RU2054096C1

RU2054096C1 - Node of structural members

Info

Publication number: RU2054096C1
Application number: RU93021015A
Authority: RU
Inventors: В.П. Богомолов; В.Г. Никифоров
Original assignee: Никифоров Владимир Григорьевич
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1993-04-26
Publication date: 1996-02-10

Abstract

FIELD: civil engineering. SUBSTANCE: node includes junction member, rods and fasteners. Fasteners are made in the form of hollow rod with conical outer surface secured on pin end or in junction member and interacting with conical internal surface through spring loaded ball stop with sectional funnel. Generatrix conical surface of the hollow rod is inclined to lengthwise axis at 4 to 20 angle, generatrix conical surface of the sectional funnel is inclined to lengthwise axis at 6 to 30 angle. Options to made the node are provided. EFFECT: high efficiency. 18 cl, 17 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в структурных конструкциях зданий и сооружений, в узловых соединениях сборных антенн, мачт, стоек вантово-тентовых сооружений, каркасов энергоустановок и других сборно-разборных сооружений. The invention relates to the construction and can be used in structural structures of buildings and structures, in the nodal connections of prefabricated antennas, masts, racks of cable-stayed tent structures, frames of power plants and other collapsible structures.

Известно узловое соединение стержней пространственного каркаса "Октант", включающее сборный узловой элемент, состоящий из скрепленных между собой фасонок, крепежные детали и наконечники стержней. Недостатком известного узлового соединения является сложность постановки крепежной детали, например, болта, из-за труднодоступности или невозможности монтажа в экстремальных условиях, например, на Крайнем Севере, в космическом пространстве, при повышенной радиации и т.п. [1]
Наиболее близким техническим решением является узловое соединение стержней структурной конструкции, включающее узловой элемент, стержни и крепежные детали в виде штока с наружной конической поверхностью, прикрепленного к наконечнику стержня или узловому элементу и взаимодействующего с коническим раструбом, прикрепленным к узловому элементу или наконечнику стержня, причем раструб выполнен с внутренней конической поверхностью и снабжен шариковым фиксатором и пружинным прижимом. Недостатками известного технического решения являются большой расход материала и высокая стоимость [2]
Цель изобретения снижение материалоемкости, удешевление и расширение функциональных возможностей узлового соединения.Known nodal connection of the rods of the spatial frame "Octant", including a prefabricated nodal element consisting of fastened chamfers, fasteners and tips of the rods. A disadvantage of the known nodal connection is the difficulty of mounting a fastener, for example, a bolt, due to the inaccessibility or inability to install in extreme conditions, for example, in the Far North, in outer space, with increased radiation, etc. [1]
The closest technical solution is the nodal connection of the structural structure rods, including a nodal element, rods and fasteners in the form of a rod with an external conical surface attached to the rod tip or nodal element and interacting with a conical socket attached to the nodal element or rod tip, and the bell made with an inner conical surface and equipped with a ball retainer and spring clip. The disadvantages of the known technical solutions are high material consumption and high cost [2]
The purpose of the invention is the reduction of material consumption, cheapening and expanding the functionality of the nodal connection.

На фиг. 1 изображено узловое соединение, в котором раструб с шариковым фиксатором установлен в узловом элементе, а шток закреплен на конце стержня; на фиг. 2 стержень с закрепленным на конце штоком; на фиг. 3 узловое соединение со штоком, закрепленным в узловом элементе, и стержнем с прикрепленным на его конце раструбом и шариковым фиксатором; на фиг. 4 разрез узлового соединения; на фиг. 5 вариант узлового соединения в разрезе; на фиг. 6 в разрезе вариант составного раструба с пазом; на фиг. 7 разрез А-А на фиг. 6; на фиг. 8 вариант узлового соединения с упругой кольцевой накладкой штока и упругим конусным вкладышем раструба; на фиг. 9 вариант пустотелого штока, закрепленного в узловом элементе путем развальцовки концевой части; на фиг. 10 вариант пустотелого штока, закрепленного в узловом элементе, снабженного полостью в форме шестиугольной призмы; на фиг. 11 вариант пустотелого штока, закрепленного в узловом элементе болтом и гайкой; на фиг. 12 вариант пустотелого штока, закрепленного в узловом элементе и заглушенного с двух сторон; на фиг. 13 вариант пустотелого штока, закрепленного в узловом элементе и снабженного по образующей конической поверхности овальными канавками; на фиг. 14 разрез Б-Б на фиг. 13; на фиг. 15 вариант пустотелого штока, закрепленного в узловом элементе и снабженного кольцевой канавкой на рабочей конической поверхности; на фиг. 16 разрез стыка двух стержней; на фиг. 17 вариант узлового соединения с герметизированным каналом. In FIG. 1 shows a nodal connection in which a bell with a ball lock is installed in the nodal element, and the rod is fixed at the end of the rod; in FIG. 2 rod with a rod fixed at the end; in FIG. 3 nodal connection with a rod fixed in a nodal element, and a rod with a bell and ball retainer attached at its end; in FIG. 4 section nodal connection; in FIG. 5 embodiment of the nodal connection in the context; in FIG. 6 is a sectional view of a composite bell with a groove; in FIG. 7, section AA in FIG. 6; in FIG. 8 is a variant of the nodal connection with an elastic annular rod overlay and an elastic conical bell insert; in FIG. 9 is a variant of a hollow rod fixed in a nodal element by flaring the end part; in FIG. 10 is a variant of a hollow rod fixed in a nodal element provided with a cavity in the form of a hexagonal prism; in FIG. 11 is a variant of a hollow rod fixed in a nodal element with a bolt and nut; in FIG. 12 is a variant of a hollow rod fixed in a nodal element and muffled on both sides; in FIG. 13 is a variant of a hollow rod fixed in a nodal element and provided with oval grooves along the generatrix of the conical surface; in FIG. 14 is a section BB in FIG. thirteen; in FIG. 15 is a variant of a hollow rod fixed in a nodal element and provided with an annular groove on a working conical surface; in FIG. 16 section of the junction of two rods; in FIG. 17 option nodal connection with a sealed channel.

