CN108274416B - 一种空气动力学翼片及翼片装配夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空气动力学翼片，蒙皮包覆在骨架形成的整体轮廓上形成外表面；骨架包括多块平行设置的纵肋板，纵肋板的外形与翼片的纵截面形状相同，纵肋板的边缘设置多个用于卡装的卯接口，卯接口用于与横肋板卡接固定，横肋板至少设置两块横肋板，由横肋板限定整个翼片的长度，在横肋板的边缘设置多个用于卡装的卯接口，横肋板和纵肋板相互垂直卡装固定；纵肋板和横肋板均为板状结构，加工简单方便；将蒙皮所受均布载荷及弯曲载荷转化为骨架承受的截面剪切应力和纵向压力，降低蒙皮表面的负载要求，从而减少蒙皮厚度，减轻蒙皮重量，在保证强度的情况下满足了轻量化的要求。本发明还提供一种翼片装配夹具，可快速准确地组装构成翼片。

Description

一种空气动力学翼片及翼片装配夹具

技术领域

本发明涉及方程式赛车空气动力学套件设计领域，更进一步涉及一种空气动力学翼片。此外，本发明还涉及一种翼片装配夹具。

背景技术

随着赛车文化逐渐普及，对于空气动力学装置的性能有进一步要求，特别是对于方程式赛车来说至关重要；在赛车研发加工过程中，如何提高赛车翼片的刚度和定位精度，同时满足轻量化与快速成型的需求，是空气动力学装置研发的重点。

常见的翼片设计主要包括内部设置受力元件和仅靠蒙皮受力两种，前者根据受力部件的类型可分为梁式翼片结构、单块式翼片结构、多墙式翼片结构、实体式翼片结构等类型。

为了追求极致性能，空气动力学翼片需要在承受高强度压力的条件下自身足够轻盈，在这方面仅靠蒙皮受力的翼片具有很大优势，但需要采用高强度的碳纤维和芯材，材料成本高，对设计和加工精度要求也更高，研发成本居高不下；如果采用普通的翼片结构，采用实体式的翼片结构同样会遇到高性能实体芯材的费用问题，梁式翼片结构简单但未能合理利用蒙皮的材料性能，单块式翼片结构和多墙式翼片结构的可靠性高但结构复杂，除实体式翼片结构之外，普通的翼片结构大多存在自重较大的问题；现有的翼片设计方案未能很好地满足设计者对于性能和控制成本的要求，阻碍了赛车性能提升的速度和广泛程度。

发明内容

本发明提供一种空气动力学翼片，结构简单，加工便捷、组装快速精确，满足轻量化的要求，与此同时翼片成本低廉。具体方案如下：

一种空气动力学翼片，包括骨架和蒙皮，所述蒙皮包覆在所述骨架形成的整体轮廓上形成外表面；

所述骨架包括多块平行设置的纵肋板，所述纵肋板的外形与翼片的纵截面形状相同，其边缘设置多个用于卡装的卯接口；所述骨架还包括至少两块横肋板，所述横肋板的边缘设置多个用于卡装的卯接口，所述横肋板和所述纵肋板相互垂直卡装固定。

可选地，所述横肋板设置至少两块，所述骨架还包括多块与所述横肋板长度方向相同的桁条，所述桁条的边缘设置卯接口，所述桁条能够与所述纵肋板卡接固定。

可选地，所述骨架还包括与所述横肋板长度方向相同的加强杆，所述加强杆插入所述纵肋板上贯通设置的通孔中。

可选地，所述加强杆为碳纤维管。

可选地，所述加强杆为圆管，所述加强杆和所述纵肋板通过树脂胶粘接固定。

可选地，所述纵肋板为椴木板，所述骨架还包括平行于所述纵肋板设置的金属支撑件，所述支撑件用于与车体固定。

可选地，所述纵肋板、所述横肋板和所述支撑件上分别设置减重孔。

可选地，所述桁条为宽度呈规律性变化的板状结构，所述桁条与所述纵肋板卡接位置的宽度大于其他位置。

本发明还提供一种翼片装配夹具，包括定位柱和至少两块卡位板，所述卡位板可拆卸固定安装在所述定位柱上，且能够沿所述定位柱的长度方向移动以改变间距；所述卡位板上设置用于与横肋板和桁条对应卡装的卯接口。

