节点连接件和节点连接组件

技术领域

本申请涉及机械构件领域，更具体地说，涉及一种节点连接件和包括该节点连接件的节点连接组件。

背景技术

机械构件的连接有着广泛的应用，例如在桁架的连接、积木的搭建等不同的应用领域中。由于不同构件之间在节点处需要实现三维空间范围内的可靠连接，因此通常在节点处设计有与不同构件配合的连接件。

传统的节点连接件通常需要先根据节点处的安装需要而预先设计，制造完成后再用于实际的装配连接过程中。因此，一般而言，对于不同的三维连接方式的工况来说，需要不同的节点连接件。当连接工况发生变化时，节点连接件由于应用柔性较差而难以适用。

有鉴于此，如何提供一种应用柔性较好的节点连接解决方案成为本领域需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种节点连接的技术方案，以获得良好的应用柔性，从而能够广泛地应用于各种机械构件连接的节点中。

根据本申请，提出了一种节点连接件，该节点连接件包括：第一环形件，该第一环形件的外周面上设置有至少一个第一径向臂，所述第一环形件的内周面用于形成旋转副且设置有第一限位结构。

优选地，所述第一径向臂的末端为封闭的；或者所述第一径向臂的末端设置有孔结构。

优选地，所述第一径向臂的纵向延伸线垂直于所述第一环形件的轴向方向；或者所述第一径向臂的纵向延伸线与所述第一环形件的中心轴线共面；或者所述第一径向臂的纵向延伸线与所述第一环形件的中心轴线异面。

优选地，所述第一限位结构包括：第一轴向限位结构，用于在安装状态下限制所述第一环形件在轴向方向的位置。

优选地，所述第一轴向限位结构包括内周凸缘，该内周凸缘设置于所述第一环形件的内周面上并邻近所述第一环形件的第一端部。

优选地，所述内周凸缘沿所述周向方向连续地设置在所述第一环形件的内周面上。

优选地，所述第一限位结构包括：邻近所述第一环形件的第二端部的第一周向限位结构，用于在安装状态下可调节地限制所述第一环形件在周向方向的位置。

优选地，所述第一周向限位结构包括：多条第一限位槽，该多条限位槽彼此间隔地均匀分布在所述第一环形件的内周面上且均沿轴向方向延伸；或者至少一个第一限位柱，该第一限位柱沿轴向方向延伸并固定设置于所述第一环形件的内周面上且在径向方向上向内突出。

根据本申请的另一方面，提供了一种节点连接件，该节点连接件包括：第二环形件，该第二环形件的外周面上设置有至少一个第二径向臂，所述第二环形件的内周面设置有用于形成旋转副的延伸柱，该延伸柱具有第二限位结构。

优选地，所述第二径向臂的末端为封闭的；或者所述第二径向臂的末端设置有孔结构。

优选地，所述第二径向臂的纵向延伸线垂直于所述第二环形件的轴向方向；或者所述第二径向臂的纵向延伸线与所述第二环形件的中心轴线共面；或者所述第二径向臂的纵向延伸线与所述第二环形件的中心轴线异面。

优选地，所述延伸柱包括：连接部，该连接部固定连接于所述第二环形件的内周面；和柱状部，该柱状部从所述连接部沿轴向方向延伸并超过所述第二环形件的第一端部的端面，所述柱状部外侧面的至少一部分设置为用于形成旋转副的外周面的至少一部分。

优选地，所述柱状部包括彼此间隔设置的多个柱状部，每个柱状部均具有用于形成旋转副的外周面的弧形面。

优选地，所述柱状部的横截面形状为扇形；和/或所述多个柱状部高出于第二环形件的第一端部的端面的高度为一致的或不一致的。

优选地，所述延伸柱具有至少沿轴向方向开放的连接孔结构。

优选地，所述延伸柱的第二限位结构包括：第二轴向限位结构，该第二轴向限位结构设置于所述柱状部的端面。

优选地，所述第二轴向限位结构包括在所述柱状部的末端径向向外突出的限位凸缘。

优选地，所述延伸柱的第二限位结构包括：第二周向限位结构，用于在安装状态下可调节地限制所述第二环形件在周向方向的位置。

优选地，所述第二周向限位结构包括：至少一个第二限位柱，该第二限位柱沿轴向方向延伸并固定设置于所述连接部上且在径向方向上向外突出超过所述外周面；或者多条第二限位槽，该多条第二限位槽彼此间隔地均匀分布在所述柱状部的外周面上且均沿轴向方向延伸。

