CN106006227A - 一种气胀轴及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气胀轴及其制造方法，由两个轴头，轴管，轴套和气嘴构成，两个轴头分别设置于轴管的两端，轴管上设有均匀分布的气嘴，轴套设置子轴管外面；轴头为金属机加零件，轴管为碳纤维复合材料圆管，轴套为橡胶套筒。本申请是由复合材料制成的轴体，结构简单，美观，质量轻，强度高，可满足强度要求和使用要求，相比金属轴体结构而言，重量减少，降低能源消耗，提高生产力，而且，工人容易搬动，提高机动性和可操作性。

Description

一种气胀轴及其制造方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体的说，是一种气胀轴及其制造方法。

背景技术

气胀轴是一种特制的收卷、放卷轴，经过高压充气后表面部分可以膨胀，放气后表面部分迅速缩回的轴。可用于印刷机、压花机、造纸机等。常规的气胀轴均为金属材质，机构复杂，重量重，工人搬运困难，需要借助桁车等工具，降低工作效率，并且浪费能源。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种气胀轴及其制造方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种气胀轴，由两个轴头，轴管，轴套和气嘴构成，两个轴头分别设置于轴管的两端，轴管上设有均匀分布的气嘴，轴套设置子轴管外面。

进一步的，作为优选：

所述的轴头为金属机加零件。

所述的轴管为碳纤维复合材料圆管。

所述的轴套为橡胶套筒。

所述的轴管管体为碳纤维与环氧树脂复合的单向预浸料铺设而成，铺层包括0°铺层、45°铺层、-45°铺层、90°铺层四种，所占比例分别为：55％、18％、18％、9％，并且沿管体中面对称铺设。这种技术设计的优点在于能够消除热变形翘曲和减少内应力。

所述的90°铺层中平铺有一层400目平纹不锈钢网；

碳纤维具有优异的机械强度和质轻结构材料，但碳纤维本身属于各项异性材料，在轴向易脆，其在轴向的强度要远小于径向方向，尽管通过环氧树脂预浸料可提升其轴向强度，但由于轴向本身的粘结剂强度以及碳纤维本身的易脆特性，在耐压性方面具有一定的缺陷；专利通过材料具有优异的结构强度和弹性强度不锈钢网进行轴向强度的加强，同时不锈钢网具有优异的耐冲击性能，且400目的超细不锈钢网其质量轻为65g/m2；同时平铺在90°铺层上，能够提高轴管的受力均一性，提升在轴管的轴向的拉伸和压缩性，提高轴管对的可压缩性，从而提高气胀轴的耐压性；

所述的轴头与轴管用结构胶粘接在一起。轴头与轴管的胶接界面为锥面，其锥面设计可以防止安装时结构胶被轴头端面推走导致贫胶，影响粘接。

所述的轴管的表面均匀设置若干螺纹孔，用于安装气嘴。

所述的气嘴为金属材料，整体为圆柱状，上方外部为螺纹，中间有弹簧，弹簧上方有凸起的圆球。圆球经过按压可压缩弹簧使气嘴内外贯通，形成通路，达到通气的作用。

一种气胀轴的制造方法，其具体步骤为：

(1)制备轴头：45#钢机加结构，可分段焊接，可适当在支撑轴部分留出余量，待后续机加用；

(2)制备轴管：碳纤维圆管，可选用搓卷工艺成型，成型时直径可适当放出余量，待后续机加用；

(3)制备轴套：橡胶圆管，可选用拉挤工艺成型；

(4)制备气嘴：铜机加结构；

(5)装配：将轴头和轴管的胶接区域打磨粗糙，分别在轴头和轴管的胶接区域涂结构胶，缓慢的将轴头旋转塞入轴管中，注意间隙均匀；将挤出的结构胶擦净，放入烘箱等待第一次固化；第一次固化后加工两个轴头的支撑轴部分，保证两端的同轴度和尺寸公差；加工后用磨床加工轴管外表面，保证轴管与轴头的同轴度和自身的圆度、直线度、尺寸公差等；加工完成后在轴管表面均匀的钻出与气嘴相配合的螺纹孔，在轴管和气嘴的螺纹区域均匀涂抹少量的密封胶，进行密封和固定，且不要堵塞气嘴上的两个进气孔，并保证气嘴端面与轴管表面齐平或稍微低于轴管表面；将挤出的密封胶清理干净，逐一试验气嘴中的圆球是否活动正常，等待第二次固化；第二次固化结束后，套装轴套，完成气胀轴的制作。

