Ячеистая конструкция и устройство на ее основе

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к ячеистым (сотовым) конструкциям. Ячеистая конструкция содержит по меньшей мере один ячеистый блок, выполненный из ячеек гексагональной формы. Ячейки соединены друг с другом боковыми гранями посредством петель двойного действия. Блок содержит одну центральную ячейку, окруженную шестью периферийными ячейками, и снабжен приводом, расположенным в центральной ячейке и выполненным в виде кулачково-рычажного механизма. Устройство на основе ячеистой конструкции содержит по меньшей мере один ряд вышеуказанных ячеистых блоков. Достигается упрощение изменения формы поверхности. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящая группа изобретений относится к ячеистым (сотовым) конструкциям и может быть использована в различных отраслях промышленности в качестве самостоятельного изделия или объемного сотового заполнителя различных конструкций при изготовлении изделий сложной кривизны, например, для изготовления строительных деталей, для декоративных панелей, для осветительных приборов.

В настоящее время известны различные ячеистые (сотовые) конструкции (структуры), которые находят применение в конструкциях летательных аппаратов, в строительстве, судостроении, а также в производстве товаров декоративного назначения.

Известна сотовая структура, сформированная из множества сот, расположенных рядами, содержащая соты, имеющие боковые стенки, примыкающие друг к другу в виде кольца и ограниченные в направлении открытых сторон сот плоскостями покрывающих слоев, где соты перекрыты полностью или частично одной или другой из плоскостей покрывающих слоев; при этом сотовая структура сформирована из, по существу, неразрезанного плоского тела; при этом сотовая структура имеет множество трехмерных структур, сформированных пластической деформацией, и соединительных участков, сформированных пластической деформацией; при этом соединительные участки в сотовой структуре расположены в одной или другой из плоскостей покрывающих слоев (патент RU 2373057 C1, опубликовано 20.11.2009г.).

Известна ячеистая структура, содержащая множество удлиненных пластмассовых полос, каждая пара полос соединена сварными швами на соединительных участках; одна полоса в каждой паре приварена к полосе смежной пары в местах, расположенных между сварными швами этой пары полос и образующих непарные соединительные участки, а полосы могут быть вытянуты в ширину с образованием единой решетки из ячеек. При этом полосы образуют стенки ячеек, каждая стенка ячейки имеет открытую площадь из-за множества отверстий, каждое из отверстий имеет диаметр приблизительно от 3 до 17 мм, а множество отверстий расположены в соответствии с конфигурацией, имеющей горизонтальное расстояние D3 между отверстиями, ближайшими к непарному соединительному участку и лежащими по разные стороны от него; горизонтальное расстояние D4 между центрами отдельных отверстий; вертикальное расстояние D5 между центрами отдельных отверстий; вертикальное расстояние D6 между отверстиями, расположенными в середине стенки ячейки; горизонтальное расстояние D9 от вертикального края стенки до непарного соединительного участка; причем общая площадь отверстий в одной стенки ячейки в указанной конфигурации составляет приблизительно от 19 до 28% от общей площади стенки ячейки (патент RU 2196864 C1, опубликовано 20.01.2003г.).

Известна решетчатая волокнистая конструкция, содержащая решетку из многоугольных ячеек-модулей, содержащих, по меньшей мере, три u-образных ребра, изготовленных из волокнистого композиционного слоя и пенопластовой основы, обеспеченной внутри каждой ячейки-модуля для поддержки u-образных ребер. Пенопластовая основа вдоль основания расположена на одной линии с одной из плоских покрывающих секций. По меньшей мере, один слой полос обеспечивается снаружи плоских покрывающих секций, и наружный лист односторонне прикрепляется к ячейкам-модулям на одной линии с одной из плоских покрывающих секций (патент RU 2553303 C1, опубликовано 10.06.2015г.).

Известна сотовая конструкция, используемая в звукопоглощающей панели для гондолы турбореактивного двигателя и содержащая, по меньшей мере, один сотовый блок, причем каждый сотовый блок содержит, по меньшей мере, один средний лист и два крайних листа, причем указанная сотовая конструкция имеет поверхность, которая, по существу, представляет собой поверхность вращения, причем указанная поверхность образована соединением встык крайних листов одного или нескольких сотовых блоков посредством соединительных площадок, расположение которых обеспечивает формирование сотовых ячеек (патент RU 2477223 C2, опубликовано 10.03.2013г.).

