复合材料波形膜盘及其热压成型模具和热压成型方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料波形膜盘，包括膜盘本体，所述膜盘本体上设有中心通孔和与所述中心通孔同轴设置的波形曲面环形区，所述波形曲面环形区的内侧设有内连接环、外侧设有外连接环，所述内连接环内环形均布设有内连接孔，外连接环内环形均布设有外连接孔；所述膜盘本体采用复合材料制成。本发明专利技术还公开了一种种复合材料波形膜盘热压成型模具和热压成型方法。本发明专利技术的复合材料波形膜盘及其热压成型模具和热压成型方法，采用复合材料制作波形膜盘，不仅能够满足波形膜盘的复杂受力需求，而且具有自重低、抗阻尼性好、传动平稳、寿命长和抗腐蚀性好的优点。

Composite wave shaped disk and its hot pressing die and hot pressing method

【技术实现步骤摘要】
复合材料波形膜盘及其热压成型模具和热压成型方法
本专利技术涉及一种波形膜盘，具体的为一种复合材料波形膜盘及其热压成型模具和热压成型方法。
技术介绍
膜盘联轴器是由几组膜盘用螺栓交错地与两半联轴器连接，一种以极薄的金属圆盘来传递扭矩的机械装置。膜盘联轴器是一种高性能的金属弹性元件挠性联轴器，不用润滑，结构较紧凑，强度高，使用寿命长无旋转间隙，不受温度和油污影响，具有耐酸、耐碱、防腐蚀的特点，适用于高温、高速、有腐蚀介质工况环境的轴系传动。波形膜盘是弹性联轴器的关键元件，膜盘联轴器靠膜盘的弹性变形来补偿所联两轴的相对位移，因此会在其内部产生较大的应力，膜盘在运转过程中承受拉伸，挤压，剪切等复合力，处于复杂的受力状态，并由此来传递转矩和运动，同时吸收振动和补偿偏差。纤维增强树脂基复合材料(FiberReinforcedResinMatrixComposites,以下简称复合材料)具有高比强度和比模量，抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强等特性，这些优异特性使其成为继铝合金、钛合金、钢之后最重要的航空航天结构材料之一。复合材料具有自重低(如相对于金属可减重约70％)、抗阻尼性好(如扭曲率大概只有钢的一半)、传动平稳、寿命长、抗腐蚀性好以及不导电等优点，获得了越来越广泛的重视和应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种复合材料波形膜盘及其热压成型模具和热压成型方法，采用复合材料制作波形膜盘，不仅能够满足波形膜盘的复杂受力需求，而且具有自重低、抗阻尼性好、传动平稳、寿命长和抗腐蚀性好的优点。<br>为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术首先提出了一种复合材料波形膜盘，包括膜盘本体，所述膜盘本体上设有中心通孔和与所述中心通孔同轴设置的波形曲面环形区，所述波形曲面环形区的内侧设有内连接环、外侧设有外连接环，所述内连接环内环形均布设有内连接孔，外连接环内环形均布设有外连接孔；所述膜盘本体采用复合材料制成。进一步，过所述膜盘本体轴线的任意截面在所述波形曲面环形区上截得的曲面为波形截面，所述波形截面的两侧轮廓线为相互平行的正弦波曲线或圆弧线。进一步，所述膜盘本体采用纤维增强树脂基复合材料制成。进一步，所述膜盘本体内设有多层预浸料铺层，且令所述膜盘本体相互垂直的两个径向方向分别为0°和90°，则所有的所述预浸料铺层中，至少包括纤维方向为0°的0°铺层、纤维方向为90°的90°铺层、纤维方向为45°的45°铺层和纤维方向为-45°的-45°铺层。进一步，所述膜盘本体内的所述预浸料铺层形式为：[0°/45°/-45°/90°/90°/-45°/45°/0°/0°/45°/-45°/90°/90°/-45°/45°/0°]S。本专利技术还提出了一种用于热压成型如上所述复合材料波形膜盘的热压成型模具，包括上模和下模；所述上模和下模之间设有用于热压成型所述波形膜盘的热压成型型腔，所述热压成型型腔包括用于热压成型所述波形曲面环形区的波形曲面成型区，所述波形曲面成型区的内侧设有用于成型所述内连接环的内连接环成型区、外侧设有用于成型所述外连接环的外连接环形成区；所述内连接环成型区内设有用于成型所述内连接孔的内预埋组件，所述外连接环形成区内设有用于成型所述外连接孔的外预埋组件。进一步，所述上模和下模均采用7075-T651铝合金制成；所述热压成型型腔内设有3°脱模斜度。