Узловое соединение строительных элементов включает узловой элемент 1, стержни 2 и крепежные детали. Nodal connection of building elements includes a nodal element 1, rods 2 and fasteners.

Каждая крепежная деталь выполнена в виде полого штока 3, закрепленного на конце стержня 2 или в узловом элементе 1. Полый шток 3 взаимодействует с составным раструбом 4, закрепленным в узловом элементе 1 или на конце стержня 2. Полый шток 3 выполнен осесимметричным переменного сечения с наружной конической поверхностью 5 на рабочем участке. Составной раструб 4 выполнен осесимметричным переменного сечения с цилиндрической частью 6, примыкающей к месту крепления со стержнем 2 или узловым элементом 1 и с конической частью 7, в которой выполнено конусообразное гнездо 8 и установлен конический вкладыш 9 с внутренней рабочей поверхностью 10. Узловое соединение выполнено самозатягивающимся, автоматически фиксирующим полый шток 3 в составном раструбе 4, который снабжен фиксатором 11 с расклинивающимися шариками 12, размещенными в сквозных выемках 13, расширяющихся наружу и расположенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси фиксатора 11. Корпус фиксатора 11 выполнен в виде пустотелой осесимметричной обоймы 14 с цилиндрической 15 или слегка конической внутренней поверхностью и конической наружной поверхностью 16 в зоне размещения шариков 12. Фиксатор 11 снабжен кольцевым упором 17 для постановки осесимметричной, например, цилиндрической или конической пружины 18, которая другим своим концом уперта в кольцевой упор 19, выполненный в корпусе раструба 4, снабженного полостью 20. Углы наклона образующей конуса рабочей конической поверхности 5 штока 3, рабочей поверхности 10 конического вкладыша 9 и конической наружной поверхности 16 фиксатора 11 согласованы между собой. Полый шток 3 выполнен с углом наклона образующей конической поверхности 5 к продольной оси 21 от 4 до 20^о. Конический вкладыш 9 выполнен с углом наклона образующей конической поверхности 7 и внутренней рабочей поверхности 10 к продольной оси 21 от 6 до 30^о. Коническая наружная поверхность 16 фиксатора 11 выполнена с углом наклона образующей к продольной оси 21 от 4 до 30^о. Полый шток 3 прикреплен к узловому элементу 1 или стержню 2 с помощью резьбы 22, болта 23, гайки 24 или посредством развальцовки 25 торца 26, противоположного рабочей конической части 5 штока 3. Корпус раструба прикреплен к стержню 2 или узловому элементу 1 с помощью штифтов 27, резьбы 22 или на сварке 28.Each fastener is made in the form of a hollow rod 3, mounted on the end of the rod 2 or in the nodal element 1. The hollow rod 3 interacts with a composite bell 4, fixed in the nodal element 1 or on the end of the rod 2. The hollow rod 3 is made axisymmetric of variable cross-section with the outer conical surface 5 in the work area. The composite bell 4 is made axisymmetric of variable cross section with a cylindrical part 6 adjacent to the attachment point with a rod 2 or a nodal element 1 and with a conical part 7, in which a conical socket 8 is made and a conical insert 9 is installed with an internal working surface 10. The nodal connection is self-tightening automatically locking the hollow rod 3 in the composite socket 4, which is equipped with a latch 11 with wedged balls 12, located in the through recesses 13, expanding outward and located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the latch 11. The housing of the latch 11 is made in the form of a hollow axisymmetric cage 14 with a cylindrical 15 or slightly conical inner surface and a conical outer surface 16 in the area of the balls 12. The latch 11 is equipped with an annular stop 17 for setting axisymmetric, for example, a cylindrical or conical spring 18, which is rested at its other end in an annular stop 19, made in the body of the socket 4, provided with a cavity 20. The tilting angles of the cone forming the working conic second surface 5 of the rod 3, the working surface 10 of tapered insert 9 and the conical outer surface 16 of the retainer 11 are matched. The hollow rod 3 is made with an angle of inclination of the generatrix of the conical surface 5 to the longitudinal axis 21 from 4 to 20 ^about . The conical insert 9 is made with an angle of inclination of the generatrix of the conical surface 7 and the inner working surface 10 to the longitudinal axis 21 from 6 to 30 ^about . The conical outer surface 16 of the latch 11 is made with an angle of inclination of the generatrix to the longitudinal axis 21 from 4 to 30 ^about . The hollow rod 3 is attached to the node element 1 or the rod 2 by means of a thread 22, a bolt 23, a nut 24 or by flaring 25 of the end 26 opposite the working conical part 5 of the rod 3. The body of the socket is attached to the rod 2 or the node element 1 using pins 27 threads 22 or weld 28.

