载荷承载三维结构 【相关申请的交叉引用】
本申请要求2007年2月9日提交的美国临时专利申请No.60/889,262的优先权。
本申请也是2006年4月25日提交的美国专利申请No.11/441,440的继续部分申请，其是2004年6月4日提交的美国专利申请No.10/861,726(目前是美国专利No.7032426)的分案申请，其是2003年9月26日提交的美国专利申请No.10/672,766(目前是美国专利No.7152449)的分案申请，其是2002年9月26日提交的美国专利申请No.10/256,870(目前是美国专利No.6877349)的继续部分申请，其是2000年8月17日提交的美国专利No.09/640,267(目前是美国专利No.6481259)的继续部分申请。
本申请也是2005年7月12日提交的美国专利申请No.11/180,398的继续部分申请，其要求2004年7月12日提交的美国临时专利申请No.60/587,470的优先权，并且是上述766申请的继续部分申请。
本申请也是2006年3月16日提交的美国专利申请No.11/384,216的继续部分申请，其要求2005年3月17日提交的美国临时专利申请No.60/663,392的优先权，并且也是上述766申请的继续部分申请。
本申请也是2004年9月27日提交的美国专利申请No.10/952,357的继续部分申请，其是上述870申请的分案申请。
本申请也是2006年8月31日提交的美国专利申请No.10/931,615的继续部分申请，其是2004年3月3日提交的美国专利申请No.10/795,077的继续部分申请，也是上述766申请的继续部分申请。
上述专利申请的完整内容通过引用的方式结合于此。
【技术领域】
本发明总体地涉及设计并且精确地折叠材料片并且由此制造三维载荷承受结构。更具体地，本发明涉及设计、制造和制备二维片材的方式，从而能够精确地折叠为具有高强度和抗疲劳性的三维结构，用于工业机器以及其他载荷承受结构。
背景技术
工业机器，诸如挖土机、装载机、收割机以及材料处理器，利用连杆臂将机器的主体连接至材料处理部件。连杆臂操纵许多应用中的装载机、掘土机以及其他部件，诸如托运、挖掘、采掘、修整和提升。该臂允许材料相对于相应机器的主体进行移动。其他机器利用臂部支承用于基础工作的犁或犁片。
诸如挖土机装载机和林业机械的机器使用多个臂作为连杆来执行挖掘工作。连杆的一端连接至发动机或电动机。另一端连接至挖掘铲。每个独立臂具有用于安装至另一连杆臂的枢轴以及用于控制杆或支柱的安装点。支柱控制连杆中的每个臂，使得铲可定位并且强制进入土地。如此，该连杆臂必须在枢转点以及整个结构中具有极高的强度和抗疲劳性。
虽然该连杆臂可制造为固体梁，但是固体梁是笨重的且沉重，并且无法经济地使用材料。制造成本有效的连杆臂的传统方式是将多个平面钢片焊接到一起从而形成三维结构。这些平面片可沿着它们的边缘或表面焊接到一起从而在最少地使用材料的情况下形成载荷承受结构。在需要更令人满意的修饰外观的应用中，臂部可配置成箱形梁，看起来如固体物体，但是具有中空的中心。其他臂部基本上是载荷梁，具有类似于“I”或其他这种形状的横截面。
与固体臂相比较，这些臂以一小部分材料使用和重量支承高载荷力。但是，这种臂具有若干缺点。尤其地，这些连杆臂和支承梁需要沿着部件部分的所有边缘进行明显的焊接，这在制造和组装过程期间会产生问题。
在组装过程中使用复杂的焊接使得制造过程增加了明显的物流问题和成本问题。例如，相应于焊接梁的制造过程需要沿着原材料片的边缘形成长焊线。该焊线是连杆臂的结构完整性的关键，因此需要熟练的焊工和时间。
