有与左支座铰链联接的左中心支承轴，右摇臂设有与右支座铰链联接的右中心支承轴；所述的第二联接轴与张拉机构铰链联接，所述的第一联接轴与联接杆铰链联接。
9.根据权利要求I所述的有限长度范围内的恒力张拉装置，其特征在于所述的第一固定端设有二个联接支板，及穿过于二个联接支板之间的用于与张拉机构联接的第三联接轴；所述的第二固定端设有二个联接座板，及穿过于二个联接座板之间的用于与联接杆联接的第四联接轴。
10.根据权利要求I所述的有限长度范围内的恒力张拉装置，其特征在于所述的第一固定端为与主体钢结构固定联接的短梁，所述的第二固定端为与另一主体钢结构固定联接的横梁；所述的短梁与横梁活动式地套接在一起。
全文摘要
本发明公开了一种有限长度范围内的恒力张拉装置，它设于滑动联接的第一固定端和第二固定端之间；包括设于第一固定端上的张拉机构、用于固定张拉机构一端的支座、设于支座上的摇臂，及联接于摇臂与第二固定端之间的联接杆；摇臂设有与支座铰链联接的中心支承轴、与张拉机构的一端铰链联接的第二联接轴和与联接杆联接的第一联接轴；还包括用于固定张拉机构另一端的内支座；内支座与张拉机构的另一端铰链联接。本发明利用二个联接点与支承点的夹角为110°～120°的摇臂结构，使第一联接点的臂长与弹簧力的变化呈现近似于线性的正比关系，从而使得产生产生最终张拉力保持较为小范围的变化，实现恒力张拉的目的。本发明结构简单，易制作加工，成本低，值得大力推广于建筑钢结构中。
文档编号E04B1/58GK102852232SQ201210356679
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者周春海, 王旭辉, 王飞勇 申请人:深圳市三鑫幕墙工程有限公司