Составной раструб 4 выполнен в нескольких вариантах. В первом варианте на его наружной цилиндрической части 6 установлена подвижная размыкающая втулка 29, взаимодействующая с фиксатором 11 с помощью штифтов 30, пропущенных через сквозные выемки 31 в корпусе составного раструба 4. Во втором варианте отсутствует подвижная размыкающая втулка 29, а ее функции выполняет пропущенный через полый шток 3 толкатель 32 дистанционного размыкания, взаимодействующий с донной частью 33 корпуса фиксатора 11, выполненного в виде стакана. В третьем варианте составной раструб 4 снабжен пружинным стопором 34, установленным в пазу 35 на наружной поверхности раструба 4 и взаимодействующим своим выступом 36 с внутренней поверхностью 37 и пазом 38 подвижной размыкающей втулки 29, фиксируя при этом узловое соединение в разомкнутом состоянии. В четвертом варианте составной раструб 4 снабжен коническим вкладышем 9, имеющим разрез 39 по образующей конуса и выполненным из высокопрочного упругого материала. При этом внутренний диаметр цилиндрической части 6 корпуса раструба 4 принят меньшим по сравнению с диаметром основания конического вкладыша 9, что обеспечивает его надежную фиксацию в конусообразном гнезде 8 корпуса раструба 4. Composite bell 4 is made in several versions. In the first embodiment, a movable disconnecting sleeve 29 is mounted on its outer cylindrical part 6, which interacts with the latch 11 using pins 30 passed through the through recesses 31 in the body of the composite bell 4. In the second embodiment, there is no moving disconnecting sleeve 29, and its functions are performed through the hollow rod 3 is a pusher 32 remote opening, interacting with the bottom part 33 of the housing of the latch 11, made in the form of a glass. In the third embodiment, the composite bell 4 is equipped with a spring stopper 34 mounted in the groove 35 on the outer surface of the bell 4 and interacting with its protrusion 36 with the inner surface 37 and the groove 38 of the movable disconnecting sleeve 29, while fixing the nodal connection in the open state. In the fourth embodiment, the composite bell 4 is provided with a conical insert 9 having a cut 39 along the generatrix of the cone and made of high strength elastic material. Moreover, the inner diameter of the cylindrical part 6 of the body of the socket 4 is made smaller compared to the diameter of the base of the conical insert 9, which ensures its reliable fixation in the conical socket 8 of the body of the socket 4.

