阅读说明：本技术 用于矩形管拐角应力释放的通用铸件 (Universal casting for releasing stress of corner of rectangular pipe ) 是由 杰弗瑞·W·霍格 约翰·R·盖尔 于 2020-02-25 设计创作，主要内容包括：一种角撑板结构包括主体,所述主体具有形成板配合表面的板接触端部并且从所述板接触端部延伸到远端端部。所述主体限定在所述板接触端部与所述远端端部之间延伸的管配合表面。所述板配合表面与板接合。所述管配合表面包括第一表面部分和第二表面部分,在第一表面部分和第二表面部分之间形成内表面角。所述内表面角具有设置在顶点轴线上的顶点,所述顶点轴线与板配合表面相交。所述第一表面部分接合细长构件的第一侧壁。所述第二表面部分接合所述细长构件的第二侧壁。所述主体从所述远端端部朝向所述板接触端部向外张开,以将所述板中的应力从所述细长构件的拐角分散在更大的区域上。(A gusset structure includes a body having a plate contacting end forming a plate mating surface and extending from the plate contacting end to a distal end. The body defines a tube mating surface extending between the plate contact end and the distal end. The plate mating surface engages the plate. The tube mating surface includes a first surface portion and a second surface portion with an inner surface angle formed between the first surface portion and the second surface portion. The inner surface angle has an apex disposed on an apex axis that intersects the board mating surface. The first surface portion engages a first sidewall of the elongated member. The second surface portion engages a second sidewall of the elongated member. The body flares outwardly from the distal end toward the plate contacting end to distribute stresses in the plate over a larger area from corners of the elongated member.)

用于矩形管拐角应力释放的通用铸件

发明领域

本公开总体上涉及一种用于在板与细长构件之间的接合点处分散应力的角撑板结构，以及一种包括角撑板结构的结构组件。

背景技术

结构组件可以包括附接到板的细长构件。通常，细长构件是限定中空中心的管状结构。细长构件在细长构件的末端端部处或者在细长构件穿过板处的中间部分处围绕细长构件的圆周附接到板。细长构件可以包括举例来说通过四个相应的拐角互连的四个侧壁。由于细长构件在细长构件的拐角区域中的高刚度，因此在板附接到细长构件的拐角的位置，在板中形成了高应力区域。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供一种角撑板结构。所述角撑板结构是可操作的以将在形成在板与细长构件之间的接合点处的应力分散在更大的区域上，借此减小所述板中的应力水平。所述角撑板结构包括主体，所述主体具有形成板配合表面的板接触端部和管配合表面。所述板配合表面被配置用于接合所述板。所述管配合表面包括在其之间形成内表面角的第一表面部分和第二表面部分。所述第一表面部分和所述第二表面部分远离所述板接触端部延伸。所述内表面角具有设置在顶点轴线上的顶点，所述顶点轴线与板配合表面相交。所述管配合表面的第一表面部分被配置用于接合所述细长构件的第一侧壁。所述管配合表面的第二表面部分被配置用于接合所述细长构件的第二侧壁。

在所述角撑板结构的一个方面中，所述主体包括远端端部，所述远端端部沿着所述顶点轴线与所述板接触端部间隔一定长度。所述管配合表面在所述板接触端部与所述主体的远端端部之间延伸并且将它们互连。

在所述角撑板结构的一个示例性实施例中，所述板配合表面基本上垂直于所述顶点轴线。在其它实施例中，所述顶点轴线可以相对于所述板配合表面稍微成角度。

在所述角撑板结构的一个方面中，所述板配合表面限定第一区域，并且所述远端端部形成限定第二区域的端部表面。所述板配合表面的第一区域大于所述端部表面的第二区域，使得所述板配合表面将所述板中的应力分散在更大的区域上。