进一步，所述内预埋组件和外预埋组件采用相同结构的预埋组件，所述预埋组件包括预埋头，所述下模的上表面设有沉孔，所述沉孔的孔底设有穿孔，所述预埋头包括位于所述内沉孔内的下端头和位于所述下端头上方的上端头，所述下端头的外径等于所述沉孔的内径、厚度等于所述沉孔的深度，所述上端头的外径等于对应的所述内连接孔或外连接孔的内径，且所述上端头的高度大于等于对应的所述内连接环成型区或外连接环形成区的高度，所述上模的下表面上与所述预埋头一一对应设有让位孔，所述穿孔内设有与所述预埋头螺纹连接并使所述预埋头轴向固定在对应的所述沉孔内的预埋连接螺钉。进一步，还包括脱模组件和导向组件；所述脱模组件包括设置在所述上模的四个对角位置处的螺纹通孔和与所述螺纹通孔螺纹配合的脱模螺钉；所述导向组件包括设置在所述下模的上表面的导向柱，所述上模上与所述导向柱对应设有导向孔。本专利技术还提出了一种采用如上所述复合材料波形膜盘热压成型模具的热压成型方法，包括如下步骤：1)预浸料的分切，将预浸料分切成所需的不同角度的图形，得到预浸料铺层，并在所述预浸料铺层上画出其纤维的方向；2)铺设膜盘，加热经分切得到的预浸料铺层，待预浸料铺层软化便于铺设时，将松散状的预浸料铺层按照设计铺层形式进行铺放，最后铺成形状规整的膜盘铺层密实体；3)合模固化，合模上模和下模，并将所述膜盘铺层密实体放置在所述热压成型型腔内，而后对所述膜盘铺层密实体进行加热固化，得到所述复合材料波形膜盘；4)脱模，脱模上模和下模，将得到的所述复合材料波形膜盘从所述热压成型型腔内取出。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的复合材料波形膜盘，采用复合材料制作波形膜盘，不仅能够满足波形膜盘的复杂受力需求，而且具有自重低、抗阻尼性好、传动平稳、寿命长和抗腐蚀性好的优点。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术复合材料波形膜盘实施例的结构示意图；图2a为波形曲面环形区为圆弧面时的模型图；图2b为波形曲面环形区为正弦波曲面时的模型图；图3a为圆弧形曲面膜盘的有限元分析模型；图3b为正弦波曲面膜盘的有限元分析模型；图4a为圆弧形曲面膜盘的载荷施加示意图；图4b为正弦波曲面膜盘的载荷施加示意图；图5a为圆弧形曲面膜盘的应力分布图；图5b为正弦波曲面膜盘的应力分布图；图5c为圆弧形曲面膜盘的应变分布图；图5d为正弦波曲面膜盘的应变分布图；图6a为不同斜交对称铺层角度下正弦波曲面膜盘的最大扭转角；图6b为不同斜交对称铺层角度下正弦波曲面膜盘的最大轴向位移；图7为轴向位移载荷下不同斜交对称铺层角度的正弦波曲面膜盘各铺层内的最大应力；图8a为[0°]4s斜交对称铺设的复合材料正弦波曲面膜盘在轴向位移载荷D(D＝5mm)作用下的应力的分布；图8b为[90°]4s斜交对称铺设的复合材料正弦波曲面膜盘在轴向位移载荷D(D＝5mm)作用下的应力的分布；图9为弯矩M作用下不同斜交对称铺层角度的正弦波曲面膜盘中各铺层内的最大应力；图10为相同扭矩T下不同铺层角度比例复合材料正弦波曲面膜盘的扭转角；图11为不同铺层角度比例对复合材料正弦波曲面膜盘的轴向刚度；图12为不同铺层角度比例的复合材料正弦波曲面膜盘的角向补偿；图13为复合材料正弦波曲面膜盘在扭矩T＝50kN.m作用下的应变分布；图14为复合材料正弦波曲面膜盘在轴向位移载荷D＝5mm作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料波形膜盘，包括膜盘本体(1)，其特征在于：所述膜盘本体(1)上设有中心通孔(2)和与所述中心通孔(2)同轴设置的波形曲面环形区(3)，所述波形曲面环形区(3)的内侧设有内连接环(4)、外侧设有外连接环(6)，所述内连接环(4)内环形均布设有内连接孔(5)，外连接环(6)内环形均布设有外连接孔(7)；/n所述膜盘本体(1)采用复合材料制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合材料波形膜盘，包括膜盘本体(1)，其特征在于：所述膜盘本体(1)上设有中心通孔(2)和与所述中心通孔(2)同轴设置的波形曲面环形区(3)，所述波形曲面环形区(3)的内侧设有内连接环(4)、外侧设有外连接环(6)，所述内连接环(4)内环形均布设有内连接孔(5)，外连接环(6)内环形均布设有外连接孔(7)；
所述膜盘本体(1)采用复合材料制成。


