CN107289213B - 一种锥形管的连接结构及锥形管构件和无人机机架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锥形管的连接结构及锥形管构件和无人机机架，连接结构包括大径端连接件和小径端连接件，大径端连接件和小径端连接件分别包括接头、定心螺、衬，衬和定心螺分别设置于待连接锥形管的管壁两侧，接头位于定心螺的外侧并且对所述衬和定心螺施加反向的轴向力，使连接后所述定心螺和衬将待连接锥形管压紧。本发明示例的锥形管的连接结构，使接头与设置在待连接锥形管上的定心螺连接，定心螺压紧待连接锥形管，并通过接头使衬压紧待连接锥形管，使定心螺与衬之间的待连接锥形管与接头紧密连接,该连接结构加工工艺简单，定心精度高，轴向连接可靠，连接刚性大，拆卸简单，不需要开孔，保证了锥形管的性能，并且易于维护。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种锥形管的连接结构及锥形管构件和无人机机架。
背景技术
碳纤维复合材料具有比重低、强度高的特性，在无人机结构中被广泛应用，常见的无人机机架主要由碳纤维管连接金属接头等组成。无人机机架支撑及传递整机载荷，其中碳纤维管件和金属连接件之间的载荷尤为突出，解决两者之间的连接问题是轻质、高强结构系统的关键。现有碳纤维管及金属接头连接形式主要有以下两种：1、采用普通碳纤维圆管端部开孔，通过金属内衬及外夹头夹紧，并用螺钉穿过碳纤维管定位。2、碳纤维圆管采用端部缠绕、胶粘等工艺胶接法兰等金属结构，通过法兰与金属接头连接。
碳纤维管是用碳纤维复合材料预浸入苯乙稀基聚脂树脂，经加热、固化、拉挤、缠绕制成。碳纤维管采用端部开孔连接时，破坏了端部纤维层的连续性，降低了碳纤维管的性能。且碳纤维管的强度大、硬度高，钻孔较难，甚至导致碳纤维管开裂。
金属法兰等和碳纤维管的连接采用胶接方式时，胶接工艺复杂，胶接强度受胶的性能、胶接工艺和环境因素的影响很大。且无人机体的持续振动会导致胶结层强度降低甚至失效，降低无人机系统的寿命和可靠性。
发明内容
基于上述现有技术，本发明的目的之一在于提供一种锥形管的连接结构，该连接结构连接可靠性高，易于拆卸和维护。
为了实现上述目的，提供了以下技术方案：
一种锥形管的连接结构，包括大径端连接件和小径端连接件，所述大径端连接件和小径端连接件分别包括接头、定心螺、衬，所述衬和定心螺分别设置于待连接锥形管的管壁两侧，所述接头位于定心螺的外侧并且对所述衬和定心螺施加反向的轴向力，使连接后所述定心螺和衬将待连接锥形管压紧。
优选的：所述小径端连接件的定心螺为内定心螺，所述内定心螺位于待连接锥形管的内侧，所述内定心螺从待连接锥形管内部由大径端装入小径端。
优选的：所述大径端连接件的定心螺为外定心螺，所述外定心螺位于待连接锥形管的外侧，所述外定心螺从锥形管外部由小径端装入大径端。
优选的：所述小径端连接件的衬为与所述待连接锥形管的外壁相适配的管状结构，所述小径端连接件的定心螺为与所述待连接锥形管的内壁相适配的管状结构。
优选的：所述大径端连接件的衬为与所述待连接锥形管的内壁相适配的管状结构，所述大径端连接件的定心螺为与所述待连接锥形管的外壁相适配的管状结构。
优选的：所述接头设置内螺纹，所述定心螺上设置与所述内螺纹相啮合的外螺纹，所述接头与定心螺通过所述内螺纹和外螺纹进行连接。
进一步的：所述内螺纹、外螺纹都是车制螺纹。
优选的：所述接头可以选自金属接头或塑料接头。
本发明的目的之二是提供一种锥形管的构件。
为了实现上述目的，提供一种锥形管构件，包括锥形管和上述任一所述的连接结构。
所述锥形管选自：碳纤维增强复合材料锥形管、玻璃纤维增强复合材料锥形管、芳纶纤维增强复合材料锥形管。
本发明的目的之三是提供一种无人机机架。
为了实现上述目的，提供一种无人机机架，包括碳纤维增强复合材料锥形管和金属接头，所述碳纤维增强复合材料锥形管和金属接头通过上述任一所述的连接结构连接。
所述碳纤维增强复合材料锥形管厚度为0.5mm-30mm，直径为10mm-300mm。