在所述角撑板结构的一个方面中，所述主体包括垂直于所述顶点轴线的横截面区域。所述主体的横截面区域随着在从所述远端端部朝向所述板接触端部的方向上的移动，随着沿着所述顶点轴线的移动而在尺寸上增加。在一个实施例中，所述主体的横截面区域沿着所述顶点轴线以每单位长度可变的改变率改变。在另一个实施例中，所述主体的横截面区域沿着所述顶点轴线以每单位长度恒定的改变率改变。

在所述角撑板结构的一个方面中，所述管配合表面的第一表面部分在所述第一表面部分与所述主体的外表面的相交部处限定第一外边缘。所述主体在所述远端端部处限定在所述顶点轴线与所述主体的第一外边缘之间测量的第一距离。所述主体在所述板接触端部处限定在所述顶点轴线与第一外边缘之间测量的第二距离。所述第一距离小于所述第二距离。在所述角撑板结构的另一个方面中，所述管配合表面的第二表面部分在所述第二表面部分和所述主体的外表面的相交部处限定第二外边缘。所述主体在所述主体的远端端部处限定在所述顶点轴线与第二外边缘之间的第三距离。所述主体在所述板接触端部处限定在所述顶点轴线与第二外边缘之间的第四距离。所述第三距离小于所述第四距离。在一个示例性实施例中，所述第一距离和所述第三距离基本上相等，并且所述第二距离和所述第四距离基本上相等。同样地，所述板接触端部大于所述远端端部，使得所述板中的应力分散在更大的区域上。

在所述角撑板结构的一个方面中，所述板配合表面形成部分倒圆形状。在一个示例性实施例中，所述部分倒圆形状是部分椭圆形状。在另一个示例性实施例中，所述部分倒圆形状是部分圆形形状。

在所述角撑板结构的另一个方面中，所述管配合表面包括将所述第一表面部分和所述第二表面部分互连的第三表面部分。所述第三表面部分包括垂直于所述顶点轴线的横截面形状，所述截面形状形成弓形形状。所述第三表面部分的弓形横截面形状被定尺寸成与所述细长构件的倒圆拐角配合，所述倒圆拐角将所述细长构件的第一侧壁和所述第二侧壁互连，使得所述细长构件的倒圆拐角嵌套在由所述管配合表面形成的角形凹窝内。

在所述角撑板结构的一个实施例中，所述主体被磁化，使得在所述主体例如通过焊接永久地附着到所述细长构件和所述板之前，磁力可以将所述主体相对于所述细长构件和/或所述板暂时地保持在适当位置。

在所述角撑板结构的另一个实施例中，所述主体可以包括从所述主体向外延伸的可移除手柄。所述手柄可以被用作手持器，购买组装人员或机器，以在例如通过焊接将所述主体永久地附着到其上时，将所述主体相对于所述细长构件和/或所述板保持在适当位置。

根据本公开的另一个方面，提供一种结构组件。所述结构组件包括板和附接到所述板的细长构件。所述细长构件沿着中心纵向轴线延伸，并且包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和第二侧壁彼此相邻布置并且定位成在其之间形成内壁角。所述板横向于所述细长构件的中心纵向轴线定位。角撑板结构附接到所述板和所述细长构件两者。所述角撑板结构包括具有板接触端部的主体，所述板接触端部形成设置成与所述板邻接接合的板配合表面。所述主体形成具有第一表面部分和第二表面部分的管配合表面。所述第一表面部分和所述第二表面部分在其之间形成内表面角，所述内表面角基本上等于所述内壁角。所述第一表面部分和所述第二表面部分两者均远离所述板接触端部延伸到所述主体的远端端部。所述内表面角具有设置在顶点轴线上的顶点，所述顶点轴线与板配合表面相交。在一个示例性实施例中，所述顶点轴线与所述细长构件的中心纵向轴线平行。所述管配合表面的第一表面部分抵靠着所述细长构件的第一侧壁设置，并且所述管配合表面的第二表面部分抵靠着所述细长构件的第二侧壁设置。所述主体的远端端部沿着所述顶点轴线与所述板接触端部间隔一定长度，其中所述管配合表面在所述板接触端部与所述主体的远端端部之间延伸并且将它们互连。所述板配合表面限定第一区域，并且所述远端端部形成限定第二区域的端部表面。所述板配合表面的第一区域大于所述端部表面的第二区域。