现代机器人能够限制焊接误差并且降低制造时间；但是，这种机器人需要大量的投资并且增加了制造复杂度。焊接机器人成本高并且笨重。必须为机器人周围的焊接区域和安全区域分配大量的空间。考虑到高温焊接所需要地设备的尺寸，一旦主体配置完成，那么就不能容易地移动。此外，每次做出工程性改变，就需要额外的时间和金钱投入从而重新配置制造过程。
离开组装线进行焊接也增加了制造时间。一旦焊接完成，那么片必须被冷却并且进行可能的处理，之后才能被处理或移动进入组装线。
除了制造问题，焊接梁具有运输、组装和修理问题。因为该梁需要熟练的劳动人员和沉重的机器来制造，所以它们必须在机器组装线附近制造或者作为组装的单元进行运输。比较于片原料的运输和处理，运输整个连杆臂极大地增加了成本和物流问题。
另外，在现场，修复连杆臂和梁与原始制造过程相比起来效率降低。运输完整的连杆臂也需花费较大成本。为此原因，当需要许多简单结构时，一般将部件运输至现场并且在现场进行焊接。但是，这需要非常熟练的焊工在现场。问题也出现在当焊接或粘合到一起时处理以及精确地定位若干部件的过程中。整个过程会消耗很多的时间并且当连杆臂失效时导致停机。
近来，先前专门应用至较小三维结构的另一方式已经作为焊接结构的备选方案展现作为。这种设计需要采用传统工具使用二维片制造三维结构。该片材沿着第一线弯折并且沿着随后的弯折线参照先前的弯折线再次弯折。
相关申请的折叠片通常已经用于提供三维结构，包括但不局限于电子设备，用于电脑的电子部件底座，音频接收器，电视，电动车辆，汽车，航空航天，仪器，工业以及其他物品。
折叠技术带来相对于焊接的许多优势。尤其地，其允许在不使用熟练工人的情况下更容易且更快速地组装。其也允许部件作为片材运输并且移动，随后快速地在现场组装。
折叠技术中的进展已经实现使用更厚的片材，这极大地增加了所得到三维结构的强度。因此，稳定的三维结构可在不需要扩展的焊接和笨重工具的情况下形成。
折叠所述片的一种常用方式已经采用片材，具有设计成通过沿着弯折线使得片材形成狭槽或凹槽而控制片材中弯折位置的区域。授予Gitlin等的美国专利No.6640605和授予St.Louis的美国专利No.4628661记载了这种设计的实例。
使用诸如切割边缘的工具，薄区或者狭槽可被引入片材从而促使该片材围绕弯折线弯折。交替的系列狭槽被切割平行于理想弯折线并且侧向偏离该线从而促进片材的弯折。重叠狭槽之间的片材在其间形成弯折腹板或带。由于片材被弯折，所以所述带产生扭转并且塑性地变形以允许片材沿着狭槽部分折叠。由于狭槽能够精确地布置在平整片材上，所以来自于多次折叠的累计误差减小。
除了在上述申请中详细讨论的其他限制，由Gitlin等和St.Louis记载的片材的基于狭槽和基于凹槽的弯折在载荷作用下具有若干问题。这些设计的弯折带中的应力是明显的并且集中的。如果片材形成凹槽使得该狭槽没有完全如St.Louis教导的那样穿透该片材，那么该凹槽背侧或底部腹板上的应力也是明显的并且集中的。随着片材被弯折和带的扭转，在带区域中形成微裂痕。因此，所得到的材料具有过大应力并且会沿着弯折区域产生失效。
另外，类似于Gitlin等和St.Louis教导的设计的凹槽和狭槽设计不能经受明显的载荷力。实际上，St.Louis和Gitlin等承认仅应用至最小载荷的三维结构，诸如设备框架、壳体或外壳。实际上，Gitlin等和其他传统方法用于弯折塑料或纸板。即使较厚的材料结合Gitlin等和St.Louis的设计，所得到的三维结构也不能支承明显的载荷。
