一种复合材料拉压杆及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种复合材料拉压杆及其制造方法，包括主体，所述主体包括抗压管以及设于抗压管两端的接头，两个所述接头与抗压管两端插接连接，两个所述接头上均设有连接孔，所述主体外侧绕设有用于防止抗压管两端接头远离抗压管的抗拉纤维层，所述抗拉纤维层外侧设有用于防止抗拉纤维层在主体上滑移的环向绕制层，两个所述接头上连接孔轴线之间的夹角为0

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料拉压杆及其制造方法


[0001]本专利技术涉及转向架
，特别是涉及一种复合材料拉压杆及其制造方法。

技术介绍

[0002]拉压杆为轨交客车转向架悬挂的一部分，主要传递车体与构架制件的牵引力和制动力，承受调车纵向冲击载荷，满足车体相对构架的各向位移量要求，该装置的刚度对转向架的舒适性有较大影响。
[0003]该结构装置主要承受车身纵向的拉力和压力，目前拉压杆为金属结构，可分为锻造杆体、铸造杆体和焊接杆体，锻造杆体和铸造杆体需要制备相应的模具，生产成本高，焊接杆体工作强度大，不适合大批量生产；且金属结构重量大，对橡胶节点等附件结构负载高，且金属结构容易腐蚀和发生断裂疲劳等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种复合材料拉压杆及其制造方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种复合材料拉压杆及其制造方法，包括主体，所述主体包括抗压管以及设于抗压管两端的接头，两个所述接头与抗压管两端插接连接，两个所述接头上均设有连接孔，所述主体外侧绕设有用于防止抗压管两端接头远离抗压管的抗拉纤维层，所述抗拉纤维层外侧设有用于防止抗拉纤维层在主体上滑移的环向绕制层，两个所述接头上连接孔轴线之间的夹角为0
‑
180
°
内的任意角度。
[0006]通过抗压管两端的接头对拉压杆施加沿拉压杆长度方向的拉力或者压力；抗压管主要用于承受抗压载荷；抗拉纤维层经纤维带多圈绕制、旋转、压实和固化而成，绕制圈数或绕制厚度由结构抗拉载荷而定，抗拉纤维丝束长度方向与主体长度方向相同，充分发挥纤维长度方向抗拉性能；在抗拉纤维层外侧设计长纤维环向绕制层，将抗拉纤维层绑紧固定在抗压管上，用于限定抗拉纤维层的滑移，确保抗拉纤维层的纤维承力路线与结构受力方向一致；抗拉纤维层绕制时两接头的连接孔轴线平行设置，绕制后可根据产品需要将接头扭转成所需角度，最终固化后抗拉纤维层呈空间“8”字型结构，满足两接头不同角度的设计需求，与现有技术中锻造或铸造金属杆体相比，不需要每种接头角度均设计一种模具，极大的减少了生产成本。
[0007]进一步，所述接头包括依次连接的环形部和连接部，所述连接孔设于所述环形部上，所述环形部外周壁上设有用于限制抗拉纤维层位置的限位槽，所述连接部为由环形部向抗压管方向平滑过渡的锥形结构，所述连接部上设有与抗压管端部配合的盲孔。
[0008]通过接头连接部上的盲孔与抗压管端部插接连接，抗压管与两端接头通过胶膜或胶液套合胶接成型，抗拉纤维层绕制结束后，将接头扭转成所需角度，最后将胶接部分加热固化定型；接头上设置限位槽用于限定抗拉纤维丝束绕行的轨迹、方向和宽度；连接部设置为由环形部向抗压管方向平滑过渡的锥形结构用于使抗拉纤维丝束绕行时以及接头扭转
时，抗拉纤维丝束可以贴合在主体上。
[0009]进一步，为了使拉压杆受压时结构稳定，所述盲孔底面与抗压管端面贴合。抗压管端面齐平与接头盲孔底面紧密配合，防止受压时发生偏心失稳。
[0010]进一步，所述抗压管和抗拉纤维层厚度不少于3mm，所述抗压管和抗拉纤维层采用但不限于单向纤维预浸料、纤维织物预浸料卷绕而成，纤维类型包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。
[0011]抗压管为拉压杆中受压部分，设计为纤维卷绕而成的复材中空管状结构，与两端接头通过胶膜或胶液套合胶接成型，主要承受抗压载荷，设计壁厚可根据杆体抗压载荷进行强度分析确定，一般抗拉纤维层厚度不少于3mm；通过抗压管实现抗压和带状抗拉纤维层发挥抗拉作用相结合的特点，实现拉压杆的复材轻量化设计，其抗拉和抗压强度更强，能实现减重50％以上，且成型方便，充分发挥复合材料耐腐蚀，耐疲劳，比强度高，纤维长度方向抗拉和抗压的特点，对于实现拉压杆整体结构减重、降低附件结构负载，提高结构效率，降低全生命周期成本有重要意义。
[0012]进一步，为了保证抗压管和抗拉纤维层的结构强度，所述抗压管和抗拉纤维层由多角度纤维带铺叠而成，0
°
纤维带铺叠占比70％～80％，
±
45
°
和90
°
纤维带各铺叠占比6％～10％。
[0013]进一步，为了防止抗拉纤维层在接头扭转时脱出限位槽，所述限位槽深度略大于抗拉纤维层厚度。