Полый шток 3 также выполнен в нескольких вариантах. В первом варианте он целиком изготовлен из высокопрочного материала и закреплен в узловом элементе 1 или стержне 2 с помощью резьбы 22. Во втором варианте полый шток 3 выполнен из менее прочного дешевого материала и снабжен конической накладкой 40, имеющей разрез 39 по образующей конуса и выполненной из высокопрочного упругого материала. При этом на конце шток 3 снабжен уступом 41, препятствующим смещению конической накладки 40. В третьем варианте полый шток 3 закреплен в узловом элементе 1 или на конце стержня 2 с помощью развальцовки торца 26, противоположного рабочей конической части 5 штока 3. При этом полый шток 3 со стороны рабочей конической части 5 снабжен упором 42, фиксирующим его положение в закрепленном состоянии. В четвертом варианте полый шток 3 закреплен в узловом элементе 1 или на конце стержня 2 с помощью резьбы 22 и снабжен на одном из торцов, например, со стороны рабочей конической части 5, шестигранным углублением 43 под ключ. В пятом варианте полый шток 3 закреплен снаружи узлового элемента 1 или на конце стержня 2 с помощью болта 23 и гайки 24. В шестом варианте полый шток закреплен в узловом элементе 1 или на конце стержня 2 с помощью болта 23, завернутого в резьбовой канал 44, выполненный в полом штоке 3, со стороны, противоположной его рабочей конической части 5. В седьмом варианте полый шток 3 закреплен в узловом элементе 1 или на конце стержня 2 одним из вышеперечисленных способов и заглушен с двух сторон винтами или пробками 45. В восьмом варианте полый шток 3 закреплен в узловом элементе 1 или на конце стержня 2 и снабжен овальными, например, цилиндрическими канавками 46, расположенными по образующей конуса на рабочей конической поверхности 5 штока 3, для более равномерного распределения контактных напряжений по поверхности штока 3 при взаимодействии его с расклинивающимися шариками 12 фиксатора 11. В девятом варианте полый шток 3 закреплен в узловом элементе 1 или на конце стержня 2 и снабжен овальной кольцевой канавкой 47, расположенной в плоскости, перпендикулярной продольной оси 21 штока 3, для более равномерного распределения контактных напряжений по его поверхности при взаимодействии штока 3 с расклинивающимися шариками 12 фиксатора 11 при замыкании узлового соединения. В десятом варианте полый шток 3 закреплен на конце одного трубчатого стержня 48 и снабжен цилиндрическим хвостовиком 49, сопряженным с концом второго трубчатого стержня 50, в котором закреплен составной раструб 4, взаимодействующий со штоком 3 через расклинивающиеся шарики 12 подпружиненного фиксатора 11. При этом через пустотелый шток 3 пропущен толкатель 32 с закрепленной на его конце рукояткой 51, который другим своим концом взаимодействует с донной частью 33 корпуса фиксатора 11, выполненного в виде стакана. В одиннадцатом варианте полый шток 3 закреплен в узлом элементе 1 и взаимодействует через расклинивающиеся шарики 12 подпружиненного фиксатора 11 с составным раструбом 4, закрепленным на конце трубчатого стержня 2. При этом внутри стержня 2 закреплена полая втулка 52, торец которой снабжен кольцевой канавкой 53 с установленным в ней герметизирующим кольцом 54 из упругого материала, в результате чего образуется проходной герметизированный канал 55. The hollow stem 3 is also made in several versions. In the first embodiment, it is entirely made of high-strength material and is fixed in the nodal element 1 or rod 2 by means of thread 22. In the second embodiment, the hollow stem 3 is made of less durable cheap material and is equipped with a conical cover 40 having a cut 39 along the generatrix of the cone and made of high strength elastic material. In this case, at the end, the rod 3 is provided with a step 41, which prevents the conical plate 40 from being displaced. In the third embodiment, the hollow rod 3 is fixed in the nodal element 1 or at the end of the rod 2 by flaring the end face 26 opposite to the working conical part 5 of the rod 3. In this case, the hollow rod 3 from the side of the working conical part 5 is provided with a stop 42, fixing its position in a fixed state. In the fourth embodiment, the hollow rod 3 is fixed in the nodal element 1 or on the end of the rod 2 with a thread 22 and is provided at one end, for example, from the side of the working conical part 5, with a hexagonal recess 43 for the key. In the fifth embodiment, the hollow rod 3 is fixed on the outside of the knot element 1 or on the end of the shaft 2 with a bolt 23 and nut 24. In the sixth embodiment, the hollow rod is fixed in the knot element 1 or on the end of the shaft 2 with a bolt 23 wrapped in a threaded channel 44, made in the hollow rod 3, from the side opposite to its working conical part 5. In the seventh embodiment, the hollow rod 3 is fixed in the node element 1 or at the end of the rod 2 using one of the above methods and is sealed from both sides with screws or plugs 45. In the eighth embodiment, the hollow rod 3 is fixed in the node element 1 or at the end of the rod 2 and is equipped with oval, for example, cylindrical grooves 46 located along the generatrix of the cone on the working conical surface 5 of the rod 3, for a more uniform distribution of contact stresses on the surface of the rod 3 when it interacts with wedged balls 12 of the latch 11 In the ninth embodiment, the hollow rod 3 is fixed in the nodal element 1 or at the end of the rod 2 and is equipped with an oval annular groove 47 located in a plane perpendicular to the longitudinal axis 21 of the rod 3, for more evenly the distribution of contact stresses on its surface during the interaction of the rod 3 with wedging balls 12 of the latch 11 when the node connection is closed. In the tenth embodiment, the hollow rod 3 is fixed at the end of one tubular rod 48 and is equipped with a cylindrical shank 49, conjugated with the end of the second tubular rod 50, in which a composite bell 4 is mounted, interacting with the rod 3 through the wedged balls 12 of the spring-loaded clamp 11. In this case, through the hollow the rod 3 missed the pusher 32 with a handle 51 fixed at its end, which at its other end interacts with the bottom part 33 of the housing of the latch 11, made in the form of a glass. In the eleventh embodiment, the hollow rod 3 is fixed in the node element 1 and interacts through the wedged balls 12 of the spring-loaded clamp 11 with a composite socket 4 fixed to the end of the tubular rod 2. At the same time, a hollow sleeve 52 is fixed inside the rod 2, the end of which is provided with an annular groove 53 with the installed in it a sealing ring 54 of elastic material, resulting in the formation of a passage through a sealed channel 55.

Сборка узлового соединения состоит в подведении стержня 2 с закрепленным на его конце раструбом 4 или штоком 3 к узловому элементу 1 с закрепленным в нем штоком 3 или раструбом 4. Без каких-либо выверок небольшим усилием 2.5 кг, преодолевая сопротивление пружины 18, шток 3 вводят в раструб 4 и замыкают соединение с расклиниванием шариков 12 между рабочей конической поверхностью 5 штока 3 и рабочей конической поверхностью 10 вкладыша 9 составного раструба 4. The assembly of the nodal connection consists in bringing the rod 2 with the socket 4 or rod 3 fixed to its end to the node element 1 with the rod 3 or socket 4 fixed in it. Without any reconciliations with a small force of 2.5 kg, overcoming the resistance of the spring 18, the rod 3 is introduced in the socket 4 and close the connection with the wedging of the balls 12 between the working conical surface 5 of the rod 3 and the working conical surface 10 of the liner 9 of the composite socket 4.