这些设计由于若干原因而在应用方面受到限制。首先，由于它们在弯折时扭转而产生带上的应力，所以如果任何明显的力施加至该结构那么它们易于出现失效。其次，这些结构也缺乏对表面的支承。该结构上的载荷主要通过受到弯折的带而被保持，因为狭槽的边缘在弯折期间被强迫离开相对的表面。
为了强化带区域，所以可通过增加交替狭槽的重叠而增加带的长度。但是，随着带长度的增加，带子抵抗相对表面而拉动所述片的力下降。因此，这种传统的狭槽设计需要在带区域中应力的降低与保持边缘与表面接触以支承该结构之间寻求平衡。
另一种使得片材形成狭槽以提供更大的结构完整性的方式记载在Durney等的美国专利No.10/931615中，引用结合于此。这一设计提供一凹槽，在一端限定弯折带，倾斜地延伸跨过该弯折线。所述带被限定为在弯折期间促进边缘与表面的接触。相比较于诸如Gitlin等的狭槽设计，所述带倾斜地延伸跨过弯折线并且在弯折期间产生弯折，而不是扭转或产生扭矩。边缘与相邻表面的接触也对三维结构的侧部提供支承，其明显大于由Gitlin等和St.Louis教导的狭槽和凹槽设计。弯折带的分散端部和位置进一步减小了这种狭槽和凹槽设计上的应力集中。
经过折叠的片通常具有自由或相邻的平面区段，它们弯折成相邻或重叠的关系，然后固定和/或连接到一起从而相对于未折叠来说稳定所得到的结构并且采用其他方式促进刚性。用于将折叠片的平面区段固定和/或连接到一起的先前技术已经取决于应用情况产生明显的变化。在许多情况下，将平面区段邻接在弯折线的任一侧上已经使用第三交错平面区段或者其他交错结构而被三维固定从而限制自由度以及另外地促进相邻平面区段之间的刚性。
然而，即使这一设计与厚片材相结合也不具有足够的强度来支承高载荷以用作连杆臂或载荷梁。用于耕耘机、装载机和处理器的工业机器的连杆臂通常在其寿命内必须承受数以万计的英尺磅的扭矩，同时以三维的方式移动并仅产生最小的疲劳。例如，典型的挖掘应用需要以10rpm进行超过50,000ft-lb的摆动载荷扭矩的摆动载荷容量，以及6000lbs的载荷容量。
设计成弯折为三维结构的现有技术片材具有若干限制，导致它们无法应用在这种高载荷的情况下。首先，折叠间距一般地缺少焊接的刚性。该结构因此当施加大力时易于摇摆或者破裂。
折叠技术不会容易地形成诸如“I型梁”的形状，其比在先折叠技术的形状具有优越的强度与材料使用比。此外，现有技术片设计不能容纳承受载荷的接头，诸如枢转支座，从而连接至其他结构。相对于用于工业机器的典型连杆臂，该结构必须在一端具有设置有孔的一部分，从而固紧至连续的结构，诸如另一连杆臂或铲。现有技术设计在每端不具有支承施加高侧向和扭矩力的轴或固紧器的强度。
所需要的片材需要克服高载荷应用下已知折叠间距的上述和其他劣势。尤其地，所需要的是一种三维结构，带来具有折叠间距的片材的优势，同时还能保证焊接或固体梁的结构完整性。
【发明内容】
总结地，本发明的一个方面涉及一种载荷承载三维结构包括：由具有多个弯折线的片材形成骨架结构，每个弯折线包括多个折叠间距，其中所述片材沿着所述弯折线弯折成箱型截面；以及强化部件，当弯折成箱型截面时，所述强化部件配置成基本上环绕所述骨架结构的一部分从而强化该骨架结构的结构完整性。
每个折叠间距可具有中心部分和延伸离开所述弯折线的至少一个端部，所述中心部分基本上平行于所需弯折线并且侧向偏移离开该弯折线。所述骨架结构的两个相对壁的远端可延伸超过所述箱型截面并且包括配置成接收一轴穿过的同心孔。
所述强化部件通过包括多个弯折线的片材形成，每个弯折线包括多个折叠间距。此外，弯折线的数量对应于所述骨架结构的角部的数量。所述折叠间距具有中心部分，所述中心部分基本上平行于所需弯折线并且侧向偏移离开所述弯折线。
