专利名称：一种骨架结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及结构设计领域，尤其涉及一种空间骨架结构。
背景技术：
机器或构件的骨架除了部分铸造结构外，较多采用的是用杆件材料通过焊接、铆接、粘接、螺栓、销钉等多种连接方法拼接而成。常用于拼接的骨架包括无筋骨架、有平面交叉筋骨架和有平面斜拉筋骨架三种。如图1所示是无筋骨架立体示意图，用若干杆件材料沿空间坐标的χ轴、y轴和ζ 轴拼接而成，如图2所示是无筋骨架在三个平面上的投影示意图。图3是有平面交叉筋骨架的立体示意图，由至少一个单元框架组成，AB⑶EFGH是其中一个单元框架。除了用杆件材料沿空间坐标轴拼接外，在骨架长度方向即ox方向与坐标平面oxy和0XZ平行的单元框架的对角线处都连接有加强筋，在图3中具体为在与坐标平面0XZ平行的框架ABFE内连接有加强筋AF和BE，AF和BE在平面框架ABFE内形成交叉筋，把此结构的骨架称为“有平面交叉筋骨架”。同理，在与坐标平面oxy平行的框架BCGF 内连接有加强筋BG和CF，在与坐标平面oxz平行的框架⑶HG内连接有加强筋CH和DG，在与坐标平面oxy平行的框架ADHE内连接有加强筋AH和DE，依次类推，如图4是有平面交叉筋骨架在三个平面上的投影示意图。在有平面交叉筋骨架中，去掉每组交叉筋中的其中一根，就成为有平面斜拉筋骨架，如图5是一种有平面斜拉筋骨架的立体示意图，图6是图5的有平面斜拉筋骨架在三个平面上的投影示意图。在图5中，在与坐标平面oxz平行的平面框架ABFE的其中一个对角线处连接有加强筋AF，加强筋AF与平面框架ABFE的AE边和EF边形成一定倾斜角度，把此结构的骨架称为“有平面斜拉筋骨架”。同理，在与坐标平面oxy平行的框架BCGF内连接有加强筋BG，在与坐标平面oxz平行的框架CDHG内连接有加强筋CH，在与坐标平面oxy平行的框架ADHE内连接有加强筋DE，依次类推。本发明的发明人在实现本发明的过程中发现当对如图1和2所示的无筋骨架施加剪切力和压力时，这种无筋骨架比较容易变形，在如图3和4所示的有平面交叉筋骨架中，由于交叉筋的作用，骨架的抗弯性能得到了很大的增强，但在有平面交叉筋骨架中共需要使用16根交叉筋，使用杆件材料较多，成本增加。在如图5和6所示的有平面斜拉筋骨架中，虽然减少了杆件材料，但是由于从交叉筋减少为单个的斜拉筋，其抗弯性能也有一定的削弱，只是相对于无筋骨架其抗弯性能得到了一定的增强。在图2、图4和图6中，上述三种骨架结构的左视图(即在oyz平面的投影)都是一个方框ABCD，并没有斜拉的杆件材料支撑，当此方框结构承受剪切力的作用时，很容易变形。如图7所示，在图7中(a)是承受横向剪切力的情形，在图7中(b)是承受纵向剪切力的情形，可见在剪切力W的作用下，框架都易于发生横向或纵向变形，图7中虚线表示变形后的位置，因此，现有的三种常见骨架结构在oyz平面投影的抗剪切能力都较差。
发明内容
本发明实施例提供了一种骨架结构，同时具有较强的抗弯性能和抗剪切能力，并且耗用的杆件材料较少，成本较低。本发明实施例提供的骨架结构，包括杆件沿空间坐标的三个维度组成的空间框架，所述空间框架包括至少一个单元框架，所述单元框架的两个不同平面上的杆件之间连接有至少一个加强筋，所述加强筋的两个端点分别连接在所述单元框架的两个不同平面上的杆件上。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点在本发明实施例中，骨架结构包括有杆件沿空间坐标的三个维度组成的空间框架，空间框架包括至少一个单元框架，该单元框架的两个不同平面上的杆件之间连接有至少一个加强筋，由于该加强筋的两个端点分别连接在单元框架的两个不同平面上的杆件上，故本发明实施例中的加强筋连接的是单元框架的两个不同平面，故本发明实施例提供的骨架结构能够抵抗从不同平面方向上施加的横向或纵向的压力，同时具有较强的抗弯性能和抗剪切能力，由于不需要在单元框架的每个坐标平面上都部署加强筋，故本发明实施例中的骨架结构耗用的杆件材料较少，成本较低。