CN107385619B - 一种全碳纤维复合材料结构的综框 - Google Patents

一种全碳纤维复合材料结构的综框 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全碳纤维复合材料结构的综框，包括平行设置的上横梁和下横梁，上横梁内部设有阻尼夹层A，上横梁的两端分别连接侧挡A的上端和侧挡B的上端，上横梁与侧挡A的连接处设有阻尼夹层B，上横梁与侧挡B的连接处设有阻尼夹层C；下横梁的两端分别与侧挡A的下端、侧挡B的下端连接，下横梁与侧挡A的连接处设有阻尼夹层D，下横梁与侧挡B的连接处设有阻尼夹层E，下横梁的内部设有阻尼夹层F。能够有效拟制综框在织机生产过程中的振动，并使得综框在高速状态下的惯性载荷大大减小。

Description

一种全碳纤维复合材料结构的综框
技术领域
本发明属于纺织机械技术领域，涉及一种全碳纤维复合材料结构的综框。
背景技术
振动和噪声问题是影响织机高速化发展的重要因素，随着织机车速的不断提高，新型织机对综框的动力学特性提出了更高的要求。综框的振动会造成纱线断裂，影响织造效率，对于织机的稳定运行是极为不利的。以往在织机开口机构中使用过三代综框，即木质综框、铁质综框和铝合金综框，这几种综框可以在普通织机上正常工作，但是难以适应高速织机的生产要求，例如织机车速在800r/min时铝合金综框就会产生很大的疲劳应力，从而导致综框结构发生疲劳变形甚至框架断裂。
碳纤维是一种兼具碳材料及纤维可加工性为一体的新材料，即碳纤维不仅具有碳材料密度小、高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数低、良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等优良特性，又具有纤维材料的可加工性能，能够采用纺织的方式使碳纤维间相互约束，成型良好，因此碳纤维被广泛用作增强纤维。正是由于兼具优异性能，由碳纤维制成的新型复合材料将在各工业领域具有巨大的应用价值和发展空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种全碳纤维复合材料结构的综框，能够有效抑制综框在织机生产过程中的振动，并使得综框在高速状态下的惯性载荷大大减小。
本发明所采用的技术方案是，一种全碳纤维复合材料结构的综框，包括平行设置的上横梁和下横梁，上横梁内部设有阻尼夹层A，上横梁的两端分别连接侧挡A的上端和侧挡B的上端，上横梁与侧挡A的连接处设有阻尼夹层B，上横梁与侧挡B的连接处设有阻尼夹层C；下横梁的两端分别与侧挡A的下端、侧挡B的下端连接，下横梁与侧挡A的连接处设有阻尼夹层D，下横梁与侧挡B的连接处设有阻尼夹层E，下横梁的内部设有阻尼夹层F。
本发明的特点还在于，
其中上横梁包括相互拼接在一起的上横梁侧板A和上横梁侧板B，上横梁侧板A和上横梁侧板B连接后分别形成了下空腔A和封闭的上空腔A，阻尼夹层A位于下空腔A内，且上横梁侧板A和上横梁侧板B的下端形成穿综杆结构A。
其中上横梁侧板A和上横梁侧板B下端的穿综杆结构A用于与J型钢片综或者C型钢片综配合。
其中侧挡A的上端设有连接块A，阻尼夹层B设置在连接块A的上端，阻尼夹层B与连接块A一起嵌在上空腔A中，并通过螺栓将阻尼夹层B与连接块A固定在上横梁上，侧挡A的上端通过连接块A与上横梁的一端连接。
其中侧挡B的上端设有连接块B，阻尼夹层C设置在连接块B的上端，阻尼夹层C与连接块B一起嵌在上空腔A中，并通过螺栓将阻尼夹层C与连接块B固定在上横梁上，侧挡B的上端通过连接块B与上横梁的另一端连接。
其中下横梁包括相互拼接在一起的下横梁侧板A和下横梁侧板B，下横梁侧板A和下横梁侧板B连接后分别形成了上空腔B和封闭的下空腔B，阻尼夹层F位于上空腔B内，且下横梁侧板A和下横梁侧板B的上端形成穿综杆结构B。
其中下横梁侧板A和下横梁侧板B上端的穿综杆结构B用于与J型钢片综或者C型钢片综配合。
其中侧挡A的下端设有连接块C，阻尼夹层D设置在连接块C的下端，阻尼夹层D与连接块C一起嵌在下空腔B中，并通过螺栓将阻尼夹层D与连接块C固定在下横梁上，侧挡A的下端通过连接块C与下横梁的一端连接。