在所述结构组件的一个实施例中，所述角撑板结构的主体包括垂直于所述顶点轴线的横截面区域，所述横截面区域随着在从所述远端端部朝向所述板接触端部的方向上沿着所述顶点轴线的移动而在尺寸上增加。

在所述结构组件的一个方面中，所述管配合表面的第一表面部分在所述第一表面部分与所述主体的外表面的相交部处限定第一外边缘。所述主体在所述主体的远端端部处限定在所述顶点轴线与第一外边缘之间的第一距离。所述主体在所述板接触端部处限定在所述顶点轴线与第一外边缘之间的第二距离。所述第一距离小于所述第二距离。

在所述结构组件的另一个方面中，所述管配合表面的第二表面部分在所述第二表面部分和所述主体的外表面的相交部处限定第二外边缘。所述主体在所述主体的远端端部处限定在所述顶点轴线与第二外边缘之间的第三距离。所述主体在所述板接触端部处限定在所述顶点轴线与第二外边缘之间的第四距离。所述第三距离小于所述第四距离。

在结构组件的一个方面中，所述角撑板结构的板配合表面形成部分倒圆形状。在一个实施例中，所述部分倒圆形状是部分椭圆形状。在另一个实施例中，所述部分倒圆形状是部分圆形形状。

在结构组件的另一个方面中，所述角撑板结构的管配合表面包括将所述第一表面部分和所述第二表面部分互连的第三表面部分。所述第三表面部分包括垂直于所述顶点轴线的横截面形状，所述截面形状形成弓形形状。所述第三表面部分的弓形横截面形状被定尺寸成与所述细长构件的倒圆拐角配合，所述倒圆拐角将所述细长构件的第一侧壁和所述第二侧壁互连。

依据以下描述和附图，上文和其它特征将变得显而易见。

附图说明

附图的详细描述参考附图。

图1是车辆的示意性侧视图。

图2是车辆的结构组件的示意性透视图，示出了附接在一起的板、细长构件和角撑板结构。

图3是从第一视角观察的角撑板结构的示意性透视图。

图4是从第二视角观察的角撑板结构的示意性透视图。

图5是结构组件的示意性俯视图。

图6是结构组件的示意性仰视图。

图7是结构组件的示意性侧视平面图。

图8是结构组件的示意性横截面视图。

具体实施方式

本领域普通技术人员将认识到，例如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等术语被描述性地用于附图，并且不表示对如所附权利要求书所定义的本公开范围的限制。

参考附图，其中，在所有几个视图中相似的附图标记指示对应的部件，在图1中总体上以20示出了车辆。车辆20可以包括任何类型的可移动平台，例如但不限于拖拉机、联合收割机、拖车、汽车、卡车、火车等。车辆20包括结构组件22。虽然示出了并入到车辆20的示例性实施例中的结构组件22，但是应当了解，结构组件22可以并入到一些其它不可移动平台(例如但不限于建筑框架或静止发动机平台)中。同样地，虽然详细描述描述并且示出了并入到车辆20中的结构组件22，但是应当了解，结构组件22不需要成为车辆20的一部分。

参考图1，车辆20的示例性实施例被示为联合收割机。联合收割机包括支撑头部单元26的固定框架24。参考图2，示出了包括多个结构组件22的固定框架24。每个结构组件22包括附接到板30的细长构件28，其中角撑板结构32附接到细长构件28和板30并且将它们互连。应当了解，在车辆20的固定框架24中使用结构组件22仅仅是角撑板结构32的示例性应用。同样地，车辆20和固定框架24的具体细节与本公开的教导无关，并且因此在本文中不详细描述。