Соединение работает следующим образом. The connection works as follows.

При введении штока 3 во внутреннее пространство подпружиненного фиксатора 11, размещенного в составном раструбе 4, шток 3 своей концевой частью воздействует на шарики 12, выступающие из выемок 13 обоймы фиксатора 14, перемещая их вместе с фиксатором 14 по направлению продольной оси 21, преодолевая при этом сжатие осевой пружины 18. При этом шарики 12 скользят по внутренней поверхности 10 конического вкладыша 9 раструба 4, постепенно удаляясь от продольной оси 21 до тех пор, пока шток 3 не проходит между ними своей наиболее широкой частью рабочей конической поверхности 5, после чего давление штока 4 на шарики 12 прекращается и они под воздействием пружины 18 перемещаются в обратном направлении и расклиниваются между двумя конусными поверхностями: рабочей конической поверхностью 5 штока 3 и рабочей конической поверхностью 10 вкладыша 9. When the rod 3 is inserted into the internal space of the spring-loaded latch 11, which is located in the composite socket 4, the rod 3 acts with its end part on the balls 12 protruding from the recesses 13 of the latch of the latch 14, moving them together with the latch 14 in the direction of the longitudinal axis 21, overcoming compression of the axial spring 18. In this case, the balls 12 slide along the inner surface 10 of the conical insert 9 of the socket 4, gradually moving away from the longitudinal axis 21 until the rod 3 passes between them with its widest part of the working conic surface 5, after which the pressure of the rod 4 on the balls 12 stops and they, under the influence of the spring 18, move in the opposite direction and wedge between two conical surfaces: the working conical surface 5 of the rod 3 and the working conical surface 10 of the insert 9.

Узловое соединение позволяет надежно передавать сжимающие и растягивающие усилия с сохранением своих характеристик. Усилие сжатия передается через торцевую поверхность раструба 4 и упор 42 штока 3, а надежность передачи растягивающих усилий обеспечивается за счет расклинивания шариков 12 между рабочими коническими поверхностями 10 и 5 вкладыша 8 и штока 3. Nodal connection allows reliable transfer of compressive and tensile forces while maintaining their characteristics. The compression force is transmitted through the end surface of the socket 4 and the stop 42 of the rod 3, and the transmission of tensile forces is ensured by wedging the balls 12 between the working conical surfaces 10 and 5 of the liner 8 and the rod 3.

Наличие в одних вариантах подвижной размыкающей втулки 29, взаимодействующей с фиксатором 11 через штифты 30, а в других вариантах толкателя 32, взаимодействующего с донной частью 33 фиксатора 11, позволяет размыкать узловое соединение, преодолевая сопротивление пружины 18, отжимая фиксатор 11 и освобождая шарики 12 от расклинивания. Если необходимо создание неразъемного узлового соединения, то размыкающая втулка 29 или толкатель 32 могут отсутствовать. Наличие же пружинного стопора 34, установленного в пазу корпуса раструба 4, позволяет фиксировать положение втулки 29 в отжатом состоянии и обеспечивать беспрепятственное разъединение одного или нескольких узловых соединений одновременно. The presence in some versions of the movable disconnect sleeve 29, interacting with the latch 11 through the pins 30, and in other versions of the pusher 32, interacting with the bottom 33 of the latch 11, allows you to open the node connection, overcoming the resistance of the spring 18, squeezing the latch 11 and releasing the balls 12 from wedging. If it is necessary to create a one-piece nodal connection, then the disconnecting sleeve 29 or the pusher 32 may be absent. The presence of a spring stopper 34 installed in the groove of the body of the socket 4, allows you to fix the position of the sleeve 29 in the pressed state and to provide unhindered separation of one or more nodal connections at the same time.

Конический вкладыш 9 устанавливается в конической части 7 составного раструба 4 при его изготовлении либо обжатием конической части 7 вокруг конического вкладыша 9, либо постановкой конического вкладыша 9 в гнездо 8 за счет его упругого сжатия, что возможно, если конический вкладыш 9 изготовлен из упругого материала и снабжен разрезом 39 по образующей конуса. В обоих вариантах конический вкладыш 9 надежно удерживается в гнезде 8 благодаря своей конической форме, упругости материала, форме конической части 7 раструба 4, а также под воздействием расчетных усилий, возникающих при работе узлового соединения под нагрузкой. Так при действии растягивающих усилий, приложенных по оси 21 штока 3, они от штока передаются на расклинивающиеся шарики 12, а через них на конический вкладыш 9, надежно прижимаемый этими усилиями к стенкам гнезда 8. В аналогичном режиме работает и коническая накладка 40 штока 3, изготовленная из высокопрочного упругого материала и снабженная размером 39 по образующей конуса, которая при действии осевого усилия, приложенного к штоку 3, оказывается зажатой между его рабочей поверхностью 5 и расклинивающимися шариками 12, удерживаемая от смещения уступом 41. The conical insert 9 is installed in the conical part 7 of the composite socket 4 when it is manufactured either by squeezing the conical part 7 around the conical insert 9, or by placing the conical insert 9 into the socket 8 due to its elastic compression, which is possible if the conical insert 9 is made of an elastic material and equipped with a cut 39 along the generatrix of the cone. In both versions, the conical insert 9 is securely held in the socket 8 due to its conical shape, the elasticity of the material, the shape of the conical part 7 of the socket 4, and also under the influence of the design forces arising from the operation of the nodal connection under load. So under the action of tensile forces applied along the axis 21 of the rod 3, they are transferred from the rod to the wedging balls 12, and through them to the conical insert 9, which is firmly pressed by these forces to the walls of the socket 8. The conical overlay 40 of the rod 3 also works in the same mode. made of high-strength elastic material and provided with a size 39 along the generatrix of the cone, which, under the action of axial force applied to the rod 3, is sandwiched between its working surface 5 and the wedged balls 12, which is held against displacement 41 obtuse.

