一种可拆分式三杆张拉整体精密装配装置

1.本发明专利涉及张拉整体装配领域，特别是涉及一种可拆分式三杆张拉整体精密装配装置。


背景技术：

2.张拉整体结构是一种自平衡体系，具有材料利用率高的优势，并且驱动少数构件即可实现结构整体的变形和运动，在建筑、机械以及生物学等领域应用广泛。目前，在力学领域与张拉整体结构有关的受力分析及拓扑方式，已经有较为完备的理论分析基础。然而，现有的力学分析仅依靠理论建模，基本上均未借助实物进行分析处理；少数一些论文及专利虽提及到张拉整体实物，但并未说明张拉整体结构的具体装配方式。若仅依靠张拉整体的理论分析，而不借助装配实物，就很难深入研究张拉整体的各种理论特性，以至于难以将其应用于实际应用当中，具有很大的局限性。目前，国内外对张拉整体结构的具体装配方式研究涉及较少，缺乏简单有效的实际装配与制造方法。
3.尽管张拉整体结构具有严格的对称性和自平衡性，但是在安装过程中很难使每根索构件的预紧力保持一致，从而造成杆索构件受力不对称，难以达到自平衡状态。同时，在张拉整体结构具体的装配过程中，通常容易引起杆构件错位，从而无法实现杆构件的空间精准定位。
4.综上所述，一种可拆分式三杆张拉整体精密装配装置可以解决现有张拉整体结构的实际装配问题，有以下多种优势：模具设计具有对称性，安装简单，可拆分并重复使用，适用多种尺寸大小的张拉整体结构，便于精准定力张紧，解决了目前索构件预紧力无法确定的问题，并且杆索构件空间定位精准，张拉整体拆卸简单，在安装过程中不会造成结构的变形和错位。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决目前三杆张拉整体的装配问题，克服了杆构件在安装和拆卸过程中可能出现的错位和偏移问题，实现了张拉整体索构件的定力张紧，提供了一种可拆分式三杆张拉整体精密装配装置。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
7.本发明提供了一种可拆分式三杆张拉整体精密装配装置，可分为以下三个部分：杆索构件固定装置a、索构件张紧力测量装置b和底板c。其中，杆索构件固定装置a包括三棱柱固定模具i、侧面盖板ii1、侧面盖板ii2、侧面盖板ii3、底面支撑板iii1、底面支撑板iii2、侧面支撑板iv1、侧面支撑板iv2、侧面支撑板iv3、末端杆索固定结构v1、末端杆索固定结构v2、末端杆索固定结构v3、末端杆索固定结构v4、末端杆索固定结构v5、末端杆索固定结构v6。索构件张紧力测量b装置包括力传感器vi、升降台支架vii、支架固定板viii和打孔三角板ix。杆索构件固定装置a用于杆构件g1、g2、g3以及索构件s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8、s9的定位，索构件张紧力测量装置b确定索构件s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8和s9的预紧
力大小，底板c用于确定杆索构件固定装置a和索构件张紧力测量装置b的空间位置。
8.基于张拉整体特有的对称性，本发明所设计的三棱柱固定模具i的三个侧面完全相同，上下水平端面也完全相同。以其中的一个侧面m1为例，对其结构设计进行说明：在侧面m1的斜对角线上留出与杆构件3/5直径大小相等的圆柱形凹槽u1，在凹槽u1两侧对称打十个螺纹孔，并以上述螺纹孔中心为基点，以侧面m1为基准面向模具i内侧打十个正六边形孔并嵌入内六角螺母，上述螺纹孔与正六边形孔组成组合孔k101、k102、k103、k104、k105、k106、k107、k108、k109、k110。