Известные ячеистые сотовые конструкции направлены на решение узкоспециализированных задач в отдельных областях техники, например, в авиастроении для создания звукопоглощающих панелей для турбореактивных двигателей, в строительстве дорог для увеличения нагрузочной способности дорожного полотна и сопротивления эрозии материалов, в строительстве сооружений – для усиления фундаментов и придания им жесткости.

Кроме того, известные сотовые конструкции обладают большой сложностью, обусловленной наличием большого количества звеньев и элементов конструкции и, как следствие, сложностью в эксплуатации.

Настоящая группа изобретений относится к ячеистой конструкции с сотовыми (гексагональными) ячейками и устройству на основе ячеистой конструкции, которые благодаря изменению формы и изгиба (кривизны) ячеистых конструкций (т.е. изменению положения ячеек друг относительно друга), позволяют управлять формой изделий, содержащих заявленные ячеистые конструкции.

Известны гексагональные сотовые структуры, содержащие множество ячеек гексагональной формы, каждая из которых окружена шестью гексагональными ячейками, при этом ячейки структуры жестко соединены друг с другом (например, US2007148406 (A1), опубликовано 28.06.2007г.; JPS63309433 (A), опубликовано 16.12.1988г.; CN101801659 (A), опубликовано 11.08.2010г.)

Основным недостатком известных сотовых структур является жесткое сочленение гексагональных ячеек, отсутствие подвижности гексагональных ячеек друг относительно друга, приводящее к низкой надежности всей структуры.

Известна ячеистая конструкция, сформированная шарнирным сочленением модулей, представляющих собой две малые пластины, имеющие на противоположных гранях оси, и две несущие большие пластины, имеющие с одного торца оси, соразмерные с осями малых пластин, и жёстко закреплённые упругие проушины с осевыми отверстиями под оси, при этом каждые четыре проушины, сопрягаемые с осями малых пластин, разнесены попарно и выставлены по противоположным сторонам больших пластин перпендикулярно их плоскости, две другие проушины выставлены поперёк на торце пластины, противоположном торцу с осью, с возможностью сборки элементов в модуль по шарнирным сочленениям оси - осевые отверстия сопряжённых проушин в обеспечение возможности реверсивного изменения кривизны ячеистой конструкции, изменения своей изначальной плоской формы на криволинейную при механическом воздействии (патент RU 173383 U21 опубликовано 24.08.2017г.).

К недостатку известного аналога можно отнести низкую надежность и нестабильность криволинейной формы изделий с использованием известной ячеистой конструкции, отсутствие возможности управления формой ячеистой конструкции.

В качестве наиболее близкого технического решения выбрана ячеистая конструкция, содержащая группу элементарных ячеек с каждой элементарной ячейкой, имеющей сотовую геометрию, группа элементарных ячеек, сформированных из материала переменной жесткости (VSM), где VSM имеет первое состояние жесткости и второе состояние жесткости, и где ячеистая структура имеет первую форму и вторую форму с градацией форм между первой формой и второй формой и где переход от первой формы ко второй форме происходит с использованием сигнала срабатывания для приведения в действие VSM из первого состояния жесткости во второе состояние жесткости для изменения жесткости клеточной структуры, тем самым позволяя деформировать структуру ячеек от первой формы до второй формы и любую форму между ними; причем каждая клетка в клеточной структуре имеет клеточную стенку, имеющую свойство градации в жесткости, так что клеточная стенка имеет внутренний материал постоянной внутренней жесткости, который зажат между, по меньшей мере, двумя слоями внешнего материала, образованного материалом переменной жесткости. Каждая ячейка имеет множество ребер, а клеточная структура деформирована от первой формы до второй формы с использованием внешней системы деформации, причем внешняя система деформации является исполнительным механизмом (приводом), так что привод может использоваться для смещения к краям клеточной структуры для изменения формы клеточной структуры и при этом исполнительный механизм выбирают из группы электромагнитного двигателя, гидравлического цилиндра, пневматического цилиндра и ультразвукового пьезоэлектрического двигателя (патент на изобретение US7678440 В1, опубликовано 16.03.2010г.).