其中侧挡B的下端设有连接块D，阻尼夹层E设置在连接块D的下端，阻尼夹层E与连接块D一起嵌在下空腔B中，并通过螺栓将阻尼夹层E与连接块D固定在下横梁上，侧挡B的下端通过连接块D与下横梁的另一端连接。
其中上横梁、下横梁、侧挡A及侧挡B均采用全碳纤维复合材料。
本发明的有益效果是，本发明在上横梁的内部增加了阻尼夹层A，上横梁的两端分别增加了阻尼夹层B和阻尼夹层C；在下横梁的内部增加了阻尼夹层F，下横梁的两端分别增加了阻尼夹层D和阻尼夹层E，有效抑制了综框在织机生产过程中的振动，碳纤维复合材料结构使综框自重减轻，实现了综框轻量化设计，使得综框在高速状态下的惯性载荷大大减小。本发明在上横梁的下端和下横梁的上端均设有穿综杆结构，将穿综杆分别与下横梁及上横梁一体化成型，提高了综框的整体强度。
附图说明
图1是本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框的结构示意图；
图2是本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中上横梁与侧挡A的连接结构爆炸图；
图3是本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中上横梁与侧挡B的连接结构爆炸图；
图4是本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中下横梁与侧挡A的连接结构爆炸图；
图5是本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中下横梁与侧挡B的连接结构爆炸图；
图6是本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中上横梁侧板A与上横梁侧板B形成的穿综杆结构A的一种结构示意图；
图7是本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中上横梁侧板A与上横梁侧板B形成的穿综杆结构A的另一种结构示意图；
图8是J型钢片综与本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中穿综杆结构A一种结构配合的示意图；
图9是C型钢片综与本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中穿综杆结构A另一种结构配合的示意图；
图10是本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中下横梁侧板A与下横梁侧板B形成的穿综杆结构B的一种结构示意图；
图11是本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中下横梁侧板A与下横梁侧板B形成的穿综杆结构B的另一种结构示意图。
图中，1.上横梁，1-1.上横梁侧板A，1-2.上横梁侧板B，1-3.下空腔A，1-4.上空腔A，1-5.穿综杆结构A；
2.下横梁，2-1.下横梁侧板A，2-2.下横梁侧板B，2-3.上空腔B，2-4.下空腔B，2-5.穿综杆结构B；
3.阻尼夹层A，4.侧挡A，5.侧挡B，6.阻尼夹层B，7.阻尼夹层C，8.阻尼夹层D，9.阻尼夹层E，10.阻尼夹层F，11.连接块A，12.连接块B，13.连接块C，14.连接块D，15.J型钢片综，16.C形钢片综。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框，结构如图1所示，包括平行设置的上横梁1和下横梁2，上横梁1内部设有阻尼夹层A3(参见图2)，上横梁1的两端分别连接侧挡A4的上端和侧挡B5的上端，上横梁1与侧挡A4的连接处设有阻尼夹层B6，上横梁1与侧挡B5的连接处设有阻尼夹层C7(参见图3)；下横梁2的两端分别与侧挡A4的下端、侧挡B5的下端连接，下横梁2与侧挡A4的连接处设有阻尼夹层D8(参见图4)，下横梁2与侧挡B5的连接处设有阻尼夹层E9(参见图5)，下横梁2的内部设有阻尼夹层F10。