除上述组合孔外，侧面m1左下方有两个相似组合孔k201、k202。以其中任意一个水平端面m2为例，对其结构设计进行说明，以三棱柱固定模具i中水平端面m2上的边l1、l2、l3为基准，向内偏移相同的距离，构成一个新的正三角形，以该三角形的三个顶点和中心点作为水平端面m2上组合孔k301、k302、k303、k304的基准点。端面m2上的组合孔k301、k302、k303、k304以及侧面m1左下方的组合孔k201、k202的设计方式，与侧面m1上的组合孔k101、k102、k103、k104、k105、k106、k107、k108、k109、k110设计方式一致。上述组合孔的设计可解决3d打印制造三棱柱固定模具时无法在模具上攻螺纹的问题，若采用金属材料制造模具则可直接在模具上打螺纹孔。
9.侧面盖板是一个长方形薄板，与三棱柱固定模具i侧面固连，用于固定杆构件g1、g2和g3，由于三棱柱固定模具i结构的对称性，侧面盖板ii1、侧面盖板ii2和侧面盖板ii3的结构设计完全一致。以侧面盖板ii1为例，在长方形侧面盖板ii1的对称轴位置留出与杆构件1/5直径大小相等的圆柱形凹槽u2，在凹槽u2两侧对称位置打十个螺纹通孔k401、k402、k403、k404、k405、k406、k407、k408、k409、k410。以杆构件g1的固定方式为例进行说明：将杆构件g1嵌入凹槽u1，侧面盖板ii上的螺纹通孔k401、k402、k403、k404、k405、k406、k407、k408、k409、k410，依次对应侧面m1上的组合孔k101、k102、k103、k104、k105、k106、k107、k108、k109、k110。在上述两两对应的螺纹通孔和组合孔内放入螺栓，拧紧螺栓，借助侧面盖板ii与三棱柱固定模具i压紧杆构件g1，使其固定不动。杆构件g2和g3的固定方式与杆构件g1的固定方式相同。
10.底板c为固定连接结构，在底板c上打螺纹通孔k501、k502、k503、k504、k505、k506、k507、k508、k509、k510、k511、k512、k513、k514、k515、k516、k517和518。借助螺栓和垫片，将杆索构件固定装置a和索构件张紧力测量装置b固定到底板c上。
11.底面支撑板是l型支撑板，与三棱柱固定模具i侧面固连，将模具i支撑在底板c上，由于三棱柱固定模具i结构的对称性，底面支撑板iii1和底面支撑板iii2的结构设计完全相同。底面支撑板iii1和底面支撑板iii2支撑三棱柱固定模具i，连接三棱柱固定模具i与底板c，使张拉整体上下水平端面上的水平索构件s1、s2、s3、s4、s5和s6保持一个近似竖直的状态，便于张紧。以其中一个底面支撑板iii1的设计和安装为例，底面支撑板iii1连接面m3上的边l4分别与水平端面m2上的边l1、l2、l3重合，即分三次安装底面支撑板，每次连接可张紧对称的两根水平索构件。在上述底面支撑板iii1的连接面m3上打螺纹通孔k601、k602、k603、k604，对应水平端面m2上的组合孔k301、k302、k303、k304。在上述两两对应的组合孔和螺纹通孔内放入螺栓，拧紧螺栓，将底面支撑板iii1的连接面m3与水平端面m2固定连接。在底面支撑板iii1的另一连接面m4上打槽c1和c2，槽c1和c2的宽度配合底板上螺纹孔k501、k502、k503和k504的尺寸，将槽c1和c2与螺纹孔k501、k502、k503和k504的位置相对应，放入螺栓，借助螺栓与垫片与将底板c与底面支撑板iii1固连，起到连接主体三棱柱模
具i与底板c的作用。同理，底面支撑板iii2对应底板c上的螺纹孔k505、k506、k507和k508。
