[發(fā)明專利]一種纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)及其制造方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111157334.6
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113883154A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李華東;胡浩中;梅志遠(yuǎn);夏奕;武大江;張建設(shè);秦慧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學(xué);武漢海威船舶與海洋工程科技有限公司
• 主分類號: F16C3/02
• 分類號: F16C3/02;B29C69/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王杰

1.一種纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合材料軸身纏繞層，其特征在于，還包括變截面金屬預(yù)埋件、復(fù)合材料纏繞緊固層和端部法蘭；所述變截面金屬預(yù)埋件整體位于所述復(fù)合材料軸身纏繞層的端部內(nèi)側(cè)，并與復(fù)合材料軸身纏繞層的芯軸同軸設(shè)置，所述復(fù)合材料軸身纏繞層采用長纖維連續(xù)纏繞工藝，在其芯軸和金屬預(yù)埋件表面連續(xù)地按照設(shè)計(jì)角度進(jìn)行纏繞成型；所述復(fù)合材料纏繞緊固層為設(shè)置于復(fù)合材料軸身纏繞層外部的大張力纖維纏繞緊固層，其覆蓋整個(gè)變截面金屬預(yù)埋件區(qū)域，并向軸身區(qū)域延伸；所述端部法蘭設(shè)置于變截面金屬預(yù)埋件的端部；

所述變截面金屬預(yù)埋件沿軸向依次包括前段、中段和后段，所述前段靠近所述端部法蘭一側(cè)，為圓環(huán)形截面環(huán)形結(jié)構(gòu)，前段端部與所述端部法蘭固定連接；所述中段為多邊形截面環(huán)形結(jié)構(gòu)，中段與前段之間設(shè)置錐形過渡斜面，實(shí)現(xiàn)由前段圓環(huán)形截面向中段多邊形截面之間的光順過渡；所述后段靠近芯軸一側(cè)，為錐面環(huán)形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)由中段多邊形截面向芯軸圓形截面之間的光順過渡。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述變截面金屬預(yù)埋件的前段為等直徑或變直徑圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中段多邊形截面為五邊形、六邊形或八邊形。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述變截面金屬預(yù)埋件前段與中段之間的錐形過渡斜面以及后段的過渡錐面的坡度根據(jù)具體結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證軸身纏繞纖維連續(xù)纏繞，不出現(xiàn)局部的纖維“架空”而導(dǎo)致的富脂缺陷。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復(fù)合材料纏繞緊固層采用與所述復(fù)合材料軸身纏繞層相同的材料體系，纏繞角度90°，即環(huán)向纏繞。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復(fù)合材料纏繞緊固層延伸至軸身區(qū)域的部分進(jìn)行加厚，以保證復(fù)合材料軸承受推力時(shí)的局部強(qiáng)度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述變截面金屬預(yù)埋件和端部法蘭采用高強(qiáng)度鍛鋼機(jī)械加工制成。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述變截面金屬預(yù)埋件的前段與端部法蘭之間通過螺栓或花鍵進(jìn)行機(jī)械連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復(fù)合材料纏繞緊固層與復(fù)合材料軸身纏繞層之間，在變截面金屬預(yù)埋件對應(yīng)區(qū)域內(nèi)，設(shè)置有金屬或非金屬墊塊，使復(fù)合材料軸身纏繞層在此處呈現(xiàn)規(guī)則的外形，便于復(fù)合材料纏繞緊固層纏繞成型。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維纏繞復(fù)合材料軸端部連接結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對變截面金屬預(yù)埋件的表面進(jìn)行處理后，將其安裝于芯軸上，并采用相應(yīng)工裝進(jìn)行固定；

S2、采用長纖維纏繞工藝，在變截面金屬預(yù)埋件及芯軸上按照設(shè)計(jì)的纏繞角度進(jìn)行復(fù)合材料軸身及端部結(jié)構(gòu)的纏繞，成型所述復(fù)合材料軸身纏繞層；

S3、采用90°環(huán)向纖維大張力纏繞工藝在所述復(fù)合材料軸身纏繞層外部制造復(fù)合材料纏繞緊固層；

S4、待纏繞成型的復(fù)合材料軸固化完成后，采用機(jī)加工方式，將軸端多余部分切削去除；

S5、將變截面金屬預(yù)埋件和端部法蘭進(jìn)行機(jī)械連接，完成整個(gè)復(fù)合材料軸及其端部結(jié)構(gòu)的制造成型。