其中上横梁1包括相互拼接在一起的上横梁侧板A1-1和上横梁侧板B1-2，如图6、7所示，上横梁侧板A1-1和上横梁侧板B1-2连接后分别形成了下空腔A1-3和封闭的上空腔A1-4，阻尼夹层A3位于下空腔A1-3内，且上横梁侧板A1-1和上横梁侧板B1-2的下端形成穿综杆结构A1-5。
其中上横梁侧板A1-1和上横梁侧板B1-2下端的穿综杆结构A1-5与J型钢片综或者C型钢片综配合(图6所示结构与J型钢片综15配合，配合结构参见图8，图7所示结构与C型钢片综16配合，配合结构参见图9)。
其中侧挡A4的上端设有连接块A11，阻尼夹层B6设置在连接块A11的上端，阻尼夹层B6与连接块A11一起嵌在上空腔A1-4中，并通过螺栓将阻尼夹层B6与连接块A11固定在上横梁1上，侧挡A4的上端通过连接块A11与上横梁1的一端连接。
其中侧挡B5的上端设有连接块B12，阻尼夹层C7设置在连接块B12的上端，阻尼夹层C7与连接块B12一起嵌在上空腔A1-4中，并通过螺栓将阻尼夹层C7与连接块B12固定在上横梁1上，侧挡B5的上端通过连接块B12与上横梁1的另一端连接。
其中下横梁2包括相互拼接在一起的下横梁侧板A2-1和下横梁侧板B2-2，如图10、11所示，下横梁侧板A2-1和下横梁侧板B2-2连接后分别形成了上空腔B2-3和封闭的下空腔B2-4，阻尼夹层F10位于上空腔B2-3内，且下横梁侧板A2-1和下横梁侧板B2-2的上端形成穿综杆结构B2-5。
其中下横梁侧板A2-1和下横梁侧板B2-2上端的穿综杆结构B2-5用于与J型钢片综或者C型钢片综配合(图10所示结构与J型钢片综15配合，穿综杆结构B2-5和J型钢片综15的配合形式与穿综杆结构A1-5与J型钢片综15的配合形式相同；图11所示结构与C型钢片综16配合，穿综杆结构B2-5和C型钢片综16的配合形式与穿综杆结构A1-5与C型钢片综16的配合形式相同)。
其中侧挡A4的下端设有连接块C13，阻尼夹层D8设置在连接块C13的下端，阻尼夹层D8与连接块C13一起嵌在下空腔B2-4中，并通过螺栓将阻尼夹层D8与连接块C13固定在下横梁2上，侧挡A4的下端通过连接块C13与下横梁2的一端连接。
其中侧挡B5的下端设有连接块D14，阻尼夹层E9设置在连接块D14的下端，阻尼夹层E9与连接块D14一起嵌在下空腔B2-4中，并通过螺栓将阻尼夹层E9与连接块D14固定在下横梁2上，侧挡B5的下端通过连接块D14与下横梁2的另一端连接。
其中上横梁1、下横梁2、侧挡A4及侧挡B5均采用全碳纤维复合材料。
本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框，采用树脂传递成型工艺(RTM)，在模具的型腔里预先放置增强材料(碳纤维三维织物或叠层织物)和嵌件，夹紧后，从设置于适当位置的注入孔在一定温度及压力下将配好的树脂注入模具中，使之与增强材料(碳纤维三维织物或叠层织物)一起固化，最后启模、脱模而得。
本发明一种全碳纤维复合材料结构的综框中上横梁1和下横梁2的RTM工艺主要包括：模具清理，脱模处理——胶衣涂布——胶衣固化——碳纤维三维织物或叠层织物及嵌件安放——合模夹紧——树脂注入——树脂固化——启模——脱模——(二次加工)。
在胶衣涂布和固化的工序中，胶衣厚度一般取400～500μm，由于膜厚的分散性为操作者的技能所左右，有时要机械手进行喷涂。对胶衣树脂的性能有很多要求，例如：即使令其快速固化也不应因均化不足而发生气泡(针孔)，表面凸凹要少。进一步还要求即使固化时间不吻合也不应发生脱离现象。
在碳纤维三维织物或叠层织物及嵌件等铺放过程中，一般使用预成型坯，预成型坯是在准备阶段将碳纤维三维织物制成或叠压成与侧挡A4、侧挡B5、上横梁1及下横梁2形状相近似的坯料，采用预成型可顺利转入后续工艺。
在合模和夹紧模具工序中，根据所准备模具的结构，并适应模具尺寸、精度、锁模力、生产速度等，有的锁模机构设于模具自内，有的用外设的简易合模压机夹紧，形式多样。
合模压缩的程度因使用纤维增强材料的种类、形态、纤维含量而变化，如果纤维含量为(体积)15％，则合模压力约为49～78kPa。
在树脂注入和固化的工序中，如果注入时间等于固化时间那是最理想的，但这是不可能的。RTM的成型周期可根据欲得成型制品所要求的产量而适当设定，但由于一套模具的成型周期内树脂固化时间所占比例很高，所以要充分考虑注入树脂的固化时间和固化特性。
