CN201100286Y - 三维编织复合材料多向杯状接头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维编织复合材料多向杯状接头，由接头本体(1)、内盘垫(2)、后端盖(3)组成；接头本体(1)包括支管(11)、主管(13)和封闭的前端面(14)；内盘垫(2)衬于前端面(14)的内壁；后端盖(3)位于主管(13)后端面位置，对主管(13)开敞的后端面形成支撑。本实用新型提供了一种大承载、轻质的，主要承载方向具有合理连接界面的复合材料多向杯状接头。

Description

三维编织复合材料多向杯状接头

技术领域

本实用新型涉及航天器桁架结构连接技术领域，特别是一种三维编织复合材料多向杯状接头。

背景技术

航天结构接头材料一般采用复合材料或轻质金属比如铝合金、钛合金等。复合材料接头一般采用铺层-模压技术制造，由于层间强度差，不能承受较大的载荷。金属接头的成型可使用机加、铸造、焊接等工艺。机械加工的各种回转、往复的去料方式以及刀具的尺寸限制导致了各种去料死角的形成，不能保证接头的轻质要求，为保证接头的空间几何精度，还需要使用昂贵的数控机床和复杂的工艺装备。铸造接头中铸造气孔、夹杂等缺陷使得零件工艺质量难以控制，设计中需要增加安全系数，结果同样使重量增加。焊接获得的接头连接精度低，材料的限制及焊接热的影响也会导致接头强度较低。

三维编织复合材料是20世纪80年代为满足航天、航空等领域飞行器研制需要而发展起来的一种新型高性能复合材料。由于采用了三维整体织物作为增强体，在厚度方向上获得了增强，克服了传统层合复合材料易分层破坏的缺点，具有优异的力学性能，为复合材料应用于主承力接头提供了广阔的前景。

目前，国内外研究或使用的卫星桁架结构接头如附图1所示。为保证各向杆件的连接界面，中间部位为一个编织球壳。该种接头获得了近似于铝合金强度的使用效果，但其只能四向正交，每个方向的连接尺寸大小近似或相同；而且因为成型的需要，其内部需使用填充物，为使零件不至于增重过大，接头尺寸必须得有所限制，因此该种接头不能承受太大载荷；同时，在主要载荷方向不能提供合适的连接界面。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：提供一种用于航天器桁架结构的，大承载、轻质的，主要承载方向能提供合理连接界面的复合材料多向杯状接头。

本实用新型的技术方案是：三维编织复合材料多向杯状接头，由接头本体、内盘垫、后端盖组成，接头本体包括支管、主管和封闭的前端面；内盘垫衬于前端面的内壁；后端盖位于主管后端位置，对主管开敞的后端面形成支撑。

接头本体的主管圆柱侧面向外倾斜从而形成圆台侧面，倾斜角度小于等于90°，90°时主管整个侧面与前端面形成一体平面。

支管轴线与主管侧壁母线的夹角在30°～150°。

本实用新型的原理是：接头本体采用高强度纤维三维编织预制件，然后采用简称RTM(树脂转移模塑—Resin Transfer Molding)成形，由主管、前端面、支管组成。主管为短粗圆管，主管柱面作为多向连接支管的生成界面，由于采用三维编织工艺，支管纤维与主管纤维连续，能够承受较大的载荷。

在保证主管内部向外开敞的情况下，柱面侧面需要时也可向外倾斜，形成圆台侧面，倾斜角度小于等于90°，由此支管的连接方向可以更加灵活，支管轴线与侧壁母线的夹角加上圆台侧面倾斜角获得了支管轴线与主管轴线的夹角，在倾斜角度0°时，轴线夹角最小30°，倾斜角度90°时，轴线夹角最大180°。

支管的数量可以根据连接方向的多少调整。各支管轴线尽量交于一点，该点与主管轴线重合以保证载荷传递过程中不产生附加弯矩。

主管封闭的前端面提供了一个构件的连接法兰，其上可以根据需要钻取螺钉连接孔，由于编织复合材料对钻孔不敏感，所以前端面上开螺钉连接孔对接头强度影响不大。因为结构多余及工艺的方便，主管封闭的端面中心可以开孔。

主管内壁衬垫金属圆盘，连接螺钉传递的集中载荷可以较均匀分散到整个法兰面。此金属盘垫外周与主管柱面内壁保持一定距离，消除热膨胀不均匀带来可能几何干涉的影响。

由于主管后端面开敞，支管传递的载荷作用在外壁形成悬臂受力形式，因此主管接近后端位置粘接一个编织后端盖，对开敞的后端面形成支撑，后端盖与接头本体的主管和前端面构成一个较为封闭的圆柱(或圆台)形盒子，可以承受较大的载荷。