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中的无筋骨架的立体示意图；图2为现有技术中的无筋骨架在三个平面上的投影示意图；图3为现有技术中的有平面交叉筋骨架的立体示意图；图4为现有技术中的有平面交叉筋骨架在三个平面上的投影示意图；图5为现有技术中的有平面斜拉筋骨架的立体示意图；图6为现有技术中的有平面斜拉筋骨架在三个平面上的投影示意图；图7为现有技术中的无筋骨架、有平面交叉筋骨架、有平面斜拉筋骨架的在oyz平面上承受剪切力发生变形的示意图；图8为本发明实施例提供的骨架结构的立体示意图；图9为本发明实施例提供的骨架结构在三个平面上的示意图；图10为四种骨架剪切变形和弯曲变形仿真分析最大变形量对比柱状图；图11为在oyz平面内的截面形状为梯形的骨架结构的立体示意图；图12为在oxy和0XZ平面内的截面形状为梯形的骨架结构的立体示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种骨架结构，同时具有较强的抗弯性能和抗剪切能力，并且耗用的杆件材料较少，成本较低。为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供的骨架结构，包括杆件沿空间坐标的三个维度组成的空间框架，所述空间框架包括至少一个单元框架，所述单元框架的两个不同平面上的杆件之间连接有至少一个加强筋，所述加强筋的两个端点分别连接在所述单元框架的两个不同坐标平面上的杆件上。需要说明的是，在本发明实施例中，空间坐标有三个维度通常指的是三个坐标轴 ox轴、oy轴、OZ轴，这样的话三个轴之间都是相互垂直的，但是空间坐标的三个维度也可以不是指三个坐标轴，而是在三个不同平面上即可，例如，这三个维度之间不一定是相互垂直的，而是其中两个维度之间的夹角为任意值，如60度或120度等，空间框架的形状是由骨架组成的机器或构件来决定的，机器或构件需要什么形状的骨架结构就可以将空间框架的三个维度设置成什么样的形状，具体请参见后续附图的说明。另外，一个空间框架包括了至少一个单元框架，具体一个空间框架可以包括两个单元框架或多个单元框架，单元框架指的是由多个杆件按照空间坐标的三个维度连接而成，其中，单元框架中的杆件可以构成不同的平面，在本发明实施例中单元框架的两个不同平面之间连接有至少一个加强筋，用于增加这个骨架结构的抗弯性能和抗剪切能力。可选的是，在实际应用中，加强筋设置在单元框架的空间对角线处，空间对角线指的是单元框架中连接两个不同平面上的端点的线，此处描述的是加强筋设置的位置在单元框架的空间对角线处，指的是由于加强筋有一定的厚度，为了克服厚度的影响，加强筋设置在空间对角线上或空间对角线附近或空间对角线平行的地方，避免加强筋相互之间的干涉，加强筋交叉或交错设置。其中，交叉是指当两个加强筋干涉时，将其中一个或两个加强筋发生干涉的部分实体去除，使之不干涉。交错是指当两个加强筋干涉时，将其中一个或两个加强筋相互离开一定的距离，这个距离大于或等于加强筋的厚度，使加强筋之间不干涉。总之指的是加强筋设置的位置，是本发明实施例中加强筋设置的一种实现方式，此处只是说明，不做限定。可选的是，所述单元框架的形状为长方体或正方体，或所述单元框架在至少一个坐标平面内的截面形状为梯形，或为更加复杂的空间形状，此处只是一种实现方式，并不做限定。优选的，所述单元框架包括两条空间对角线，所述两条空间对角线处分别设置有第一加强筋和第二加强筋，所述第一加强筋和所述第二加强筋相交叉或交错。需要说明的是，第一加强筋和第二加强筋相交叉或交错具体可以指的是两个加强筋交叉或交错，在空间形成交叉或交错的形状，能够提高骨架结构的抗弯性能和抗剪切能力。需要说明的是，本发明实施例提供的骨架结构也可以称之为有空间交叉筋骨架， 该有空间交叉筋骨架包括有杆件沿空间坐标的三个维度组成的空间框架，空间框架包括至少一个单元框架，第一加强筋和第二加强筋交叉或交错于单元框架的中心。优选的，所述单元框架包括四条空间对角线，所述四条空间对角线处或附近分别设置有第三加强筋、第四加强筋、第五加强筋、第六加强筋，所述第三加强筋、所述第四加强筋、所述第五加强筋、所述第六加强筋相交叉或交错。