Недостатком ближайшего аналога является то, что он имеет большую сложность и невысокую технологичность изготовления, связанную со сложностью привода.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается заявляемым изобретением, является расширение функциональных возможностей ячеистой конструкции за счёт того, что ячейки в конструкции становятся подвижными, и возможность их перемещения обеспечивается простым в исполнении приводом, выполненным в виде кулачково-рычажного механизма, конструкция которого позволяет осуществлять изменение одного вида движения в другой (вращательного движения в колебательное) за счет применения новой формы поверхности контакта кулачка и рычажных элементов, а также позволяет сохранять форму конструкции после деформации.

Технический результат, получаемый при использовании заявляемой группы изобретений, заключается в повышении надежности перемещения ячеек, и, соответственно, повышение надежности изменения формы и изгиба (кривизны) ячеистых конструкций и фиксации этих изменений, и упрощение управления формой изделий, содержащих заявленные ячеистые конструкции.

Технический результат заключается также в получении изделий со сложной кривизной поверхности.

В соответствии с пунктом 1 формулы изобретения технический результат достигается тем, что в ячеистой конструкции, содержащей, по меньшей мере, один ячеистый блок, выполненный из ячеек гексагональной формы, содержащий одну центральную ячейку, окруженную шестью периферийными ячейками, и снабженный приводом, согласно изобретению центральная ячейка соединена посредством петель двойного действия шестью боковыми гранями с периферийными ячейками, а периферийные ячейки соединены посредством петель двойного действия, по меньшей мере, двумя боковыми гранями с периферийными ячейками, а привод расположен в центральной ячейке и выполнен в виде кулачково-рычажного механизма, содержащего установленный с возможностью вращения вал с кулачком, имеющим криволинейный рабочий профиль с разверткой в виде периодической кривой, при этом в, по меньшей мере, двух противоположно расположенных боковых гранях центральной ячейки выполнено по пазу, в каждом из которых установлен выполненный с возможностью взаимодействия с рабочим профилем кулачка и подпружиненный в направлении к кулачку рычаг, один конец которого жестко соединен с боковой гранью примыкающей периферической ячейки.

В соответствии с пунктом 2 формулы изобретения технический результат достигается тем, что устройство согласно изобретению, содержащее, по меньшей мере, один ряд ячеистых блоков, при этом, по меньшей мере, одна центральная ячейка снабжена приводом, выполненным по пункту 1, и соединена посредством петель двойного действия шестью боковыми гранями с периферийными ячейками блока, а периферийные ячейки соединены посредством петель двойного действия с периферийными ячейками одного блока двумя боковыми гранями, а с периферийными ячейками соседних блоков ряда двумя другими боковыми гранями.

Настоящая группа изобретений поясняется чертежами (фиг. 1-7), пример выполнения ячеистой конструкции и устройства на ее основе на которых, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрируют возможность достижения заявленного технического результата.

На фигурах 1-3 представлены поперечные разрезы кулачково-рычажного механизма в фазах подъема рычагов, в промежуточном положении рычагов и в фазе опускания рычагов, на фигуре 4 представлено трехмерное изображение кулачка, на фиг. 5 изображен ячеистый блок, на фиг. 6 изображено соединение ячеек посредством петли двойного действия, на фиг. 7 представлено устройство на основе ячеистой конструкции.

Согласно изобретению ячеистая конструкция содержит, по меньшей мере, один ячеистый блок 1 (фиг. 5). Ячеистый блок 1 выполнен из ячеек гексагональной формы, которые соединены друг с другом боковыми гранями 2. Боковые грани 2 ячеек соединены друг с другом посредством петель 3 двойного действия (фиг. 6). Блок 1 содержит одну центральную ячейку 4, расположенную в центре шести периферийных ячеек 5 (фиг. 5, 7).