可选地，所述卡位板上设置与所述定位柱外形配合的缺口；所述定位柱和所述卡位板通过角码固定连接。

本发明提供了一种空气动力学翼片，包括骨架和蒙皮，蒙皮包覆在骨架形成的整体轮廓上形成外表面；骨架包括多块平行设置的纵肋板，纵肋板的外形与翼片的纵截面形状相同，由纵肋构成整个翼片的宽度，纵肋板的边缘设置多个用于卡装的卯接口，卯接口用于与横肋板卡接固定，横肋板至少设置两块横肋板，由横肋板限定整个翼片的长度，在横肋板的边缘设置多个用于卡装的卯接口，横肋板和纵肋板相互垂直卡装固定。纵肋板和横肋板均为板状结构，加工简单方便；将蒙皮所受均布载荷及弯曲载荷转化为骨架承受的截面剪切应力和纵向压力，降低蒙皮表面的负载要求，从而减少蒙皮厚度，减轻蒙皮重量，在保证强度的情况下满足了轻量化的要求。

本发明还提供一种翼片装配夹具，包括定位柱和至少两块卡位板，卡位板上设置用于与横肋板和桁条对应卡装的卯接口，并且卡位板可拆卸固定安装在定位柱上；当需要装配翼片时，根据翼片自身的长度调节卡位板的间距，使卡位板之间的尺寸与横肋板和桁条上的卯接口位置对应，将横肋板和桁条的位置确定，再将纵肋板和支撑件逐个对应卡装到横肋板和桁条上，完成翼片安装，可快速准确地组装构成翼片。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为本发明空气动力学翼片和翼片装配夹具相互配合的整体结构图；

图1B为本发明空气动力学翼片的局部结构图；

图2为纵肋板的结构示意图；

图3为横肋板的结构示意图；

图4A为桁条的结构图；

图4B为两块桁条相互配合的结构图；

图5为支撑件的结构示意图；

图6A为本发明翼片装配夹具的结构图；

图6B为卡位板和横肋板、桁条相互配合的爆炸图。

图中包括：

纵肋板1、横肋板2、桁条3、支撑件4、加强杆5、定位柱11、卡位板12。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种空气动力学翼片，结构简单，加工便捷、组装快速精确，满足轻量化的要求。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的空气动力学翼片和翼片装配夹具进行详细的介绍说明。

本发明提供了一种空气动力学翼片，可应用于方程式赛车的尾翼上，该翼片包括骨架和蒙皮，骨架是主要的受力部件，位于翼片内部，蒙皮包覆在骨架形成的整体轮廓上形成翼片的外表面，蒙皮与空气接触，在赛车高速行驶时，蒙皮承受气流运动产生的压力，并传递至骨架。

如图1A所示，为本发明空气动力学翼片和翼片装配夹具相互配合的整体结构图，图1B为本发明空气动力学翼片的局部结构图；骨架包括多块平行设置的纵肋板1，如图2所示，为纵肋板1的结构示意图；纵肋板1的外形与翼片的纵截面形状相同，本文所指的横向为翼片的长度方向，纵向为翼片的宽度方向。在纵肋板1的边缘设置多个用于卡装的卯接口，卯接口为在板面上去除的豁口，卯接口贯通板面，左右的宽度略大于与卯接配合的板面厚度，可与相配合的板面相互插接，插接的两个平板相互陷入彼此。卯接口可通过激光切割加工，精度可达0.01mm。

骨架还包括至少两块横肋板2，如图3所示，为横肋板2的结构示意图；横肋板2的边缘设置多个用于卡装的卯接口，横肋板2和纵肋板1相互垂直卡装固定，一块横肋板2可卯接多块纵肋板1，一般而言，每块横肋板2分别与所有的纵肋板卡装固定；通常地，横肋板2相互平行设置，每块纵肋板1均与各横肋板2卡接固定，每块纵肋板1对应于横肋板2上的一个卯接口，只要预先将横肋板2的位置确定，就能够准确地安装定位纵肋板1的位置，达到快速组装的目的。

