等代桁架结构制造技术

一种等代桁架结构（１０）包括至少两个螺旋件（３０、３２）和至少一个与其连接的具有反向角度取向的反向螺旋件（３４）。每个螺旋件和反向螺旋件最好包括至少四个直段（２２），这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接，形成围绕共同轴线（１４）的基本一整圈，从而形成第一正方形横截面。该结构还可包括至少两个被转动的螺旋件（８０、９２）和相对于螺旋件和反向螺旋件被转动的至少一个被转动的反向螺旋件（９８），形成一个相对于第一正方形横截面被转动的第二正方形横截面。该结构可以是直的、弯曲的、挠性的或构成角形。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
等代桁架结构
本专利技术一般涉及牢固且重量轻的三维构件。更具体来说，本专利技术涉及具有多个围绕一轴线缠绕的螺旋件，每个螺旋件具有在螺旋构造中端部对端部连接的直段。
技术介绍
在民用、机械、航空及运动领域中对有效结构的追求是持久不断的探索。有效的桁架结构是一种具有高的强度-重量比和/或高的刚度-重量比的结构。有效的桁架结构也可以描述为相对较低成本、易于制造及组装及不浪费材料的结构。桁架一般是静止的、完全受约束的用于支承载荷的结构。它们由直构件构成，这些直构件在每个构件的端部相连。这些构件是两力构件，力是沿着构件的方向的。两力构件在构件中只能产生轴向力如拉力和压力。桁架常常应用在桥梁及建筑物的结构中。桁架用于承受在桁架平面内作用的载荷。因此，桁架往往作为两维结构来处理和分析。最简单的桁架由三个构件构成，这些构件在其端部连接而形成三角形。通过在这种简单结构上相连增加两个构件和一个新的接头，可以得到较大的结构。最简单的三维桁架由端部连接而形成四面体的六个构件构成。通过在四面体上相继增加三个构件和一个新接头，可以得到较大的结构。这种三维结构称为空间桁架。与桁架相反，框架一般也是静止的、完全受约束的结构，但是具有至少一个多力构件，受一个不沿该构件指向的力。机器是含有运动零件的结构，用于传递和改变力。象框架那样，机器含有至少一个多力构件。多力构件不仅可以产生拉力和压力，而且也可产生剪切和弯曲。传统的结构设计一直被限制于抵抗单一载荷型的一维或两维分析。-->例如工字梁被最佳化以抵抗弯曲，管子被最佳化以抵抗扭转。将设计分折限制于两维可以简化设计过程，但忽略了综合载荷。三维分析是困难的，这是由于难于概念化及计算三维载荷和结构的缘故。事实上，许多结构必须抵抗复式载荷。现在利用计算机来模拟较为复杂的结构。
技术实现思路
人们已经认识到研制一种具有改善的性能特征如强度、减轻重量等是更为有利的。本专利技术提供一种三维结构或构件，它包括：1)至少两个间隔开来的螺旋件，以及2)至少一个连接于两个螺旋件的反向螺旋件。螺旋件和反向螺旋件具有共用的纵轴线，但是围绕轴线的角度取向相反。另外，每个螺旋件及反向螺旋件最好包括至少四个长的直段，这些直段在螺旋构造中端部对端部地刚性连接，形成一个围绕轴线的单一的、基本完整的转动。因此，螺旋件和反向螺旋件构成一个第一方形横截面。在一个方面中，这种结构包括四个螺旋件和四个反向螺旋件。另外，这种等代桁架(iso-truss)结构可以包括：1)被转动的螺旋件；以及2)被转动的反向螺旋件，其类似于上述螺旋件和反向螺旋件，但相对于它们转动。因此，被转动的螺旋件和被转动的反向螺旋件构成一个相对于第一方形横截面转动的第二方形横截面。在一个方面中，这种结构包括四个被转动的螺旋件和四个被转动的反向螺旋件，总数为16个螺旋件。各螺旋件在节点和内节点上相交、在一个方面中，旋旋件形成8个内节点和8个外节点。纵向或轴向件可平行轴线延伸，相交于内和/或外节点。在一个方面中，这种结构包括8个外节点。已经发现，这种8节点结构具有意料不到的结构或性能特征。按照本专利技术的一个方面，这种结构还可以包括连接于螺旋件一端的一个端板，以便将螺旋件连接于另一物体。在一个方面中，螺旋件可由纤维线形成，纤维线可以围绕端板缠绕。端板可以包括一个周边，周边上带有多个接纳纤维线的凹部。-->按照本专利技术的另一方面，这种结构还可包括一个安装在螺旋件和直段上的连接件，以便将其它物体安装在螺旋件和直段上。该连接件可以包括一个穿过由螺旋件形成的三角形开口的三角形横截面。按照本专利技术的另一个方面，螺旋件和反向螺旋件间可形成一个大于大约60°的角。已经发现，这种角具有意料不到的结构或性能特征。按照本专利技术的另一个方面，螺旋件和反向螺旋件可以在轴向上和/或侧向上是挠性的，但是，具有抗扭刚度。这种结构可以在直的第一位置和弓形的第二位置之间弯曲，在第一位置上，轴线基本是直的，在第二位置上，轴线基本呈弓形。另外，这种结构在纵向上可压缩和膨胀，在任一情形中，该结构可储存能量，因而用作一个弹性件。按照本专利技术的另一个方面，这种结构可以是弓形的，螺旋件可绕一弓形轴线形成。