Различные варианты закрепления штока 3 в узловом элементе 1 или конце стержня 2 также обеспечивают надежную работу узлового соединения. Сжимающие усилия во всех вариантах передаются упором штока 3 в узловой элемент 1 или в стержень 2, растягивающие усилия передаются с помощью резьбы 22, болта 23 и гайки 24 или развальцовки 25 торца 26 штока 3. Various options for fixing the rod 3 in the nodal element 1 or the end of the rod 2 also provide reliable operation of the nodal connection. The compressive forces in all cases are transmitted by the emphasis of the rod 3 to the nodal element 1 or to the rod 2, the tensile forces are transmitted by means of a thread 22, a bolt 23 and a nut 24 or by flaring 25 of the end face 26 of the rod 3.

Различные варианты закрепления составного раструба 4 на конце стержня 2 или в узловом элементе 1 также обеспечивают его надежную работу: сжимающие усилия передаются упором, а растягивающие усилия передаются с помощью резьбы 22, штифтов 27 или сварных швов 28. Various options for fixing the composite bell 4 at the end of the rod 2 or in the nodal element 1 also ensure its reliable operation: compressive forces are transmitted by the stop, and tensile forces are transmitted using threads 22, pins 27 or welds 28.

Варианты конструктивного исполнения полого штока 3 вносят особенности в его работу в составе узлового соединения и дают дополнительные преимущества. Если шестигранное углубление под ключ 43, облегчающее закрепление штока 3 в узловом элементе 1 или на конце стержня 2, и заглушки 45, герметизирующие внутреннюю полость узлового элемента 1 или стержня 2, не оказывают существенного значения на силовую работу узлового соединения, то наличие на рабочей конической поверхности 5 штока 3 овальных канавок 46 по его образующей или овальной кольцевой канавки 47, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси 21 штока 3, существенно влияет на распределение контактных напряжений на его рабочей конической поверхности 5. При этом канавки 46, согласованные по своему угловому положению с размещением шариков 12 в корпусе фиксатора 11, выравнивают контактные напряжения на всех стадиях работы фиксатора, а кольцевая канавка 47 выравнивает их в наиболее ответственный момент когда собранное узловое соединение находится под нагрузкой и шарики 12 расклинены между штоком 3 и вкладышем 9. Таким образом канавки 46 и 47 увеличивают несущую способность соединения в пределах их упругих деформаций. При этом радиус кривизны сечения овальных канавок 46 и 47 принимают равным или несколько большим по сравнению с радиусом шариков 12. Variants of the structural design of the hollow rod 3 make features in its work as part of the nodal connection and provide additional benefits. If a turnkey hexagonal recess 43, which facilitates the fastening of the rod 3 in the nodal element 1 or on the end of the rod 2, and the plugs 45, which seal the internal cavity of the nodal element 1 or the rod 2, do not significantly affect the power operation of the nodal connection, then the presence of a working conical the surface 5 of the rod 3 of the oval grooves 46 along its generatrix or oval annular groove 47 located in a plane perpendicular to the axis 21 of the rod 3, significantly affects the distribution of contact stresses on its working conical surfaces 5. In this case, the grooves 46, coordinated in their angular position with the placement of the balls 12 in the housing of the retainer 11, align contact stresses at all stages of the operation of the retainer, and the annular groove 47 aligns them at the most crucial moment when the assembled nodal connection is under load and the balls 12 are wedged between the stem 3 and the insert 9. Thus, the grooves 46 and 47 increase the bearing capacity of the joint within their elastic deformations. Moreover, the radius of curvature of the cross section of the oval grooves 46 and 47 is assumed to be equal to or slightly larger compared to the radius of the balls 12.