纵肋板1的形状和尺寸根据其所处的位置确定，由翼片整体的外形决定，翼片的外形为曲面，此曲面由纵肋板1的边缘形状所构成，因此只需加工纵肋板1即可，骨架由2D平面板面件组成，变面加工为线加工，单块板件由于2D平面的加工特性，不必打磨翼片的外形曲面，相对于3D结构加工难度较低，简化加工过程，降低了加工费用。

采用本发明的空气动力学翼片，引导载荷从蒙皮转移至翼片骨架，将蒙皮所受均布载荷及弯曲载荷转化为骨架结构承受的截面剪切应力和纵向压力，降低蒙皮表面的负载要求从而减少蒙皮厚度，减轻蒙皮重量；通过相互插装形成的结构把骨架整体划分为割成若干个“翼盒”从而承受较大的载荷，满足翼片骨架的强度要求。采用卯接结构，可准确快速地限定横向X、Y方向的位移，垂直方向的Z轴位移可通过蒙皮塑形进行约束。

在上述方案的基础上，如图1A所示，本发明中横肋板2设置两块；骨架还包括多块与横肋板2长度方向相同的桁条3，图4A为桁条3的结构图，图4B为两块桁条3相互配合的结构图；桁条3的宽度小于横肋板2，桁条3对横肋板2起到辅助定位的作用，桁条3的边缘设置卯接口，桁条3能够与纵肋板1卡接固定。桁条3与横肋板2的固定方式相同，每根据桁条3分别卡接所有的纵肋板1，但桁条3上的卯接口的长度小于横肋板2，使纵肋板1形成完整的整体，更不易出现松动。可在纵肋板2较为尖锐的拐角处设置一块桁条3，由桁条3起到更好的支撑效果。

骨架还包括与横肋板2长度方向相同的加强杆5，加强杆5可进一步提高骨架整体的强度，加强杆5插入纵肋板1上贯通设置的通孔中，也即加强杆5位于各纵肋板1的中间位置，相对于横肋板2和桁条3具有更强的刚度，使骨架整体具有更强的抗弯性能。本方案中通过加强杆5起主要的抗弯作用，可降低其他部件的厚度，其他部件可采用更轻的材料，达到减重的作用。

为进一步降低整体的自重，加强杆5为碳纤维管，在自重低的情况下保证足够的结构强度，满足赛车高速运动时强大的下压力。

具体地，加强杆5为圆管，加强杆5和纵肋板1通过树脂胶粘接固定，通过粘接固定的形式限定加强杆5与纵肋板1的相对位置。当然，也可采用其他的固定形式，这些具体的设置方式都应包含在本发明的保护范围之内。

具体地，纵肋板1为木板，可采用椴木薄板等材料；骨架还包括平行于纵肋板1设置的金属支撑件4，如图5所示，为支撑件4的结构示意图；支撑件4用于与车体固定。支撑件4为金属框架结构，具有更高的刚度；支撑件4的边缘形状与纵肋板1相同，支撑件4和纵肋板1共同构成翼片的断面；支撑件4与车身固定，设置固定结构，固定结构凸出于翼片蒙皮的外表面，支撑件4作为车身与翼片的连接结构，自身承受较大的作用力，支撑件4可采用铝合金制成，自身可承受较大的弯矩。为了使翼片与车身连接牢固，支撑件4至少应设置两块，两块支撑件4之间的间距由车身的尺寸等条件确定。

为了进一步降低自重，纵肋板1、横肋板2和支撑件4上分别设置减重孔，蒙皮传递的下压力主要沿纵肋板1和横肋板2的板面方向，使板件具有更高的强度。

具体地，如图4A和图4B所示，为桁条3的结构图；桁条3为宽度程规律性变化的板状结构；桁条3通过卯接口与纵肋板1卡接固定，因此桁条3与纵肋板1卡接的位置具有更大的尺寸，桁条3与纵肋板1卡接位置的宽度大于其他位置。

