一种复合材料扭杆的结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料扭杆的结构及其制造方法，扭杆本体和扭臂，扭杆本体包括金属管和铺贴在金属管表面的第一复合材料铺层，扭杆本体两端安装金属衬套一,金属衬套一内外表面有花键，金属衬套一的内花键与金属管表面的第一复合材料铺层嵌套连接；扭臂包括扭臂主体和金属衬套二，金属衬套二内外表面有花键，金属衬套二连接扭臂主体，金属衬套二内花键上具有第二复合材料铺层；金属衬套一的外花键嵌套在金属衬套二的内花键键槽内。第一复合材料铺层嵌套在金属衬套一内花键上，提高金属衬套一固定在扭杆本体上的效果；金属衬套二内花键上设置第二复合材料铺层，第二复合材料铺层嵌套在金属衬套一的外花键上，提高扭杆本体和扭臂的连接效果。臂的连接效果。臂的连接效果。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料扭杆的结构及其制造方法


[0001]本专利技术属于高铁部件制造
，具体涉及一种复合材料扭杆的结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]本专利技术涉及一种用于轨交客车抗侧滚系统装置的一部分，通过抗侧滚扭杆座固定在构件上，通过连杆与车体铰接，利用扭杆结构的刚度和弹性，有效减缓车辆运行时车体受到的轨道不平顺和其它外界激扰而产生的侧滚倾斜运动，当运动车辆发生偏斜时，扭杆将产生反力矩，保证车辆的柔度系数和动态包络线，也具有一定的限位功能，在低速脱轨时能够有效限制转向架和车体之间的侧滚角。
[0003]该结构装置由扭杆、扭臂、扭杆座和连杆组成，扭臂装在扭杆两端，通过连杆的两端分别与扭臂和车体底架铰接，承受抗扭力矩。目前扭杆和扭臂多为金属结构，采用锻造、铸造或焊接制造，通过过盈连接、花键连接或销轴等方式连接在一起，存在结构重量大、对橡胶球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。且金属扭臂和扭杆难以整体成型，若采用胶接连接，连接处界面易发生破坏，缠绕工艺成型的制品内部孔隙多，不能充分发挥复合材料可设计性的优势，更无法解决复材等尺寸替代金属结构产生的强度和刚度不足问题；采用变截面杆设计，并通过树脂传递模塑成型工艺一体成型扭杆本体和扭臂的方式，存在的问题是变截面杆和弯杆结构的工艺可实现性差，效率低成本高，纤维的连续性差，不能够充分发挥纤维的性能，容易在过渡区发生疲劳断裂，不利于批量生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的主要是提供一种复合材料扭杆的结构及其制造方法，将扭杆本体和扭臂分别预成型，再采用一体成型的方式进行制造，通过花键金属结构与复合材料铺层嵌套式的连接方式，实现扭杆本体和扭臂可靠连接，解决变截面扭杆、弯杆设计带来的工艺性差、结构效率低的问题，尽可能的发挥复合材料可设计性优势。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种复合材料扭杆的结构，包括扭杆本体和扭臂，所述扭杆本体包括金属管和铺贴在所述金属管表面的第一复合材料铺层，所述扭杆本体两端安装金属衬套一,所述金属衬套一内外表面带有花键，所述金属衬套一的内花键与所述金属管表面的第一复合材料铺层嵌套连接；所述扭臂包括扭臂主体和金属衬套二，所述金属衬套二内外表面带有花键，所述金属衬套二连接在所述扭臂主体上，所述金属衬套二的内花键上具有第二复合材料铺层；所述金属衬套一的外花键嵌套在所述金属衬套二的内花键内。