在二次加工工序中，周边毛刺可用手工或机械砂磨方法，也可采用冲动或振动砂轮来去毛刺。开孔方孔可以用无齿锯切割，大直径圆孔的开孔比较复杂。直径在20mm以下的小孔可用手电钻，用普通钻头或金刚石钻头打开。打孔时应从胶衣面开始，开始时用小钻头开孔的孔径光滑，效果好。

Claims (7)

1.一种全碳纤维复合材料结构的综框，其特征在于：包括平行设置的上横梁(1)和下横梁(2)，上横梁(1)内部设有阻尼夹层A(3)，上横梁(1)的两端分别连接侧挡A(4)的上端和侧挡B(5)的上端，上横梁(1)与侧挡A(4)的连接处设有阻尼夹层B(6)，上横梁(1)与侧挡B(5)的连接处设有阻尼夹层C(7)；下横梁(2)的两端分别与侧挡A(4)的下端、侧挡B(5)的下端连接，下横梁(2)与侧挡A(4)的连接处设有阻尼夹层D(8)，下横梁(2)与侧挡B(5)的连接处设有阻尼夹层E(9)，下横梁(2)的内部设有阻尼夹层F(10)；
所述上横梁(1)包括相互拼接在一起的上横梁侧板A(1-1)和上横梁侧板B(1-2)，上横梁侧板A(1-1)和上横梁侧板B(1-2)连接后分别形成了下空腔A(1-3)和封闭的上空腔A(1-4)，阻尼夹层A(3)位于下空腔A(1-3)内，且上横梁侧板A(1-1)和上横梁侧板B(1-2)的下端形成穿综杆结构A(1-5)；
所述下横梁(2)包括相互拼接在一起的下横梁侧板A(2-1)和下横梁侧板B(2-2)，下横梁侧板A(2-1)和下横梁侧板B(2-2)连接后分别形成了上空腔B(2-3)和封闭的下空腔B(2-4)，阻尼夹层F(10)位于上空腔B(2-3)内，且下横梁侧板A(2-1)和下横梁侧板B(2-2)的上端形成穿综杆结构B(2-5)；
所述上横梁(1)、下横梁(2)、侧挡A(4)及侧挡B(5)均采用全碳纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种全碳纤维复合材料结构的综框，其特征在于：所述上横梁侧板A(1-1)和上横梁侧板B(1-2)下端的穿综杆结构A(1-5)与J型钢片综或者C型钢片综配合。
3.根据权利要求1所述的一种全碳纤维复合材料结构的综框，其特征在于：所述侧挡A(4)的上端设有连接块A(11)，阻尼夹层B(6)设置在连接块A(11)的上端，阻尼夹层B(6)与连接块A(11)一起嵌在上空腔A(1-4)中，并通过螺栓将阻尼夹层B(6)与连接块A(11)固定在上横梁(1)上，侧挡A(4)的上端通过连接块A(11)与上横梁(1)的一端连接。
4.根据权利要求1所述的一种全碳纤维复合材料结构的综框，其特征在于：所述侧挡B(5)的上端设有连接块B(12)，阻尼夹层C(7)设置在连接块B(12)的上端，阻尼夹层C(7)与连接块B(12)一起嵌在上空腔A(1-4)中，并通过螺栓将阻尼夹层C(7)与连接块B(12)固定在上横梁(1)上，侧挡B(5)的上端通过连接块B(12)与上横梁(1)的另一端连接。
5.根据权利要求1所述的一种全碳纤维复合材料结构的综框，其特征在于：所述下横梁侧板A(2-1)和下横梁侧板B(2-2)上端的穿综杆结构B(2-5)用于与J型钢片综或者C型钢片综配合。
6.根据权利要求1所述的一种全碳纤维复合材料结构的综框，其特征在于：所述侧挡A(4)的下端设有连接块C(13)，阻尼夹层D(8)设置在连接块C(13)的下端，阻尼夹层D(8)与连接块C(13)一起嵌在下空腔B(2-4)中，并通过螺栓将阻尼夹层D(8)与连接块C(13)固定在下横梁(2)上，侧挡A(4)的下端通过连接块C(13)与下横梁(2)的一端连接。
7.根据权利要求1所述的一种全碳纤维复合材料结构的综框，其特征在于：所述侧挡B(5)的下端设有连接块D(14)，阻尼夹层E(9)设置在连接块D(14)的下端，阻尼夹层E(9)与连接块D(14)一起嵌在下空腔B(2-4)中，并通过螺栓将阻尼夹层E(9)与连接块D(14)固定在下横梁(2)上，侧挡B(5)的下端通过连接块D(14)与下横梁(2)的另一端连接。
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