优选地，该连接件包括轴向臂，该轴向臂连接于所述第二环形件的第二端部并沿与所述延伸柱相反的轴向方向延伸。

优选地，所述轴向臂的末端为封闭的；或者所述轴向臂的末端设置有孔结构。

根据本申请的又一方面，提供了节点连接组件，其中，该节点连接组件包括上述节点连接件的至少一个第一环形件和至少一个第二环形件，一个所述第二环形件的所述延伸柱装入对应的一个所述第一环形件中，从而在所述延伸柱与第一环形件的内周面之间形成旋转副。

优选地，彼此装配的所述第一环形件和第二环形件通过所述第一限位结构和第二限位结构而仅具有围绕中心轴线相对旋转的转动自由度，不具有在轴向方向上相对平动的自由度。

优选地，彼此装配的所述第一环形件和第二环形件之间围绕中心轴线可转换地具有多个限制位置，任意两个相邻的限制位置之间在周向方向上的角度差为10度至180度。

优选地，彼此装配的所述第一环形件与第二环形件具有相同的外径。

优选地，该节点连接组件包括多对彼此装配的所述第一环形件与第二环形件，该多对彼此装配的所述第一环形件与第二环形件之间通过各自的所述第一径向臂和/或第二径向臂连接有至少一根杆状件。

与传统的柔性较差的节点连接件不同的是，在本申请的技术方案中，节点连接组件包括分体式的节点连接件，并通过节点连接件之间的配合而形成转动副，因此同样的节点连接件或节点连接组件能够适用于不同的应用工况中，从而获得良好的应用柔性化。

本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：

图1和图2为根据本申请一种优选实施方式的节点连接件的示意图。

图3和图4为根据本申请另一种优选实施方式的节点连接件的示意图。

图5和图6为上述两种节点连接件装配状态的示意图。

图7为上述两种节点连接件装配状态的剖视图。

图8为包括多个节点连接件的节点连接组件的示意图。

图9为节点连接组件连接有连杆的示意图。

图10至图21为根据本申请各种不同实施方式的节点连接组件的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。

在本申请中：

所谓“节点”通常是指机械构件彼此连接时的连接点，比如机械桁架结构、框架结构、积木搭建时的连接点等。

所谓“轴向”通常是针对环形件而言其旋转中心轴的双向方向。

所谓“径向”通常垂直于“轴向”，尤其是指环形件的半径或直径方向。

所谓“第一”和“第二”是用于对类似特征或部件或结构进行区分之用，不构成实际限定，在某些情况下，所谓的“第一”或“第二”可以互换。

所谓的“内”和“外”一般是以环形件作为基础，朝向环形件内侧为内向，朝向环形件外侧为外向。

在本申请的技术方案中，提供了两种节点连接件以及包括该两种节点连接件的节点连接组件。下面先参考图1和图2对第一种节点连接件进行详细地描述。

如图1和图2所示，根据本申请的一种实施方式，本申请提供的节点连接件包括第一环形件11，该第一环形件11的外周面上设置有至少一个第一径向臂12，所述第一环形件11的内周面用于形成旋转副且设置有第一限位结构。

第一环形件11及其附属结构特征构成该节点连接件的主要部分。第一环形件11主体为环形，并包括设置在外周面上的至少一个第一径向臂12，同时包括设置在内周面上的第一限位结构，该第一限位结构将在下文中详细描述。

在上述作为节点连接件的第一环形件11中，其内周面用于形成旋转副，因此在完成安装装配后，第一环形件11能够通过其内周面形成的旋转副而转动，从而灵活地调整第一径向臂12的指向方向，因此获得良好的柔性化，以应用于不同的连接工况中。

第一径向臂12为至少一个，其数量或其他参数的选择可根据具体应用工况而定。例如，可以为两个或更多个。第一径向臂12可以沿第一环形件11的半径方向或直径方向延伸，也可以沿垂直于第一环形件11的中心轴线但不与该中心轴线相交的方向延伸。因此，所述第一径向臂的纵向延伸线可以垂直于所述第一环形件的轴向方向；或者所述第一径向臂的纵向延伸线与所述第一环形件的中心轴线共面；或者所述第一径向臂的纵向延伸线与所述第一环形件的中心轴线异面。在这里，所谓“纵向延伸线”可以理解为第一径向臂的纵向延伸中心线。

第一径向臂12通常用于与其他构件连接，例如可以与其他杆状件连接。为此，所述第一径向臂12的末端可以为封闭的，以插入其他构件中；或者所述第一径向臂12的末端设置有孔结构，以允许其他构件插入第一径向臂12中。通过与其他构件的连接，从而能够在立体空间内形成机械连接结构，如桁架结构或积木造型。