上述任一连接结构还可适用于悬臂梁场合，小径端为悬臂端。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明示例的锥形管的连接结构，使接头与设置在待连接锥形管上的定心螺连接，定心螺压紧待连接锥形管，并通过接头使衬压紧待连接锥形管，使定心螺与衬之间的待连接锥形管与接头紧密连接,该连接结构加工工艺简单，定心精度高，轴向连接可靠，连接刚性大，拆卸简单，不需要开孔，保证了锥形管的性能，并且易于维护。
2、本发明示例的锥形管的连接结构，在小径端设置内定心螺和外衬，内定心螺从待连接锥形管内部由大径端装入小径端，通过其上外螺纹与接头连接，大径端设置外定心螺和内衬，外定心螺从待连接锥形管外部由小径端装入大径端，通过其上外螺纹与接头连接，既具有连接紧密的特点，同时保证了连接后接头与锥形管的同轴度。
3、本发明示例的锥形管的连接结构，可适用于悬臂梁场合，小径端为悬臂端，当悬臂承受载荷时，相较于圆管可降低小径端与大径端应力偏差，利于强度设计。
4、本发明示例的无人机机架可以满足无人机机架对强度和刚度的要求，并且连接的可靠性高。
附图说明
图1为本发明锥形管连接结构的结构示意图；
图2为本发明锥形管制作时裁片的结构示意图；
图3为本发明锥形管制作时芯模的结构示意图；
图4为本发明锥形管连接结构小径端连接件的结构示意图；
图5为本发明锥形管连接结构大径端连接件的结构示意图；
图中：1、小径端金属接头，2、内定心螺，3、外衬，4、锥形管，5、内衬，6、外定心螺，7、大径端金属接头。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
本实施例提供了一种锥形管的连接结构，包括大径端连接件和小径端连接件，所述大径端连接件和小径端连接件分别包括接头、定心螺、衬，所述衬和定心螺分别设置于待连接锥形管的管壁两侧，所述接头位于定心螺的外侧并且对所述衬和定心螺施加反向的轴向力，使连接后所述定心螺和衬将待连接锥形管压紧。
如图1所示，所述小径端连接件的定心螺为内定心螺2，所述内定心螺2位于待连接锥形管的内侧，所述大径端连接件的定心螺为外定心螺6，所述外定心螺6位于待连接锥形管的外侧，内定心螺2从待连接锥形管内部由大径端装入小径端，外定心螺6从待连接锥形管外部由小径端装入大径端，既具有连接紧密的特点，同时保证了连接后接头与待连接锥形管的同轴度。
所述小径端连接件的外衬3为与所述待连接锥形管的外壁相适配的管状结构，小径端连接件的内定心螺2为与所述待连接锥形管的内壁相适配的管状结构，所述大径端连接件的内衬5为与所述待连接锥形管的内壁相适配的管状结构，所述大径端连接件的外定心螺6为与所述待连接锥形管的外壁相适配的管状结构，相适配的管状结构使衬和定心螺都与待连接的锥形管贴合，方便连接，提高了连接的效率。
所述衬和定心螺分别设置于待连接锥形管的管壁两侧，既可以是间隙连接也可以是过盈连接，所以在装定心螺和衬的时候也不局限在本实施例装载方法，也可以通过外力装入。
所述接头设置内螺纹，所述定心螺上设置与所述内螺纹相啮合的外螺纹，所述接头与定心螺通过所述内螺纹和外螺纹进行连接，所述接头和定心螺的连接不限于螺纹连接，只要能够使衬和定心螺产生相反的轴向力，这一轴向力使衬和定心螺压紧待连接锥形管即可，比如：通过卡扣卡合，凹槽与凸起的配合等等。
所述接头可以是塑料接头或金属接头，以及其他材质的接头。
本实施例还提供了一种锥形管构件，包括锥形管和本实施例的连接结构。
为了便于对本发明的理解，下面结合一个实用过程对本发明做进一步的描述，具体如下：
内定心螺2是从锥形管4内部由大径端装入小径端，外衬3由锥形管4小径端外部套入小径端，小径端金属接头1设置内螺纹，内定心螺2上设置外螺纹，小径端金属接头1与设置在锥形管4内部的内定心螺2采用螺纹连接，小径端金属接头1位于内定心螺2的外侧，螺纹连接后小径端金属接头1对外衬3施加朝向衬的轴向力，小径端金属接头1压紧设置在锥形管4外部的外衬3，致使外衬3压紧锥形管4，螺纹连接后小径端金属接头1对内定心螺2施加朝向小径端金属接头1的轴向力，内定心螺2压紧锥形管4，从而使内定心螺2与外衬3之间的锥形管与金属接头紧密连接，较好保证了连接后小径端金属接头1与锥形管4的同轴度，外衬3为与锥形管4的小径端外壁相适配的锥形的管，内定心螺2为与锥形管4的小径端内壁相适配的锥形的管。