В варианте состыковки двух стержней 48 и 50, который может быть использован в мачтах и стойках вантово-тентовых сооружений, соединение способно воспринимать наряду с осевыми усилиями поперечные усилия и изгибающие моменты. Осевое усилие сжатия передается от одного стержня к другому через резьбовые соединения 22 и контактные поверхности штока 3 и раструба 4, осевое усилие растяжения передается через резьбовые соединения 22, шток 3, раструб 4 и расклинивающиеся шарики 12, поперечные усилия и изгибающий момент воспринимаются цилиндрическим хвостовиком 49, взаимодействующим с трубчатыми стержнями 48 и 50. In the variant of joining two rods 48 and 50, which can be used in masts and racks of cable-stayed tent structures, the joint is able to perceive, along with axial forces, transverse forces and bending moments. The axial compression force is transmitted from one rod to another through the threaded connections 22 and the contact surfaces of the rod 3 and the bell 4, the axial tensile force is transmitted through the threaded connections 22, the rod 3, the bell 4 and the wedged balls 12, the transverse forces and bending moment are perceived by the cylindrical shank 49 interacting with the tubular rods 48 and 50.

В варианте узлового соединения с образованием проходного герметизированного канала 55 соединение подобно предыдущему варианту способно воспринимать осевые и поперечные усилия, а также изгибающие моменты. Благодаря наличию герметизирующего кольца 54 и эффекту самозатягивания соединения при расклинивании шариков 12 между коническими поверхностями 10 и 5 вкладыша 9 и штока 3 происходит надежная герметизация проходного канала 55, что позволяет использовать такое узловое соединение в конструкциях двойного назначения: несущих функции силового каркаса и пневмо- или гидравлической сети. In the variant of the nodal connection with the formation of a passage through the sealed channel 55, the connection, like the previous version, is capable of absorbing axial and transverse forces, as well as bending moments. Due to the presence of the sealing ring 54 and the effect of self-tightening the connection when the balls 12 are wedged between the conical surfaces 10 and 5 of the liner 9 and the rod 3, the passage channel 55 is reliably sealed, which makes it possible to use such a nodal connection in dual-use structures: supporting the power cage and pneumatic or hydraulic network.

Изготовление конструкции возможно в различных вариантах. Полый шток, корпус раструба, конический вкладыш и корпус фиксатора могут быть выполнены горячепрессованными, штампованными или литыми с применением различных металлов, металлокерамики, высокопрочных пластмасс и стекла, причем возможны комбинации различных материалов. При этом рабочие поверхности штока и вкладыша должны быть достаточно твердыми, чтобы сопротивляться продавливанию шариков. Они могут быть изготовлены из более твердых материалов или могут быть дополнительно упрочнены с помощью термообработки, напыления высокопрочных материалов, оплавления рабочих поверхностей или с использованием других способов физико-химических воздействий. Manufacturing designs are possible in various ways. The hollow stem, bell housing, conical liner and retainer body may be hot pressed, stamped or cast using various metals, cermets, high-strength plastics and glass, and combinations of various materials are possible. In this case, the working surfaces of the stem and liner must be hard enough to resist the bursting of the balls. They can be made of harder materials or can be further hardened by heat treatment, spraying high-strength materials, melting work surfaces or using other methods of physicochemical effects.

Рабочие конические поверхности штока и вкладыша должны быть геометрически согласованы в пределах вышеприведенных углов наклона образующей конуса к продольной оси для обеспечения надежного расклинивания шариков. The working conical surfaces of the stem and liner must be geometrically consistent within the above angles of inclination of the generatrix of the cone to the longitudinal axis to ensure reliable wedging of the balls.

В конкретном примере полый шток, конический вкладыш и корпус фиксатора выполнены стальными, закаленными по рабочим поверхностям, а шарики приняты стальными, используемыми в шарикоподшипниках. Узловой элемент, стержни, корпус раструба и размыкающая втулка выполнены из алюминиевого сплава с защитным покрытием. Угол наклона конической поверхности к продольной оси принят для штока 15^о, для вкладыша раструба 22^о, для корпуса фиксатора 20^о. Наружный габаритный размер узлового элемента 50.90 мм, сечение трубчатых стержней от 32х1,5мм до 60х3 мм, соответственно наружный диаметр цилиндрической части раструба 32.60 мм, длина раструба 50.100 мм, длина штока 30.60 мм, диаметр шариков 5.8 мм. Эти узловые соединения использованы в структурных конструкциях общепринятых размеров.In a specific example, the hollow rod, conical liner and retainer body are made of steel, hardened on the working surfaces, and the balls are made of steel used in ball bearings. The nodal element, the rods, the bell housing and the disconnecting sleeve are made of aluminum alloy with a protective coating. The angle of inclination of the conical surface to the longitudinal axis is adopted for the rod 15 ^about , for the liner of the socket 22 ^about , for the housing of the retainer 20 ^about . The outer overall dimension of the nodal element is 50.90 mm, the cross section of the tubular rods is from 32x1.5 mm to 60x3 mm, respectively, the outer diameter of the cylindrical part of the socket is 32.60 mm, the length of the socket is 50.100 mm, the rod length is 30.60 mm, and the diameter of the balls is 5.8 mm. These nodal joints are used in structural structures of generally accepted sizes.