为了在安装装配状态下限制第一环形件处于可靠的位置，如上所述，在内周面上设置有第一限位结构。为了限制第一环形件11的轴向方向的位置，所述第一限位结构包括第一轴向限位结构，用于在安装状态下限制所述第一环形件11在轴向方向的位置。也就是说，在安装和装配后，第一环形件11在其轴向方向上是不能移动的。

第一限位结构可以通过多种方式来实现，例如可以与第一环形件11配合的零部件上设置用于实现轴向限位的限位柱、凸起等。也可以在第一环形件11本身上设置。优选情况下，如图1和图2所示，所述第一轴向限位结构包括内周凸缘13，该内周凸缘13设置于所述第一环形件11的内周面上并邻近所述第一环形件11的第一端部111。内周凸缘13可以分布在第一环形件11的部分内周上(即内周凸缘13为非连续地设置)，但在优选情况下，所述内周凸缘13沿所述周向方向连续地设置在所述第一环形件11的内周面上。

内周凸缘13在径向方向上向内突出，因此当第一环形件11与其他部件配合后，可以利用内周凸缘13的止挡作用而将第一环形件11保持在预定位置，防止其在轴向方向上与其他部件脱离开。

在周向方向上，为了使得所述转动副具有预定的转动范围和/或预定的限制位置，优选地，如图2所示，所述第一限位结构包括：邻近所述第一环形件11的第二端部112的第一周向限位结构，用于在安装状态下可调节地限制所述第一环形件11在周向方向的位置。

在完成安装装配后，第一环形件11具有围绕其中心轴线转动的自由度，同时为了适应于连接工况需求，需要对第一环形件11的旋转角度范围或旋转位置进行限制。具体来说，第一周向限位结构并未完全将第一环形件固定住，而是保持第一环形件可调节且可控地转动。这可以通过多种方式来实现。例如，可以在与第一环形件11配合的其他部件上设置有可突破或越过的限位凸起、挡块等。

优选情况下，如图2所示，所述第一周向限位结构包括：多条第一限位槽14，该多条限位槽14彼此间隔地均匀分布在所述第一环形件11的内周面上且均沿轴向方向延伸。在该实施方式中，可以在与第一环形件配合的其他部件上设置有限位柱或限位凸起，因此在当限位柱落入某一个限位槽14中时，可以将第一环形件保持于该限位槽所对应的限制位置中。进而，当第一环形件11再次旋转时可以脱离开原先的限位槽而落入新的限位槽中，从而允许第一环形件变换其旋转方位。

此外，根据另一方式，第一周向限位结构可包括所述至少一个第一限位柱(未图示)，该第一限位柱沿轴向方向延伸并固定设置于所述第一环形件11的内周面上且在径向方向上向内突出。在该实施方式中，可以在与第一环形件配合的其他部件上设置有多个限位槽(与图2所示的限位槽14类似)，从而允许该实施方式中的限位柱与该多个限位槽相配合，也可以实现第一环形件可调节且可控地转动。

第一环形件可以由塑料材料或金属材料制成，在第一环形件的装配和调整旋转位置的过程中，可以利用其材料的弹性变形能力来实现。例如，可以利用其弹性变形来实现限位柱与不同限位槽的配合转换。

如图3和图4所示，根据本申请的另一优选实施方式，提供了另一种节点连接件，该节点连接件包括：第二环形件21，该第二环形件21的外周面上设置有至少一个第二径向臂22，所述第二环形件21的内周面设置有用于形成旋转副的延伸柱23，该延伸柱23具有第二限位结构。

如图3和图4所示，第二环形件21包括设置在其外周面上的至少一个第二径向臂22以及连接于其内周面的延伸柱23，该延伸柱23可以通过与上述第一环形件11的内周面的配合而形成旋转副。类似得，为了使第二环形件21处于装配后的可靠位置，第二环形件21还包括形成于延伸柱23的第二限位结构。

第二径向臂22的设置类似于上述第一径向臂21的设置。例如，所述第二径向臂22的末端为封闭的，以用于插入其他待连接的部件；或者所述第二径向臂22的末端设置有孔结构，以允许其他待连接部件插入该径向臂中。再如，所述第二径向臂22的纵向延伸线垂直于所述第二环形件21的轴向方向；或者所述第二径向臂22的纵向延伸线与所述第二环形件21的中心轴线共面；或者所述第二径向臂22的纵向延伸线与所述第二环形件21的中心轴线异面。对于第二径向臂22的设置方式可以参考上述第一径向臂21的设置方式，因此这里不再对第二径向臂22进行详细描述。