所述骨架结构配置成当折叠时形成一平齐表面。该强化部件还包括面部，当所述强化部件折叠时，所述面部配置成相互接合。所述骨架结构还可配置成当折叠时形成一平齐表面。
所述三维结构还包括一对支承板，所述支承板配置成安装至远端处的强化部件和骨架结构其中之一的相对外周表面。每个支承板具有配置成分散应力的非线性内边缘。
还可设置配置成相互连接两个或多个三维结构的强化板。所述强化板的外边缘的形状形成为使得力离开所述三维结构的互联区域。所述三维结构的所述弯折线形成四个面和一凸缘部分。
所述三维结构还包括外胫部件，其中每个部件配置成抗撞击并且沿着所述强化部件和骨架结构其中的一个的角部边缘设置。所述三维结构还可包括具有外周舌部件的结点板，所述结点板配置成沿着外周边缘由骨架结构包裹，其中，所述骨架结构包括用于接收所述舌部件的凹槽。
在本发明的一个方面，所述三维结构是连杆臂，而且其中所述连杆臂是挖掘臂组件的一部分。在另一方面，所述三维结构是腿部，其中，所述腿部是挖掘臂组件中的连杆臂。
在本发明的一个方面，所述骨架结构和强化部件采用相同的材料构成。
在本发明的另一方面、一种载荷承载三维结构，包括：由具有限定弯折线的多个狭槽部分的片材形成的骨架结构，每个狭槽部分包括多个狭槽，每个狭槽具有中心部分，所述中心部分基本上平行于所需弯折线并且侧向偏移离开所述弯折线，至少一个端部延伸离开所述弯折线，所述片材沿着弯折线弯折成箱型截面，其中，所述骨架结构具有至少一个凸缘部分，所述凸缘部分具有非线性边缘，配置成在通过凸缘部分与骨架结构相接合而形成的平面中沿着多个轴线或方向分散应力。所述凸缘部分可通过焊接而固定。所述骨架结构具有两个凸缘部分，每个凸缘部分具有非线性边缘和相对于其他凸缘部分的边缘的互补形状。一个凸缘部分重叠另一凸缘部分。所述第一凸缘部分沿着非线性边缘固定至另一凸缘部分。所述非线性边缘具有波形形状。
本发明的另一方面涉及一种制造承受载荷的三维结构的方法，该方法包括下述步骤：设置骨架结构，所述骨架结构由具有多个弯折线的片材形成，每个弯折线包括多个折叠间距；将所述骨架结构沿着所述弯折线折叠为三维结构；固紧所述骨架结构的自由端；设置具有对应于所述骨架结构的弯折线的强化部件；将所述强化部件围绕所述骨架结构折叠；以及固紧所述强化部件的自由端。
本发明的三维结构具有将通过附图而清楚得知或者详细说明的其他特征和优势，附图结合并且形成这一说明书的一部分，本发明的随后详细说明书共同用于说明本发明的原理。
【附图说明】
图1是根据本发明的折叠三维结构的透视图，该结构示出为前挖掘机上的连杆臂。
图2是图1的连杆臂的分解透视图。
图3是图1的连杆臂的侧视图。
图4是图1的连杆臂的俯视图，该结构如图所示为二维的未折叠片。
图5是图2的枢转板的放大侧视图。
图6是根据本发明另一实施例的骨架结构的俯视图，该结构如图所示为二维的未折叠片。
图7是根据本发明另一实施例的强化部件的俯视图，该结构如图所示为从图5的骨架结构拆下的二维未折叠片。
图8是图6的骨架结构的透视图，该结构如图所示折叠为三维。
图9是图5的三维结构的透视图，图7的强化部件示出为围绕图6的骨架结构。
图10A-10C是根据本发明的与图1相类似的连杆臂相结合的强化部件、骨架结构和选择性结点板(gusset)的透视图。
图11是根据本发明的与图1相类似的连杆臂相结合的选择性外胫(shin)部件的透视图。
图12是根据本发明的三维结构的另一实施例的透视图，该骨架结构如图所示与图1-4和5的支承板和枢转支座相结合。
【具体实施方式】