12.侧面支撑板支撑三棱柱固定模具i，连接三棱柱固定模具i与底板c，使张拉整体斜索构件s7、s8和s9保持一个近似竖直的状态，便于张紧。由于三棱柱固定模具i结构的对称性，侧面支撑板iv1、侧面支撑板iv2和侧面支撑板iv3的结构设计完全相同。以侧面支撑板iv1为例，侧面支撑板iv1是一个l型薄板，侧面支撑板iv1的连接面m5上的边l5对应水平端面m2上的边l1，并在连接面m5上对应侧面m1上的组合孔k201、k202，打螺纹通孔k701、k702。在上述两两对应的组合孔和螺纹通孔内放入螺栓，拧紧螺栓，将侧面支撑板iv1与三棱柱固定模具i的侧面m1固连。侧面支撑板iv1的另一连接面m6上打槽c3，槽c3的宽度配合底板c上螺纹孔k509和k510的尺寸，将槽c3与螺纹孔k509和k510的位置相对应，放入螺栓，借助螺栓与垫片将底板c与侧面支撑板ivi固连，起到连接主体三棱柱模具i与底板c的作用。同理，侧面支撑板iv2和iv3分别对应底板c上的螺纹孔k511、k512和k513、k514。
13.索构件张紧力测量b装置包括力传感器vi、升降台支架vii、支架固定板viii和打孔三角板ix，升降台支架vii上配有摇杆q和升降台w。借助支架固定板viii和打孔三角板ix，将力传感器vi、升降台支架vii和底板c连接成一个整体。支架固定板上的面m7，与底面支撑板iii1和侧面支撑板iv1的设计方式一致，在其上打槽c4和c5，槽c4和c5的宽度配合底板c上螺纹孔k515、k516、k517和k518的尺寸，将槽c4和c5与螺纹孔k515、k516、k517和k518的位置相对应，放入螺栓，借助螺栓与垫片将底板c与支架固定板viii连接。在支架固定板上的连接面m8上打螺纹通孔k801、k802、k803和k804，依次对应升降台支架侧面的四个螺纹孔，在上述两两对应的螺纹孔内插入螺栓，拧紧螺栓，将支架固定板viii固定在升降台支架vii上。升降台支架vii固定在底板c上，顶部有摇杆q，摇动摇杆q带动升降台w上下移动，调节升降台w使其达到一个合适的高度。打孔三角板ix安装在升降台w上，起到连接力传感器vi和升降台支架vii的作用。在打孔三角板ix上的连接面m9上，打螺纹通孔k901、k902、k903和k904，依次对应升降台w侧面上四个螺纹孔，在两两对应的螺纹孔内插入螺栓，拧紧螺栓，将升降台w和打孔三角板ix固定在一起。打孔三角板ix另一连接面m10为三角形薄板，在三角形薄板顶点处打螺纹通孔k1001。在螺纹通孔k1001中插入螺栓r1，将力传感器vi一端的线缆缠绕在螺栓r1上，用螺母x1固定，传感器另一线缆末端e与索构件末端接触，将索构件的受力情况通过力传感器vi转换为电信号，通过与力传感器vi相连的显示器d判断索构件在张紧过程中是否达到规定的预紧力。
14.由于三棱柱固定模具i结构的对称性，因此在杆构件g1、g2和g3末端安装的末端杆索固定结构v1、末端杆索固定结构v2、末端杆索固定结构v3、末端杆索固定结构v4、末端杆索固定结构v5和末端杆索固定结构v6结构完全相同。末端杆索固定结构v1由正六边形空心套筒1、螺栓r2、螺母x2和螺母x3组成。其中，在正六边形空心套筒1内部与螺栓r2相配合的部分攻螺纹。螺母x2和螺母x3与螺栓r2配合，将螺栓r2插入正六边形空心套筒1中，拧紧螺母x2，使螺栓r2与正六边形套筒1紧密配合。将索构件s1的一端缠绕在螺栓r2上，拧紧螺母x3固定索构件s1，索构件s1另一端张紧，当索构件s1达到预设张紧力后，按上述方式固定索构件s1另一端，即可实现索构件的定力张紧。
15.相比于现有技术，本发明具有如下优点：