下面详细描述延伸柱23的设置方式。如上所述，延伸柱23可以通过与第一环形件11的内周面的配合而形成旋转副，因此第一环形件和第二环形件之间的相对旋转位置可以实现柔性化地调节或选择。

优选情况下，如图3所示，所述延伸柱23包括：连接部231，该连接部231固定连接于所述第二环形件21的内周面；和柱状部232，该柱状部232从所述连接部231沿轴向方向延伸并超过所述第二环形件21的第一端部211的端面，所述柱状部232外侧面的至少一部分设置为用于形成旋转副的外周面2321的至少一部分。

在该结构方式中，连接部231作为延伸柱23的安装基础而固定连接于第二环形件的内周面上。连接部231可以分布在内周面的全部截面范围内，也可在满足固定连接的要求基础上而分布在内周面的部分截面范围内，从而起到降低材料，减轻重量的效果。通常情况下，连接部231在多个位置连接于第二环形件的内周面，从而能够给延伸柱23提供稳固的支撑。

柱状部232以连接部231为基础沿轴向方向延伸并超过第二环形件21的第一端面211，以能够实现与第一环形件的内周面的配合关系。同时，柱状部232的外侧面的至少一部分设置为用于形成旋转副的外周面2321的至少一部分。例如，柱状部232可以为单个圆柱形，该圆柱形的外周面整体用于形成旋转副。作为一种优选实施方式，柱状部232可以为周向方向分段式结构，如图3所示。具体来说，所述柱状部232包括彼此间隔设置的多个柱状部，每个柱状部均具有用于形成旋转副的外周面2321的弧形面。在图3所示的实施方式中，柱状部232有多个，每个柱状部232的外侧面形成为弧形面，多个弧形面位于同一个外周面2321内，用于与第一环形件11的内周面相互配合，从而构成旋转副。虽然在图3所示的形式中，有两个柱状部232，可以理解的是，还可以设置有更多个柱状部，如3-6个。通过设置分段式结构的柱状部232，可以便于柱状部232的弹性变形，从而容易与第一环形件的装配。在分段式结构的柱状部232的结构形式中，优选情况下，每个柱状部的横截面形状为扇形；和/或所述多个柱状部高出于第二环形件21的第一端部211的端面的高度可以为一致的，也可以为不一致的。

如上所述，延伸柱23的外侧面用于与第一环形件的内周面形成旋转副。在优选情况下，如图3所示，所述延伸柱23具有至少沿轴向方向开放的连接孔结构233。利用该连接孔结构233，能够给其他连接件或者第一环形件的径向臂提供插接位置。进一步优选地，连接孔结构233可设置有可释放的锁合机构，如限位销、卡爪等。

如图4所示，优选情况下，作为第二种节点连接件的第二环形件可以具有轴向臂25，该轴向臂25连接于所述第二环形件21的第二端部212并沿与所述延伸柱23相反的轴向方向延伸。该轴向臂25提供更多连接方式的可能性。优选地，所述轴向臂25的末端为封闭的；或者所述轴向臂25的末端设置有孔结构。优选情况下，轴向臂25沿第二环形件的中心轴线方向延伸。

为了使第二环形件在装配后保持于可靠的位置，如图3和图4所示，所述延伸柱23的第二限位结构包括：第二轴向限位结构和/或第二周向限位结构，该第二轴向限位结构设置于所述柱状部232的端面；第二周向限位结构用于在安装状态下可调节地限制所述第二环形件21在周向方向的位置，换句话说在与第一环形件配合的情况下能够可调节地保持两个环形件之间的相对旋转位置。

第二轴向限位结构可以具有多种形式，以与第一环形件的第一轴向限位结构相配合，例如可以为限位凸起、限位台等。优选情况下，如图3所示，所述第二轴向限位结构包括在所述柱状部232的末端径向向外突出的限位凸缘2322。因此，当将延伸柱23插入第一环形件中后，柱状部232的限位凸缘2322会越过内周凸缘13，从而通过内周凸缘13与限位凸缘2322之间的配合关系而使第一环形件与第二环形件之间在轴向方向上具有确定的相对位置。同时，还可以加上第二环形件端面的限制作用，从而将第一环形件限制在第二环形件的限位凸缘2322与其端面之间的空间内。虽然在上文中以限位凸缘和内周凸缘之间的配合关系来描述的，但本领域技术人员可以理解的是，第一环形件和第二环形件之间的轴线限位也可以采用其他的实现方式，这都在本申请的保护范围之内。