Соединение ячеек в блоке 1 происходит следующим образом: центральная ячейка 4 соединена посредством петель 3 двойного действия шестью боковыми гранями 2 с периферийными ячейками 5, а периферийные ячейки 5 соединены посредством петель 3 двойного действия, по меньшей мере, двумя боковыми гранями с периферийными ячейками 5. Причем в одном блоке периферийные ячейки соединены двумя боковыми гранями с окружающими центральную ячейку периферийными ячейками. Если блоков несколько, то периферийные ячейки блоков связаны по трем граням.

Блок 1 снабжен приводом 6, который приводит в движение ячейки. Привод 6 расположен в центральной ячейке 4 и выполнен в виде кулачково-рычажного механизма (фиг. 1-4).

Кулачково-рычажный механизм содержит корпус 7 с отверстием 8. Корпусом 7 для кулачково-рычажного механизма служит центральная ячейка 4. В отверстие 8 установлен с возможностью вращения вал 9 с кулачком 10, имеющим криволинейный рабочий профиль 11 (фиг. 1-4). В боковых гранях 2 ячейки 4 выполнено, по меньшей мере, два паза 12 и 13, в которых установлены выполненные с возможностью взаимодействия с рабочим профилем 11 кулачка 10. В каждом пазе установлены подпружиненные гибким элементом 14 в направлении к кулачку 10, по меньшей мере, два рычага 15 и 16 (фиг. 2-5). Один конец 17 и 18 каждого рычага 15 и 16 жестко соединен с боковой гранью соответствующей периферийной ячейки 5. Развертка рабочего профиля 11 кулачка 10 выполнена в виде периодической кривой.

Заявляемое устройство на основе ячеистой конструкции содержит, по меньшей мере, один ряд ячеистых блоков 1, при этом, по меньшей мере, одна гексагональная центральная ячейка 4 снабжена приводом 6 (фиг. 7). Центральная ячейка 4 соединена посредством петель 3 двойного действия своими шестью боковыми гранями 2 с периферийными ячейками 5, а периферийные ячейки 5 в ряду блоков соединены с соседними периферийными ячейками 5 одного блока посредством петель 3 двойного действия двумя боковыми гранями 2, а с соседними периферийными ячейками 5 другого блока посредством петель 3 двумя другими боковыми гранями. Благодаря такому соединению ячеек в устройстве не все боковые грани имеют петли и образуют взаимосвязанные ячейки, а появляются элементы ячеек, которые условно можно назвать «пустотами» и которые выполняют компенсирующие функции при смещении ячеек в устройстве при движении кулачково-рычажного механизма, т.е. позволяют образовывать впадины и бугры.

Кулачково-рычажный механизм работает следующим образом.

При сообщении движения валу 9 установленный на нем кулачок 10 взаимодействует рабочим профилем 11 с двумя рычагами 15 и 16 и сообщает им колебательное движение, которое передается на ячейки и приводит к изменению пространственного положения ячеек в блоке 1 относительно друг друга на определенный угол. В силу особенностей геометрии сочетания шестигранных ячеек в блоке из семи ячеек, изменяющих положение можно наблюдать синхронное изменение положения ячеек, в том числе и тех, которые не имеют непосредственной связи с рычагами 15 и 16.

Таким образом, через управление приводами шестигранной ячеистой структуры, расположенными согласно схеме (фиг.7), достигается возможность фиксировать и синхронно изменять пространственное положение структуры исходя из задач прикладного её использования.

1. Ячеистая конструкция, содержащая по меньшей мере один ячеистый блок, выполненный из ячеек гексагональной формы, содержащий одну центральную ячейку, окруженную шестью периферийными ячейками, и снабженный приводом, отличающаяся тем, что центральная ячейка соединена посредством петель двойного действия шестью боковыми гранями с периферийными ячейками, а периферийные ячейки соединены посредством петель двойного действия по меньшей мере двумя боковыми гранями с периферийными ячейками, а привод расположен в центральной ячейке и выполнен в виде кулачково-рычажного механизма, содержащего установленный с возможностью вращения вал с кулачком, имеющим криволинейный рабочий профиль с разверткой в виде периодической кривой, при этом в по меньшей мере двух противоположно расположенных боковых гранях центральной ячейки выполнено по пазу, в каждом из которых установлен выполненный с возможностью взаимодействия с рабочим профилем кулачка и подпружиненный в направлении к кулачку рычаг, один конец которого жестко соединен с боковой гранью примыкающей периферической ячейки.