[0006]通过第一复合材料铺层嵌套在所述金属衬套一的内花键内，提高所述金属衬套一固定在所述扭杆主体上的效果；通过在所述金属衬套二内花键上设置第二复合材料铺层，然后将所述金属衬套一装配在所述金属衬套二的内，所述第二复合材料铺层嵌套在所述金
属衬套一的外花键上，提高扭杆本体和所述扭臂的连接效果，使复合材料铺层参与连接和受力，增大受力面积的同时，可以将所述金属衬套一和所述金属衬套二受到的力通过所述第一复合材料铺层和所述第二复合材料铺层传递到整个扭杆上，发挥复合材料铺层抗扭抗剪的作用，提高金属与复合材料的连接强度，相较于传统预埋金属件的纯胶接方式，连接处的可靠性大幅度提高，具有良好的内外型面，能够充分发挥复合材料铺层的受力优势。并相较于传统的连接结构，可以起到减重的效果，减重可以达到60％以上。
[0007]铺贴在所述金属管表面的所述第一复合材料铺层厚度大于10mm，这个厚度可以保证所述第一复合材料铺层嵌入所述金属衬套一的内花键键槽内，保证固定效果。
[0008]所述第一复合材料铺层由多个铺层叠加而成，且相邻铺层之间设置方向不同，其中0度方向的铺层占铺层总层数的30%～40%，
±
45度的铺层占铺层总层数的60
‑
70%。多角度的铺层可以提高复合材料铺层的铺贴效果和连接强度。根据实践中总结，0度复合材料铺层占比30%～40%，
±
45度复合材料铺层占60％
‑
70%，这样的铺层安排较为合理和实用，效果比较好。
[0009]所述扭臂还包括第三复合材料铺层，所述扭臂主体的一端为圆弧形第一安装槽，所述第一安装槽外周设置所述第三复合材料铺层，所述第一安装槽与所述第三复合材料铺层之间形成与所述金属衬套二外周形状相匹配的第一安装腔，所述金属衬套二设置在所述第一安装腔内。由于所述扭臂主体的一端为圆弧形的所述第一安装槽，可以环抱式和所述圆形结构的所述金属衬套二连接在一起，连接固定效果会更好，保证二者的连接强度；所述第一安装槽外周铺贴有所述第三复合材料铺层，所述第三复合材料铺层嵌套在所述金属衬套二的外花键上，提高了所述金属衬套二和所述扭臂主体的连接强度。
[0010]所述扭臂还包括第四复合材料铺层，所述扭臂主体的另一端为圆弧形第二安装槽，所述第二安装槽外周设置有第四复合材料铺层，所述第二安装槽与所述第四复合材料铺层之间形成与金属衬套三外周形状相匹配的第二安装腔，所述金属衬套三设置在所述第二安装腔内。和所述金属衬套二与所述扭臂主体的连接方式一致，圆弧形的第二安装槽可以环抱式和所述圆形结构的所述金属衬套三连接在一起，连接固定效果会更好，保证二者的连接强度；所述第二安装槽外周铺贴有所述第四复合材料铺层，所述第四复合材料铺层嵌套在所述金属衬套三的外花键上，提高了所述金属衬套三和所述扭臂主体的连接强度。
[0011]所述扭臂还包括铺设在所述扭臂主体外部的第五复合材料铺层，所述第五复合材料铺层铺设于所述第三复合材料铺层和所述第四复合材料铺层的外部，且所述第五复合材料铺层靠近所述金属衬套二一侧的厚度大于靠近所述金属衬套三一侧的厚度。所述第五复合材料铺层压在所述第三复合材料铺层和所述第四复合材料铺层边缘，进一步将所述第三复合材料铺层和所述第四复合材料铺层固定在所述扭臂主体上，保证所述扭臂主体上各复合材料铺层的连接强度。由于所述扭臂和所述扭杆本体是通过金属衬套二连接固定的，连接位置处需要承受更大的力，因此所述第五复合材料铺层靠近所述金属衬套二一侧的厚度大于靠近所述金属衬套三一侧的厚度，提高所述金属衬套二和所述扭臂主体的连接强度可以保证扭杆的整体性受力强度。
[0012]所述扭臂主体两端之间的侧面呈向外凸起的圆弧面，这种设计能够提高扭臂的整体刚性。