现在将详细参照本发明的优选实施例，其实例示出在附图中。虽然将结合该优选实施例说明本发明，但是应当理解的是，它们并不意在将本发明限制于那些实施例。相反地，本发明意在覆盖备选方案、改进方案和等同方案，其可包括在本发明的精神和范围内，本发明的范围由所附的权利要求限定。
现在参照附图，其中，在各个附图中类似的部件采用类似的附图标记示出，参照图1，示出根据本发明的由基本上二维单一片材形成的三维连杆臂，该结构总体地由附图标记30示出。虽然所示的实施例是用于挖掘臂组件的高载荷承受连杆臂，但是本领域技术人员可知可根据本发明形成许多三维结构，包括但不局限于，载荷承受梁，外壳，外罩，电子部件，艺术雕刻，底盘，支座，电子设备，外罩，家具和电磁罩。一般地，也可根据本发明形成用于汽车、结构、航空航天、封装、工业、金属和其他领域的部件和组件。
在一项实施例中，前挖掘机或挖掘铲，总体地标识为32，包括轮轨33、机器体35、挖掘臂组件37和铲39。驾驶厢体包括驾驶厢40和主要的发动机和控制部件。
挖掘臂组件具有两个连杆臂30和42，它们在枢转支座44处通过机械固紧件或其他已知的方法连接在一起。第一连杆臂30通过成角度连接的两个梁结构形成并且在一端连接至主体35。固定至强化板47的上部的一对控制杆46控制连杆臂30的旋转。第二对控制杆46b一端固定至第一连杆臂，第二连杆臂42端部在另一端控制该臂的旋转。第三对控制杆46c控制挖入土地的铲39的旋转。
现在参照图2-5，连杆臂30通常包括两个三维结构49、强化板47和每端的枢转支座44。三维结构49尾端对尾端地定位并且采用强化板47进行强化(最好如图3所示)。该三维结构通过焊接、固紧件、铜焊、粘合剂或者本领域已知的其他方式结合。
结构49可包括额外的支承部件，诸如横拉条、角拉条、支架或点焊、整体支承结构和结点板等。此外，图10和11示出根据本发明的与三维结构相结合地使用的结点板和外胫部件。类似地，强化板的尺寸和结构可产生变化从而按照特定应用的需要改进已组装的三维连杆臂的结构和尺寸特性。
强化板采用相同的方式固定至结构49并且对两个结构之间的接头提供额外的支承。强化板47具有配置成分散应力的非线性边缘。在图示中，强化板具有圆整的衬线或者尖锐区域从而使得力离开中央接头区域处。本领域技术人员可知，强化板可具有多种形状从而有利地将应力分散离开接头区域。另外，本领域技术人员可知，结构49和强化板47可通过焊接之外的方法进行连接，这些方法包括但不局限于粘合剂、固紧件和互锁部件。在一项实施例中，形成该结构强化板的片材的厚度基本上相同。但是，本领域技术人员可知，强化板的厚度可以小于或大于该结构的厚度。优选地，片材的厚度处于1/8”与1/2”之间。
本领域技术人员可知，该三维结构的结构和组装可能根据应用要求而发生变化。其他结构包括但不局限于各种形状的支承结构和板，内部支承部件以及骨架结构形状的修改。
三维结构49采用图4所示的二维整体片材51形成。在一项实施例中，片材具有九个平面部分，其中，每个相邻平面部分由相应的弯折线53分离开，其具有一个或多个折叠间距(displacement)54。平面部分包括四个面56、凸缘部分58、三个前面60，和背面61。本领域技术人员可知，可根据所得到的三维结构的理想整体几何结构设置三个、四个、五个或更多的平面部分。
当形成三维结构时，片材沿着弯折线弯折。在一项实施例中，凸缘部分63在一平面部分上折叠。在一项实施例中，凸缘部分与相对的凸缘部分相接合从而形成平齐表面，由此形成中平面挡板100(如图2清楚可见)。