Применение соединения обеспечивает упрощение монтажа и ускорение сборки структурных конструкций в связи с простотой выполнения рабочих операций, заключающихся в подведении друг к другу узлового элемента и стержня и самозащелкивании узлового соединения. Простота монтажных операций делает возможным применение роботов и манипуляторов. Структурные конструкции с предлагаемым узловым соединением могут монтироваться в экстремальных ситуациях при повышенной радиации, под водой, в космосе, на высокогорье, при низких и высоких температурах и т.д. Благодаря конструктивному решению предлагаемого узлового соединения и возможности комбинации различных материалов достигается снижение веса конструкции на 25.30% и ее удешевление в 2.2,5 раза по сравнению с известными решениями. Расширяются функциональные возможности использования узлового соединения: помимо структурных конструкций здания и сооружений оно может быть применено в конструкциях технологических каркасов, рекламных щитов, выставочных стендов, сборных антенн и мачт тентово-вантовых сооружений, а также для крепления сменного инструмента и оборудования в машиностроении и на транспорте, при создании сборно-разборных протезов и инвалидных колясок и т.п. The use of the connection simplifies the installation and accelerates the assembly of structural structures in connection with the simplicity of the work operations consisting in bringing the nodal element and the rod to each other and self-locking the nodal joint. The simplicity of installation operations makes it possible to use robots and manipulators. Structural structures with the proposed nodal connection can be mounted in extreme situations with increased radiation, under water, in space, at high altitudes, at low and high temperatures, etc. Due to the constructive solution of the proposed nodal connection and the possibility of combining various materials, a reduction in the weight of the structure by 25.30% and its cost reduction by 2.2.5 times are achieved compared with the known solutions. The functional possibilities of using the nodal connection are expanding: in addition to the structural structures of the building and structures, it can be used in the construction of technological frames, billboards, exhibition stands, prefabricated antennas and masts of tent-cable-stayed structures, as well as for attaching interchangeable tools and equipment in mechanical engineering and transport when creating collapsible dentures and wheelchairs, etc.

Claims

NODE CONNECTION OF BUILDING ELEMENTS, including a nodal element, rods and fasteners in the form of a rod with a conical outer surface fixed to the end of the rod or in the nodal element, and a bell with a conical inner surface fixed in the nodal element or tip of the rod and having a spring-loaded clamp with wedged balls, characterized in that the rod is made with an angle of inclination of the generatrix of the conical surface to the longitudinal axis 4 - 20 ^o , and the bell is made with the angle of inclination of the generatrix of the conical surface Surfaces to the longitudinal axis 6 - 30 ^o .

2. The compound according to claim 1, characterized in that the rod is hollow.

3. The compound according to claim 1, characterized in that the bell is made integral in the form of a hollow body with a liner interacting with its inner conical surface with balls of a spring-loaded retainer.

4. The connection according to claim 1, characterized in that it is equipped with a disconnecting sleeve that is mounted to move externally on the socket and fastened with a latch fasteners passed through the grooves formed in the socket.

5. The compound according to claim 1, characterized in that the latch is provided with a stop and is made in the form of a hollow cage with an axisymmetric inner cylindrical or conical surface and in the zone of placement of balls with an external conical surface with an angle of inclination of the generatrix to the longitudinal axis of 4-30 ^° .

6. The connection according to claims 1 to 3, characterized in that it is equipped with a pusher remote opening, and the latch is made in the form of a glass, interacting with the bottom of the pusher, passed through the hollow rod.

7. The connection according to claims 1 to 4, characterized in that the bell is equipped with a spring stopper installed in the groove on its outer surface and interacting with the inner surface of the opening sleeve.

8. The connection according to claims 1 to 3, characterized in that the hollow rod is provided with a conical plate with a slit along the cone generatrix made of high strength elastic material, and the bell is equipped with a conical liner with a slit along the cone generatrix made of high strength elastic material, and the angles the inclination of the generatrix of the cone of the piston rod to the longitudinal axis is 4 - 20 ^o , and the liner of the socket 6 - 30 ^o .

9. The connection according to claims 1 and 2, characterized in that the hollow rod is fixed in the nodal element or at the end of the rod by flaring the end.

10. The connection according to claims 1 and 2, characterized in that the hollow rod is fixed in the nodal element or at the end of the rod on the thread and is made at one of the ends with a hexagonal recess.

11. The connection according to claims 1 and 2, characterized in that the hollow rod is fixed in the nodal element or at the end of the rod with a bolt and nut.

12. Connection PP. 1, 2, 10 and 11, characterized in that the hollow rod is fixed by a bolt mounted on the thread from the side opposite to its conical part.

13. The connection according to claims 1 and 2, characterized in that the hollow stem is plugged on both sides.

14. The connection according to claims 1 and 2, characterized in that the working surface of the hollow rod is provided with oval, for example cylindrical grooves located along the generatrix of the cone and interacting with the retainer balls.

15. The connection according to claims 1 and 2, characterized in that the working surface of the hollow rod is provided with an oval annular groove located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the rod and interacting with the retainer balls.

16. The connection according to claims 1, 2 and 6, characterized in that the hollow rod is provided with a cylindrical shank, fixed to the end of one tubular rod, mated to the end of another tubular rod, in which a bell is fixed that interacts with the rod by means of retainer balls.

17. The connection according to claims 1 to 4, characterized in that between the end face of the hollow rod and the hollow sleeve there is a sealing ring made of elastic material.

18. Connection PP. 1 to 3, characterized in that the working conical surface of the hollow rod and the liner of the socket is made hardened.