需要说明的是，本发明实施例中，加强筋是用杆件材料制成，因为在单元框架中发挥的作用主要是用于支撑骨架结构，故称之为加强筋。加强筋与本发明实施例中描述的组成空间框架的杆件通过焊接、铆接、粘接、螺栓、销钉等多种连接方法拼接而成。需要说明的是，在实际应用中，单元框架的四条空间对角线处都设置有加强筋时， 由于每条空间对角线的两个端点分别来自不同的两个平面，且各个加强筋相交叉或交错， 在加强筋的交叉或交错处，对相邻的加强筋进行连接，如焊接、铆接、粘接、螺栓、销钉等，可以进一步提高抗弯性能和抗剪切能力。故本发明实施例提供的骨架结构能够抵抗从不同平面施加的横向或纵向的压力，同时具有较强的抗弯性能和抗剪切能力，并且耗用的杆件材料不多，成本较低。为了清楚的描述本发明实施例提供的骨架结构，接下来以本发明实施例提供的骨架结构单元框架的四条空间对角线处分别设置有加强筋为例进行说明，如图8所示，本发明实施例提供的骨架结构包括由杆件沿χ轴、y轴和ζ轴围成空间框架，该空间框架由至少一个单元框架组成，其中一个单元框架为AB⑶EFGH，杆件组成了单元框架的12个边，分别是 AE、EH、HD、DA、AB、EF、HG、DC、BC、CG、GF、FB,单元框架 ABCDEFGH 的空间对角线的两个端点位于单元框架的非同一平面上，单元框架ABCDEFGH的两个不同平面上的杆件之间连接有至少一个加强筋，加强筋的两个端点分别连接在单元框架的两个不同平面上的杆件上，具体的，加强筋设置在单元框架的空间对角线处，例如，四条空间对角线分别是连接端点A和端点G的对角线、连接端点B和端点H的对角线、连接端点C和端点E的对角线、连接端点D和端点F的对角线，其中，端点A、端点D、端点H、端点E在平面ADHE上，端点B、端点C、端点G、端点F在平面BCGF上，在连接端点A和端点G的对角线处设置有第三加强筋 AG,在连接端点B和端点H的对角线处设置有第四加强筋BH，在连接端点C和端点E的对角线处设置有第五加强筋CE，在连接端点D和端点F的对角线处设置有第六加强筋DF。如图8所示，第三加强筋AG、第四加强筋BH、第五加强筋CE和第六加强筋DF既不与坐标轴χ 轴、y轴或ζ轴平行，又不与坐标平面0Xy、0Xz和oyz平行，为空间结构，且相互交叉或交错于单元框架的中心，因此本发明实施例提供的骨架结构也可以称为“有空间交叉筋骨架”。为了清楚描述如图8所示的骨架结构，请参阅图9所示的有空间交叉筋骨架在三个平面上的投影示意图。从图9可以看出，图8中的第三加强筋AG、第四加强筋BH、第五加强筋CE和第六加强筋DF在三个平面上的投影形成交叉形状，故抵抗从不同平面施加的横向或纵向的压力的能力较强。特别是在左视图中，由于各个加强筋的投影为交叉形状，包含了若干三角形的形状，符合“三角形的稳定性”原理，在oyz平面的投影上包含了若干个三角形的形状，故与背景技术相比，在oyz平面上受到横向或纵向的剪切力时，本发明实施例提供的骨架结构抗剪切能力得到了增强，并且耗用的杆件材料较少，成本较低。在本发明实施例中，骨架结构包括有杆件沿空间坐标的三个维度组成的空间框架，空间框架由至少一个单元框架组成，该单元框架的两个不同平面上的杆件之间连接有至少一个加强筋，由于该加强筋的两个端点分别连接在单元框架的两个不同平面上的杆件上，故本发明实施例中的加强筋连接的是单元框架的两个不同平面，故本发明实施例提供的骨架结构能够抵抗从不同平面方向上施加的横向或纵向的压力，同时具有较强的抗弯性能和抗剪切能力，并且耗用的杆件材料较少，成本较低。为了进一步说明本发明实施例提供的骨架结构对提高抗弯性能和抗剪切能力的效果，对现有常见的三种骨架(无筋骨架、有平面交叉筋骨架和有平面斜拉筋骨架)和本发明实施例提供的骨架结构(为了区分现有的骨架结构和本发明实施例提供的骨架结构，将本发明实施例提供的骨架结构称之为有空间交叉筋骨架)进行仿真分析。设定条件四种骨架的外框架结构形状和尺寸完全相同，受力情况完全一致，加强筋截面相同，仅加强筋的数量、长度和位置有所不同。如下表1是四种骨架剪切变形和弯曲变形仿真分析最大变形量汇总表
