CN214874078U - 一种轻量化复合材料推力杆 - Google Patents

Abstract

一种轻量化复合材料推力杆，包括位于最外周的外周层增强件和注塑在外周层增强件内部与外周层增强件结合为一体的长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料，外周层增强件包围的两端处设有金属钢套，金属钢套内设有橡胶金属球铰，长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料注塑在外周层增强件与金属钢套之间；其中外周层增强件为利用带状的连续纤维增强热塑性复合材料缠绕后压制成的在周向上封闭的连续式整体结构。本实用新型采用完整的外周层增强件结构与内部金属钢套注塑融合形成的推力杆性能优越，强度高，能够承受更大的拉伸强度而不容易被撕裂。

Description

一种轻量化复合材料推力杆

技术领域

本实用新型涉及一种推力杆，具体涉及一种轻量化复合材料推力杆。

背景技术

推力杆是广泛应用于汽车悬架系统中的一种辅助性元件，包括杆体，杆体的两端具有杆头，杆头上具有与汽车双桥连接的支承轴，以传递车辆的纵向力或横向力，同时还可传递其他方向的力和力矩，保证车轮和车身之间有确定的运动关系，使车辆具有良好的运动特性，防止车身在转弯时发生太大的横向侧倾和改善汽车的平衡性。

当前，为了减少汽车的燃料消耗，降低排气污染，大力推行汽车的轻量化，所以也出现了轻量化的推力杆。如申请号CN201510739066.7，名称为“一种推力杆轻量化方法及轻量化推力杆” 公开了一种推力杆轻量化方法及轻量化推力杆，其中推力杆轻量化方法是将杆体和弹性球铰的芯轴均采用高分子材料利用注射模一次成型，将杆体本体的相对两侧面均设置成带有断续状凹槽一的侧面，所述断续状凹槽一包括沿杆体本体的长度方向依次分布的多个分凹槽一，在每个分凹槽一的凹槽底面上设置有多条凸筋，从而使得每个分凹槽一又被多条凸筋分割成多个小凹槽。本发明能在满足推力杆使用要求的前提下，尽可能的降低推力杆的重量，达到推力杆轻量化的要求。上述推力杆的杆体采用全部注塑成型，对注塑材料的抗拉伸强度要求高，普通高分子材料难以实现。

实用新型内容

本实用新型针对当前轻量化推力杆难以满足高抗拉伸强度的要求，提出了一种轻量化复合材料推力杆，与常规推力杆相比，同等条件下具有更强的结构强度，试用的车型更广。

本实用新型为解决上述问题所采用的技术手段为：一种轻量化复合材料推力杆，包括位于最外周的外周层增强件和注塑在外周层增强件内部与外周层增强件结合为一体的长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料，外周层增强件包围的两端处设有金属钢套，金属钢套内设有橡胶金属球铰，长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料注塑在外周层增强件与金属钢套之间；其中外周层增强件为利用带状的连续纤维增强热塑性复合材料缠绕后压制成的在周向上封闭的连续式整体结构。

进一步地，注塑在外周层增强件与金属钢套之间的长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料的厚度为0-5mm。

进一步地，注塑的长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料在与外周层增强件接触的边缘部位具有包边结构。

进一步地，注塑在两个金属钢套间的长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料为网格结构。

进一步地，网格结构的筋条方向与推力杆所承受的载荷的传递路径方向相同。

进一步地，网格结构的筋条方向与两个金属钢套中心连线成45^o。

进一步地，金属钢套的外周面设有凹槽，注塑过程中长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料沿凹槽将金属钢套和外周层增强件结合。

进一步地，橡胶金属球铰由外到内包括外套、橡胶硫化体和芯轴，橡胶硫化体将芯轴和外套硫化成整体。

本实用新型的有益效果是：

1. 本实用新型采用先将带状的连续纤维增强热塑性复合材料缠绕出一个在周向上封闭的连续式外周层增强件作为整个推拉杆的包围结构件，然后再往外周层增强件内以注塑方式填充长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料，此方法形成的推力杆性能优越，强度高，能够承受更大的拉伸强度而不容易被撕裂。