2. Устройство, содержащее по меньшей мере один ряд ячеистых блоков, выполненных по п. 1, при этом по меньшей мере одна центральная ячейка снабжена приводом, выполненным по п. 1, и соединена посредством петель двойного действия шестью боковыми гранями с периферийными ячейками блока, а периферийные ячейки соединены посредством петель двойного действия с периферийными ячейками одного блока двумя боковыми гранями, а с периферийными ячейками соседних блоков ряда - двумя другими боковыми гранями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения. Редуктор-шарнир содержит два звена, первое из которых выполнено в виде вилки, охватывающей второе звено, и механизм относительного поворота второго звена, выполненный в виде планетарного винтового механизма с резьбовыми роликами, винт которого установлен соосно оси поворота звеньев.

Изобретение относится к приводам с блокировкой. Технический результат состоит в обеспечении объединения элемента блокировки заклиниванием и ограничителя усилия.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к зубчатым волновым передачам. Способ изготовления волновой передачи в герметичном и негерметичном ее исполнениях заключается в том, что предварительно деформируют гибкое звено с изменением его формы.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для соединения деталей машин. Трехзвенное кинематическое соединение (трекс) с восемью относительными движениями содержит входное, выходное и промежуточные звенья.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в компрессорах и насосах. Устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное содержит корпус, ползун, приводной вал, дополнительный ползун, приводной элемент и обойму.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться для соединения звеньев механизмов и деталей машин. Двухподвижная кинематическая пара включает два звена - цилиндр (2) и двойной корсет (1), поверхности которых имеют разную кривизну и входят между собой в точечный контакт.

Устройство относится к машино- и приборостроению и может быть использовано в механизмах, преобразующих вращательное движение в возвратно-поступательное. Ходовая гайка механизма линейного перемещения содержит основную полугайку (1) и вспомогательную полугайку (2), в которых выполнены равноудаленные от центра и между собой сквозные соосные отверстия, в которые вставлены цилиндрические штифты (3), соединяющие полугайки.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в механизмах для усиления механической мощности. Механический усилитель мощности содержит основание, входной и выходной валы и механизм преобразования поступательного движения во вращательное движение выходного вала.

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться для соединения звеньев механизмов. Удерживающая трехподвижная кинематическая пара состоит из двух звеньев - корсет (1) и цилиндр (2), и обеспечивает три относительных движения между звеньями.

Изобретение относится к устройствам для передачи и преобразования движения и сил, в частности к кулачковым реверсивным механизмам. Кулачковый реверсивный механизм содержит стойку, ведущий кулачок и ведомое коромысло, введенные со стойкой в подвижные соединения.

Изобретение относится к звену гусеничной ленты. Звено гусеничной ленты для гусеничной системы содержит основание, к которому прикреплены один или несколько гребней и износостойкая пластина.

Изобретение относится к твердым телам, имеющим искусственные пористые структуры, и касается низкопористого ауксетического листового материала. Конструкционный материал содержит конструкцию из структур с продолговатыми порами, причем каждая из структур с продолговатыми порами включает в себя одну или более субструктур, первое множество первых структур с продолговатыми порами и второе множество вторых структур с продолговатыми порами, причем каждая из первых и вторых структур с продолговатыми порами имеет большую ось и малую ось, большие оси первых структур с продолговатыми порами перпендикулярны большим осям вторых структур с продолговатыми порами, первые и вторые множества структур с продолговатыми порами расположены в матрице рядов и столбцов, при этом каждый из рядов и каждый из столбцов выполнен чередующимся между первыми и вторыми структурами с продолговатыми порами, первые и вторые структуры с продолговатыми порами выполнены в форме двутавровых щелевых отверстий, так что пористость структур с продолговатыми порами ниже значения около 10%, и конструкция из структур с продолговатыми порами определяет элементарные ячейки, которые в качестве реакции на одноосное напряжение обеспечивают демонстрацию листовым материалом поведения с отрицательным коэффициентом Пуассона.
Изобретение относится к композитным конструкциям и касается слоистого композитного радиусного заполнителя с элементом заполнителя геометрической формы и способа его изготовления.