16.1、本发明涉及了一种可拆分式三杆张拉整体精密装配装置，给出了可靠性高、适用范围广、加工制造简单的三杆张拉整体精密装配装置，具有重要意义与实际应用价值。
17.2、对于现有技术而言，在三杆张拉整体结构的安装过程中，杆构件难以固定，其空间定位不准确。本发明考虑了张拉整体结构具有严格的对称性，对防止安装张拉整体时出现结构变形与空间错位具有重要的实际应用价值。
18.3、对于现有技术而言，在三杆张拉整体结构的安装过程中，索构件预紧力大小无法确定且索构件在张紧后预紧力难以保持一致。本发明考虑了张拉整体结构在静态时具有自稳定性，对防止安装张拉整体时索构件无法定力张紧具有重要的实际应用价值。
附图说明
19.图1：一种可拆分式三杆张拉整体精密装配装置张紧水平索时整体装配示意图
20.图2：一种可拆分式三杆张拉整体精密装配装置张紧斜索时整体装配示意图
21.图3：三棱柱固定模具i示意图
22.图4：侧面盖板ii1的结构示意图
23.图5：底板c的俯视示意图
24.图6：底面支撑板iii1的结构示意图
25.图7：侧面支撑板iv1的结构示意图
26.图8：索构件张紧力测量装置b示意图
27.图9：支架固定板viii的结构示意图
28.图10：打孔三角板ix的结构示意图
29.图11：末端杆索固定结构v1的结构示意图
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明专利作的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
31.参考图1和图2，本发明提供了一种可拆分式三杆张拉整体精密装配装置可分为以下三个部分：杆索构件固定装置a、索构件张紧力测量装置b和底板c。其中，杆索构件固定装置a包括三棱柱固定模具i、侧面盖板ii1、侧面盖板ii2、侧面盖板ii3、底面支撑板iii1、底面支撑板iii2、侧面支撑板iv1、侧面支撑板iv2、侧面支撑板iv3、末端杆索固定结构v1、末端杆索固定结构v2、末端杆索固定结构v3、末端杆索固定结构v4、末端杆索固定结构v5、末端杆索固定结构v6。索构件张紧力测量b装置包括力传感器vi、升降台支架vii、支架固定板viii和打孔三角板ix。杆索构件固定装置a用于杆构件g1、g2、g3以及索构件s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8、s9的定位，索构件张紧力测量装置b确定索构件s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8和s9的预紧力大小，底板c用于确定杆索构件固定装置a和索构件张紧力测量装置b的空间位置。索构件s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8和s9在图1和图2中用虚线进行标注。
32.如图3所示，基于张拉整体特有的对称性，本发明所设计的三棱柱固定模具i的三个侧面完全相同，上下水平端面也完全相同。以其中的一个侧面m1为例，对其结构设计进行说明：在侧面m1的斜对角线上留出与杆构件3/5直径大小相等的圆柱形凹槽u1，在凹槽u1两侧对称打十个螺纹孔，并以上述螺纹孔中心为基点，以侧面m1为基准面向模具i内侧打十个正六边形孔并嵌入内六角螺母，上述螺纹孔与正六边形孔组成组合孔k101、k102、k103、