外定心螺6从锥形管4外部由小径端装入大径端，内衬5由锥形管4内部由大径端套入大径端，大径端金属接头7设置内螺纹，外定心螺6上设置外螺纹，大径端金属接头7与锥形管4的外定心螺6也采用螺纹连接，大径端金属接头7位于外定心螺6的外侧，螺纹连接后大径端金属接头7对内衬5施加朝向衬的轴向力，大径端金属接头7压紧设置在锥形管4内部的内衬5，致使内衬5压紧锥形管4，螺纹连接后大径端金属接头7对外定心螺6施加朝向大径端金属接头7的轴向力，外定心螺6压紧锥形管4，最终，使外定心螺6和内衬5之间的锥形管4和大径端金属接头7紧密连接，也很好的保证了连接后大径端金属接头7与锥形管4的同轴度，内衬5为与锥形管4的大径端内壁相适配的锥形的管，外定心螺6为与锥形管4的大径端内壁相适配的锥形的管。
本实施例的连接结构对待连接锥形管材质没有限制，锥形管的材质可以是碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料或芳纶纤维增强复合材料等等其他的材质。
本实施例还提供了一种无人机机架，包括碳纤维增强复合材料锥形管和金属接头，所述碳纤维增强复合材料锥形管和金属接头通过本实施例所述的连接结构连接。
为了便于对本发明的理解，下面结合一个实用过程对本发明做进一步的描述，具体如下：
碳纤维增强复合材料由于比重轻，是无人机机架中广泛应用材料，无人机机架支撑及传递整机载荷，其中碳纤维增强复合材料管件和金属连接件之间的载荷尤为突出，解决两者之间的连接问题是轻质、高强结构系统的关键。目前碳纤维增强复合材料管件和金属连接件之间的连接普遍存在连接强度低，定心精度不高等问题，所以限制了碳纤维增强复合材料锥形管在无人机机架中的进一步应用。
本发明的连接结构应用于无人机机架上时，将常规的碳纤维增强复合材料圆管改为锥形管即可，并且除了芯模的形状和裁片的形状有所改变外，其他的制备过程都是同常规的圆管的制备方法，锥形管制备过程中将芯模依据所需要的锥形管的内腔尺寸制备成锥形管，如图3，相应的铺层裁片时，裁制扇环形即可，如图2，并且锥形管的锥度较大，相对于圆管更加有利于退膜，根据无人机机架性能的要求碳纤维增强复合材料锥形管厚度可以选择为0.5mm-30mm，直径为10mm-300mm。
将本发明的连接结构应用到制备无人机机架上，既可以满足无人机轻质高强结构所要求的连接强度和刚度，又可以确保连接可靠性。
值得说明的是，本发明的连接结构不仅可以用于无人机机架，也可以用于其他复合材料或结构的连接，以及悬臂梁场合。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (8)
1.一种锥形管的连接结构，其特征是，包括大径端连接件和小径端连接件，所述大径端连接件和小径端连接件分别包括接头、定心螺、衬，所述衬和定心螺分别设置于待连接锥形管的管壁两侧，所述接头位于定心螺的外侧并且对所述衬和定心螺施加反向的轴向力，使连接后所述定心螺和衬将待连接锥形管压紧；所述小径端连接件的定心螺为内定心螺，所述内定心螺位于待连接锥形管的内侧；所述大径端连接件的定心螺为外定心螺，所述外定心螺位于待连接锥形管的外侧。
2.如权利要求1所述的连接结构，其特征是，所述小径端连接件的衬为与所述待连接锥形管的外壁相适配的管状结构，所述小径端连接件的定心螺为与所述待连接锥形管的内壁相适配的管状结构。
3.如权利要求1所述的连接结构，其特征是，所述大径端连接件的衬为与所述待连接锥形管的内壁相适配的管状结构，所述大径端连接件的定心螺为与所述待连接锥形管的外壁相适配的管状结构。
4.如权利要求1所述的连接结构，其特征是，所述接头设置内螺纹，所述定心螺上设置与所述内螺纹相啮合的外螺纹，所述接头与定心螺通过所述内螺纹和外螺纹进行连接。
5.一种锥形管构件，其特征是，包括锥形管和权利要求1-4任一所述的连接结构。
6.如权利要求5所述的锥形管构件，其特征是，所述锥形管为碳纤维增强复合材料锥形管、玻璃纤维增强复合材料锥形管或芳纶纤维增强复合材料锥形管。
7.一种无人机机架，包括碳纤维增强复合材料锥形管和金属接头，其特征是，所述碳纤维增强复合材料锥形管和金属接头通过权利要求1-4任一所述的连接结构连接。
8.如权利要求7所述的无人机机架，其特征是，所述碳纤维增强复合材料锥形管厚度为0.5mm-30mm，直径为10mm-300mm。
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