骨架类型剪切变形量弯曲变形量无筋骨架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有空间交叉筋骨架0. 5951. 246其中，如图5有平面斜拉筋单元框架ABCDEFGH所需的加强筋数量为4根，如图 3有平面交叉筋单元框架ABCDEFGH所需的加强筋为8根，如图8有空间交叉筋单元框架 ABCDEFGH所需的加强筋数量为4根，变形量的单位为毫米(mm)，在四种单元框架的外框架结构形状和尺寸完全相同、受力情况完全一致、加强筋截面相同、仅加强筋的数量、长度和位置有所不同时，本发明实施例提供的有空间交叉筋骨架的剪切变形量最小，为0. 595，本发明实施例提供的有空间交叉筋骨架的弯曲变形量为1.对6，仅略大于有平面交叉筋骨架的弯曲变形量0.813，而小于有平面斜拉筋骨架的弯曲变形量1.312和无筋骨架的弯曲变形量5.四1，但是本发明实施例提供的有空间交叉筋单元框架所需的加强筋数量仅为有平面交叉筋骨架所需加强筋数量的一半，所需要的杆件材料总长度较小，降低了成本。请参阅图10所示，是四种骨架的单元框架剪切变形和弯曲变形仿真分析最大变形量对比柱状图，从图10中左边的剪切变形对比柱状图可以看出，本发明实施例提供的有空间交叉筋骨架单元框架的最大剪切变形量比三种常见骨架的最大剪切变形量低了很多， 也就是说，本发明实施例提供的有空间交叉筋骨架的抗剪切能力得到了增强。从图10中右边的弯曲变形对比柱状图可以看出，本发明实施例提供的有空间交叉筋骨架的单元框架最大弯曲变形量比无筋骨架的最大弯曲变形量降低了很多，与有平面斜拉筋骨架和有平面交叉筋骨架的单元框架最大弯曲变形量接近。但是现有的有平面交叉筋骨架的加强筋数量为 16，本发明实施例体提供的有空间交叉筋骨架的加强筋的数量为8。当单元框架形状为正方体时，本发明实施例单元框架需要的加强筋的总长度与有平面交叉筋骨架单元框架的加强筋的总长度之比为0.61 1，也就是说，同等情况下本发明实施例的骨架结构单元框架所需的加强筋可以节省39%的杆件材料。接下来请参阅图11和图12所示，本发明提供的骨架结构的单元框架可以是正方体或长方体，或者在至少一个坐标平面内的截面形状是梯形，例如图11是在Oyz平面内的截面形状为梯形的示意图，图12是在oxy和0XZ平面内的截面形状为梯形的骨架结构示意图。空间框架的形状是由骨架组成的机器或构件来决定的，机器或构件需要什么形状的骨架结构就可以将空间框架的三个维度设置成什么样的形状，此处图11和图12只是一种举例情况，并不做限定。 以上对本发明所提供的一种骨架结构进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述， 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种骨架结构，其特征在于，包括杆件沿空间坐标的三个维度组成的空间框架，所述空间框架包括至少一个单元框架，所述单元框架的两个不同平面上的杆件之间连接有至少一个加强筋，所述加强筋的两个端点分别连接在所述单元框架的两个不同平面上的杆件上。
2.根据权利要求1所述的骨架结构，其特征在于，所述加强筋设置在所述单元框架的空间对角线处。
3.根据权利要求2所述的骨架结构，其特征在于，所述空间框架的单元框架包括两条空间对角线，所述两条空间对角线处分别设置有第一加强筋和第二加强筋，所述第一加强筋和所述第二加强筋相交叉或交错。
4.根据权利要求2所述的骨架结构，其特征在于，所述空间框架的单元框架包括空间四条对角线，所述四条对角线处分别设置有第三加强筋、第四加强筋、第五加强筋、第六加强筋，所述第三加强筋、所述第四加强筋、所述第五加强筋、所述第六加强筋相交叉或交错。
5.根据权利要求1所述的骨架结构，其特征在于，所述单元框架的形状为长方体或正方体。
6.根据权利要求1所述的骨架结构，其特征在于，所述单元框架在至少一个坐标平面内的截面形状为梯形。
全文摘要
本发明实施例公开了一种骨架结构，同时具有较强的抗弯性能和抗剪切能力，并且耗用的杆件材料较少，成本较低。本发明实施例提供的骨架结构包括杆件沿空间坐标的三个维度组成的空间框架，所述空间框架包括至少一个单元框架，所述单元框架的两个不同平面上的杆件之间连接有至少一个加强筋，所述加强筋的两个端点分别连接在所述单元框架的两个不同平面上的杆件上。
文档编号F16S3/08GK102563333SQ20121000890
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者李力, 江洪, 金世华 申请人:深圳市润天智数字设备股份有限公司