因此，弓形结构可以形成比单一直线结构更为复杂的结构，更好地适用于特定应用场合。按照本专利技术的另一个方面，每个螺旋件的各段可沿轴线相继减小长度，使构件逐渐变细。因此，这种锥形结构可形成比单一直线结构更为复杂的形状，更好地适用于特定应用场合。按照本专利技术的另一个方面，这种等代桁架结构可用于固定指示牌、公用线路或灯具。这种等代桁架结构还可用作自行车框架、飞机和船舶构件等。按照本专利技术用于形成等代桁架结构的方法可以包括围绕一心轴缠绕纤维以便形成两个螺旋件和一个反向螺旋件。一种基质或树脂可加在纤维上并被硬化。心轴可从结构去除。心轴可以包括设置在其上的多个头部，以便接纳和固定纤维。心轴可以是一种自崩式或可瓦解的心轴。现在对照下述附图，以举例方式详细描述本专利技术的附加特征和优点。附图说明图1是按照本专利技术的等代桁架结构的立体图；图2是图1的等代桁架结构的侧视图；-->图3是图1的等代桁架结构的局部立体图，图4是图1的等代桁架结构的端视图；图5a-5t是图1的等代桁架结构的局部立体图，表示本专利技术的螺旋件；图6是按照本专利技术的另一种等代桁架结构的立体图；图7是图6的等代桁架结构的侧视图；图8是图6的等代桁架结构的端视图；图9a和9b的曲线图表示按照本专利技术的等代桁架结构的性能；图10a是图1的等代桁架结构的端视图；图10b是图1的等代桁架结构的侧视图；图10c是图6的另一个等代桁架结构的端视图；图10d是图6的另一个等代桁架结构的侧视图；图10e是另一个等代桁架结构的端视图；图10f是图10e的另一个等代桁架结构的侧视图；图11a是现有技术的等代桁架结构的端视图；图11b是图11a的等代桁架结构的侧视图；图11c是现有技术的等代桁架结构的端视图；图11d是图11c的等代桁架结构的侧视图；图11e是现有技术的等代桁架结构的端视图；图11f是图11e的等代桁架结构的侧视图；图12a是按照本专利技术的端板的立体图；图12b是图10a的端板的端视图；图13是本专利技术的斜板的端视图；图14a是另一端板的顶视图；图14b是图14a的端板的侧剖图；图14c是图14a的端板的局部剖视图；图15是固定在一个等代桁架结构上的按照本专利技术的另一端板的侧视图；图16是图15的端板的顶视图；图17a是按照本专利技术的端部连接的立体图；-->图17b是图17a与等代桁架结构的端部连接的顶视图；图18a是按照本专利技术的端部连接的立体图；图18b是图18a的与等代桁架结构的端部连接的底视图；图19a是按照本专利技术的端部连接的立体图；图19b是图19a的与等代桁架结构的端部连接的底视图；图20a是按照本专利技术的与等代桁架结构的端部连接的立体图；图20b是图20a的端部连接的侧视图；图21a是按照本专利技术的与等代桁架结构的端部连接的立体图；图21b是图21a的端部连接的顶视图；图22a是按照本专利技术的端部连接的立体图；图22b是图22a的端部连接的顶视图；图23是按照本专利技术的连接的立体图；图24a是按照本专利技术的连接的立体图；图24b是图24a的安装两个等代桁架结构的连接的局部立体图；图25a是按照本专利技术的另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构体，它包括： ａ）至少两个间隔开来的螺旋件，每个螺旋件具有： １）一根共同纵轴线， ２）一个围绕轴线的共同角度取向，以及 ３）至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接，形成围绕轴线的基本一整圈；以及 ｂ）至少一个反向螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件，所述反向螺旋件具有： １）一根与所述至少两个螺旋件共同的纵轴线， ２）相对于至少两个螺旋件来说，相反的角度取向，以及 ３）至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接，形成围绕轴线的基本一整圈。

【技术特征摘要】
US 2000-7-28 60/221,4451.一种结构体，它包括：a)至少两个间隔开来的螺旋件，每个螺旋件具有：1)一根共同纵轴线，2)一个围绕轴线的共同角度取向，以及3)至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接，形成围绕轴线的基本一整圈；以及b)至少一个反向螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件，所述反向螺旋件具有：1)一根与所述至少两个螺旋件共同的纵轴线，2)相对于至少两个螺旋件来说，相反的角度取向，以及3)至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接，形成围绕轴线的基本一整圈。2.如权利要求1所述的结构中，其特征在于：所有螺旋件具有连续的纤维束；螺旋件在相交部位通过重叠螺旋件的纤维而彼此相连接。