折叠间距、弯折控制结构和控制精确片材折叠的其他原理更详细地阐述在申请人的提交于2006年4月25日的在先美国专利申请No.11/411,440和提交于2006年3月16日的11/384,216，提交于2006年3月13日的11/374,828，提交于2006年2月16日的11/357,934，提交于2006年11月29日的11/290,968，提交于2005年7月12日的11/180,398，提交于2005年3月14日的11/080,288，提交于2004年11月9日的10/985,373，提交于2004年9月27日的10/952,357，提交于2004年8月31日的10/931,615，提交于2004年6月4日的10/861,726(现在是美国专利No.7,032,426)，提交于2004年4月8日的10/821,818，提交于2004年3月3日的10/795,077，提交于2003年9月26日的10/672,766，提交于2002年9月26日的10/256,870(现在是美国专利No.6,877,349)，提交于2000年8月17日的09/640,267(现在是美国专利No.6,481,259)，这些申请和专利的完整内容通过引用结合于此。在一项实施例中，强化板47和结构49中的折叠间距54的深度基本上相等。在一项实施例中，结构49和强化板47中的折叠间距的宽度基本上相同。本领域技术人员可知，该折叠间距的宽度和深度以及片的厚度可以根据应用而发生变化。
如下所述，这一工业臂可能需要安装孔，特定弯折等，可与折叠间距的间隔和取向相干涉。因此，上文引用的美国申请No.10/931,615中记载的方法除此以外可用于改变每个折叠间距的位置和取向从而容纳片材中的载荷承载接头、弯折、孔、安装板和类似的结构。这种变化能够具体地应用至工业臂等，其中成形的三维结构可设置成与其他结构相操作的构造。
由于片材设置有折叠间距54，所以该片材可精确地沿着弯折线53弯折，采用的方式为申请人的上述在先申请中详细描述的方式。片51可由手或者握持、压板或类似传统工具的辅助沿着弯折线折叠。
如图5清楚地示出，前面60折叠起来从而得到用于枢转支座44的额外强化。前面60邻接可选凸片65并且也局部地封闭该结构的端部。如图2清楚地示出，背面61折叠从而形成用于结构49的选择性安装面，以形成补充三维结构。
在另一实施例中，额外的支承板67可选择性地设置在该三维结构的端部从而增强枢转支座44的强化(如图12所示)。当三维结构的枢转端部处的载荷尤其高的情况下，这种支承板是必须的。
当该片折叠成三维结构时，面56形成箱型截面。“箱型截面”表示具有多边形横截面或多面体的三维结构。因此，虽然所示的三维结构如图所示具有矩形箱型截面，但是可根据本发明使用其他形状和横截面。该箱型截面也可形成有多个边缘、曲线部分或球形部分。在一项实施例中，该结构通过沿着由折叠间距54形成的四个折叠线折叠而形成。可选择性地，一个或多个弯折线可通过焊接实现或形成。箱型截面的形状尺寸和结构将根据应用情况而进行改变。
一旦沿着弯折线折叠各表面，那么凸缘部分58包围箱型截面并且可通过焊接或其他公知粘合或固紧方法结合至第一面。在一项实施例中，凸缘部分58的一个边缘具有波形形状。在焊接或粘合的情况下，波形边缘通过减少角部和直线边缘而提供应力在结构49上的分散。本领域技术人员可知，可使用其他边缘形状，包括但不局限于使得应力离开焊点的弧形形状。另外，凸缘部分和相对接合表面可配置成彼此互锁或者折叠到一起从而形成平齐表面。