在周向方向上，优选地，所述第二周向限位结构可以包括：至少一个第二限位柱24，该第二限位柱沿轴向方向延伸并固定设置于所述连接部231上且在径向方向上向外突出超过所述外周面2321。在该结构形式中，当第二环形件的延伸柱23插入第一环形件后，在轴向方向上二者具有相对确定的位置，而在周向方向上，至少一个第二限位柱24则能够落入图2所示的对应的限位槽14中，且将两个环形件保持于相对确定的旋转位置中。当二者相对转动时，第二限位柱24则可以通过弹性变形从原限位槽14中脱离开而在落入另一个限位槽14中，从而实现第一环形件和第二环形件之间相对旋转位置的调节。

作为一种替换的方式，如上所述，在第一环形件具有限位柱的情况下，可以在连接部设置有多条第二限位槽(未图示)，该多条第二限位槽彼此间隔地均匀分布在所述柱状部232的外周面2321上且均沿轴向方向延伸。通过上述两种实施方式的描述可知，可以在第一环形件上设置限位槽，而对应地在第二环形件上设置限位柱(如图1至图4所示的实施方式)；也可以在第一环形件上设置限位柱，而对应地在第二环形件上设置限位槽(未图示)。这两种实施方式都在本申请的保护范围之内。本领域技术人员可以理解的是，在第一环形件的内周面和第二环形件的延伸柱的外周面之间存在间隙，而限位柱的设计满足：在周向方向上的旋转轨迹所形成的圆的半径自然大于第二环形件的延伸柱的外周面截面圆的半径，还稍大于第一环形件的内周面截面圆的半径。

如图5至图9所示，本申请还提供了节点连接组件，该节点连接组件包括上述第一种节点连接件的至少一个第一环形件11和上述第二种节点连接件的至少一个第二环形件21。也就是说，可以将第一环形件11和第二环形件21彼此装配连接在一起。

如图5、图6和图7所示，可以将一个第一环形件11和一个第二环形件21装配在一起。具体来说，一个所述第二环形件21的所述延伸柱23插入对应的一个所述第一环形件11中，从而在所述延伸柱23与第一环形件11的内周面之间形成旋转副。或者也可以将多个第一环形件11和多个第二环形件21彼此装配在一起，如图9所示。因此，根据不同的工况需要，可以将第一径向臂、第二径向臂和/或轴向臂连接于连杆件(如图8所示，该图中仅示意表示了一个连接节点的情形，也可适用于其他不同的连接节点)，或者也可以连接于相邻对应的第一环形件或第二环形件。因而，在本申请的技术方案中，在彼此装配后，所述第一环形件11和第二环形件21通过所述第一限位结构和第二限位结构而仅具有围绕中心轴线相对旋转的转动自由度，不具有在轴向方向上相对平动的自由度。通过第一环形件和第二环形件之间可控的旋转位置关系，能够实现非常灵活的立体空间连接方式或连接结构，这也是本申请技术方案柔性化的实现方式。另外，节点连接组件可以在选择好空间连接方式后，通过锁销、焊接、胶接等方式将两个环形件锁死，进而取消二者之间的旋转自由度。当然，根据不同的工况，也可以在完成连接后保留二者之间的旋转自由度。

在彼此装配后，所述第一环形件11和第二环形件21之间围绕中心轴线可转换地具有多个限制位置(在优选实施方式中对应于限位槽14的位置)，任意两个相邻的限制位置之间在周向方向上的角度差为15度至60度，优选为15度(对应24个限位槽)、30度(对应12个限位槽)、45度(对应8个限位槽)或60度(对应6个限位槽)。优选情况下，彼此装配的所述第一环形件11与第二环形件21具有相同的外径；和/或彼此同轴设置。

如上所述，第一径向臂、第二径向臂和/或轴向臂可连接有连杆或杆状件26，如图9所示，从而利用至少一对第一环形件和第二环形件形成连接节点。可以理解的是，也可以利用几何参数相同或不相同的环形件形成其他的连接节点。在一个机械机构中，如一个桁架机构中，优选采用相同该参数的环形件，从而获得良好的互换性。例如，如图10至图21所示，根据本申请的节点连接组件可以具有各种不同的组合方式，这些变形方式都在本申请的保护范围之内。

通过上述描述可知，在本申请的技术方案中，通过作为节点连接件的环形件之间的配合而形成转动副，因此同样的节点连接件或节点连接组件能够适用于不同的应用工况中，从而获得良好的应用柔性化。

以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。