3.如权利要求1所述的结构件，其特征在于：螺旋件限定一个基本没有材料的中空内部。4.如权利要求1所述的结构件，其特征在于：螺旋件在其间限定开口。5.如权利要求1所述的结构件，其特征在于：螺旋件限定正方形横截面的假想管状件。6.如权利要求1所述的结构件，其特征在于还包括：a)至少两个间隔开来的被转动的螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件和至少一个反向螺旋件，并相对于它们转动，每个被转动的螺旋件具有：1)一根被转动的纵轴线，2)一个围绕所述被转动的纵轴线的共同的角度取向，3)至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接，形成围绕被转动的轴线基本一整圈；以及b)至少一个被转动的反向螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件和至少一个反向螺旋件，并相对于它们转动，所述被转动的反向螺旋件具有：1)一根与所述至少两个被转动的螺旋件共同的被转动的纵轴线，2)一个相对于所述两个被转动的螺旋件来说，相反的角度取向，以及3)至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接，形成围绕轴线的基本一整圈。7.如权利要求6所述的结构件，其特征在于：所述纵轴线和被转动的纵轴线是同心的，螺旋件的直段构成具有八角星横截面的假想管状件。8.如权利要求6所述的结构件，其特征在于：所述纵轴线和被转动的纵轴线是同心的，所述直段构成具有两个正方形横截面的假想管状件，所述正方形具有一根共同的纵轴线，但是一个正方形相对于另一个正形被转动。9.如权利要求1所述的结构件，其特征在于还包括：一个端板，连接于螺旋件的一端，以便将螺旋件连接于另一个物体。10.如权利要求9所述的结构件，其特征在于：螺旋件具有连续的纤维束，端板是通过围绕端板缠绕所述连续的纤维束而被连接的。11.如权利要求9所述的结构件，其特征在于：所述端板包括一个周边，围绕该周边形成多个凹部以接纳纤维束，所述端板包括多个孔，以便将所述端板连接于另一物体。12.如权利要求1所述的结构件，其特征在于：螺旋件和直段构成一个重复的三角形和四面体模式；并且还包括：一个连接于螺旋件和直段的连接器，以便将其它物体连接于螺旋件和直段，所述连接器是长形的，具有基本三角形的横截面形状，所述连接器穿过至少两个由螺旋件和直段形成的三角形。13.如权利要求1所述的结构件，其特征在于：所述各轴线是竖直取向的，下端连接于支承面，上端位于下端的上方；还包括连接于所述上端的、从下述物体构成的一个组中选择的另一物体：带有标记的信号板、用于固定公用线路的水平公用构件、光源。14.一种结构件，它包括：a)至少两个间隔开来的螺旋件，每个螺旋件具有：1)一根共同的纵轴线，2)一个围绕轴线的共同的角度取向，以及3)至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部刚性连接，形成围绕轴线的基本一整圈；b)至少一个反向螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件，所述反向螺旋件具有：1)一根与所述至少两个螺旋件共同的纵轴线，2)相对于所述两个螺旋件来说，一个相反的角度取向，以及3)至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部刚性连接，形成围绕轴线的基本一整圈；c)至少两个间隔开来的被转动的螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件和至少一个反向螺旋件，并相对于它们被转动，每个被转动的螺旋件具有：1)一根共同的被转动的纵轴线，2)一个围绕被转动的纵轴线的共同的角度取向，以及3)至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部刚性连接，形成围绕被转动的轴线基本一整圈；以及d)至少一个被转动的反向螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件和至少一个反向螺旋件，且相对于它们被转动，所述被转动的反向螺旋件具有：1)一根与所述至少两个被转动的螺旋件共同的被转动的纵轴线，2)相对于所述两个被转动的螺旋件来说，一个相反的角度取向，以及3)至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部刚性连接，形成围绕轴线的一整圈。15.如权利要求14所述的结构件，其特征在于：所述纵轴线和所述被转动的纵轴线同心，螺旋件的直段构成一个具有八角星横截面的假想管状件。16.如权利要求14所述的结构件，其特征在于：所述纵轴线和所述被转动的纵轴线同心，直段构成一假想管状件，该假想管状件具有共同纵轴线的两个正方形横载面，但是一个正方形相对另一正方形被转动。