CN107939619A - 一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构 - Google Patents

一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构 Download PDF

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李兵
李桃
陈丽智
刘玉峰
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

本发明属于机械结构设计，涉及一种复合材料与金属叶柄的桨叶连接结构。此发明的主梁U型结构与金属叶柄的U型弧面配合，充分利用了复合材料的抗拉伸性能，承受离心载荷，副梁与主梁形成框架结构，承受弯曲载荷，金属叶柄的轮毂连接端可以充分利用金属的机械性能传递载荷至轮毂，此结构适用于高转速叶片。

Description

一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构
技术领域：
本发明属于机械结构设计，涉及一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构。
背景技术：
复合材料叶片是风机主要部件，一般由金属件连接轮毂，复合材料与叶柄连接，传递气动及载荷，见图1。为保证叶片的结构重量最轻，并保证一定的刚度及强度，复合材料叶片一般设置碳梁及蒙皮，蒙皮保证气动外形并产生气动载荷，碳梁承受并传递载荷值轮毂。由于复合材料碳梁至圆柱形叶柄的过度，损失了结构的承载能力
因此，为保证叶片高速工作时复合材料叶片不会甩出，进而对安全及财产造成严重影响，必须合理设计金属叶柄与复合材料叶身之间的连接结构。现有的叶柄连接结构见图1，共包含3个部分。这种结构的主要缺点是叶柄承载能力差。
发明内容：
发明目的：
技术方案：
提供一种复合材料与金属叶柄的桨叶连接结构，包括金属叶柄、副梁、主梁和桨叶壳体；所述的金属叶柄、主梁和副梁构成桨叶抗拉伸和抗弯曲的骨架，所述桨叶壳体套装在所述骨架上形成桨叶叶片；
主梁和副梁均为U型板结构；
金属叶柄一端为桨毂连接端，另一端为叶片骨架连接板；所述叶片骨架连接板开有前通孔和后通孔；
所述的主梁穿过前通孔，主梁和副梁的U型开口方向一致，副梁穿过后通孔包夹住主梁并与主梁固定为一体。
进一步的，所述副梁穿过后通孔包夹住主梁并与主梁粘接为一体。
进一步的，桨叶壳体包括泡沫芯和蒙皮，所述蒙皮包裹叶片骨架连接板、副梁和主梁，并且在蒙皮与叶骨架连接板、副梁和主梁之间填充泡沫芯。
进一步的，主梁和副梁为碳纤维或玻璃纤维复合材质。
进一步的，所述金属叶柄为钢合金或铝合金。
进一步的，蒙皮为碳纤维、玻璃纤维或金属材质。
进一步的，主梁U型板结构的长度大于副梁U型板结构的长度。
进一步的，所述前通孔和后通孔为缝隙孔。
进一步的，所述前通孔和后通孔的孔壁面为弧面，并分别与主梁和副梁的U型板结构弧面形状相配。
技术效果：叶柄连接结构显著提高了承载能力，可用于高转速叶片。
附图说明：
图1为现有技术的叶片结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为图1的截面试图；
图4为金属叶柄结构示意图；
图5为骨架与金属叶柄连接示意图；
图6为叶柄骨架连接端剖视图；
其中1-主梁、2-副梁、3-桨毂连接端、4-叶片骨架连接板、5-泡沫芯、6-蒙皮、7-前通孔、8-后通孔、9-孔壁弧面、10-U型结构弧面、11-现有技术的、22-现有技术的、33-现有技术的。
具体实施方式：
结合附图具体提供如下实施方式
提供一种复合材料与金属叶柄的桨叶连接结构，包括金属叶柄、副梁、主梁和桨叶壳体；所述的金属叶柄、主梁和副梁构成桨叶抗拉伸和抗弯曲的骨架，所述桨叶壳体套装在所述骨架上形成桨叶叶片；
主梁和副梁均为U型板结构；
金属叶柄一端为桨毂连接端，另一端为叶片骨架连接板；所述叶片骨架连接板开有前通孔和后通孔；
所述的主梁穿过前通孔，主梁和副梁的U型开口方向一致，副梁穿过后通孔包夹住主梁并与主梁固定为一体。
进一步的，所述副梁穿过后通孔包夹住主梁并与主梁粘接为一体。
进一步的，桨叶壳体包括泡沫芯和蒙皮，所述蒙皮包裹叶片骨架连接板、副梁和主梁，并且在蒙皮与叶骨架连接板、副梁和主梁之间填充泡沫芯；主梁和副梁为碳纤维复合材质；所述金属叶柄为铝合金；蒙皮为碳纤维；主梁U型板结构的长度大于副梁U型板结构的长度；所述前通孔和后通孔为缝隙孔；所述前通孔和后通孔的孔壁面为弧面，并分别与主梁和副梁的U型板结构弧面形状相配。

Claims (8)

1.一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构，包括金属叶柄、副梁、主梁和桨叶壳体；所述的金属叶柄、主梁和副梁构成桨叶抗拉伸和抗弯曲的骨架，所述桨叶壳体套装在所述骨架上形成桨叶叶片；
主梁和副梁均为U型板结构；
金属叶柄一端为桨毂连接端，另一端为叶片骨架连接板；所述叶片骨架连接板开有前通孔和后通孔；
所述的主梁穿过前通孔，主梁和副梁的U型开口方向一致，副梁穿过后通孔包夹住主梁并与主梁固定为一体。
2.如权利要求1所述的一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构，其特征在于：所述副梁穿过后通孔包夹住主梁并与主梁粘接为一体。
3.如权利要求1或2所述的一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构，其特征在于：桨叶壳体包括泡沫芯和蒙皮，所述蒙皮包裹叶片骨架连接板、副梁和主梁，并且在蒙皮与叶骨架连接板、副梁和主梁之间填充泡沫芯。
4.如权利要求1或2所述的一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构，其特征在于：所述前通孔和后通孔的孔壁面为弧面，并分别与主梁和副梁的U型板结构弧面形状相配。
5.如权利要求1或2所述的一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构，其特征在于：主梁和副梁为碳纤维或玻璃纤维复合材质。
6.如权利要求1或2所述的一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构，其特征在于：蒙皮为碳纤维、玻璃纤维或金属材质。
7.如权利要求1或2所述的一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构，其特征在于：主梁U型板结构的长度大于副梁U型板结构的长度。
8.如权利要求1或2所述的一种复合材料叶片与金属叶柄的连接结构，其特征在于：所述前通孔和后通孔为缝隙孔。
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