2.根据权利要求1所述的复合材料波形膜盘，其特征在于：过所述膜盘本体轴线的任意截面在所述波形曲面环形区(3)上截得的曲面为波形截面，所述波形截面的两侧轮廓线为相互平行的正弦波曲线或圆弧线。


3.根据权利要求1或2所述的复合材料波形膜盘，其特征在于：所述膜盘本体(1)采用纤维增强树脂基复合材料制成。


4.根据权利要求3所述的复合材料波形膜盘，其特征在于：所述膜盘本体(1)内设有多层预浸料铺层，且令所述膜盘本体(1)相互垂直的两个径向方向分别为0°和90°，则所有的所述预浸料铺层中，至少包括纤维方向为0°的0°铺层、纤维方向为90°的90°铺层、纤维方向为45°的45°铺层和纤维方向为-45°的-45°铺层。


5.根据权利要求4所述的复合材料波形膜盘，其特征在于：所述膜盘本体(1)内的所述预浸料铺层形式为：[0°/45°/-45°/90°/90°/-45°/45°/0°/0°/45°/-45°/90°/90°/-45°/45°/0°]S。


6.一种用于热压成型如权利要求1-5任一项所述复合材料波形膜盘的热压成型模具，其特征在于：包括上模(11)和下模(12)；
所述上模(11)和下模(12)之间设有用于热压成型所述波形膜盘的热压成型型腔(13)，所述热压成型型腔(13)包括用于热压成型所述波形曲面环形区(3)的波形曲面成型区(14)，所述波形曲面成型区(14)的内侧设有用于成型所述内连接环(4)的内连接环成型区(15)、外侧设有用于成型所述外连接环(6)的外连接环形成区(17)；所述内连接环成型区(15)内设有用于成型所述内连接孔(5)的内预埋组件(16)，所述外连接环形成区(17)内设有用于成型所述外连接孔(7)的外预埋组件(18)。


7.根据权利要求6所述的复合材料波形膜盘热压成型模具，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕凤阳，刘长喜，王晓宏，马海宇，石秋寒，孙家鑫，
申请(专利权)人：黑龙江工程学院，
类型：发明
国别省市：黑龙;23