所述的结构胶为北京伊诺瓦科技有限责任公司生产的complexbond2013A/B双组份环氧糊状胶粘剂，第一次固化：80℃固化1小时；

所述的密封胶为汉高Terostat MS930单组分密封胶，第二次固化：室温25～40min；

预浸料为T300级碳纤维+环氧树脂预浸料，成型时固化温度为120℃～130℃，固化时间为2小时。

所述的预浸料固化成型工艺采用电磁加热的固化方式，利用电磁线圈对不锈钢网固化有内部开始加热，多层次固化；

电磁固化采用交频电磁辐射对结构件中的具有电磁效应的不锈钢进行加热，由于电磁加热只对不锈钢网进行加热，而平铺在铺层中的不锈钢网作为热源，避免了常规的加热方式以外部加热辐射，内部难以加热固化，从而造成由于内部固化应力的残留和固化小分子脱除困难，从而影响制品的结构强度，尤其是对于需耐压的结构件，其内部残留应力和小分子溶剂作为破坏的发生点，对管轴的耐压性能影响巨大，因此采用以电磁加热，实现不锈钢网先加热然后再由不锈钢网内部向外部辐射加热固化的方式，利于内部应力的释放以及小分子的扩散和析出，在保证固化效果的同时保证了结构件的强度和制品率，降低预浸料的废品率，提升制品耐压性和质量；

常规的碳纤维制品固化需要固定的烘道结构，同时对于大尺寸，超大尺寸，以及连续的固化工艺难以实现，因此需要多次的固化，多次的层谱然后在进行拼接，中不仅提高了成品的制备效率，同时也由于多次固化和再次拼接带来应力的不均一，降低制品的结构强度和耐压性，同时也增加制品的重量；而电磁加热方式，不需要具有固定点的固化烘道，同时电磁加热辐射过程中制品采用的电磁管线可以根据制品的尺寸和形状，随时跟换，调整和安装，灵活性高，同时电磁辐射过程中通过电流和线圈的控制对于电磁辐射量具有均一性和稳定性，保证加热效果，满足大尺寸，超大尺寸结构件的加热固化，尤其是对于非标准件的加热固化具有非常重要的意义，因此对于保证管轴的结构强度和耐压性具有重要的作用，是常规的热气加热，远红外加热不具备的优势；

本发明的工作原理如下：

轴头与轴管胶接；气嘴拧在轴管上，使气嘴(除圆球部分外)不突出轴管表面，用密封胶密封；气嘴处于放松状态，形成封闭腔；轴套与轴管紧配合，套装时压缩气嘴上方圆球，使弹簧成压缩状态，形成气流通路。从轴头的进气口进行充气，气流从气嘴流出，轴套内部受力膨胀，形成气胀状态。停止充气，轴套收缩，挤压气嘴，使气胀轴内外空气流通，结束气胀状态。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

(1)同金属结构相比，金属轴头可保证承受同样的加载而不变形，复合材料轴管可满足使用强度要求，而整体的重量减轻至常规的1/5-1/4，实用性、可操作性大大增强。

(2)本申请中轴头与轴管的胶接界面不是规则的圆柱段而是斜面的圆锥端与圆柱段的结合。不仅增大了胶接面积，更会在安装插入轴头时保证界面的存胶量，保证了结构胶不会被轴头端面推走，粘接牢固。

(3)本申请是由复合材料制成的轴体，结构简单，美观，质量轻，强度高，可满足强度要求和使用要求，相比金属轴体结构而言，重量减少，降低能源消耗，提高生产力，而且，工人容易搬动，提高机动性和可操作性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中轴头的结构示意图；

图3为本发明中轴管的结构示意图；

图4为本发明中气嘴的结构示意图；

图5为本发明中轴头轴管胶接界面的结构示意图。

附图中的标记为：1.轴头；2.轴管；3.轴套；4.气嘴。

具体实施方式

以下提供本发明一种气胀轴及其制造方法的具体实施方式。

实施例1

结合图1，一种气胀轴，由轴头1、轴管2、轴套3和气嘴4构成，轴头1粘接在轴管2两侧，气嘴4均布在轴管2外表面，轴套3套在轴管2和气嘴4外面。

具体到本实施例中，轴头1为金属机加零件，分为支撑轴部分和胶接区域，轴管2为碳纤维圆管结构，轴套3为橡胶圆筒，气嘴4为金属零件。

结合图5，轴头1伸入到轴管2的部分为外表面圆锥内表面圆柱的薄壁结构，外表面为胶接区域。轴管2在轴头1伸入到轴管2的部分为外表面圆柱内表面圆锥的结构，内表面为胶接区域。