17.一种结构件，它包括：a)至少两个间隔开来的螺旋件，每个螺旋件具有：1)一根共同的纵轴线，2)一个围绕轴线的共同的角度取向，以及3)至少三个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接；b)至少一个反向螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件，具有：1)一根与所述至少两个螺旋件共同的纵轴线，2)相对于所述两个螺旋件来说，一个相反的角度取向，以及3)至少三个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接；以及c)所述至少一个反向螺旋件相对于所述至少两个螺旋件形成一个大于60°的角。18.如权利要求17所述的结构件，其特征在于：所述至少一个反向螺旋件相对于所述至少两个螺旋件形成一个大于大约75°的角。19.如权利要求17所述的结构件，其特征在于：每个螺旋件包括至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地连接，形成围绕轴线的基本一整圈。20.一种挠性结构件，它包括：a)至少两个间隔开来的螺旋件，每个螺旋件具有：1)一根共同的纵轴线，2)一个围绕轴线的共同的角度取向，以及3)至少三个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接；b)至少一个反向螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件，具有：1)一根与所述至少两个螺旋件共同的纵轴线，2)相对于所述两个螺旋件来说，一个相反的角度取向，以及3)至少三个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接；以及c)螺旋件在侧向是挠性的，并且可以在一个轴线基本是直的第一位置和一个轴线基本呈弓形的第二位置之间弯曲。21.如权利要求20所述的结构件，其特征在于：在弓形的第二位置上所述螺旋件储存能量。22.如权利要求20所述的结构件，其特征在于：螺旋件围绕所述纵轴线在转动上是刚性的。23.一种弓形结构件，它包括：a)至少两个间隔开来的螺旋件，每个螺旋件具有：1)一根共同的弓形轴线，2)一个围绕轴线的共同的角度取向，以及3)至少三个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接；以及b)至少一个反向螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件，具有：1)一根与所述至少两个螺旋件共同的弓形轴线；2)相对于所述两个螺旋件来说，一个相反的角度取向，以及3)至少三个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接。24.如权利要求23所述的结构件，其特征在于：所述弓形轴线是圆。25.如权利要求23所述的结构件，其特征在于：每个螺旋件包括至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接，形成围绕轴线的基本一整圈。26.如权利要求23所述的结构件，其特征在于；所述弓形轴线包括一个第一曲率和一个不同的第二曲率。27.一种锥形结构件，它包括：a)至少两个间隔开来的螺旋件，每个螺旋件具有：1)一根共同的纵轴线，2)一个围绕轴线的共同的角度取向，以及3)至少三个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接；以及b)至少一个反向螺旋件，连接于所述至少两个螺旋件，具有：1)一根与所述至少两个螺旋件共同的纵轴线，2)相对于所述两个螺旋件来说，一个相反的角度取向，以及3)至少三个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接；以及c)每个螺旋件的直段长度沿轴线顺序减小，从而使结构件呈锥形。28.如权利要求27所述的结构件，其特征在于：每个螺旋件包括至少四个长的直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地刚性连接，形成围绕轴线的基本一整圈。29.一种平台件，包括：a)至少两个间隔开来的螺旋件，每个螺旋件具有至少三个直段，这些直段以螺旋形构造端部对端部地连接；以及b)至少一个反向螺旋件...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维W詹森，拉里R弗兰科姆，
申请(专利权)人：布莱阿姆青年大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]