CN103332610A - 一种碳纤维复合材料臂架端部的连接结构 - Google Patents

一种碳纤维复合材料臂架端部的连接结构 Download PDF

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Abstract

本发明碳纤维复合材料臂架端部的连接结构采用金属内层（1）在内、碳纤维增强层（2）居中、金属外板（3）在外的这种金属材料与碳纤维材料之间依次粘接相连，以及金属内层（1）与金属外板（3）之间焊接相连的三明治结构形式；金属内层由金属长管、两个金属短管和框架组成，框架的一端为方框体，另一端为U形接头，在方框体和U形接头之间设有弧形加强衬板，U形接头设有两个铰链孔，其中一个铰链孔是由一根穿过且与U形接头相连的金属长管构成，另一个铰链孔是由分别与U形接头两侧相连的两个金属短管构成。本发明可以提高臂架端部铰链处的连接强度和耐磨性，使两个铰链孔处传递过来的交变载荷能够均匀、平滑地传递到碳纤维复合材料臂架上。

Description

一种碳纤维复合材料臂架端部的连接结构
技术领域
本发明涉及臂架类型设备，更具体的是一种碳纤维复合材料臂架端部的连接结构。
背景技术
现有技术中的臂架类型的工程机械设备（如混泥土泵车，挖掘机）广泛应用在建筑领域，而传统的工程机械设备，臂架使用的材料为优质合金钢，在大型的设备中使得臂架的重量大大提高，一方面限制了臂架的长度和臂架的工作范围，同时降低了设备的灵活性和安全性。未来的臂架类型的工程机械设备发展趋势为安全性更高，灵活性能更强，臂架长度更长工作范围更大，就要求采用具有高比强度和比模量、抗疲劳性能好、减震效果好、同时质量更轻的材料代替传统的钢材。碳纤维复合材料是由碳纤维与其它基体材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它与传统的金属材料相比，具有以下特点：比强度和比模量高、抗疲劳性能好、破损安全性好、成型工艺好等优点，是具有发展前景的制造臂架的新型替代材料。
目前的碳纤维复合材料臂架的端部连接结构存在以下缺陷：
碳纤维复合材料臂架连接端通过铰链与驱动元件和其他部件连接，由于碳纤维复合材料不耐磨，因此碳纤维复合材料臂架在与铰链的连接处仍采用金属材料，它们之间的连接强度成为碳纤维复合材料臂架的薄弱环节，在长期的交变载荷作用下，碳纤维复合材料与金属材料的结合部位极容易发生破坏，使得工作载荷无法很好的传递给碳纤维复合材料臂架梁。
因此需要设计一种合理的碳纤维复合材料臂架的端部结构，从而改善臂架端部的耐磨性能以及臂架端部与臂架梁之间载荷的传递问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术存在的不足，提供一种碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，以解决臂架端部铰接处金属材料与碳纤维复合材料之间连接强度弱容易发生破坏的问题。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
本发明提供的碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，其结构是：采用金属内层在内、碳纤维增强层居中、金属外板在外的这种金属材料与碳纤维材料之间依次粘接相连，以及金属内层与金属外板之间焊接相连的三明治结构形式，所述金属内层由金属长管6、两个金属短管7和框架5组成，框架5一端为方框体，另一端为U形接头，所述方框体和U形接头之间设有弧形加强衬板8。在U形接头处设有两个铰链孔，其中一个铰链孔是由一根穿过且与U形接头相连的金属长管构成，另一个铰链孔是由分别与U形接头两侧相连的两个金属短管构成。
所述金属长管和两个金属短管均可以与金属内层焊接相连。
所述框架5的U形接头的边缘可以为斜坡形式。
本发明提供的上述碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，其用途是：通过该连接结构的铰链孔和销轴构成的铰链与驱动元件和其它部件相连。
本发明与现有技术相比具有如下的优点：
由于采用了金属内层在内、碳纤维增强层居中和金属外板在外的这种三明治结构形式，碳纤维复合材料臂架连接端通过铰链与驱动元件和其他部件连接，工作过程中铰链孔长期处于交变载荷的作用，铰链孔与碳纤维臂架的连接处容易发生破坏。该连接结构增强了金属材料与碳纤维复合材料之间连接强度，使两个铰链孔处传递过来的交变载荷能够均匀、平滑地传递到碳纤维复合材料臂架上。
与传统的碳纤维复合材料臂架端部结构相比，本发明设计的端部结构载荷传递能力增大约40倍。并且臂架端部的金属管与金属内层和金属外板焊接固定成为一个整体，这样比仅仅采用胶接的方式，其连接可靠性得到极大的增强。
附图说明
图1为本发明端部结构图。
图2为本发明金属内层结构图。
图3为图2的左视图。
图4为本发明金属外板结构图。
图5为图4的左视图。
图6为金属内层与碳纤维增强层胶接图。
图7为碳纤维复合材料臂架梁与端部结构胶接图。
图8为碳纤维增强层和碳纤维臂架梁胶接及金属外板与金属内层焊接图。
图9为碳纤维复合材料臂架结构图。
图中：1.金属内层；2.碳纤维增强层；3.金属外板；4.碳纤维臂架梁；5.框架；6.金属长管；7.金属短管；8.弧形加强衬板。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，采用钢夹碳纤维形式，如图1至图9所示，它是采用金属内层1在内、碳纤维增强层2居中、金属外板3在外的这种金属材料与碳纤维材料之间依次粘接相连，以及金属内层1与金属外板3之间焊接相连的三明治结构形式。所述金属内层1由金属长管6、两个金属短管7和框架5组成，框架5的一端为方框体，另一端为U形接头，所述方框体和U形接头之间设有弧形加强衬板8，在U形接头处设有两个铰链孔，其中一个铰链孔是由一根穿过且与U形接头相连的金属长管6构成，另一个铰链孔是由分别与U形接头两侧相连的两个金属短管7构成。
所述框架5与碳纤维增强层2粘接相连后，再通过胶接方式与碳纤维臂架梁4粘结相连（图9）。碳纤维复合材料臂架两端的连接结构相同，只是结构尺寸不同。
所述框架5的U形接头的边缘可以为斜坡形式。
所述金属长管6和两个金属短管7均与金属内层1配合，并在配合处的内侧焊接相连。
本发明提供的上述碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，通过其两个铰链孔和销轴构成的铰链在与连接驱动元件和其他部件中的连接中应用。
所述驱动元件是指油压油缸。
所述其他部件是指与臂架相连的功能结构件。
本发明提供的上述碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，其制备方法如下：
将金属长管6与两个金属短管7分别穿过框架5上的末端孔与前端孔，在配合处的内侧与框架5进行焊接为一体，同时框架5的方框体和U形接头之间焊入由金属制成的弧形加强衬板8。
将碳纤维增强层2铺设在框架5上，碳纤维增强层2先按臂架承受的载荷预先设计好碳纤维铺放方向，碳纤维按框架的结构形状和尺寸预先裁剪好，使之与框架贴服并且不与框架的金属长管和金属短管干涉，碳纤维增强层2底层与金属内层1外表面采用胶接。
碳纤维增强层2的端部制成阶梯状，以方便与碳纤维臂架梁4进行胶接。
将金属内层1、碳纤维增强层2之间通过以胶接的方式胶接成一体，然后与碳纤维臂架梁4胶接在一起。最后将金属外板3与碳纤维增强层2之间以胶接的方式胶接成一体。
将金属外板3与碳纤维增强层2进行胶接后，再与金属长管6和两个金属短管7的配合处的外侧进行焊接。
上述胶接方式是采用市场购买的粘结剂完成的，该粘结剂可以是环氧树脂类粘结剂。