2. 本实用新型通过将外周层增强件设置在推力杆的最外周，保证了推力杆的外部强度，因而能够方便地在内部实现轻量化的网格结构，在设计网格结构时不需要过多考虑为推力杆承受的拉伸和压缩载荷提供支撑。

3. 本实用新型通过将外周层增强件与金属钢套之间的塑胶厚度控制在0-5mm，避免此处塑胶壁厚度过大导致注塑工艺缺陷，进而影响推力杆的整体性能。

4. 本实用新型通过在长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料在与外周层增强件接触的边缘部位处形成包边结构，形成U形包覆，增加两个材料之间的接触面，从而进一步提升两种不同材料熔接界面的强度，使得熔接界面不容易剥离，因而提高了推力杆的整体性能。

5. 本实用新型通过将外周层增强件内的网格结构的筋条方向设计成与推力杆所承受的载荷的传递路径方向相同的结构，提高了推力杆的抗压和抗剪切强度。

附图说明

图1为实施例一推力杆结构示意图；

图2为实施例一外周层增强件结构示意图；

图3为实施例一钢套结构示意图；

图4为实施例一橡胶金属球铰结构示意图；

图5为实施例一工装结构示意图；

图6为实施例一去除中心体后的工装结构示意图；

图7为实施例一中心体结构示意图；

图8为实施例二金属钢套结构示意图；

图中：1.外周层增强件，2.金属钢套，21.凹槽，3.橡胶金属球铰，31.外套，32.橡胶硫化体，33.芯轴，4.网格结构，5.固定板，51.中心体，52.压块，53.气缸。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例一

一种轻量化复合材料推力杆，如图1-图4所示，推力杆的最外层为外周层增强件1，外周层增强件1内部两端处有金属钢套2，金属钢套2内压装有橡胶金属球铰3，外周层增强件1与金属钢套2之间注塑填充有长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料。其中两个金属钢套2之间的长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料为网格结构4，且网格结构4的筋条方向与推力杆所承受的载荷的传递路径方向相同。如图2所示，外周层增强件1为由带状的连续纤维增强热塑性复合材料缠绕并压制成型的闭合环状结构，由于其成型的材料是连续完整的，在作为外围结构对内部包裹时，形成的推力杆抗拉伸强度大大提高，同时满足轻量化及高强度的需求，因而当在其内部注塑填充长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料时，不需要过多考虑为推力杆承受的拉伸和载荷提供支撑，所以可以设计成网格结构4进一步实现轻量化，同时，将网格结构4的筋条方向设计成与推力杆所承受的载荷的传递路径方向相同的结构，以提高推力杆的抗压和抗剪切强度，进而保证推力杆的整体性能。在推力杆在使用过程中，主要承受三种载荷：拉伸，压缩，扭转，拉伸和压缩载荷是沿着产品的长度方向传递，通过将连续纤维增强热塑性复合材料放在长度方向且布置在外围，因而能够承受拉伸和压缩的载荷；而对与扭转载荷来说，主要是靠中间的网格结构4来抵抗，产品在受到扭转时，对于复合材料这种塑性比较差的材料，其抗拉强度低于抗压、抗剪强度，在受扭过程中变形始终会比较小，最后在与两个金属钢套2中心连线约成45°倾角的斜面被拉断，所以网格结构4在工艺允许的情况下，筋条方向就可以与中心连线约成45°倾角布置，也就是使筋条方向与载荷传递方向相同，以提高推力杆的抗扭转强度。