上述各部件的具体制造方法如下：

(1)制备轴头1：45#钢机加结构，可分段焊接，可适当在支撑轴部分留出余量，待后续机加用；

(2)制备轴管2：碳纤维圆管，可选用搓卷工艺成型，成型时直径可适当放出余量，待后续机加用；

(3)制备轴套3：橡胶圆管，可选用拉挤工艺成型；

(4)制备气嘴4：铜机加结构；

(5)装配：将轴头1和轴管2的胶接区域打磨粗糙，分别在轴头1和轴管2的胶接区域涂complexbond 2013常温结构胶，缓慢的将轴头1旋转塞入轴管2中，注意间隙均匀。将挤出的结构胶擦净，放入烘箱等待第一次固化固化。第一次固化后加工两个轴头1的支撑轴部分，保证两端的同轴度和尺寸公差。加工后用磨床加工轴管2外表面，保证轴管2与轴头1的同轴度和自身的圆度、直线度、尺寸公差等。加工完成后在轴管2表面均匀的钻出与气嘴4相配合的螺纹孔，在轴管2和气嘴4的螺纹区域均匀涂抹少量的密封胶，进行密封和固定，注意不要堵塞气嘴4上的两个进气孔，并保证气嘴4端面与轴管2表面齐平或稍微低于轴管2表面。将挤出的密封胶清理干净，逐一试验气嘴4中的圆球是否活动正常，等待第二次固化。第二次固化结束后，套装轴套3，完成气胀轴的制作。

使用过程中，通过轴头1的进气口进行充气，气流从气嘴4流出，轴套3内部受力膨胀，形成气胀状态。停止充气，轴套3收缩，挤压气嘴4，使气胀轴内外空气流通，结束气胀状态。

本实施例中，轴管2采用复合材料制造，在保证强度和刚度满足使用要求的条件下，使整体的重量减轻至常规的1/5-1/4，可操作性、机动性大大增强。

所述的结构胶为北京伊诺瓦科技有限责任公司生产的complexbond2013A/B双组份环氧糊状胶粘剂，第一次固化：80℃固化1小时；所述的密封胶为汉高Terostat MS930单组分密封胶，第二次固化：室温25～40min；预浸料为T300级碳纤维+环氧树脂预浸料，成型时固化温度为120℃～130℃，固化时间为2小时。

上述各部件可分别单独成型，适合批量生产，产品可广泛用于各个领域。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气胀轴，其特征在于，由两个轴头，轴管，轴套和气嘴构成，两个轴头分别设置于轴管的两端，轴管上设有均匀分布的气嘴，轴套设置子轴管外面。

2.如权利要求1所述的一种气胀轴，其特征在于，所述的轴头为金属机加零件。

3.如权利要求1所述的一种气胀轴，其特征在于，所述的轴管为碳纤维复合材料圆管。

4.如权利要求1所述的一种气胀轴，其特征在于，所述的轴套为橡胶套筒。

5.如权利要求1所述的一种气胀轴，其特征在于，所述的轴管管体为碳纤维与环氧树脂复合的单向预浸料铺设而成，铺层包为0°铺层、45°铺层、-45°铺层、90°铺层四种，所占比例分别为：55％、18％、18％、9％，并且沿管体中面对称铺设。

6.如权利要求1所述的一种气胀轴，其特征在于，所述的90°铺层中平铺有一层400目平纹不锈钢网。

7.如权利要求1所述的一种气胀轴，其特征在于，所述的轴头与轴管用结构胶粘接在一起，轴头与轴管的胶接界面为锥面。

8.如权利要求1所述的一种气胀轴，其特征在于，所述的气嘴为金属材料，整体为圆柱状，上方外部为螺纹，中间有弹簧，弹簧上方有凸起的圆球。

9.一种气胀轴的制造方法，其特征在于，其具体步骤为：

(1)制备轴头：45#钢机加结构，可分段焊接，可适当在支撑轴部分留出余量，待后续机加用；

(2)制备轴管：碳纤维圆管，可选用搓卷工艺成型，成型时直径可适当放出余量，待后续机加用；

(3)制备轴套：橡胶圆管，可选用拉挤工艺成型；

(4)制备气嘴：铜机加结构；

(5)装配：将轴头和轴管的胶接区域打磨粗糙，分别在轴头和轴管的胶接区域涂结构胶，将轴头旋转塞入轴管中；将挤出的结构胶擦净，放入烘箱等待第一次固化；第一次固化后加工两个轴头的支撑轴部分；加工后用磨床加工轴管外表面；加工完成后在轴管表面均匀的钻出与气嘴相配合的螺纹孔，在轴管和气嘴的螺纹区域均匀涂抹少量的密封胶，进行密封和固定，且不要堵塞气嘴上的两个进气孔，并保证气嘴端面与轴管表面齐平或稍微低于轴管表面；将挤出的密封胶清理干净，逐一试验气嘴中的圆球是否活动正常，等待第二次固化；第二次固化结束后，套装轴套，完成气胀轴的制作。

10.如权利要求9所述的一种气胀轴的制造方法，其特征在于，所述的结构胶为北京伊诺瓦科技有限责任公司生产的complexbond 2013A/B双组份环氧糊状胶粘剂，第一次固化：80℃固化1小时；

所述的密封胶为汉高Terostat MS930单组分密封胶，第二次固化：室温25～40min；

预浸料为T300级碳纤维+环氧树脂预浸料，成型时固化温度为120℃～130℃，固化时间为2小时；预浸料固化成型工艺采用电磁加热的固化方式。