本发明还提供一种翼片装配夹具，如图6A所示，为本发明翼片装配夹具的结构图，该夹具包括定位柱11和至少两块卡位板12，卡位板12可拆卸固定安装在定位柱11上，且能够沿定位柱11的长度方向移动以改变间距，定位柱11与卡位板12最好相互垂直连接，卡位板12沿垂直于自身板面的方向平移，通过改变卡位板12之间的间距应用于不同尺寸的翼片组装。

如图6B所示，为卡位板12和横肋板2、桁条3相互配合的爆炸图；卡位板12上设置用于与横肋板2和桁条3对应卡装的卯接口，根据所组装翼片的长度调节卡位板12之间的间距，使卡位板12上的卯接口与横肋板2和桁条3上的卯接口对应配合卡接，通过卡位板12预先确定横肋板2和桁条3的位置，横肋板2和桁条3两者与卡位板12之间仅能能够卯接口对应卡装，从而保证了组装时具有较高精度。

卡位板12上设置与定位柱11外形配合的缺口，通过此缺口限定卡位板12只能沿定位柱11的长度方向平移，无法沿垂直于定位柱11的长度方向移动；定位柱11和卡位板12通过角码固定连接，定位柱11和卡位板12两者分别与支撑平台相互固定，角码为直角弯折结构，可采用角钢，在定位柱11和卡位板12的同一位置，通过两块角钢夹装置固定，确定定位柱11和卡位板12的相对位置。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种空气动力学翼片，其特征在于，包括骨架和蒙皮，所述蒙皮包覆在所述骨架形成的整体轮廓上形成外表面；

所述骨架包括多块平行设置的纵肋板(1)，所述纵肋板(1)的外形与翼片的纵截面形状相同，其边缘设置多个用于卡装的卯接口；所述骨架还包括至少两块横肋板(2)，所述横肋板(2)的边缘设置多个用于卡装的卯接口，所述横肋板(2)和所述纵肋板(1)相互垂直卡装固定；

所述横肋板(2)设置至少两块，所述骨架还包括多块与所述横肋板(2)长度方向相同的桁条(3)，所述桁条(3)的宽度小于所述横肋板(2)，所述桁条(3)的边缘设置卯接口，所述桁条(3)能够与所述纵肋板(1)卡接固定；

所述纵肋板(1)为椴木板；所述骨架还包括平行于所述纵肋板(1)设置的金属支撑件(4)，所述支撑件(4)用于与车体固定；

所述骨架还包括与所述横肋板(2)长度方向相同的加强杆(5)，所述加强杆(5)插入所述纵肋板(1)上贯通设置的通孔中。

2.根据权利要求1所述的空气动力学翼片，其特征在于，所述加强杆(5)为碳纤维管。

3.根据权利要求2所述的空气动力学翼片，其特征在于，所述加强杆(5)为圆管，所述加强杆(5)和所述纵肋板(1)通过树脂胶粘接固定。

4.根据权利要求3所述的空气动力学翼片，其特征在于，所述纵肋板(1)、所述横肋板(2)和所述支撑件(4)上分别设置减重孔。

5.根据权利要求4所述的空气动力学翼片，其特征在于，所述桁条(3)为宽度呈规律性变化的板状结构，所述桁条(3)与所述纵肋板(1)卡接位置的宽度大于其他位置。

6.一种翼片装配夹具，应用于权利要求1至5任一项所述的空气动力学翼片，其特征在于，包括定位柱(11)和至少两块卡位板(12)，所述卡位板(12)可拆卸固定安装在所述定位柱(11)上，且能够沿所述定位柱(11)的长度方向移动以改变间距；所述卡位板(12)上设置用于与横肋板(2)和桁条(3)对应卡装的卯接口。

7.根据权利要求6所述的翼片装配夹具，其特征在于，所述卡位板(12)上设置与所述定位柱(11)外形配合的缺口；所述定位柱(11)和所述卡位板(12)通过角码固定连接。

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