在附图中所示出和本文中所描述的示例性实施例中，板30、细长构件28和角撑板结构32由金属形成，并且被焊接在一起以形成结构组件22。然而，在其它实施例中，板30、细长构件28和角撑板结构32可以由一些其它非材料(例如但不限于塑料或尼龙材料)形成，并且可以使用适于特定材料和应用的一些其它工艺附接在一起。

细长构件28可以包括限定中空中心或芯的实心结构或管状结构。细长构件28沿着中心纵向轴线34延伸，并且包括平行于中心纵向轴线34延伸的多个侧壁。侧壁中的每一个形成基本上平坦的外表面。细长构件28的每对相邻侧壁通过相应的拐角连接。细长构件28的拐角可以是倒圆的，并且包括垂直于中心纵向轴线34的弓形横截面。同样地，细长构件28的拐角中的每一个在本文中可以被称为倒圆拐角。

在附图中所示出和在本文中所描述的示例性实施例中，并且如在图5和图6中最佳示出的，细长构件28包括垂直于中心纵向轴线34的矩形横截面。同样地，细长构件28在本文中可以被称为矩形构件28。矩形构件28包括四个侧壁和四个相应的倒圆拐角。矩形构件28的拐角中的每一个形成直角，即90°，从而连接它们相应的侧壁。然而，细长构件28的其它实施例可以包括除了本文中所示出和所描述的矩形形状之外的横截面形状。同样地，细长构件28的其它实施例可以包括多于或少于附图中所示出和本文中所描述的示例性四个侧壁和四个拐角，其中拐角中的每一个限定与附图中所示出并且本文中所描述的示例性直角不同的角。

参考图5，细长构件28包括第一侧壁36、第二侧壁38和设置在第一侧壁36与第二侧壁38之间并且将它们互连的拐角40。虽然详细描述仅描述了第一侧壁36、第二侧壁38和在其之间的拐角40，但是应当了解，本公开的教导可以应用于细长构件28的其它侧壁和它们相应的拐角。第一侧壁36和第二侧壁38彼此相邻布置，并且定位成在其之间形成大致直角。

参考图2，板30包括具有厚度的扁平结构，并且形成细长构件28附接到其的平坦外表面42。细长构件28在细长构件28的末端端部处或者在其中细长构件28通过板30的中间部分处围绕细长构件28的圆周或周边附接到板30。板30被定位成横向于细长构件28的中心纵向轴线34，使得中心纵向轴线34和细长构件28与板30相交。板30可以包括形成细长构件28附接到其的平坦外表面42的任何结构，例如扁平板结构，或者一些其它结构构件的较大壁部分，例如但不限于管状结构、通道结构、角形结构，工字梁等。

角撑板结构32附接到板30和细长构件28并且将它们互连。由于细长构件28的横截面几何形状，细长构件28的拐角40展现出高强度和/或刚性。当细长构件28附接到板30时，细长构件28在拐角40处的高强度和/或刚性可以将高应力引入到板30中。角撑板结构32将板30中的应力分散在更大的区域上，借此减少板30中的应力，否则所述应力将集中在形成于板30与细长构件28之间的、在连接第一侧壁36和第二侧壁38的拐角40中的接合点处。

参考图3到图7，角撑板结构32包括主体44。角撑板结构32的主体44可以由任何合适的工艺(例如，铸造、锻造、机械加工、增材制造等)形成。在本文中所描述的示例性实施例中，角撑板结构32包括金属并且由金属形成。然而，在其它实施例中，角撑板结构32可以包括非金属，例如但不限于塑料或尼龙材料，并且由非金属形成。