本体构形的开敞及支管连接保证了RTM模具加压成型的可行性。相对于前述的封闭球形编织接头，成型芯模可以拔出，因此接头内部没有难以去除的填充物。

由于使用了注胶模具成型，成型下来的本体不需加工，其模具加工精度直接就保证了本体的几何精度，另外，整个零件本体可以得到良好的表面质量，为各支管与其对应杆件的胶接提供便利。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：该方案设计的接头重量轻、强度高、连接方式多样、几何精度高、工艺性好。

附图说明

图1为复合材料编织四向球状接头的示意图；

图2为本实用新型三维编织复合材料多向杯状接头的三维效果图；

图3为本实用新型的接头本体1的主视图；

图4为本实用新型的接头本体1的侧视图；

图5为本实用新型的内盘垫2的主视图；

图6为本实用新型的内盘垫2的A-A剖视图；

图7为本实用新型的后端盖3的主视图；

图8为本实用新型的后端盖3的剖视图；

图9为本实用新型另一实施例的接头本体1的示意图。

具体实施方式

实施例1

如图2所示，本实用新型的三维编织复合材料多向杯状接头由三部分组成，其中，1-接头本体，2-内盘垫，3-后端盖。如图3、4所示，为本实用新型的接头本体1，其中11-上支管，12-下支管，13-主管，14-前端面。内盘垫2衬于前端面14的内壁；后端盖3位于主管13的后端位置，对主管13开敞的后端面形成支撑。

接头本体1、内盘垫2、后端盖3三部分胶接连接。

主管13为圆柱状，直径180mm，2个上支管11和2个下支管12分两种角度左右对称分布，直径60mm。法兰上分布6个M8螺钉连接加载接头。接头的载荷通过支管11、12传递，上支管11受压，下支管12受拉。上支管11轴线与主管13侧壁母线之间的夹角为46°。下支管12轴线与主管13侧壁母线之间夹角为47°。

本实用新型的材料为碳纤维增强的树脂基复合材料。接头本体1由碳纤维T700三维六向编织而成，后端盖3使用T700三维五向编织，二者均使用环氧胶加压固化，模具成型。内盘垫2使用铝合金2A12。

实施例2

本实用新型的三维编织复合材料多向杯状接头由接头本体1、内盘垫2、后端盖3三部分组成。构型、功能、安装部位同实施例1，接头本体1如图9所示。接头本体1由主管13、三根支管11、前端面14组成。

内盘垫2直接与接头前端面14内侧接触，用法兰螺钉连接。后端盖3与接头本体1用螺钉加胶粘连接。

主管13侧面向外倾斜50°，支管11轴线与主管13侧面母线垂直。主管前端面14外径Φ120mm，法兰分布4-Φ8mm螺纹连接孔。支管外径50mm。

本实用新型材料为凯芙拉纤维增强的树脂基复合材料，接头本体1用三维六向编织，后端盖3使用同种材料三维五向编织，RTM固化成型，内盘垫2使用铝合金2A12。

Claims (8)

1、三维编织复合材料多向杯状接头，其特征在于：由接头本体(1)、内盘垫(2)、后端盖(3)组成；接头本体(1)包括主管(13)、封闭的前端面(14)及支管(11)；内盘垫(2)衬于前端面(14)的内壁；后端盖(3)位于主管(13)后端位置，对主管(13)开敞的后端面形成支撑。

2、根据权利要求1的三维编织复合材料多向杯状接头，其特征在于：所述接头本体(1)的主管(13)圆柱侧面向外倾斜形成圆台侧面。

3、根据权利要求2的三维编织复合材料多向杯状接头，其特征在于：所述的倾斜角度小于等于90°。

4、根据权利要求1的三维编织复合材料多向杯状接头，其特征在于：所述支管(11)的轴线与主管(13)侧壁母线的夹角为30°～150°。

5、根据权利要求1或4的三维编织复合材料多向杯状接头，其特征在于：所述支管(11)的数量大于等于1。

6、根据权利要求1的三维编织复合材料多向杯状接头，其特征在于：在前端面(14)上有螺钉连接孔，提供一个构件的连接法兰。

7、根据权利要求1的三维编织复合材料多向杯状接头，其特征在于：接头本体(1)、内盘垫(2)、后端盖(3)三部分胶接连接。

8、根据权利要求1的三维编织复合材料多向杯状接头，其特征在于：所述的接头本体(1)和后端盖(3)为纤维增强树脂基复合材料。

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