[0014]进一步，为了使环向绕制层将抗拉纤维层绑紧固定在抗压管，所述环向绕制层与所述抗压管以及连接部位置对应，所述环向绕制层铺叠角度为90
°±
10
°
。
[0015]本专利技术还提供一种复合材料拉压杆的制造方法，包括以下步骤：
[0016](i)制备接头：采用锻造或铸造的手段将合金块加工成接头坯料，在数控铣床上加工连接孔和限位槽，进行表面处理后备用；
[0017](ii)制备抗压管：在一根圆柱型棒材或管材上按照设计铺层角度逐层铺贴或滚卷预浸料，通过滚卷或真空压实实现料片紧密卷绕，然后使用热收缩膜或OPP膜通过热收缩作用或张紧力紧束料片，制袋后送入罐体或固化炉固化成型，最后脱模切边备用；
[0018](iii)组装抗压管：将抗压管外表面使用砂纸打磨，两端卷绕一层胶膜或均匀涂覆一层胶液，将抗压管两端插进接头的盲孔内，保持两接头上连接孔所在轴线平行，完成后备用；
[0019](iv)绕制抗拉纤维层：使用绕制设备将碳纤维预浸带或碳纤维预浸丝束，沿抗压管长度方向将纤维绕制在接头的限位槽内，绕制圈数根据设计厚度确定，绕制张力根据设计旋转角度计算得出；
[0020](v)旋转接头：抗拉纤维层绕制完成后，通过在两个接头上施加扭转力，将两接头上连接孔轴线角度旋转成设计角度；
[0021](vi)绕制环向纤维层：采用(iv)所述的方法，使用碳纤维预浸带或碳纤维预浸丝束沿主体环向绕制碳纤维，绕制时控制张紧力，将抗拉纤维层与抗压管紧密束缚在一起，确保抗拉纤维层在固化和使用时不发生滑移或脱落，同时保证两个接头的相对位置和旋转角度与设计一致；
[0022](vii)固化成型：在完成绕制的合金接头和预浸料坯料上，使用OPP膜绕制紧束，送
入固化炉，将抗压管与接头之间的胶膜固化，从而使抗压管与接头之间的角度固定，另外固化炉还将抗拉纤维层和环向绕制层固化成型，最后脱模，经打磨抛光后处理，可得复合材料拉压杆。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024](1)结合纤维长度方向受力特点，通过管状抗压管和空间“8”字带状抗拉纤维层实现拉压杆的抗压和抗拉的功能，充分发挥复材管抗压作用和带状结构纤维状态的抗拉性能，并通过环向绕制层，将抗拉纤维层与抗压复材管实现一体成型，相比传统金属结构，其抗压和抗拉结构效率高，耐腐蚀性好，耐疲劳强度高，且不需要额外制备模具，制备工序简单，易成型，将其应用于轨交客车转向架中传递拉压载荷，结构稳定性高，易于维护，全生命周期成本更低；
[0025](2)仅抗压管采用廉价的圆柱形棒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料拉压杆，其特征在于：包括主体，所述主体包括抗压管(2)以及设于抗压管(2)两端的接头(1)，两个所述接头(1)与抗压管(2)两端插接连接，两个所述接头(1)上均设有连接孔(111)，所述主体外侧绕设有用于防止抗压管(2)两端接头(1)远离抗压管(2)的抗拉纤维层(3)，所述抗拉纤维层(3)外侧设有用于防止抗拉纤维层(3)在主体上滑移的环向绕制层(4)，两个所述接头(1)上连接孔(111)轴线之间的夹角为0
‑
180
°
内的任意角度。2.如权利要求1所述的一种复合材料拉压杆，其特征在于：所述接头(1)包括依次连接的环形部(11)和连接部(12)，所述连接孔(111)设于所述环形部(11)上，所述环形部(11)外周壁上设有用于限制抗拉纤维层(3)位置的限位槽(112)，所述连接部(12)为由环形部(11)向抗压管(2)方向平滑过渡的锥形结构，所述连接部(12)上设有与抗压管(2)端部配合的盲孔(121)。3.如权利要求2所述的一种复合材料拉压杆，其特征在于：所述盲孔(121)底面与抗压管(2)端面贴合。4.如权利要求2所述的一种复合材料拉压杆，其特征在于：所述抗压管(2)和抗拉纤维层(3)厚度不少于3mm，所述抗压管(2)和抗拉纤维层(3)采用但不限于单向纤维预浸料、纤维织物预浸料卷绕而成，纤维类型包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。5.如权利要求4所述的一种复合材料拉压杆，其特征在于：所述抗压管(2)和抗拉纤维层(3)由多角度纤维带铺叠而成，0
°
纤维带铺叠占比70％～80％，
±
45
°
和90
°
纤维带各铺叠占比6％～10％。6.如权利要求2所述的一种复合材料拉压杆，其特征在于：所述限位槽(112)深度略大于抗拉纤维层(3)厚度。7.如权利要求2所述的一种复合材料拉压杆，其特征在于：所述环向绕制层(4)与所述抗压管(2)以及连接部(12)位...

【专利技术属性】
技术研发人员：李四杰，郭红军，王玉凯，贾朋军，涂尚平，沈孝，
申请(专利权)人：常州启赋安泰复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：