主体44沿着顶点轴线46在板接触端部48与远端端部50之间延伸。板接触端部48形成用于与板30接合的板配合表面52。在附图中所示出和本文中所描述的示例性实施例中，细长构件28相对于板30定位在基本上正交的位置中。同样地，板配合表面52基本上垂直于顶点轴线46，以便将细长构件28定位在相对于板30基本上正交的位置中。然而，在其它实施例中，其中，细长构件28可以相对于板30以除了九十度以外的角度成角度，顶点轴线46同样可以相对于板30以除了九十度以外的角度成角度。同样地，应当了解，顶点轴线46可以布置成与细长构件28的中心纵向轴线34基本上平行。

板配合表面52限定具有可以形成部分倒圆形状的周边的第一区域54。第一区域54在图6中最佳示出。部分倒圆形状可以包括任何弯曲或倒圆形状，所述任何弯曲或倒圆形状不包括可能引起局部应力的顶点。举例来说，在图中示出了具有限定部分卵形或部分椭圆的形状的部分倒圆形状，其中半长轴线长于半短轴线。该特定实施例将应力分散得更远离接合点处，同时不包括可以在板30中引起局部应力点的任何顶点。其它实施例可以包括限定部分圆形形状的部分倒圆形状，其中半短轴线和半长轴线基本上相等。应当了解，部分倒圆形状可以包括未在图中示出或本文中描述的一些其它形状。

如图7中所示，主体44的远端端部50沿着顶点轴线46与板接触端部48间隔一定长度56。如图3和图4中最佳示出，主体44进一步定义了管配合表面58，管配合表面58在板接触端部48与主体44的远端端部50之间延伸并且将它们互连。管配合表面58包括第一表面部分60、第二表面部分62和第三表面部分64，它们全部远离板接触端部48延伸到主体44的远端端部50。第一表面部分60和第二表面部分62在其之间形成内表面角66。内表面角66具有设置在顶点轴线46上的顶点68。内表面角66的值基本上等于在第一侧壁36与第二侧壁38之间形成的内壁角70的值。在附图中所示出和本文中所描述的示例性实施例中，第一侧壁36和第二侧壁38被定位成在其之间形成基本上等于九十度的内壁角70。同样地，角撑板结构32的示例性实施例包括也基本上等于九十度的在第一表面部分60与第二表面部分62之间的内表面角66。应当了解，在其中细长构件28的第一侧壁36和第二侧壁38在其之间形成具有大于或小于九十度的限定值的非直角的其它实施例中，第一表面部分60与第二表面部分62之间的内角的值被配置成与该限定值配合并且匹配。同样地，应当了解，内表面角66可以不同于图中所示出和本文中所描述的示例性直角。

管配合表面58的第一表面部分60定位成与细长构件28的第一侧壁36接合，并且管配合表面58的第二表面部分62定位成与细长构件28的第二侧壁38接合。第三表面部分64将第一表面部分60和第二表面部分62互连。第三表面部分64包括垂直于顶点轴线46的横截面形状，所述横截面形状形成弓形形状。第三表面部分64的弓形横截面形状被定尺寸成与细长构件28的将第一侧壁36和第二侧壁38互连的倒圆拐角40配合。

如上文所描述，板配合表面52限定了第一区域54。主体44的远端端部50形成了限定第二区域74的端部表面72。第二区域74在图3中最佳示出。在附图中所示出和本文中所描述的角撑板结构32的示例性实施例中，板配合表面52的第一区域54大于端部表面72的第二区域74。换句话说，板接触端部48大于远端端部50。角撑板结构32被配置成包括板配合表面52的较大区域，以将板30的内力散布或分散在板30的较大区域上，以便减小在细长构件28的拐角40处形成在细长构件28与板30之间的接合点处的板30中的内应力。

参考图8，角撑板结构32的主体44包括或限定垂直于顶点轴线46的横截面区域100。主体44的横截面区域随着在从远端端部50朝向板接触端部48的方向(如图7中所示的箭头76所指示)上沿着顶点轴线46的移动而在尺寸上增加。通过这样做，增加了板接触端部48的尺寸，以提供更大的应力分散区域。