在三维结构49的远端，固紧至三维结构49的相对面的枢转支座提供定位点，从而连接至机器主体35或其他连杆臂42。该枢转支座延伸超过该结构49的端部并且具有孔，所述孔的尺寸设置成将轴或固紧件插入其中。类似于强化板47，枢转支座的形状适于分散应力。该枢转支座可通过固紧件或者本领域中公知的其他方法安装至三维结构49。在由挖掘动作而在枢转支座上施加高载荷的情况下，该枢转支座优选地大于大概2”钢并且可以厚于3”。该枢转支座的厚度和尺寸将随着应用的不同而进行变化。
现在参照图6-8，在本发明的另一实施例中，三维结构49a类似于上述三维结构49，但是包括具有整体枢转孔的强化部件68。类似的附图标记已经用于描述类似的部件。
在一项实施例中，片材是10-度量(gauge)的片钢，但是也可使用其他适当厚度的材料。本领域技术人员可知，不同材料的其他片材包括其他金属，复合物，以及塑料也可根据本发明而使用。例如，可使用的材料包括但不局限于不锈钢、铝、钛、镁和其他适合的金属和合金。材料的类型和厚度主要取决于具体的应用。
参照图6，示出整体式片材51a。该片材包括五个平面部分，其中每个相邻平面部分由具有一个或多个折叠间距54a的相应弯折线53a分离开。当折叠该片材时，形成骨架结构70，其中，平面部分形成四个面56a和凸缘部分58a。本领域技术人员可知，可根据所需三维结构的理想整体几何结构设置三个、四个、五个或更多的平面部分。
对比于第一实施例，枢转孔72与片材51a形成整体。如图8所示，当片材采用折叠结构时，形成箱型截面74。彼此相对的延伸部分75具有额外的面长度，使得同心枢转孔72的位置超过箱型截面。具有枢转孔72的所述面的这一延伸部分对于枢转支座44具有类似的功能。
在一项实施例中，折叠间距是狭槽；但是，本领域技术人员可知，上述申请和其他适当装置中公开的折叠间距和弯折控制元件的任何一个都可被使用。折叠间距54a和其他弯折控制结构可通过各种过程形成，包括模压、冲压、切割、滚压成形、压花以及其他适当装置。
由于片材51设置有折叠间距54a，所以片材可沿着弯折线53a精确地弯折，其方式详细地记载在申请人的上述在先申请中。在一项实施例中，每个折叠间距具有基本上平行于弯折线53a并且侧向偏离于弯折线53a的中心部分77。中心部分的端部79以弧形形状延伸离开该弯折线。
该片材的第一面81配置成在折叠位置与凸缘部分58a接合。如图8清楚地示出，第一面和凸缘部分具有互补的边缘形状，使得它们在三维结构的底部上形成平齐面。点焊或其他固紧方式将所述面结合到一起并且锁定该三维结构。该接合区域的非线性形状用于在凸缘部分58a与第一面81之间分散应力。
现在参照图7-8，强化部件68如图所示为整体式片材。在一项实施例中，该强化部件是与骨架结构相同的材料。但是，本领域技术人员可知，其他适当材料都可使用，包括但不局限于金属、塑料、复合物和合金。
类似于骨架结构70，在一项实施例中，强化部件68的折叠间距54b是狭槽；但是，本领域技术人员可知，可使用其他适当的装置。在图示中，该强化部件额外地包括颈部区域82中的备选形状的折叠间距。
由于片材51b设置有折叠间距54b，所以该片材可精确地沿着弯折线53b弯折，其方式详细记载于申请人的上述现有申请中。在图示中，该强化部件具有配置成相互接合的两个端部部分84。具有枢转孔72b的面56b折叠成中心面86的侧部，端部部分彼此接合从而形成底面。颈部82围绕该结构的端部折叠，由此密封该端部并且增加了该部件的整体结构完整性。
当折叠加强部件时，点焊或者其他结合方法将两个端部部分固紧并且锁定该结构。本领域技术人员可知，其他结构也可使用，包括但不局限于键与孔形状，用于在不使用焊接或粘合剂的情况下锁定该部件。图8描述采用折叠三维形状的强化部件68。