Claims (5)

1.一种碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，其特征是采用金属内层（1）在内、碳纤维增强层（2）居中、金属外板（3）在外的这种金属材料与碳纤维材料之间依次粘接相连，金属内层（1）与金属外板（3）之间焊接相连的三明治结构形式，所述金属内层（1）由金属长管（6）、两个金属短管（7）和框架（5）组成，框架（5）一端为方框体，另一端为U形接头，所述方框体和U形接头之间设有弧形加强衬板（8）；在U形接头处设有两个铰链孔，其中一个铰链孔是由一根穿过且与U形接头相连的金属长管（6）构成，另一个铰链孔是由分别与U形接头两侧相连的两个金属短管（7）构成。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，其特征在于所述金属长管（6）和两个金属短管（7）均与金属内层（1）配合，并在配合处的内侧焊接相连。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，其特征在于所述框架（5）U形接头的边缘为斜坡形式。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，其特征在于所述金属外板（3）的边缘为斜坡形式，金属外板（3）与金属长管（6）和两个金属短管（7）配合，并在配合处的外侧焊接相连。
5.权利要求1至4中任一权利要求所述碳纤维复合材料臂架端部的连接结构，其特征是通过该连接结构的铰链孔和销轴构成的铰链与驱动元件和其它部件相连。
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