CN110496755A - 一种固化工装的装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械设备技术领域，提供了一种固化工装的装配方法，包括在承力板和杆件的指定位置处设置碳布区域，将碳布固定于碳布区域后备用；在杆件和承力板的侧表面均匀涂抹粘结剂后备用；杆件的端部开有矩形槽、接头底座中间开有凹槽，承力板的一端插入接头底座的凹槽中固定连接，另一端插入所述矩形槽中；将耳片附于已涂抹粘结剂的杆件和承力板上，通过夹具对耳片进行压紧；将粘接后的结构体固化7天，拆除紧夹具得到杆件接头；将杆件接头固定安装在所述工装板上，得到所述固化工装。通过该方法制备的固化工装热膨胀系数小，提高了固化工装的热尺寸稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及机械设备技术领域，尤其涉及一种固化工装的装配方法。
背景技术
随着空间遥感技术的快速发展，大尺寸空间桁架结构由于较轻的质量、较高的基频和较高的尺寸稳定性等特点越来越多地被人们所研究。目前，复合材料桁架主要是由已成型复合材料杆件和接头粘接组装而成，杆件通过接头连接。例如长焦距空间相机主次镜间桁架支撑结构设计中包括：前框架、中框架、后框架、小框架、后托板、桁架杆及管接头，小框架位于主支撑结构的最前端，后托板位于主支撑结构的最后端，中间从前到后一次是前框架、中框架及后框架。在每两个框架之间为桁架杆，桁架杆的两端与每个框架之间通过管接头进行连接，桁架杆的材料为碳纤维复合材料，管接头采用钛合金材料，管接头和桁架杆之间采用胶接方式连接，并设置有定位销。这种桁架结构中采用的是碳纤维复合材料桁架杆和钛合金管接头，金属接头质量大，连接处热膨胀系数不匹配，连接界面强度低，并且钛合金材料的热膨胀系数也较大。这种复合材料桁架杆和钛合金管接头的连接形式在温差很大的空间环境中工作时，抵抗空间热载荷变化对结构影响的能力有限，很难满足整体结构的高尺寸稳定性需求。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种固化工装的装配方法，以使制备的空间桁架结构中杆件接头热尺寸稳定性，使得桁架结构对空间热载荷变化的抵抗能力增大，满足整体结构的高尺寸稳定性需求。
本申请实施例的提供了一种固化工装的装配方法，其特征在于，包括：所述固化工装包括杆件、承力板、四个包括圆弧段与平面段的耳片、接头底座以及工装板；
在所述承力板和所述杆件的指定位置处设置碳布区域，将碳布固定于所述碳布区域后备用；
在所述杆件和所述承力板的侧表面均匀涂抹粘结剂后备用；
所述杆件的端部开有矩形槽、接头底座中间开有凹槽，承力板的一端插入接头底座(4)的凹槽中固定连接，另一端插入所述矩形槽中；
将所述耳片附于已涂抹粘结剂的杆件和承力板上，通过小型预紧夹具对所述耳片平面段进行压紧，通过大型预紧夹具对所述耳片的圆弧段进行压紧；
将粘接后的结构体置于室温下固化7天，拆除所述小型预紧夹具和所述大型预紧夹具得到杆件接头；
将所述杆件接头固定安装在所述工装板上，得到所述固化工装。
可选地，在本发明实施例的另一方面所述将碳布固定于所述碳布区域后备用，包括：
对所述碳布区域进行打磨，直至所述碳布区域出现碳纤维黑粉；
清洁经打磨后的碳布区域，室温下放置1-2h；
在打磨后的碳布区域涂抹粘结剂，通过所述粘结剂将所述碳布固定于所述碳布区域后备用。
可选地，在本发明实施例的另一方面所述粘结剂包括J133结构胶。
可选地，在本发明实施例的另一方面所述碳布款2mm，厚0.1mm-0.5mm。
可选地，在本发明实施例的另一方面所述承力板和所述耳片为由高模量纤维M40JB和高强度纤维T700SC混杂铺层得到的复合材料，调整所述高模量纤维M40JB和高强度纤维T700SC在承力板和耳片中的方向以使承力板和耳片具有指定的热膨胀系数。
可选地，在本发明实施例的另一方面所述高模量纤维M40JB和高强度纤维T700SC层铺在与所述承力板和所述耳片轴向呈50°-55°夹角的方向上。
可选地，在本发明实施例的另一方面所述杆件、承力板以及耳片为树脂基碳纤维复合材料，接头底座为陶瓷基碳纤维复合材料。
本发明提供的固化工装的装配方法中在承力板和杆件的指定位置处设置碳布区域，将碳布固定于所述碳布区域后备用；在所述杆件和所述承力板的侧表面均匀涂抹粘结剂后备用；所述杆件的端部开有矩形槽、接头底座中间开有凹槽，承力板的一端插入接头底座的凹槽中固定连接，另一端插入所述矩形槽中；将所述耳片附于已涂抹粘结剂的杆件和承力板上，通过小型预紧夹具对所述耳片平面段进行压紧，通过大型预紧夹具对所述耳片的圆弧段进行压紧；将粘接后的结构体置于室温下固化7天，拆除所述小型预紧夹具和所述大型预紧夹具得到杆件接头；将所述杆件接头固定安装在所述工装板上，得到所述固化工装。通过该方法制备的固化工装热膨胀系数小，对工装中复合材料采用指定方向混铺的方式，保证复合材料的纤维方向与接头所连接的杆件轴向一致，进而保证沿着杆件轴向上的热膨胀系数达到最小，提高固化工装的热尺寸稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的固化工装的三维立体视图；
图2是本发明实施例提供的固化工装的装配方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的杆件结构示意图；
图4是本发明实施例提供的承力板的三维立体结构视图；
图5是本发明实施例提供的耳片的三维立体视图；
图6是本发明实施例提供的接头底座的三维立体视图；
图7是本发明实施例提供的小型预紧夹具的三维立体视图；
图8是本发明实施例提供的小型预紧夹具的局部剖视视图；
图9是本发明实施例提供的大型预紧夹具的三维立体视图；
图10是本发明实施例提供的大型预紧夹具的局部剖视视图。
其中，1.杆件；2.承力板；3.耳片；4.接头底座、5.工装板；6.紧固螺钉；7.小型预紧夹具；8.大型预紧夹具；9.小C型臂；10.固定压块；11.可动压块；12.球头螺钉压板；13.球头螺钉；14.压紧螺钉；15.大C型臂；16.回转压块连接臂。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本申请提供了一种固化工装的装配方法，请参阅图1-图9，其中，所述固化工装包括：杆件1、承力板2、四个包括圆弧段与平面段的耳片3、以及接头底座4；其中，承力板2和耳片3为由高模量纤维M40JB和高强度纤维T700SC混杂铺层得到的复合材料，调整所述高模量纤维M40JB和高强度纤维T700SC在承力板2和耳片3中的方向以使承力板2和耳片3具有指定的热膨胀系数。
在装配上述固化工装时，在所述承力板2和所述杆件1的指定位置处设置碳布区域，将碳布固定于所述碳布区域后备用；在所述杆件1和所述承力板2的侧表面均匀涂抹粘结剂后备用；进一步地，对所有零件的待粘接表面使用砂纸均匀打磨，打磨至出现碳纤维黑粉后停止，然后用酒精清洁待粘接表面，然后放置约1-2小时。在所有待粘接表面均匀涂抹J133结构胶。
所述杆件1的端部开有矩形槽、接头底座4中间开有凹槽，承力板2的一端插入接头底座的凹槽中固定连接，另一端插入所述矩形槽中；将所述耳片3附于已涂抹粘结剂的杆件1和承力板2上，通过小型预紧夹具7对所述耳片平面段进行压紧，通过大型预紧夹具8对所述耳片的圆弧段进行压紧；将粘接后的结构体置于室温(25℃±5℃)下固化7天，拆除所述小型预紧夹具7和所述大型预紧夹具8得到杆件接头；将所述杆件接头固定安装在所述工装板5上，得到所述固化工装。
进一步地，所述将碳布固定于所述碳布区域后备用，包括：对所述碳布区域进行打磨，直至所述碳布区域出现碳纤维黑粉；清洁经打磨后的碳布区域，室温下放置1-2h；在打磨后的碳布区域涂抹粘结剂，通过所述粘结剂将所述碳布固定于所述碳布区域后备用。所述粘结剂包括J133结构胶。所述碳布款2mm，厚0.1mm-0.5mm。
进一步地，在所述承力板2和所述杆件1的指定位置处设置碳布区域，将碳布固定于所述碳布区域后备用还包括：
在承力板和杆件上规划出间隙控制碳布区域，对该区域使用砂纸均匀打磨，打磨至出现碳纤维黑粉后停止，然后用酒精清洁待粘接表面，然后放置约1-2小时。在碳布规划区均匀涂抹J133结构胶，将裁剪好的2mm宽，厚度为0.1mm-0.15mm的碳布附于已涂抹J133结构胶的规划区，采用压板压实，放置到室温(25±5)℃下48小时，撤除压板。
本发明提供的固化工装的装配方法制备的固化工装热膨胀系数小，对工装中复合材料采用指定方向混铺的方式，保证复合材料的纤维方向与接头所连接的杆件轴向一致，进而保证沿着杆件轴向上的热膨胀系数达到最小，提高固化工装的热尺寸稳定性。
下面结合图1-图10对整个固化工装的结构及装配方法进行说明：
本发明中：杆件1、承力板2及耳片3均为树脂基碳纤维复合材料，接头底座4为陶瓷基碳纤维复合材料，承力板2的一端插入到接头底座4的中间槽中，并且通过J133结构胶进行粘接；杆件1的端部开有矩形槽，承力板2的另一端插入到杆件1的中间槽中，杆件1的中间槽与承力板2之间单侧留有2mm间隙；四个耳片3的圆弧段与杆件1配合，通过J133结构胶进行粘接，平面段与承力板2配合，通过J133结构胶进行粘接，四个耳片3圆弧段的轴线与杆件1轴线重合；在杆件接头各部件进行安装时，使小型预紧夹具7与耳片3平面段接触，对粘接固化过程中耳片3平面段进行压紧，使大型预紧夹具8与耳片3圆弧段接触，对粘接固化过程中耳片3圆弧段进行压紧。
所述复合材料杆件接头的接头底座4位于整个接头的底部，采用陶瓷基碳纤维复合材料，中间开有一个矩形槽，与承力板2进行间隙配合，单侧配合间隙为0.1mm-0.15mm，局部铺设2mm宽，厚度为0.1mm-0.15mm的碳布进行配合间隙的严格控制，在间隙中填充J133结构胶，通过J133结构胶进行结构件的粘接，也就是说胶层厚度为0.1mm-0.15mm，采用轻量化结构形式，布置加强筋，使得接头质量较小。承力板2及耳片3为树脂基碳纤维复合材料，并且采用高模量纤维M40JB和高强度纤维T700SC混杂铺层得到，其中高模量纤维M40JB用在承力板2及耳片3的轴向方向，使得轴向方向获得较高的模量，高强度纤维T700SC用在与承力板2及耳片3的轴向呈一定夹角的方向，进而控制承力板2及耳片3的沿轴向方向的热膨胀系数，通过调整夹角的大小使得承力板2及耳片3的轴向方向热膨胀系数达到最小。耳片2的圆弧段与杆件1进行间隙配合，配合间隙为0.1mm-0.15mm，局部铺设2mm宽，厚度为0.1mm-0.15mm的碳布进行配合间隙的严格控制，在间隙中填充J133结构胶，通过J133结构胶进行结构件的粘接，也就是说胶层厚度为0.1mm-0.15mm，耳片3的平面段与承力板2进行间隙配合，配合间隙为0.1mm-0.15mm，局部铺设2mm宽，厚度为0.1mm-0.15mm的碳布进行配合间隙的严格控制，在间隙中填充J133结构胶，通过J133结构胶进行结构件的粘接，也就是说胶层厚度为0.1mm-0.15mm。
本发明中整个接头采用较低热膨胀系数的复合材料，热膨胀系数可以做到1×10-6/℃以下，从结构材料本身的角度降低整个接头的热膨胀系数。对接头结构中复合材料采用指定方向混铺的方式，保证复合材料的纤维方向与接头所连接的杆件轴向一致，进而保证沿着杆件轴向上的热膨胀系数达到最小，提高桁架结构的热尺寸稳定性。
最后，将复合材料杆件接头粘接得到的固化工装在进行粘接，该过程由工装板5、紧固螺钉6、小型预紧夹具7和大型预紧夹具8组成，工装板5通过紧固螺钉6来固定接头底座4，在粘接固化过程中小型预紧夹具7对耳片3平面段进行压紧，大型预紧夹具8对耳片3圆弧段进行压紧，工装板5、小型预紧夹具7和大型预紧夹具8均为铝合金材料；其中，接头底座4通过紧固螺钉6连接到工装板5上。
如图7和8所示，所述小型预紧夹具7主要由小C型臂9、固定压块10、可动压块11、球头螺钉压板12、球头螺钉13和压紧螺钉14组成，小C型臂9的一端通过螺钉连接固定压块10，另一端为螺纹孔，连接球头螺钉13，球头螺钉13可在所述螺纹孔内旋进旋出；可动压块11上开有锥形孔与球头螺钉13配合，通过压紧螺钉14将球头螺钉压板12安装到可动压块11上，防止球头螺钉13与可动压块11脱离。
如图9和10所示大型预紧夹具8主要由大C型臂15、回转压块连接臂16、回转压块17、盖板18、球头螺钉13和压紧螺钉14组成，大C型臂15的两端均为螺纹孔，用于连接球头螺钉13，球头螺钉13可在所述螺纹孔内旋进旋出；回转压块连接臂16中部为锥形孔，用于与球头螺钉13配合，回转压块连接臂16的两端分别开有圆孔，用于与回转压块17的圆柱部分配合，通过压紧螺钉14将盖板18安装到回转压块连接臂16上，防止回转压块17与回转压块连接臂16脱离。在工装板5与杆件接头固定粘接之后，拆除大型预紧夹具和小型预紧夹具即得到本发明提供的固化工装。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种固化工装的装配方法，其特征在于，包括：所述固化工装包括杆件、承力板、四个包括圆弧段与平面段的耳片、接头底座以及工装板；
在所述承力板和所述杆件的指定位置处设置碳布区域，将碳布固定于所述碳布区域后备用；
在所述杆件和所述承力板的侧表面均匀涂抹粘结剂后备用；
所述杆件的端部开有矩形槽、接头底座中间开有凹槽，承力板的一端插入接头底座的凹槽中固定连接，另一端插入所述矩形槽中；
将所述耳片附于已涂抹粘结剂的杆件和承力板上，通过小型预紧夹具对所述耳片平面段进行压紧，通过大型预紧夹具对所述耳片的圆弧段进行压紧；
将粘接后的结构体置于室温下固化7天，拆除所述小型预紧夹具和所述大型预紧夹具得到杆件接头；
将所述杆件接头固定安装在所述工装板上，得到所述固化工装。
2.如权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述将碳布固定于所述碳布区域后备用，包括：
对所述碳布区域进行打磨，直至所述碳布区域出现碳纤维黑粉；
清洁经打磨后的碳布区域，室温下放置1-2h；
在打磨后的碳布区域涂抹粘结剂，通过所述粘结剂将所述碳布固定于所述碳布区域后备用。
3.如权利要求1或2所述的装配方法，其特征在于，所述粘结剂包括J133结构胶。
4.如权利要求1或2所述的装配方法，其特征在于，所述碳布款2mm，厚0.1mm-0.5mm。
5.如权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述承力板和所述耳片(3)为由纤维M40JB和纤维T700SC混杂铺层得到的复合材料，调整所述纤维M40JB和纤维T700SC在承力板和耳片中的方向以使承力板和耳片具有指定的热膨胀系数。
6.如权利要求5所述的装配方法，其特征在于，所述纤维M40JB和纤维T700SC层铺在与所述承力板和所述耳片轴向呈50°-55°夹角的方向上。
7.如权利要求1所述的杆件接头，其特征在于，所述杆件、承力板以及耳片为树脂基碳纤维复合材料，接头底座为陶瓷基碳纤维复合材料。
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