如图9所示，该折叠强化部件86随后设置在骨架结构70上。该强化部件包括一对枢转孔72b，配置成当该强化部件围绕骨架结构包裹时与枢转孔72对齐，由此强化三维结构49的枢转连接。在图示中，三维强化部件中弯折线和得到的角部的数量对应于骨架结构70的角部的数量，使得该强化部件匹配该骨架结构。采用这种结构，该强化部件明显地强化该骨架结构的外形状。但是，本领域技术人员可知，其他交叉截面形状也可使用，包括但不局限于圆形或弧形形状、多边形和星型形状。而且，该骨架结构和强化部件的三维几何尺寸可以是不同的。例如，该骨架结构可以是箱型截面，强化部件，具有基本上等于该骨架结构的对角宽度的直径的圆柱。该强化部件的内表面的一部分一般应当接触该骨架结构的外表面的一部分。
在图示中，该强化部件68定位在该骨架结构的端部上。在这一位置，该强化部件的作用类似于支承板67并且也使得施加载荷力的骨架结构的完全远端区域具有更大的结构完整性。本领域技术人员可知，该强化部件可具有其他几何尺寸和位置，包括但不局限于完全地覆盖该骨架结构或包裹两个结构的接头区域的带形。
增加该强化部件可强化所组装的三维结构49a的结构完整性，足以支承重型制造和工业应用的典型载荷。此外，已经发现，对强化部件、强化板等的包裹能够实现具有高载荷能力和经济材料应用的结构。该强化部件增加了结构对载荷下扭矩、摇摆、偏移、倾塌和倒塌的抵抗性。
如图10A所示，结点板88可选择地折叠为骨架结构70和/或强化部件68。任何结构的表面56c围绕结点板88折叠。该结点板包括沿着外周边缘的舌部89，表面56c包括凹槽91。该舌部和凹槽彼此对应，使得当该结构折叠时结点板88锁定入位。该结点板为该结构提供额外的强度，在该结构内部，其被包裹，尤其抵抗扭矩力和摇摆。
如图10B-10C所示，结点板93’也可选择性地折叠在骨架结构70’中，其由强化部件68’包裹。强化部件68’包裹骨架结构70’，该方式相同于上述强化部件68和骨架结构70，如图6-7所示。在一项实施例中，至少一个结点板配置成连杆臂的端部盖。结点板和至少一个强化部件的组合可明显地改善所得到三维结构的物理属性。本领域技术人员从前述内容可知，其他部件和结构可用于增强该结构的强度和用途。
现在说明操作和使用，三维结构49从二维结构折叠为三维几何尺寸，并且采用单独焊接或其他结合方法固紧。然后可按照需要根据该应用情况采用额外的部件。当用作机器部件时，所得到的结构然后可在现场作为代替部件插入。在备选实施例中，当使用在新型机器组件时，该部件可直接地组装和添加至机器组装线。
本领域技术人员可知，本发明可用于许多情况，包括但不局限于建筑工程、土木工程和机器部件。该三维结构可用作载荷梁、部件或其他工业部件。虽然本发明对于高载荷应用来说具有特定的强度特征优势，但是可预见本发明可使用在其他片折叠情况中。例如，本发明可用于保持结构完整性，同时减小外罩、箱等的整体材料用量。
在工业应用中，外胫部件95选择性地设置在三维结构49d的角部，如图11所示。在该结构可能被磨蚀、撞击或采用其他方式受到接触的情况下，外胫部件95为该结构的弯折角上的折叠间距54d提供保护。本领域技术人员从上述内容可知，可采用其他保护性措施来保护该折叠间距。
本发明的具体实施例的前面说明已经为了示出和说明的目的呈现。它们并不是穷尽性的或者将本发明限制为所公开的精确形式，明显地可在上述教导的情况下得到改进和变化方案。该实施例可被选择和描述从而最佳地解释本发明的原理和其实际应用，由此使得本领域技术人员能够最好地理由本发明的各种实施例以及各种改进，适于特定的应用。本发明的范围由所附的权利要求以及其等同内容限定。