在附图中所示出和本文中所描述的角撑板结构32的示例性实施例中，主体44的横截面区域沿着顶点轴线46以每单位长度56可变的改变率改变。同样地，当从侧部观察时，如图7中所示，角撑板结构32包括连接远端端部50和板接触端部48的外表面轮廓98，外表面轮廓98展现大体上凹形的侧部轮廓98。然而，在其它实施例中，主体44的横截面区域可以沿着顶点轴线46以每单位长度56恒定的或不可变的改变率改变，使得当从侧部观察时，角撑板结构32包括连接远端端部50和板接触端部48的外表面轮廓，所述外表面轮廓展现出大体上三角形侧部轮廓。

参考图4，管配合表面58的第一表面部分60在第一表面部分60与主体44的外表面80的相交部处限定第一外边缘78。主体44在主体44的远端端部50处限定在顶点轴线46与第一外边缘78之间的第一距离82。主体44在板接触端部48处限定在顶点轴线46与第一外边缘78之间的第二距离84。因为主体44的远端端部50小于板接触端部48，所以第一距离82小于第二距离84。

参考图4，管配合表面58的第二表面部分62在第二表面部分62与主体44的外表面80的相交部处限定第二外边缘86。主体44在主体44的远端端部50处限定在顶点轴线46与第二外边缘86之间的第三距离88。主体44在板接触端部48处限定在顶点轴线46与第二外边缘86之间的第四距离90。因为主体44的远端端部50小于板接触端部48，所以第三距离88小于第四距离90。

在附图中所示出和本文中所描述的示例性实施例中，第一距离82和第三距离88基本上相等，并且第二距离84和第四距离90基本上相等。然而，在其它实施例中，第一距离82和第三距离88可以不同，并且第二距离84和第四距离90可以不同。

参考图8，板接触端部48包括设置在板配合表面52上的中心轴线92。板接触端部48的中心轴线92从顶点轴线46径向向外并且远离细长构件28的倒圆拐角40朝向板配合表面52的周边延伸。中心轴线92将板配合表面52二等分，以形成两个基本上相等的半部。在附图中所示出和本文中所描述的示例性实施例中，中心轴线92将形成在细长构件28的第一侧壁36与第二侧壁38之间的外壁角94二等分。同样地，在其中细长构件28是矩形从而在第一侧壁36与第二侧壁38之间形成直角的在附图中所示出的示例性实施例中，外壁角94基本上等于270度，并且中心轴线92将外壁角94二等分，其中板配合表面52的第一半部设置在中心轴线92的第一侧部上，并且板配合表面52的第二半部设置在中心轴线92的第二侧部上。

结构组件22的部件(即板30、细长构件28和角撑板结构32)被永久地并且固定地附接在一起。结构组件22的部件可以以任何合适的方式附接在一起。举例来说，结构组件22的部件可以焊接在一起，以在其之间形成牢固的连接。在其它实施例中，可以使用其它附接工艺(例如但不限于用粘合剂粘结)来连接结构组件22的部件。

为了改进组装效率，可以将角撑板组件的主体44磁化，使得磁力将角撑板组件固定到板30和/或细长构件28。磁力可以将角撑板组件固定在适当位置，从而允许执行最后的附接工艺。举例来说，磁力可以将角撑板组件相对于板30和/或细长构件28保持在适当位置，同时将角撑板组件焊接到板30和细长构件28。

在其它实施例中，角撑板结构32可以形成为包括如图3中所示的可移除手柄96，可移除手柄96从主体44向外延伸。可移除手柄可以被定形成提供方便的手持器，所述方便的手持器使得组装人员或机器人机器能够容易地将角撑板组件相对于板30和细长构件28抓握并且保持在适当位置，从而允许执行最后的附接工艺。

虽然上文描述了本公开的示例性实施例，但是这些描述不应该以制约性或限制性意义来看待。而是，在不脱离如所附权利要求书所定义的本公开的范围和精神的情况下，可以做出其它变化和修改。