k104、k105、k106、k107、k108、k109、k110。除上述组合孔外，侧面m1左下方有两个相似组合孔k201、k202。以其中任意一个水平端面m2为例，对其结构设计进行说明，以三棱柱固定模具i中水平端面m2上的边l1、l2、l3为基准，向内偏移相同的距离，构成一个新的正三角形，以该三角形的三个顶点和中心点作为水平端面m2上组合孔k301、k302、k303、k304的基准点。端面m2上的组合孔k301、k302、k303、k304以及侧面m1左下方的组合孔k201、k202的设计方式，与侧面m1上的组合孔k101、k102、k103、k104、k105、k106、k107、k108、k109、k110设计方式一致。上述组合孔的设计可解决3d打印制造三棱柱固定模具时无法在模具上攻螺纹的问题，若采用金属材料制造模具则可直接在模具上打螺纹孔。
33.侧面盖板是一个长方形薄板，与三棱柱固定模具i侧面固连，用于固定杆构件g1、g2和g3，由于三棱柱固定模具i结构的对称性，侧面盖板ii1、侧面盖板ii2和侧面盖板ii3的结构设计完全一致。以侧面盖板ii1为例，如图4所示，在长方形侧面盖板ii1的对称轴位置留出与杆构件1/5直径大小相等的圆柱形凹槽u2，在凹槽u2两侧对称位置打十个螺纹通孔k401、k402、k403、k404、k405、k406、k407、k408、k409、k410。以杆构件g1的固定方式为例进行说明：将杆构件g1嵌入凹槽u1，侧面盖板ii上的螺纹通孔k401、k402、k403、k404、k405、k406、k407、k408、k409、k410，依次对应侧面m1上的组合孔k101、k102、k103、k104、k105、k106、k107、k108、k109、k110。在上述两两对应的螺纹通孔和组合孔内放入螺栓，拧紧螺栓，借助侧面盖板ii与三棱柱固定模具i压紧杆构件g1，使其固定不动。杆构件g2和g3的固定方式与杆构件g1的固定方式相同。
34.如图5所示，底板c为固定连接结构，在底板c上打螺纹通孔k501、k502、k503、k504、k505、k506、k507、k508、k509、k510、k511、k512、k513、k514、k515、k516、k517和518。借助螺栓和垫片，将杆索构件固定装置a和索构件张紧力测量装置b固定到底板c上。
35.底面支撑板是l型支撑板，与三棱柱固定模具i侧面固连，将模具i支撑在底板c上，由于三棱柱固定模具i结构的对称性，底面支撑板iii1和底面支撑板iii2的结构设计完全相同。如图1和图2所示，底面支撑板iii1和底面支撑板iii2支撑三棱柱固定模具i，连接三棱柱固定模具i与底板c，使张拉整体上下水平端面上的水平索构件s1、s2、s3、s4、s5和s6保持一个近似竖直的状态，便于张紧。以其中一个底面支撑板iii1的设计和安装为例，如图3和图6所示，底面支撑板iii1连接面m3上的边l4分别与水平端面m2上的边l1、l2、l3重合，即分三次安装底面支撑板，每次连接可张紧对称的两根水平索构件。在上述底面支撑板iii1的连接面m3上打螺纹通孔k601、k602、k603、k604，对应水平端面m2上的组合孔k301、k302、k303、k304。在上述两两对应的组合孔和螺纹通孔内放入螺栓，拧紧螺栓，将底面支撑板iii1的连接面m3与水平端面m2固定连接。在底面支撑板iii1的另一连接面m4上打槽c1和c2，槽c1和c2的宽度配合底板上螺纹孔k501、k502、k503和k504的尺寸，将槽c1和c2与螺纹孔k501、k502、k503和k504的位置相对应，放入螺栓，借助螺栓与垫片与将底板c与底面支撑板iii1固连，起到连接主体三棱柱模具i与底板c的作用。同理，底面支撑板iii2对应底板c上的螺纹孔k505、k506、k507和k508。