Изобретение относится к способу получения пакета слоев композиционного слоистого материала, имеющего систему отверстий, и композиционному слоистому материалу, имеющему систему отверстий.

Изобретение относится к отделочной панели для отделки интерьера воздушного судна. Отделочная панель имеет многослойную структуру и содержит наружный слой, изготовленный из материала, непроницаемого для воздуха, который при использовании обращен к фюзеляжу воздушного судна.

Изобретение относится к способу наслоения предварительно пропитанных смолами лент композитного материала и к неплоскому композитному компоненту, содержащему ленты композитного материала.

Изобретение относится к производству строительных материалов и касается панелей для внутренних поверхностей зданий. Панель для внутренней поверхности, такая как потолочная плитка, которая не содержит материалов ПВХ, в результате чего она является подходящей для облицовки в различных зданиях, включая школы, жилые помещения, предприятия общественного питания и учреждения здравоохранения.

Изобретение относится к амортизирующим и энергопоглощающим системам и способам. Встречно-штыревая ячеистая амортизирующая система содержит первый лист упругого материала, включающий в себя первый связующий слой и первый массив пустых ячеек, выступающих из первого связующего слоя, каждая из которых имеет стенку, и второй лист упругого материала, включающий в себя второй связующий слой и второй массив пустых ячеек, выступающих из второго связующего слоя, каждая из которых имеет стенку, причем стенки второго массива пустых ячеек отличаются от стенок первого массива пустых ячеек, при этом пустые ячейки выполнены с возможностью монотонного сжатия под нагрузкой, и пик каждой пустой ячейки в первом массиве контактирует со вторым связующим слоем, а пик каждой пустой ячейки во второй массиве контактирует с первым связующим слоем, при этом пустая ячейка в первом массиве прикреплена ко второму связующему слою, а пустая ячейка во втором массиве прикреплена к первому связующему слою.

Изобретение относится к технологии обработки кремниевых монокристаллических пластин и может быть использовано для создания электронных структур на его основе. Способ электрической пассивации поверхности кремния тонкопленочным органическим покрытием из поликатионных молекул включает предварительную подготовку подложки для создания эффективного отрицательного электростатического заряда, приготовление водного раствора поликатионных молекул, адсорбцию поликатионных молекул на подложку в течение 10-15 минут, промывку в деионизованной воде и сушку подложки с осажденным слоем в потоке сухого воздуха, при этом в качестве подложки использован монокристаллический кремний со слоем туннельно прозрачного диоксида кремния, с шероховатостью, меньшей или сравнимой с толщиной создаваемого покрытия, предварительную подготовку кремниевой подложки проводят путем ее кипячения при 75°C в течение 10-15 минут в растворе NH4OH/H2O2/H2O в объемном соотношении 1/1/4, для приготовления водного раствора поликатионных молекул использован полиэтиленимин, а во время адсорбции поликатионных молекул на подложку осуществляют освещение подложки со стороны раствора светом с интенсивностью в диапазоне 800-1000 лк, достаточной для изменения плотности заряда поверхности полупроводниковой структуры за время адсорбции.

Изобретение относится к вспененным продуктам, в частности к вспененным полимерным материалам, используемым в качестве легкого и теплостойкого заполнителя в производстве сэндвич-панелей.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к ячеистым конструкциям. Ячеистая конструкция содержит по меньшей мере один ячеистый блок, выполненный из ячеек гексагональной формы. Ячейки соединены друг с другом боковыми гранями посредством петель двойного действия. Блок содержит одну центральную ячейку, окруженную шестью периферийными ячейками, и снабжен приводом, расположенным в центральной ячейке и выполненным в виде кулачково-рычажного механизма. Устройство на основе ячеистой конструкции содержит по меньшей мере один ряд вышеуказанных ячеистых блоков. Достигается упрощение изменения формы поверхности. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх