CN112081382B - 臂节、臂架以及机械设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械设备多关节臂架领域，公开了一种臂节、一种臂架以及一种机械设备；其中，所述臂节包括线性延伸的纤维复材梁结构以及与该纤维复材梁结构独立形成的金属连接结构；所述金属连接结构通过贯穿所述金属连接结构和所述纤维复材梁结构的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端，且以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的铰接部，所述铰接部用于与另一臂节铰接，以使相邻两臂节能够在驱动力的作用下折叠或展开。本发明提供的技术方案有助于降低臂节的制造难度、提高臂节的力学性能和结构稳定性。

Description

臂节、臂架以及机械设备

技术领域

本发明涉及机械设备多关节臂架领域，具体地涉及一种臂节，进一步，本发明还涉及一种臂架以及一种机械设备。

背景技术

多关节臂架通常由多个臂节依次连接组成，相邻两个臂节之间能够以邻接部位为支点，产生相对转动。多关节臂架可广泛应用于各种领域，例如机器人动臂、观测设备支架、工程机械设备等。

作为典型的多关节臂架，折叠式臂架是混凝土泵车、消防车、挖掘机等工程机械设备的关键作业部件，决定着工程机械设备的主机的使用性能。

如图1-图3所示，对于折叠式臂架而言，想要实现臂架之间的折叠和展开运动，相邻两臂节之间必须至少有一个臂节的一端带有弯头结构。

传统的钢质臂架，臂节端部弯头与臂节主体梁结构由钢板经下料、焊接拼接而成，重量较大。

随着经济建设的飞速发展，越来越多的作业场合需要臂架更长的工程机械设备。随着臂架长度的增加，臂架重量以及工作力矩增加，这不仅对底盘结构提出了更高的要求，而且臂架疲劳开裂问题变得更加突出。为了解决这些问题，有必要加强臂架轻量化设计。

纤维复合材料(以下简称“纤维复材”)由于具有高比强度、高比模量，耐疲劳性能好，破损安全性好，阻尼减振性能好，可设计性强等优点，而在折叠式臂架轻量化设计与制造中得到有效应用，并取得明显成效。

由于折叠式臂架中臂节的至少一端必须具有弯头结构，而弯头结构通常具有变截面、变厚度、非回转体、曲率半径较小等特点，这导致传统的纤维复材臂节一般必须通过手糊工艺来完成，制造工艺相对复杂，成本相对较高。

发明内容

本发明的目的之一是为了至少在一定程度上克服现有技术中存在的上述技术问题之一，提供一种有助于降低臂节的制造难度、提高臂节的力学性能和结构稳定性的技术方案。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种臂节，所述臂节包括线性延伸的纤维复材梁结构以及与该纤维复材梁结构独立形成的金属连接结构；所述金属连接结构通过贯穿所述金属连接结构和所述纤维复材梁结构的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端，且以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的铰接部，所述铰接部用于与另一臂节铰接，以使相邻两臂节能够在驱动力的作用下折叠或展开。

优选地，所述金属连接结构包括金属片材，所述金属片材通过贯穿所述金属片材和所述纤维复材梁结构的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端，且以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的所述铰接部。

优选地，所述金属片材包括分别定位在所述纤维复材梁结构的一端的横向两外侧且彼此相对的第一金属片材和第二金属片材；所述第一金属片材和所述第二金属片材均以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的所述铰接部。

优选地，所述第一金属片材的铰接部上形成有第一铰孔，所述第二金属片材的铰接部上形成有第二铰孔，所述第一金属片材和所述第二金属片材能够通过贯穿所述第一铰孔和所述第二铰孔的连接部件与所述另一臂节铰接。

优选地，所述金属片材的未偏离所述纤维复材梁结构的纵向的部分为与所述纤维复材梁结构的外表面相贴合的接触部，所述金属片材通过贯穿所述接触部和所述纤维复材梁结构的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端。

优选地，所述第一连接件还用于铰接连杆，该连杆用于在所述驱动力的作用下带动臂节转动，以使相邻两臂节折叠或展开；

所述金属片材上用于贯穿所述第一连接件的第一安装孔在所述纤维复材梁结构的纵向中心面上的投影，相对于该金属片材的铰接部上的用于铰接另一臂节的铰孔在所述纤维复材梁结构的所述纵向中心面上的投影，更远离所述纤维复材梁结构的所述一端的端面。

优选地，所述金属片材上开设有第一安装孔，所述纤维复材梁结构上对应所述第一安装孔开设有第二安装孔，所述金属片材通过贯穿所述第一安装孔和所述第二安装孔的所述第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端。

优选地，所述第一安装孔为销轴安装孔，所述第二安装孔为轴套安装孔，所述轴套安装孔内同轴装配有轴套，所述第一连接件为销轴，所述金属片材通过贯穿所述销轴安装孔和所述轴套安装孔的销轴定位在所述纤维复材梁结构的一端；

其中，所述轴套两端的外边缘部位形成有与所述第二安装孔的轴向两端的孔边缘部位相抵接的限位件。

优选地，所述金属片材上还开设有第三安装孔，所述第三安装孔分布在所述第一安装孔的外围；所述纤维复材梁结构上对应所述第三安装孔开设有第四安装孔，所述金属片材还通过贯穿所述第三安装孔和所述第四安装孔的第二连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端。

优选地，所述第三安装孔和所述第四安装孔为螺纹紧固件安装孔，所述第二连接件为螺纹紧固件，所述螺纹紧固件的两端的外周面上安装有用于加强所述螺纹紧固件的连接强度的垫片。

优选地，所述臂节还包括另设的金属连接结构，该另设的金属连接结构定位在所述纤维复材梁结构的两端之间的位置上，且以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的铰接部，该铰接部用于铰接驱动元件。

优选地，所述纤维复材梁结构通过纤维缠绕方式整体成型；和/或，所述纤维复材梁结构的两端分别定位有所述金属连接结构。

优选地，所述纤维复材梁结构包括纤维复材层部以及预埋在所述纤维复材层部内的金属连接内衬；所述金属连接结构通过贯穿所述金属连接结构和所述纤维复材梁结构的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的预埋有所述金属连接内衬的位置。

优选地，所述金属连接内衬与所述纤维复材层部的纤维复材层在所述纤维复材梁结构的壁厚方向上交替层叠分布。

优选地，所述纤维复材梁结构还包括金属内层，所述纤维复材层部通过在所述金属内层的外侧缠绕纤维复材形成。

优选地，所述纤维复材梁结构的横截面为矩形，该矩形横截面的其中两相对侧所对应的纤维复材梁结构的侧壁上，纤维敷设角度为第一角度；该矩形横截面的另外两相对侧所对应的纤维复材梁结构的侧壁上，纤维敷设角度为第二角度；其中，所述第一角度小于所述第二角度；所述第一角度的取值范围是0°～45°；所述第二角度的取值范围是45°～90°；所述纤维敷设角度为纤维与所述纤维复材梁结构的纵向之间的夹角。

优选地，所述纤维复材梁结构上还安装有能够定位功能附件的支架。

基于本发明第一方面提供的臂节，本发明第二方面提供一种臂架，所述臂架包括若干个依次串连的臂节，所述臂节为根据本发明第一方面所述的臂节，相邻两个臂节之间通过所述金属连接结构铰接串联。

优选地，所述相邻两个臂节中的其中一者为第一臂节，另一者为第二臂节；所述第一臂节的一端和所述第二臂节的一端均安装有金属连接结构，所述第一臂节的一端的金属连接结构与所述第二臂节的一端的金属连接结构铰接。

优选地，所述第一臂节的一端的金属连接结构上的第一连接件与两连杆中的其中一者铰接，所述第二臂节的一端的金属连接结构上的第一连接件与两连杆中的另一者铰接，所述两连杆彼此铰接，且所述两连杆的铰接端与驱动元件的一端铰接，所述驱动元件用于提供所述驱动力以驱动所述第一臂节和所述第二臂节折叠或展开。

优选地，所述第一臂节或所述第二臂节的两端之间的位置上定位有另设的金属连接结构，该另设的金属连接结构以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的铰接部，该铰接部用于与所述驱动元件的另一端铰接。

基于本发明第二方面提供的臂架，本发明第三方面提供一种机械设备，包括臂架，所述臂架为根据本发明第二方面所述的臂架。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

首先，本发明提供的臂节中，纤维复材梁结构和金属连接结构为两个彼此独立的分体式结构，二者独立成形后再连接在一起，由于纤维复材梁结构为线性延伸的结构，因此，纤维复材梁结构可以通过纤维缠绕方式整体成形，这为纤维复材梁结构的制作方式提供了更多选择，降低了臂节的制造难度；

其次，由于纤维复材梁结构的端部安装有金属连接结构，金属连接结构形成有偏离纤维复材梁结构的纵向的铰接部，因此，金属连接结构可以充当传统臂节的端部弯头，通过金属连接结构的铰接部来实现相邻两个臂节之间的铰接，以金属连接结构代替传统纤维复材端部弯头，有助于降低臂节的制造成本，并且，有助于提高臂节之间连接的力学性能和可靠性；

进一步，金属连接结构通过贯穿金属连接结构和纤维复材梁结构的第一连接件定位在纤维复材梁结构的一端，这种连接方式有助于提高臂节整体结构的稳定性。

本发明能够实现的部分其他有益效果，将在随后的具体实施方式中做进一步地详细说明，部分其他有益效果将在实施本发明的过程中更清楚地体现。

附图说明

图1是传统的折叠式臂架中臂节的其中一实施例的结构示意图；

图2是传统的折叠式臂架中臂节的另一实施例的结构示意图；

图3是传统的折叠式臂架的其中一实施例的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的臂节的主视图；

图5是本发明一实施例提供的臂节的立体结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的臂节的立体结构示意图；

图7是本发明实施例提供的具有部分剖视结构的臂节的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的臂节的横向剖视图；

图9是本发明一实施例提供的金属连接结构的立体结构示意图；

图10是本发明一实施例提供的臂架的结构示意图；

图11是本发明另一实施例提供的臂架在作业时其中一个臂节的受力示意图；

图12是本发明实施例提供的纤维复材梁结构制造方法中金属内层的安装示意图；

图13是本发明实施例提供的纤维复材梁结构制造方法中支架的安装示意图；

图14是本发明实施例提供的纤维复材梁结构制造方法中第二角度纤维复材层的缠绕示意图；

图15是本发明实施例提供的纤维复材梁结构制造方法中第一角度纤维复材层的缠绕示意图；

图16是本发明实施例提供的纤维复材梁结构制造方法中金属连接内衬的安装示意图；

图17是本发明实施例提供的纤维复材梁结构制造方法中金属连接内衬的制孔示意图；

图18是本发明实施例提供的纤维复材梁结构制造方法中轴套的安装示意图；

图19是本发明实施例提供的金属连接内衬的结构示意图；

图20是本发明实施例提供的金属连接结构与纤维复材梁结构的安装立体图；

图21是本发明实施例提供的金属连接结构与纤维复材梁结构的安装剖视图。

附图标记说明

1-纤维复材梁结构；1-1-金属内层；1-2-纤维复材层部；1-3-纤维；1-4-纤维复材层；2-金属连接结构；2-1-铰孔；2-2-第一安装孔；2-3-第三安装孔；2-4-轴套管；3-支架；4-金属连接内衬；4-1-第二安装孔；4-2-第四安装孔；5-第一臂节；6-第二臂节；7-第一连杆；8-第二连杆；9-驱动元件；10-缠绕设备；11-轴套；12-压环；13-垫片；14-螺栓；15-通孔；16-弯头结构；17-连杆机构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所指的上、下、左、右。“内、外”是指相对于部件本身轮廓的内、外。

参阅图3，折叠式臂架包括依次串联的若干个臂节，为了实现折叠式臂架的折叠和展开，参阅图1-图2，相邻两臂节之间，必须至少有一个臂节的一端带有弯头结构16，通常而言，折叠式臂架中的每个臂节的至少一端具有弯头结构16，在弯头结构16上至少开设有两个通孔15，其中一个通孔15用于实现相邻臂节之间的铰接，另一个通孔15用于铰接连杆机构17的一端，连杆机构17的另一端与驱动元件9例如液压油缸的一端相连，另外，为了铰接驱动元件9的另一端，在臂节的两端之间的位置上，通常还开设有另设的通孔15，该通孔15用于铰接驱动元件9的另一端。

如图1-图3所示，弯头结构16通常具有变截面、变厚度、非回转体、曲率半径较小等特点，这导致传统的纤维复材臂节一般必须通过手糊工艺整体成型，制造工艺相对复杂，成本相对较高。

为此，参阅图4-图9，本发明实施例第一方面提供一种臂节，该臂节包括线性延伸的纤维复材梁结构1以及与该纤维复材梁结构1独立形成的金属连接结构2；所述金属连接结构2通过贯穿所述金属连接结构2和所述纤维复材梁结构1的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构1的一端，且以偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的铰接部，所述铰接部用于与另一臂节铰接，以使相邻两臂节能够在驱动力的作用下折叠或展开。

其中，线性延伸的纤维复材梁结构1指的是纤维复材梁结构1的纵向中心线为直线，或者折线，而非具有一定曲率半径的曲线。

本发明实施例提供的折叠式臂架中的臂节包括金属连接结构2和纤维复材梁结构1，通过金属连接结构2替代传统臂节中的端部弯头，由于纤维复材梁结构1和金属连接结构2为独立形成的两个不同的部件，两个分体式部件独立形成后通过后期连接形成纤维复材臂节，因此，可以避免传统纤维复材臂节端部的弯头结构16对纤维复材臂节制造工艺产生的限制，使得纤维复材梁结构1可以单独通过纤维缠绕方式整体成型，为纤维复材梁结构1的制造工艺提供了更多的选择。其中，纤维缠绕方式整体成型的具体工艺步骤将在下文详细描述。

此外，臂节的端部弯头受力复杂，通过金属连接结构2替代现有的端部弯头，由于金属连接结构2为纯金属件，因此，可以提高臂节的端部弯头的连接强度和刚度，提高臂节的整体力学性能。

进一步，金属连接结构2通过贯穿金属连接结构2和纤维复材梁结构1的第一连接件定位在纤维复材梁结构1的一端，保证了金属连接结构2与纤维复材梁结构1之间的连接可靠性。

综上所述，本发明实施例提供的技术方案有助于实现臂节轻量化、性能和成本的最优匹配。

金属连接结构2的结构类型可以有多种，参阅图6和图9，在本发明优选实施例中，金属连接结构2包括金属片材，该金属片材通过贯穿所述金属片材和所述纤维复材梁结构1的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构1的一端，且以偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的所述铰接部，参阅图10，该铰接部用于将所述臂节与另一臂节铰接。

具体地，以图6为例，金属片材的偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的铰接部指的是，金属片材未与所述纤维复材梁结构1在纵向上重合的部分。该部分在纤维复材梁结构1的纵向中心竖直平面上的投影，位于纤维复材梁结构1的纵向中心竖直剖面的外轮廓以外。参阅图9，在金属片材的铰接部上形成有铰孔2-1，可以通过金属片材替代传统纤维复材臂节中的弯头结构16，实现两个纤维复材臂节之间的铰接。

所述金属片材的未偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的部分可以与所述纤维复材梁结构1的外表面相接触，也可以与所述纤维复材梁结构1的外表面彼此间隔开。

参阅图5，在本发明优选实施例中，所述金属片材的未偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的部分为与所述纤维复材梁结构1的外表面相贴合的接触部，所述金属片材通过贯穿所述接触部和所述纤维复材梁结构1的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构1的一端。

具体地，参阅图9，所述金属片材上开设有第一安装孔2-2，参阅图6，该第一安装孔2-2优选为沿着所述纤维复材梁结构1的纵向间隔分布，参阅图17，所述纤维复材梁结构1上对应所述第一安装孔2-2开设有第二安装孔4-1，所述第一安装孔2-2和所述第二安装孔4-1彼此连通，由此，所述金属片材可以通过贯穿所述第一安装孔2-2和所述第二安装孔4-1的所述第一连接件定位在所述纤维复材梁结构1的一端。

优选地，所述第一连接件例如可以为销轴。具体地，所述第一安装孔2-2例如可以为销轴安装孔，所述第二安装孔4-1例如可以包括轴套安装孔，参阅图18，轴套安装孔内同轴装配有轴套，轴套可以过盈装配在轴套安装孔内。为了提高所述轴套的安装稳定性，避免轴套松动脱落，在所述轴套两端的外边缘部位形成有与所述第二安装孔4-1的轴向两端的孔边缘部位相抵接的限位件，由此，可以阻止轴套轴向平移，从而防止轴套从第二安装孔4-1中脱落。

进一步，为了避免第二安装孔4-1的孔边缘部位的纤维复材法向剥离，所述限位件形成为压环12，该压环12紧压纤维复材梁结构1的内外表面，抵接在第二安装孔4-1的轴向两端的外边缘部位。其中，纤维复材的法向指的是垂直于纤维复材的延伸方向的方向。

上述销轴安装孔和轴套安装孔彼此连通，由此，可以通过贯穿销轴安装孔和轴套安装孔的销轴将金属片材定位在纤维复材梁结构1的一端。更具体地，销轴可以过盈装配在销轴安装孔和轴套安装孔中以将金属片材定位在纤维复材梁结构1上。

为了提高金属片材与纤维复材梁结构1之间的连接可靠性，参阅图9，在本发明优选实施例中，所述金属片材上还开设有第三安装孔2-3，所述第三安装孔2-3分布在所述第一安装孔2-2的外围；参阅图17，所述纤维复材梁结构1上对应所述第三安装孔2-3开设有第四安装孔4-2，所述第三安装孔2-3和所述第四安装孔4-2彼此连通，由此，所述金属片材可以通过贯穿所述第三安装孔2-3和所述第四安装孔4-2的第二连接件定位在所述纤维复材梁结构1的一端。

所述第二连接件的具体类型可以有多种，例如铆钉、螺栓14、螺钉等，在本发明优选实施例中，所述第三安装孔2-3和所述第四安装孔4-2为螺纹紧固件安装孔，所述第二连接件为螺纹紧固件，所述螺纹紧固件安装孔例如可以为螺栓安装孔，所述螺纹紧固件例如可以为螺栓14，螺栓14可以过盈装配在螺栓安装孔中。

参阅图21，安装金属连接结构2时，通过穿设在所述第三安装孔2-3和所述第四安装孔4-2中的螺栓14并配合螺母将所述金属连接结构2定位在所述纤维复材梁结构1上。

更具体地，参见图21，螺栓14的头部位于纤维复材梁结构1的外侧，靠近金属连接结构2，螺母则位于纤维复材梁结构1的内侧，靠近纤维复材梁结构1的内侧面。为了提高螺栓14连接部位的可靠性和抗疲劳性能，在螺栓14的头部与金属连接结构2的侧壁之间，以及螺母与纤维复材梁结构1的内侧面之间均安装有垫片13。此外，通过垫片13紧压纤维复材梁结构1，还可以对纤维复材梁结构1的纤维复材进行法向约束，避免通孔15附近的纤维复材法向剥离。其中，纤维复材的法向指的是垂直于纤维复材的延伸方向的方向。

在一优选实施例中，所述纤维复材梁结构1同时通过螺栓14和销轴来实现与金属连接结构2之间的连接固定。参阅图4-图6和图20，金属连接结构2上开设有螺栓安装孔和销轴安装孔，螺栓安装孔分布在销轴安装孔的外围，且销轴安装孔配置为沿着纤维复材梁结构1的纵向间隔分布，由此可以进一步提高金属连接结构2与纤维复材梁结构1之间的连接可靠性。尽管本发明实施例提供的附图中仅显示了螺栓安装孔具有四个，销轴安装孔具有两个，但螺栓安装孔和销轴安装孔的数量可以根据实际情况进行调整，本发明实施例在此不做限定。

可以理解的是，当纤维复材梁结构1仅通过销轴来实现与金属连接结构2之间的连接固定时，金属连接结构2上至少需要开设3个销轴安装孔；其中两个销轴安装孔用于实现金属连接结构2与纤维复材梁结构1之间的定位，另外一个销轴安装孔用于实现金属连接结构2与另一臂节的金属连接结构2的铰接。

当纤维复材梁结构1上同时通过螺栓14和销轴来实现与金属连接结构2之间的连接固定时，金属连接结构2上至少需要开设两个销轴安装孔和一个或多个螺栓安装孔，其中一个销轴安装孔和螺栓安装孔的作用相同，均是为了将金属连接结构2定位在纤维复材梁结构1上，另一个销轴安装孔用于实现金属连接结构2与另一臂节的金属连接结构2的铰接。

当然，金属连接结构2也可以仅通过螺栓安装孔定位在纤维复材梁结构1上。此时，金属连接结构2上可以仅设置一个销轴安装孔，用于实现金属连接结构2与另一臂节的金属连接结构2的铰接即可。

金属连接结构2的选材可以有多种，例如碳钢、合金钢、铝合金或镁合金等，为了增强连接可靠性，优选合金钢。

金属连接结构2包括金属片材，在此需要说明的是，金属片材的形状可以是任意地，并不局限于本发明附图所示出的表面为平面的金属片材。可以理解的是，金属片材的表面还可以为曲面。例如，当纤维复材梁结构1的横截面为圆形或椭圆形时，金属片材可以具有与纤维复材梁结构1的外表面相贴合的曲面。由此，通过使金属片材的表面与纤维复材梁结构1的表面贴合接触，增加了二者之间的接触面积，有利于提高二者之间的连接可靠性。此外，金属片材可以为整体结构，也可以是分体式结构，本发明实施例对此不做限定。

为了提高连接可靠性，金属连接结构2一般可以设置为具有两块相对设置的金属片材，分别为第一金属片材和第二金属片材。参阅图20，安装时，第一金属片材和第二金属片材分别位于纤维复材梁结构1的横向两外侧，优选为与纤维复材梁结构1的外侧面相贴合，并且，所述第一金属片材和所述第二金属片材均以偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的所述铰接部，该铰接部用于铰接另一臂节。

具体地，在第一金属片材的铰接部上形成有第一铰孔，在第二金属片材的铰接部上形成有第二铰孔，第一铰孔和第二铰孔彼此同轴，通过贯穿第一铰孔和第二铰孔的连接部件将相邻两个臂节铰接。

参阅图10，在组成臂架时，为了提高两个金属连接结构2之间的铰接强度，参阅图9，其中一个金属连接结构2的第一铰孔和第二铰孔通过轴套管2-4连通，另一个金属连接结构2的第一铰孔和第二铰孔彼此独立。在铰接两个金属连接结构2时，使设置有轴套管2-4的两个金属片材伸入至另一个金属连接结构2的未设置轴套管2-4的两个金属片材之间，保持两个金属连接结构2的所有铰孔2-1彼此连通，再通过一销轴穿设在铰孔2-1和轴套管2-4中，将两个金属连接结构2铰接在一起。

在本发明附图所示出的实施例中，由于纤维复材梁结构1的横截面为矩形，因此，金属片材可以选择平面板材。两片金属片材分别贴合在纤维复材梁结构1的左右两侧。继续参阅图9，金属片材为大致直角梯形的形状，金属片材的尖端部位形成为倒圆角，铰孔2-1形成在金属片材的靠近倒圆角的位置，并且与倒圆角的圆心同中心。由此可以提高金属连接结构2的力学性能。而第一安装孔2-2和第三安装孔2-3则开设在金属片材的远离倒圆角的位置处。从附图9中可以看出，第一安装孔2-2和第三安装孔2-3形成在金属片材上的与倒圆角相对的一侧。

其中，需要说明的是，直角梯形金属片材的尖端指的是直角梯形的锐角所在的一端，该锐角经过倒角处理，形成为倒圆角形状。

在一些优选实施例中，还可以在直角梯形片材的其他三个拐角处进行小幅度倒角处理，以提高金属片材与其他部件之间的连接性能。

在相邻两个臂节铰接后，为了驱动两个臂节折叠或展开，还需要提供驱动元件9，该驱动元件9用于提供驱动力，以驱动相邻两个臂节中的其中一者相对于另一者转动，从而实现相邻两个臂节之间的折叠和展开。

所述驱动元件9一般可以为液压油缸，在具体安装时，驱动元件9与臂节铰接，参照图1所示，铰接点可以开设在臂节的内侧，也可以如图2所示的开设在臂节的外突起部位上。

本发明优选实施例提供的臂节中，纤维复材梁结构1为线性延伸、厚度均匀、且纵向上的横截面面积大小不变的梁主体结构。为了使这种臂节能够适应铰接点位于臂节的外突起部上的情形。在本发明优选实施例中，所述臂节还包括另设的金属连接结构2，该另设的金属连接结构2定位在所述纤维复材梁结构1的两端之间的位置上，且以偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的铰接部，该铰接部上开设有铰孔2-1，用于铰接驱动元件9，该驱动元件9用于提供驱动臂节转动的驱动力。

所述另设的金属连接结构2与纤维复材梁结构1之间的具体连接方式参照前文所述的臂节端部的金属连接结构2与纤维复材梁结构1之间的连接方式，此处不再赘述。

可以理解的是，驱动元件9还可以直接铰接在纤维复材梁结构1上，此时，只需要在纤维复材梁结构1上沿着纤维复材梁结构1的壁厚方向开设通孔15即可，无需设置另设的金属连接结构2。

在本发明实施例提供的臂节中，纤维复材梁结构1可以为纯纤维复材梁结构1，也可以是同时具有纤维复材和金属材料的复合式的纤维复材梁结构1。

若纤维复材梁结构1采用纯纤维复材梁结构1，则需要直接将纤维复材梁结构1与金属连接结构2连接，在实际作业时，纤维复材梁结构1通过通孔与金属连接结构2相连，在连接通孔处，臂节承受载荷较大，且存在应力集中问题，是臂节的薄弱部分，纤维复材抗压能力较差，耐磨性能低，并且存在各向异性，如果通孔为纯纤维复材，则通孔性能很难满足使用要求，且沿通孔圆周方向性能差异较大，存在连接疲劳寿命低，可靠性不足的问题。

为了解决以上问题，在本发明优选实施例中，所述纤维复材梁结构1为复合式的纤维复材梁结构1，该纤维复材梁结构1包括纤维复材层部1-2、以及预埋在所述纤维复材层部1-2内的金属连接内衬4，所述金属连接结构2通过贯穿所述金属连接结构2和所述纤维复材梁结构1的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构1的预埋有所述金属连接内衬4的位置。

其中，所述纤维复材层部1-2指的是纤维复材梁结构1中的纤维复材部分，纤维复材层部1-2包括多个纤维复材层1-4，多个纤维复材层1-4沿着纤维复材层部1-2的壁厚方向排列。纤维复材梁结构1的主要制造材料为纤维复材，通过纤维复材来制造纤维复材梁结构1，有利于减轻纤维复材梁结构1的重量，从而实现折叠式臂架的轻量化设计。

预埋金属连接内衬4指的是，金属连接内衬4在纤维复材梁结构1制造时埋设在纤维复材层部1-2的两纤维复材层1-4之间，与纤维复材梁结构1形成为一体。

金属连接内衬4为纯金属件，与纤维复材的性能不同，金属件的抗压性能较好，耐磨性能较高，且具有各向同性的优点，如果在纤维复材的通孔内嵌金属件，则可以依靠金属件承担通孔部分载荷，提高通孔耐磨性能，并减小通孔圆周方向性能差异程度，提高抗疲劳性能和连接寿命。

需要说明的是，如果利用纤维复材和金属，共同承担通孔处受到的载荷，则必须对通孔处纤维复材和金属进行匹配。否则，会由于纤维复材和金属的材料特性差异太大，通孔在承载过程中，由于纤维复材和金属变形不协调，在纤维复材和金属胶接界面产生大的应力集中，造成界面开裂失效。

参阅图8、图18和图21，为了解决此技术问题，在本发明优选实施例中，所述金属连接内衬4与所述纤维复材层部1-2的纤维复材层1-4在所述纤维复材梁结构1的壁厚方向上交替层叠分布。即，金属连接内衬4与纤维复材层1-4组成沿着纤维复材梁结构1的厚度方向排列的叠层结构。

叠层结构增加了纤维复材层1-4与金属连接内衬4之间的接触面积，并且使得金属连接内衬4与纤维复材层1-4在通孔轴向上的分布更加均匀，降低通孔轴向方向的应力集中程度。由于通孔处金属连接内衬4承担的载荷最终需要依靠金属连接内衬4与纤维复材层1-4的胶接面，传递给臂节，采用叠层结构，可以将通孔附近金属连接内衬4承担的载荷均匀分布在更多的纤维复材和金属胶接界面上，从而降低纤维复材层1-4和金属连接内衬4胶接界面应力水平，提高纤维复材与金属胶接的可靠性，进而提高通孔承载的可靠性，以及臂节之间的连接可靠性和连接寿命。

为了进一步提高纤维复材梁结构1与金属连接结构2之间的连接可靠性和连接寿命。在本发明优选实施例中，所述金属连接内衬4的层数不少于2，且相邻两层金属连接内衬4之间通过所述纤维复材层1-4间隔开。采用纤维复材层1-4和至少两层金属连接内衬4组成的叠层结构，可以显著增加金属连接内衬4与纤维复材层1-4之间的接触面积，使得通孔处金属连接内衬4承担的载荷均匀分布在更多的纤维复材和金属胶接面上，降低纤维复材层1-4和金属连接内衬4的胶接面处的应力水平，提高纤维复材与金属胶接的可靠性；并使纤维复材和金属材料沿通孔的轴向更加均匀地分布，提高通孔轴向受力均匀性，降低通孔轴向应力集中程度，进而更加均匀地将纤维复材梁结构1承受的载荷传递给金属连接结构2，提高纤维复材梁结构1和金属连接结构2之间的连接可靠性和连接寿命。

在图8示出的实施例中，纤维复材梁结构1的左、右侧壁在厚度方向上分别具有两层金属连接内衬4，三层纤维复材层1-4。金属连接内衬4和纤维复材层1-4交替分布，呈层叠结构。可以理解的是，金属连接内衬4还可以是两层以上的数量。

在具体实施时，金属连接内衬4的材质可以有多种，例如碳钢、合金钢、铝合金、镁合金或钛合金等，一般优选铝合金。金属连接内衬4的规格，尺寸等参数，可以根据不同工程机械的臂架规格来设定。参阅图19，在本发明实施例中，金属连接内衬4为大致矩形。

为了将纤维复材梁结构1与外部的金属连接结构2相连接，所述纤维复材梁结构1的埋设有所述金属连接内衬4的位置沿着所述纤维复材梁结构1的壁厚方向开设有第二安装孔4-1。金属连接结构2上设有能够与该第二安装孔4-1相连通的第一安装孔2-2，通过贯穿该第二安装孔4-1和第一安装孔2-2的销轴、螺栓14或铆钉等连接件可以将金属连接结构2定位在纤维复材梁结构1上。

参阅图20，在一具体实施例中，开设在纤维复材梁结构1上的第二安装孔4-1包括轴套安装孔；参阅图21，所述轴套安装孔内同轴装配有轴套，所述轴套的两端外边缘部位分别设有与所述纤维复材梁结构1的侧壁的内外两侧相对应抵接，以限制所述轴套的轴向位移的压环12。

在定位金属连接结构2时，金属连接结构2上的销轴安装孔与轴套连通，可以通过销轴过盈装配至轴套和金属连接结构2的销轴安装孔中，从而将金属连接结构2定位在纤维复材梁结构1上。销轴连接方式可以承担纤维复材梁结构1的自重、负载等所产生的重力方向的弯矩。销轴安装孔在金属连接结构2上具有多种设置方式，在本发明优选实施例中，所述销轴安装孔配置为用于沿着所述纤维复材梁结构1的纵向间隔分布。即，当金属连接结构2定位在纤维复材梁结构1上时，销轴安装孔沿着所述纤维复材梁结构1的纵向间隔分布，与之对应的是，纤维复材梁结构1上的轴套安装孔也沿着纤维复材梁结构1的纵向间隔分布。

继续参阅图18，压环12紧压层叠结构，在限制轴套轴向位移的同时，还可以提高层叠结构的结构稳定性和力学性能。尤其是，两端压环12的紧固作用可以防止纤维复材梁结构1的通孔附近的纤维复材法向剥离。其中，纤维复材的法向指的是垂直于纤维复材的延伸方向的方向。

螺栓安装孔作为另一种定位方式，其可以独立使用，也可以和轴套安装孔配合作用。为了能够更加可靠地定位金属连接结构2，可以在纤维复材梁结构1上同时开设轴套安装孔和螺栓安装孔，使螺栓安装孔分布在轴套安装孔的外围，由此可以更加可靠地定位金属连接结构2。所述螺栓安装孔用于安装螺栓14，螺栓14连接纤维复材梁结构1和金属连接结构2，主要承担纤维复材梁结构1的回转、风载等所产生的非重力方向的侧向载荷；此外，通过螺栓14的预紧力，对纤维复材梁结构1的侧板上的纤维复材施加横向约束，可以防止纤维复材梁结构1上的纤维复材分层。

在附图20所示出的实施例中，纤维复材梁结构1上开设有两个轴套安装孔，四个螺栓安装孔，金属连接内衬4采用大致矩形金属件，矩形金属件的四个角的位置以圆弧过度，螺栓安装孔开设在金属连接内衬4的靠近四个角的位置，两个轴套安装孔开设在金属连接内衬4的纵向中部，且彼此间隔开。

上述纤维复材梁结构1由于采用纤维复材制作，因此有助于实现纤维复材梁结构1的轻量化设计，但纤维复材的成本比较高。为此，本发明优选实施例中，所述纤维复材梁结构1还包括金属内层1-1，参阅图8和图18，所述纤维复材层1-4敷设在所述金属内层1-1外。通过使用金属内层1-1作为纤维复材梁结构1的基本结构框架，在此基础上敷设纤维复材层1-4，可以在提高纤维复材梁结构1力学性能的同时，减少纤维复材的用料，从而降低纤维复材梁结构1的制作成本，实现纤维复材梁结构1的轻量化、性能和成本的最优匹配。

在具体实施时，所述金属内层1-1例如可以为薄壁中空结构或其他夹层结构，例如蜂窝夹层结构。金属内层1-1的材质例如可以为碳钢、合金钢、铝合金或镁合金等，一般优选铝合金。金属内层1-1的横截面可以为矩形、圆形、椭圆形或其他形状，金属内层1-1的横截面尺寸等参数，可以根据不同工程机械设备的臂架要求来设计，本发明实施例在此不作具体限定。

纤维复材层部1-2的纤维复材层1-4在金属内层1-1上敷设，敷设的方式可以有多种，例如缠绕或直接铺设。在本发明优选实施例中，通过在金属内层1-1的外周按照一定的角度缠绕纤维复材形成纤维复材层部1-2。缠绕敷设的方式有利于提高纤维复材梁结构1的生产效率、降低纤维复材梁结构1的生产成本。

如图11所示，本申请的发明人在研究中发现，对于横截面形状为多边形的折叠式臂架而言，折叠式臂架在作业过程中，纤维复材梁结构1主要承担臂架自重及负载产生的弯矩和扭矩，且每个侧面的受力状态不同。以纤维复材梁结构1的横截面为矩形为例，在作业过程中，纤维复材梁结构1的上、下两个侧面主要承受拉伸和压缩载荷，左、右两个面主要承受剪切载荷。图11右侧示出的是通过有限元分析方法得出的典型钢质臂节的受力情况。其中，图11中的左侧附图为处于作业状态的折叠式臂架的结构示意图，右侧附图为左侧附图所示出的折叠式臂架中的臂节，在某一作业时刻的受力示意图。从右侧附图中可以看出，臂节的不同部位显示出不同的灰度，不同的灰度代表了不同的受力大小，灰度越深，受力越大。通过受力分析可以得出，纤维复材梁结构1主要承担弯矩和扭矩，在臂节连接部位分别存在沿臂节轴向和垂直于臂节轴向的载荷，且随着臂节姿态的不断变化，载荷方向、大小也不断变化。

为了适应纤维复材梁结构1在不同侧面的受力情况，以提高纤维复材梁结构1的力学性能和使用寿命。本发明优选实施例中，参阅图14，在纤维复材梁结构1的上、下两个面上敷设的纤维角度为第一角度α1；参阅图15，而在纤维复材梁结构1的左、右两个面上敷设的纤维角度为第二角度α2。其中，纤维角度指示纤维1-3与纤维复材梁结构1的纵向之间的夹角。

其中，第一角度α1小于第二角度α2。本申请的发明人在研究中发现，纤维1-3敷设的第一角度α1选择为0°≤α1＜45°，第二角度α2选择为45°≤α2≤90°时，可以更好地提升纤维复材梁结构1的力学性能和使用寿命。更优选地，第一角度α1为0°，第二角度α2为45°时，效果最佳。

上述纤维复材层1-4的纤维1-3可以有多种，例如碳纤维、玻璃纤维以及芳纶纤维等，优选碳纤维。纤维1-3浸泡树脂后按照一定的厚度和层数铺设形成纤维复材层1-4，多层纤维复材层1-4共同组成纤维复材层部1-2。其中，树脂的种类可以有多种，例如环氧树脂、不饱和树脂以及酚醛树脂等，优选环氧树脂。

需要说明的是，上述纤维复材梁结构1的上、下两个侧面指的是纤维复材梁结构1在作业过程中处于水平状态时，沿水平方向的两个侧面；纤维复材梁结构1的左、右两个侧面指的是纤维复材梁结构1在作业过程中处于水平状态时，沿竖直方向的两个侧面。

如图8、图18和图21所示，纤维复材梁结构1的金属连接内衬4通常埋设在纤维复材梁结构1的左、右两个侧壁内。尽管金属连接内衬4可以为埋设在纤维复材梁结构1的侧壁上的一整块纯金属件，但为了实现纤维复材梁结构1的轻量化设计，本发明优选实施例中，金属连接内衬4仅设置在纤维复材梁结构1的需要安装金属连接结构2的位置上。

如图7、图16和图17所示，金属连接内衬4可以在纤维复材梁结构1的纵向上间隔分布。这是因为，对于一般的折叠式臂架而言，臂架通常包括两节以上的臂节，对于处于两端的臂节而言，其纤维复材梁结构1可能只需要一端安装金属连接结构2，此时，只需要在纤维复材梁结构1的一端侧壁埋设金属连接内衬4即可。但是对于中间的臂节而言，由于臂节的纵向两端均需要与其他臂节相连，因此，需要在这种臂节的纤维复材梁结构1的纵向两端侧壁分别埋设金属连接内衬4。此外，为了安装用于驱动臂架折叠的驱动元件9，还可以在臂节两端之间的位置上预埋金属连接内衬4，以此提高臂架的结构紧凑性。

参阅图13，本发明实施例提供的上述纤维复材梁结构1可以广泛应用于各类具有折叠式臂架的工程机械设备中。例如混凝土泵车，消防车等，对于这类工程机械设备，除了需要安装折叠式臂架至外，还需要在臂架上安装各种功能附件，例如混凝土泵车中用于输送混凝土的管路等，消防车中用于输水的水管等。为了能够安装固定这些功能附件，在本发明优选实施例中，所述纤维复材梁结构1上还安装固定有支架3，为了保证支架3的结构强度，该支架3一般选用金属支架3。金属支架3例如可以包括固定在纤维复材梁结构1内的支杆，以及形成在支杆外端的开口朝外的半圆形固定架，半圆形固定架的两端形成有分别沿着半圆形固定架的径向两侧向外延伸的连接部，用于连接另一半圆形固定架。

安装管路时，可以将管路支撑于半圆形固定架中，并通过另一半圆形固定架与金属支架3的半圆形固定架扣合固定，从而沿着管路的外表面圆周方向将管路定位在金属支架3上。

参阅图10和图11，基于本发明实施例提供的上述臂节，本发明实施例第二方面提供一种臂架，该臂架包括依次串接的若干个臂节，该臂节为根据本发明实施例第一方面所述的臂节。

为了便于描述，将相邻两个臂节中的其中一个臂节定义为第一臂节5，另一个臂节定义为第二臂节6，第一臂节5通过其端部设置的金属连接结构2与第二臂节6的端部的金属连接结构2铰接。具体地，每个金属连接结构2上均设置有铰孔2-1，安装时，保持第一臂节5上的金属连接结构2的铰孔2-1与第二臂节6上的金属连接结构2的铰孔2-1连通，再通过贯穿铰孔2-1的连接部件例如销轴将两个金属连接结构2彼此铰接。

此外，为了驱动臂架折叠，通常还设置有驱动元件9，驱动元件9的设置方式可以有多种，例如直接通过驱动元件9连接并驱动其中一个臂节以两个金属连接结构2的铰接点为支点，相对于另一个臂节转动。

在本发明实施例中，所述第一臂节5的所述一端的金属连接结构2与所述第二臂节6的所述一端的金属连接结构2通过两连杆彼此铰接，该两连杆还与驱动元件9铰接，通过两连杆传递驱动元件9提供的驱动力，以驱动相邻两臂节折叠或展开。具体地，所述第一臂节5的所述一端的金属连接结构2与第一连杆7铰接，所述第二臂节6的所述一端的金属连接结构2与第二连杆8铰接，并且第一连杆7和第二连杆8彼此铰接，在第一连杆7和第二连杆8的铰接端还铰接有驱动元件9，该驱动元件9例如可以为油缸。通过驱动元件9驱动第一连杆7和第二连杆8转动，实现两个臂节之间的相对转动，从而控制臂架的折叠动作。

在作业时，臂节承受的弯矩和扭矩主要由纤维复材梁结构1承担，纤维复材梁结构1将承担的载荷通过金属连接内衬4、销轴等连接件传递给金属连接结构2，并进一步传递给连杆和相邻的臂节。

连杆可以铰接在金属连接结构2的任意合适的位置，为了便于安装、简化结构并提高连接强度，所述第一连杆7的一端，与贯穿第一臂节5端部的金属片材的第一安装孔2-2的第一连接件，例如销轴铰接；所述第二连杆8的一端，与贯穿第二臂节6端部的金属片材的第一安装孔2-2的第一连接件，例如销轴铰接。第一连杆7的另一端和第二连杆8的另一端彼此铰接。

需要说明的是，由于连杆的铰接位置应当满足使得驱动元件9能够驱动相邻两臂节折叠或展开。因此，当连杆与第一连接件铰接时，所述金属片材上用于贯穿所述第一连接件的第一安装孔2-2在所述纤维复材梁结构1的纵向中心面上的投影，相对于该金属片材的铰接部上的用于铰接另一臂节的铰孔在所述纤维复材梁结构1的所述纵向中心面上的投影，更远离所述纤维复材梁结构的所述一端的端面。其中，所述纤维复材梁结构1的纵向中心面指的是纤维复材梁结构1的纵向中心线所在的平面。换言之，所述第一安装孔2-2的中心在纤维复材梁结构1的纵向中心线上的第一投影会偏离所述铰孔的中心在纤维复材梁结构1的纵向中心线上的第二投影，并且，第一投影相对于第二投影更远离纤维复材梁结构1的相应端面。

可以理解的是，当第一连杆7或第二连杆8与第一连接件铰接时，用于穿设第一连接件的通孔内同时存在连接金属连接结构2与纤维复材梁结构1的轴套，以及连接连杆与臂节的销轴；此时，轴套承受金属连接结构2与纤维复材梁结构1之间的剪切作用，销轴承受臂节与连杆之间的剪切作用，即在此通孔部位，存在“双剪切作用”。

当第一连杆7或第二连杆8连接在臂节的其他位置时，在穿设第一连接件的通孔部位，不存在同时承受金属连接结构2与纤维复材梁结构1之间以及臂节与连杆之间的“双剪切作用”。

在本发明优选实施例中，由于在纤维复材梁结构1的左右两侧均安装有金属片材，因此，第一臂节5和第二臂节6之间一共设置有四个连杆，这四个连杆的其中一端通过同一销轴铰接，并且与驱动元件9铰接，通过驱动元件9驱动四连杆机构运动，从而实现臂架的运动。

驱动元件9可以安装在任何适当的位置，例如臂节以外的其他安装固定件上。在本发明优选实施例中，为了简化臂架的结构，在第一臂节5或第二臂节6的两端之间的位置上还安装有另设的金属连接结构2，该金属连接结构2与臂节两端的金属连接结构2基本相同。该金属连接结构2包括定位在纤维复材梁结构1左、右两侧的金属片材，两个金属片材均以偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构1的纵向的铰接部，铰接部上形成有铰孔2-1，两个金属片材的铰孔2-1通过轴套管2-4连通，同时，驱动元件9的一端与轴套管2-4铰接，另一端与四个连杆的公共铰接端铰接。

基于本发明实施例第二方面提供的臂架，本发明实施例第三方面提供一种机械设备，该机械设备包括臂架，该臂架为根据本发明实施例第二方面提供的臂架。所述机械设备例如可以为消防车、混凝土泵车、挖掘机等。

参阅图12-图21，本发明实施例第四方面提供一种纤维复材梁结构1的制造方法，该方法包括：

步骤1，参阅图14-图15，敷设纤维复材层部1-2的纤维复材层1-4；敷设方式可以有多种，例如直接铺设或者缠绕等，为了提高纤维复材梁结构1的生产效率，降低制造成本，在本发明优选实施例中，通过缠绕方式来敷设纤维复材层1-4；

步骤2，参阅图16，将金属连接内衬45安装在敷设的纤维复材层1-4的预定安装位置；具体地，对于不同的臂节，设置有不同的预定安装位置，有些臂节只需要在一端侧壁安装金属连接内衬4即可，而有些臂节则可能需要在两端侧壁和两端之间的侧壁上均安装金属连接内衬4，具体安装时，一般只需要将金属连接内衬4的一面与纤维复材层1-4的外表面贴合即可；

步骤3，在金属连接内衬4的背向纤维复材层1-4的另一侧缠绕纤维复材层部1-2的另一纤维复材层1-4，敷设完成后，金属连接内衬4将被夹持在两层纤维复材层1-4之间。

为了使金属连接内衬4能够更加均匀地将纤维复材梁结构1所承受的载荷传递给金属连接结构2，减小金属连接内衬4与纤维复材层部1-2的纤维复材层1-4之间的应力集中，提高连接寿命和可靠性。本发明优选实施例中，在纤维复材梁结构1的侧壁的厚度方向上预埋多层金属连接内衬4。

为了实现上述目的，在本发明实施例提供的上述步骤3之后还包括：循环执行步骤2-步骤3，以使得纤维复材层1-4和金属连接内衬4在纤维复材梁结构1侧壁的厚度方向上交替层叠分布，并使得金属连接内衬4的埋设层数达到预定的层数，一般至少为两层。

上述纤维复材层部1-2的纤维复材层1-4一般通过纤维1-3浸泡树脂后铺设或缠绕而成。因此，在按照预定的层数敷设完金属连接内衬4和纤维复材层1-4后，还需要对纤维复材梁结构1进行固化处理。具体地，可以将纤维复材梁结构11放入固化炉中加热固化，例如微波、红外线等方式固化。

参阅图15，为了定位金属连接结构2，在纤维复材梁结构1固化完成之后，需要在纤维复材梁结构1的安装有金属连接内衬4的侧壁上开设纤维复材梁结构1通孔15。例如，将纤维复材梁结构1安装在机床上，按照设计要求加工轴套安装孔和/或螺栓安装孔。

参阅图18，加工完轴套安装孔之后，在轴套安装孔中装配轴套，例如过盈装配轴套，轴套的两端通过压环12紧压纤维复材梁结构1的侧壁两侧，可以对纤维复材梁结构1的纤维复材施加横向约束，避免纤维复材层1-4和金属连接内衬4分层。

在本发明一优选实施例中，为了方便纤维复材梁结构1的安装制作，也为了降低纤维复材梁结构1的制造成本，参阅图12，在上述步骤1之前还包括：步骤A，安装固定金属内层1-1；并且，所述步骤1包括：在金属内层1-1的外表面上缠绕纤维复材层1-4。

参阅图14-图15，具体地，金属内层1-1可以固定安装在缠绕设备10的工装夹具上，缠绕纤维1-3时，将纤维1-3的一头固定在金属连接内衬4的一端，通过缠绕设备10控制好纤维1-3敷设角度，然后工装夹具带动金属内层1-1旋转，同时缠绕设备10的绕丝头带着纤维1-3沿着平行于金属内层1-1轴向的方向由一侧向另一侧运动，再控制绕丝头反向运动到初始位置，如此往复，即可以实现纤维复材层1-4在金属内层1-1上的缠绕敷设。

通过上述缠绕方式一般可以容易得实现纤维复材层1-4在纤维复材梁结构1上以同一角度的缠绕。然而，对于横截面为多边形的纤维复材梁结构1而言，由于不同侧面的受力情况不同，为了使得纤维复材层1-4的纤维1-3敷设角度与受力情况相适应，可以在不同的侧面上敷设不同角度的纤维复材层1-4。

例如，对于横截面为矩形的纤维复材梁结构1而言，可以在上下两个侧面上敷设第一角度α1的纤维复材层1-4，在左右两个侧面上敷设第二角度α2的纤维复材层1-4。这种情况需要改变缠绕设备10的设定程序，使得当金属内层1-1旋转至纤维1-3在上下两个侧面上敷设时按照第一角度α1排列，而当金属内层1-1旋转至纤维1-3在左右两个侧面敷设时按照第二角度α2排列。为了满足纤维1-3在不同侧面缠绕敷设时的定位问题，可以考虑在纤维复材梁结构1的不同侧壁上按照期望的纤维1-3敷设角度设置定位节点，通过定位节点来定位纤维1-3，实现纤维复材梁结构1上不同侧壁上的不同角度的纤维1-3敷设。

此外，如果不考虑改变缠绕设备10的设定程序，可以在绕丝头以纤维敷设角度为第一角度α1的方式、沿金属内层1-1的轴向往复运动一次后，在纤维复材梁结构1的左右两个侧面上单独铺设一层或多层第二角度α2的纤维复材；然后控制绕丝头以纤维敷设角度为第二角度α2的方式、沿金属内层1-1的轴向往复运动一次，再在纤维复材梁结构1的上下两个侧面上单独铺设一层或多层第一角度α1的纤维复材。如此往复，可以在不改变缠绕设备10的设定程序的情况下，使得纤维复材梁结构1的上下两个侧面上的纤维复材层1-4的纤维敷设角度以第一角度α1为主，而左右两个侧面上的纤维敷设角度以第二角度α2为主。同一侧面上第一角度α1的纤维复材的层数与第二角度α2的纤维复材的层数的比例可以根据需要调整，本发明实施例对此不作限定。

纤维敷设角度的具体取值范围参照本发明实施例第一方面提供的臂节，此处不再赘述。

此外，为了使得纤维复材梁结构1能够应用于不同工程机械设备的折叠式臂架中，参阅图16，所述步骤A和步骤1之间还包括步骤B：在金属内层1-1的预定位置安装固定支架3，例如金属支架3。支架3可以通过焊接方式与金属内层1-1连接，也可以通过其他连接方式，例如螺纹连接，固定在金属内层1-1上。

支架3的结构和作用参见本发明实施例前文所述，此处不再赘述。此外，为了解决支架3对纤维1-3缠绕产生的干扰。通常仅将支架3的支杆部分固定在金属内层1-1上，待纤维1-3缠绕完成之后，再将半圆形固定架焊接在支杆的外端。

在纤维复材梁结构1制作完成后，可以利用纤维复材梁结构1制造臂节，为了制成臂节，还需要加工金属连接结构2，金属连接结构2一般利用金属板材，通过下料、机加工和焊接等方式制作而成。

然后，将纤维复材梁结构1与金属连接结构2安装固定。具体地，可以使用工装夹具，将纤维复材梁结构1的轴套安装孔与金属连接结构2的销轴安装孔对齐，穿入销轴，孔和销轴采用过盈配合。

将纤维复材梁结构1的螺栓安装孔和金属连接结构2的螺栓安装孔对齐，插入螺栓14，螺栓14两端安装垫片13，将纤维复材梁结构1与金属连接结构2压紧，并在螺栓14的另一端拧入螺母，实现二者之间的连接固定，并由此可以传递纤维复材梁结构1上的侧向载荷。

由此可以将金属连接结构2定位在纤维复材梁结构1上。

在完成上述臂节的制造步骤之后，用销轴将若干个臂节通过臂节端部的金属连接结构2彼此铰接，串联形成臂架，通过相邻金属连接结构2之间的连接作用，实现臂节之间的弯矩传递。

在臂节端部的金属连接结构2的第一安装孔2-2的销轴上铰接连杆，相邻两个金属连接结构2上的连杆对称安装。两个金属连接结构2的连杆的另一端彼此铰接，并与驱动元件9的一端铰接，驱动元件9的另一端铰接在另一金属连接结构2上。

通过两个金属连接结构2之间的铰接相连，以及连杆铰接的双连接方式，可以实现臂节与臂节之间，臂节与驱动元件9之间的可靠连接。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种臂节，其特征在于，所述臂节包括线性延伸的纤维复材梁结构以及金属连接结构，所述金属连接结构和所述纤维复材梁结构彼此独立形成；所述金属连接结构通过贯穿所述金属连接结构和所述纤维复材梁结构的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端，且以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的铰接部，所述铰接部用于与另一臂节铰接，以使相邻两臂节能够在驱动力的作用下折叠或展开；其中，所述纤维复材梁结构包括纤维复材层部和金属内层，所述纤维复材层部通过在所述金属内层的外侧缠绕纤维复材形成。

2.根据权利要求1所述的臂节，其特征在于，所述金属连接结构包括金属片材，所述金属片材通过贯穿所述金属片材和所述纤维复材梁结构的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端，且以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的所述铰接部。

3.根据权利要求2所述的臂节，其特征在于，所述金属片材包括分别定位在所述纤维复材梁结构的一端的横向两外侧且彼此相对的第一金属片材和第二金属片材；所述第一金属片材和所述第二金属片材均以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的所述铰接部。

4.根据权利要求3所述的臂节，其特征在于，所述第一金属片材的铰接部上形成有第一铰孔，所述第二金属片材的铰接部上形成有第二铰孔，所述第一金属片材和所述第二金属片材能够通过贯穿所述第一铰孔和所述第二铰孔的连接部件与所述另一臂节铰接。

5.根据权利要求2所述的臂节，其特征在于，所述金属片材的未偏离所述纤维复材梁结构的纵向的部分为与所述纤维复材梁结构的外表面相贴合的接触部，所述金属片材通过贯穿所述接触部和所述纤维复材梁结构的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端。

6.根据权利要求5所述的臂节，其特征在于，所述第一连接件还用于铰接连杆，该连杆用于在所述驱动力的作用下带动臂节转动，以使相邻两臂节折叠或展开；

所述金属片材上用于贯穿所述第一连接件的第一安装孔在所述纤维复材梁结构的纵向中心面上的投影，相对于该金属片材的铰接部上的用于铰接另一臂节的铰孔在所述纤维复材梁结构的所述纵向中心面上的投影，更远离所述纤维复材梁结构的所述一端的端面。

7.根据权利要求5所述的臂节，其特征在于，所述金属片材上开设有第一安装孔，所述纤维复材梁结构上对应所述第一安装孔开设有第二安装孔，所述金属片材通过贯穿所述第一安装孔和所述第二安装孔的所述第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端。

8.根据权利要求7所述的臂节，其特征在于，所述第一安装孔为销轴安装孔，所述第二安装孔为轴套安装孔，所述轴套安装孔内同轴装配有轴套，所述第一连接件为销轴，所述金属片材通过贯穿所述销轴安装孔和所述轴套安装孔的销轴定位在所述纤维复材梁结构的一端；

其中，所述轴套两端的外边缘部位形成有与所述第二安装孔的轴向两端的孔边缘部位相抵接的限位件。

9.根据权利要求7所述的臂节，其特征在于，所述金属片材上还开设有第三安装孔，所述第三安装孔分布在所述第一安装孔的外围；所述纤维复材梁结构上对应所述第三安装孔开设有第四安装孔，所述金属片材还通过贯穿所述第三安装孔和所述第四安装孔的第二连接件定位在所述纤维复材梁结构的一端。

10.根据权利要求9所述的臂节，其特征在于，所述第三安装孔和所述第四安装孔为螺纹紧固件安装孔，所述第二连接件为螺纹紧固件，所述螺纹紧固件的两端的外周面上安装有用于加强所述螺纹紧固件的连接强度的垫片。

11.根据权利要求1所述的臂节，其特征在于，所述臂节还包括另设的金属连接结构，该另设的金属连接结构定位在所述纤维复材梁结构的两端之间的位置上，且以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的铰接部，该铰接部用于铰接驱动元件。

12.根据权利要求1所述的臂节，其特征在于，所述纤维复材梁结构通过纤维缠绕方式整体成型；和/或，所述纤维复材梁结构的两端分别定位有所述金属连接结构。

13.根据权利要求1所述的臂节，其特征在于，所述纤维复材梁结构还包括预埋在所述纤维复材层部内的金属连接内衬；所述金属连接结构通过贯穿所述金属连接结构和所述纤维复材梁结构的第一连接件定位在所述纤维复材梁结构的预埋有所述金属连接内衬的位置。

14.根据权利要求13所述的臂节，其特征在于，所述金属连接内衬与所述纤维复材层部的纤维复材层在所述纤维复材梁结构的壁厚方向上交替层叠分布。

15.根据权利要求1所述的臂节，其特征在于，所述纤维复材梁结构的横截面为矩形，该矩形横截面的其中两相对侧所对应的纤维复材梁结构的侧壁上，纤维敷设角度为第一角度；该矩形横截面的另外两相对侧所对应的纤维复材梁结构的侧壁上，纤维敷设角度为第二角度；其中，所述第一角度小于所述第二角度，所述第一角度的取值范围是0°～45°；所述第二角度的取值范围是45°～90°；所述纤维敷设角度为纤维与所述纤维复材梁结构的纵向之间的夹角。

16.根据权利要求1所述的臂节，其特征在于，所述纤维复材梁结构上还安装有能够定位功能附件的支架。

17.一种臂架，其特征在于，所述臂架包括若干个依次串连的臂节，所述臂节为根据权利要求1-16中任意一项所述的臂节，相邻两个臂节之间通过所述金属连接结构铰接串联。

18.根据权利要求17所述的臂架，其特征在于，所述相邻两个臂节中的其中一者为第一臂节，另一者为第二臂节；所述第一臂节的一端和所述第二臂节的一端均安装有金属连接结构，所述第一臂节的一端的金属连接结构与所述第二臂节的一端的金属连接结构铰接。

19.根据权利要求18所述的臂架，其特征在于，所述第一臂节的一端的金属连接结构上的第一连接件与两连杆中的其中一者铰接，所述第二臂节的一端的金属连接结构上的第一连接件与两连杆中的另一者铰接，所述两连杆彼此铰接，且所述两连杆的铰接端与驱动元件的一端铰接，所述驱动元件用于提供所述驱动力以驱动所述第一臂节和所述第二臂节折叠或展开。

20.根据权利要求19所述的臂架，其特征在于，所述第一臂节或所述第二臂节的两端之间的位置上定位有另设的金属连接结构，该另设的金属连接结构以偏离所述纤维复材梁结构的纵向的方向向外延伸，从而形成偏离所述纤维复材梁结构的纵向的铰接部，该铰接部用于与所述驱动元件的另一端铰接。

21.一种机械设备，包括臂架，其特征在于，所述臂架为根据权利要求17-20中任意一项所述的臂架。

Images