[0013]所述扭臂主体的材质为玻璃钢块或碳纤维模压块，玻璃钢块或碳纤维模压块材质
较硬，并且重量较轻，可以起到减重目的。
[0014]一种复合材料扭杆的结构制造方法，包括以下步骤：S1，扭杆本体成型：
①
对金属管外表面利用卷管机进行铺贴第一复合材料铺层；
②
将金属衬套一嵌套固定在所述扭杆本体两端，所述金属管表面的第一复合材料铺层嵌套进所述金属衬套一的内花键；S2，扭臂成型：
①
制备扭臂主体，使所述扭臂主体的两端带有圆弧形的第一安装槽和第二安装槽；
②
将金属衬套二和金属衬套三分别固定在扭臂主体两端的所述第一安装槽和所述第二安装槽内；在所述第一安装槽外周和金属衬套二暴露的部分进行铺贴第三复合材料铺层，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料扭杆的结构，其特征在于：包括扭杆本体（1）和扭臂（2），所述扭杆本体（1）包括金属管和铺贴在所述金属管表面的第一复合材料铺层（1
‑
1），所述扭杆本体（1）两端安装金属衬套一（1
‑
2）,所述金属衬套一（1
‑
2）内外表面带有花键，所述金属衬套一（1
‑
2）的内花键与所述金属管表面的第一复合材料铺层（1
‑
1）嵌套连接；所述扭臂（2）包括扭臂主体（2
‑
1）和金属衬套二（2
‑
2），所述金属衬套二（2
‑
2）内外表面带有花键，所述金属衬套二（2
‑
2）连接在所述扭臂主体（2
‑
1）上，所述金属衬套二（2
‑
2）的内花键上具有第二复合材料铺层（2
‑
3）；所述金属衬套一（1
‑
2）的外花键嵌套在所述金属衬套二（2
‑
2）的内花键内。2.根据权利要求1所述的一种复合材料扭杆的结构，其特征在于：所述第一复合材料铺层（1
‑
1）厚度大于10mm。3.根据权利要求1所述的一种复合材料扭杆的结构，其特征在于：所述第一复合材料铺层（1
‑
1）由多个铺层叠加而成，且相邻铺层之间设置方向不同，其中0度方向的铺层占铺层总层数的30%～40%，
±
45度的铺层占铺层总层数的60％
‑
70%。4.根据权利要求1所述的一种复合材料扭杆的结构，其特征在于：所述扭臂（2）还包括第三复合材料铺层（2
‑
5），所述扭臂主体（2
‑
1）的一端为圆弧形第一安装槽，所述第一安装槽外周设置所述第三复合材料铺层（2
‑
5），所述第一安装槽与所述第三复合材料铺层（2
‑
5）之间形成与所述金属衬套二（2
‑
2）外周形状相匹配的第一安装腔，所述金属衬套二（2
‑
2）设置在所述第一安装腔内。5.根据权利要求4所述的一种复合材料扭杆的结构，其特征在于：所述扭臂（2）还包括第四复合材料铺层（2
‑
6），所述扭臂主体（2
‑
1）的另一端为圆弧形第二安装槽，所述第二安装槽外周设置有第四复合材料铺层（2
‑
6），所述第二安装槽与所述第四复合材料铺层（2
‑
6）之间形成与金属衬套三（2
‑
4）外周形状相匹配的第二安装腔，所述金属衬套三（2
‑
4）设置在所述第二安装腔内。6.根据权利要求5所述的一种复合材料扭杆的结构，其特征在于：所述扭臂（2）还包括铺设在所述扭臂主体（2
‑
1）外部的第五复合材料铺层（2
‑
8），所述第五复合材料铺层（2
‑
8）铺设于所述第三复合材料铺层（2
‑
5）和所述第四复合材料铺层（2
‑
6）的外部，且所述第五复合材料铺层（2
‑
8）靠近所述金属衬套二（2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳卫，李四杰，王玉凯，涂尚平，贾朋军，
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：