36.侧面支撑板支撑三棱柱固定模具i，连接三棱柱固定模具i与底板c，使张拉整体斜索构件s7、s8和s9保持一个近似竖直的状态，便于张紧。由于三棱柱固定模具i结构的对称性，侧面支撑板iv1、侧面支撑板iv2和侧面支撑板iv3的结构设计完全相同。以侧面支撑板iv1为例，如图7所示，侧面支撑板iv1是一个l型薄板，侧面支撑板iv1的连接面m5上的边l5
对应水平端面m2上的边l1，并在连接面m5上对应侧面m1上的组合孔k201、k202，打螺纹通孔k701、k702。在上述两两对应的组合孔和螺纹通孔内放入螺栓，拧紧螺栓，将侧面支撑板iv1与三棱柱固定模具i的侧面m1固连。侧面支撑板iv1的另一连接面m6上打槽c3，槽c3的宽度配合底板c上螺纹孔k509和k510的尺寸，将槽c3与螺纹孔k509和k510的位置相对应，放入螺栓，借助螺栓与垫片将底板c与侧面支撑板iv1固连，起到连接主体三棱柱模具i与底板c的作用。同理，侧面支撑板iv2和iv3分别对应底板c上的螺纹孔k511、k512和k513、k514。
37.如图8所示，索构件张紧力测量b装置包括力传感器vi、升降台支架vii、支架固定板viii和打孔三角板ix，升降台支架vii上配有摇杆q和升降台w。借助支架固定板viii和打孔三角板ix，将力传感器vi、升降台支架vii和底板c连接成一个整体。如图9所示，支架固定板上的面m7，与底面支撑板iii1和侧面支撑板iv1的设计方式一致，在其上打槽c4和c5，槽c4和c5的宽度配合底板c上螺纹孔k515、k516、k517和k518的尺寸，将槽c4和c5与螺纹孔k515、k516、k517和k518的位置相对应，放入螺栓，借助螺栓与垫片将底板c与支架固定板viii连接。在支架固定板上的连接面m8上打螺纹通孔k801、k802、k803和k804，依次对应升降台支架侧面的四个螺纹孔，在上述两两对应的螺纹孔内插入螺栓，拧紧螺栓，将支架固定板viii固定在升降台支架vii上。升降台支架vii固定在底板c上，顶部有摇杆q，摇动摇杆q带动升降台w上下移动，调节升降台w使其达到一个合适的高度。打孔三角板ix安装在升降台w上，起到连接力传感器vi和升降台支架vii的作用。如图10所示，在打孔三角板ix上的连接面m9上，打螺纹通孔k901、k902、k903和k904，依次对应升降台w侧面上四个螺纹孔，在两两对应的螺纹孔内插入螺栓，拧紧螺栓，将升降台w和打孔三角板ix固定在一起。打孔三角板ix另一连接面m10为三角形薄板，在三角形薄板顶点处打螺纹通孔k1001。在螺纹通孔k1001中插入螺栓r1，将力传感器vi一端的线缆缠绕在螺栓r1上，用螺母x1固定，传感器另一线缆末端e与索构件末端接触，将索构件的受力情况通过力传感器vi转换为电信号，通过与力传感器vi相连的显示器d判断索构件在张紧过程中是否达到规定的预紧力。
38.由于三棱柱固定模具i结构的对称性，因此在杆构件g1、g2和g3末端安装的末端杆索固定结构v1、末端杆索固定结构v2、末端杆索固定结构v3、末端杆索固定结构v4、末端杆索固定结构v5和末端杆索固定结构v6结构完全相同。如图11所示，末端杆索固定结构v1由正六边形空心套筒1、螺栓r2、螺母x2和螺母x3组成。其中，在正六边形空心套筒1内部与螺栓r2相配合的部分攻螺纹。螺母x2和螺母x3与螺栓r2配合，将螺栓r2插入正六边形空心套筒1中，拧紧螺母x2，使螺栓r2与正六边形套筒1紧密配合。将索构件s1的一端缠绕在螺栓r2上，拧紧螺母x3固定索构件s1，索构件s1另一端张紧，当索构件s1达到预设张紧力后，按上述方式固定索构件s1另一端，即可实现索构件的定力张紧。
39.上述实例说明本发明专利的技术构思及结构特点，目的在于使在本领域进行研究工作的科研人员和工程技术人员了解本发明专利，并且能够据此实现该产品。