如图4所示，橡胶金属球铰3由内到外依次为芯轴33、橡胶硫化体32和外套31，橡胶硫化体32将外套31和芯轴33硫化成一个整体。

外周层增强件1的制作过程中，需要使用工装，工装结构如图5-图7所示，包括固定板5，在固定板5上设有中心体51、压块52和气缸53，中心体51可以设计成能够与固定板5相分离的结构，压块52设置在中心体51的外围处且能在气缸53的带动下朝向或远离中心体51移动。制作时，将连续纤维增强热塑性复合材料在中心体外周缠绕数圈，保证其强度能够满足推力杆使用过程中的载荷要求，然后气缸53推动压块52朝中心体51方向运动，挤压缠绕后的材料，压制完成后即成型为外周层增强件1。当然，在压制前或压制后需要对材料进行加热，以使其定型为外周层增强件1的形状，此加热方式采用现有方式即可，如单独对材料在缠绕前或缠绕过程中加热，或者缠绕完成后与工装一起进行加热等。

外周层增强件1成型后，将其取下后转移至注塑模具内，两端处放入金属钢套2，然后注塑填充长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料。在将外周层增强件1从工装上取下时，最好是待其冷却避免在取下的过程中变形；而放入注塑模具前，再将其加热，避免外周层增强件1与注塑的材料之间温差过大，影响二者之间的融合。且在将金属钢套2放置入外周层增强件1内时，尽量缩小金属钢套2与外周层增强件1之间的距离，控制在0-5mm，避免由于胶层过厚导致注塑工艺缺陷，进而影响推力杆的整体性能。同时，在设计注塑模具时，将外周层增强件1与注塑材料连接的末端处包裹在模具型腔内，在接触的边缘部位处形成包边结构，形成U形包覆，增加两个材料之间的接触面，从而进一步提升两种不同材料熔接界面的强度，使得熔接界面不容易剥离，因而提高了推力杆的整体性能。

实施例二

本实施例中，可以将金属钢套2设计成工装的中心体51的一部分，直接将连续纤维增强热塑性复合材料缠绕在金属钢套2的外侧处，缠绕并压制完成后直接将外周层增强件1及金属钢套2一起从工装上取下并放入注塑模具中。此方式在将外周层增强件1及金属钢套2一起从工装上取下时，不需要对外周层增强件1进行大力气的拉扯和变形就很容易实现，因而不需要待其冷却后再取，因此能够节约生产时间。

此时，如图8所示，在金属钢套2外侧设置多条凹槽21，在注塑过程中，注塑材料能够沿凹槽21流入金属钢套2与外周层增强件1之间，将二者结合成一个整体。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (8)

1.一种轻量化复合材料推力杆，其特征在于：包括位于最外周的外周层增强件和注塑在外周层增强件内部与外周层增强件结合为一体的长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料，外周层增强件包围的两端处设有金属钢套，金属钢套内设有橡胶金属球铰，长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料注塑在外周层增强件与金属钢套之间；其中外周层增强件为利用带状的连续纤维增强热塑性复合材料缠绕后压制成的在周向上封闭的连续式整体结构。

2.如权利要求1所述的轻量化复合材料推力杆，其特征在于：注塑在外周层增强件与金属钢套之间的长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料的厚度为0-5mm。

3.如权利要求1所述的轻量化复合材料推力杆，其特征在于：注塑的长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料在与外周层增强件接触的边缘部位具有包边结构。

4.如权利要求1所述的轻量化复合材料推力杆，其特征在于：注塑在两个金属钢套间的长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料为网格结构。

5.如权利要求4所述的轻量化复合材料推力杆，其特征在于：网格结构的筋条方向与推力杆所承受的载荷的传递路径方向相同。

6.如权利要求5所述的轻量化复合材料推力杆，其特征在于：网格结构的筋条方向与两个金属钢套中心连线成45^o。

7.如权利要求1所述的轻量化复合材料推力杆，其特征在于：金属钢套的外周面设有凹槽，注塑过程中长纤维增强热塑性复合材料或短纤维增强热塑性复合材料沿凹槽将金属钢套和外周层增强件结合。

8.如权利要求1所述的轻量化复合材料推力杆，其特征在于：橡胶金属球铰由外到内包括外套、橡胶硫化体和芯轴，橡胶硫化体将芯轴和外套硫化成整体。

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