一种复合材料抗侧滚扭杆及其成型工艺的制作方法

1.本发明涉及轨道交通车辆技术领域，尤其涉及一种复合材料抗侧滚扭杆及其成型工艺。


背景技术：

2.抗侧滚扭杆是轨道交通车辆安装在转向架上的关键部件，主要用于抑制在轨道交通车辆转弯，侧风等情况下出现的车体侧滚。现有的抗侧滚扭杆主要是金属制成，抗侧滚扭杆的扭转轴和扭转臂通过紧固件紧固连接，但金属制成的抗侧滚扭杆在使用过程中存在质量偏重的问题。
3.针对上述问题，如专利cn112744249a公开了一种抗侧滚扭杆以及抗侧滚扭杆的成型工艺，其扭转轴包括芯管和连接于所述芯管两端的金属连接头，其芯管由纤维复合材料制成以达到减轻抗侧滚扭杆整体重量的目的，但金属接头与芯管的连接不够可靠，使复合材料抗侧滚扭杆的性能不能很好的满足技术要求；其次扭转臂的主体部分为扭转臂芯体，扭转臂芯体为金属材质，依然存在重量较重的问题，而且需在扭转臂芯体插接在金属接头后再通过缠绕纤维复合材料进行固定成型，改成型方法不利于生产效率的提高。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种复合材料抗侧滚扭杆及其成型工艺，可以加强复合材料抗侧滚扭杆的连接稳定性，而且还能进一步减轻装置整体重量，提高生产效率。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种复合材料抗侧滚扭杆，包括扭转轴和扭转臂，所述扭转轴包括轴管和金属接头，所述轴管由纤维增强树脂基复合材料制成；所述金属接头为一多段式阶梯轴，包括第一段和第二段，固定连接在轴管的两端；所述第一段被包覆在轴管内，所述第二段上固定连接有扭转臂，所述第一段上设有销钉结构，所述销钉结构为若干固定连接在第一段外侧的柱状凸起结构，被包覆在轴管内；所述扭转臂包括扭转臂主体和金属嵌件，所述扭转臂主体为复合材料制成，所述金属嵌件为环形柱体，嵌合固定在扭转臂主体上，形成贯穿扭转臂两端面的通孔；所述金属嵌件包括第一金属嵌件，所述第二段穿过第一金属嵌件，使扭转臂与金属接头形成插接固定。
6.作为上述技术方案的进一步改进：
7.所述扭转臂主体包括内部芯体和环形壳体，所述环形壳体包覆在内部芯体的侧面外周。
8.所述第一金属嵌件的通孔形状为多边形，所述第二段的横截面为与第一金属嵌件的通孔形状相同的多边形，使扭转臂与金属接头形成型面连接。
9.所述扭转臂与金属接头通过胶接加强连接。
10.所述金属嵌件的外圈为多边形，且金属嵌件的表面粗糙度大于6.3。
11.所述金属嵌件还包括第二金属嵌件，所述第二金属嵌件形成使扭转臂可与车体部
件相互连接的通孔。
12.所述金属接头还包括第三段、轴肩段和变径段，所述第三段设置在第二段的外端，且其截面半径小于第二段的截面半径，所述第三段的侧面设有与其轴心线相垂直的通孔，使扭转轴可与车体部件相互连接；所述轴肩段位于第二段与第一段之间，其截面半径大于第一段和第二段的截面半径，用于对扭转臂与轴管进行横向定位，所述变径段为第一段的延伸段，其截面半径由内侧至端部逐渐递减。
13.所述金属接头内部为贯通左右两端面的空心结构。
14.一种复合材料抗侧滚扭杆的成型工艺，用于成型上述的复合材料抗侧滚扭杆，包括下述步骤：
15.s1、扭转轴的制备；
16.s11、金属接头的固定：将一金属芯棒模具穿过金属接头，使两个金属接头固定在金属芯棒模具上，且使第一段朝向金属芯棒模具的内侧；
17.s12、轴管的制备：采用纤维缠绕成型工艺在金属芯棒模具上制备复合材料轴管，同步实现轴管与金属接头的固定连接；
18.s13、缠绕增强纤维：在金属接头第一段上缠绕增强纤维，直至销钉被完全包覆；
19.s2、扭转臂的制备；
20.s21、内部芯体的制备：将第一金属嵌件与第二金属嵌件固定在模具上，再铺覆预浸料，模压成型制备得到内部芯体；
21.s22、环形壳体的制备：绕步骤s21制备成型的内部芯体的侧面铺覆预浸料，采用热压罐成型得到扭转臂；
22.s3、将步骤s1制备成型的扭转轴与步骤s2制备成型的扭转臂采用型面配合进行插接，进一步采用胶接进行加强连接。
23.在步骤s11中，所述的金属芯棒模具上设有与金属接头第三段通孔相配合的定位孔，通过将定位销同时插入第三段的通孔与定位孔以辅助金属接头进行定位。
24.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中销钉结构在金属接头与轴管间形成了铆接结构，提升了金属接头与轴管间的连接可靠性。扭转臂的主体采用复合材料制成，进一步减轻了复合材料抗侧滚扭杆的整体重量，同时通过金属嵌件保证扭转臂与其它结构连接的强度稳定性；通过环形壳体，提高内部芯体与金属嵌件的连接性能，提高扭转臂的强度稳定性。金属接头内部为贯通的空心结构，一方面有助于进一步减少抗侧滚扭杆的整体重量；一方面，在制备扭转轴时，可将一金属芯棒磨具穿过两金属接头，再通过缠绕工艺制备轴管，便于扭转轴的加工制造，提高生产效率。扭转轴与扭转臂采用型面连接，因此可分别成型后再进行组装连接，有助于提高抗侧滚扭杆的制造效率与制造质量。
附图说明
25.图1是本发明装置实施例的整体结构示意图。
26.图2是本发明装置实施例扭转轴的拼装示意图。
27.图3是本发明装置实施例中扭转臂的结构示意剖视图。
28.图4是本发明装置实施例的扭转臂结构示意拆解图。
29.图5是本发明方法实施例金属接头固定结构示意图。
30.图6是图5的a-a面结构示意剖视图。
31.图中各标号表示：1、扭转轴；2、轴管；3、金属接头；31、第一段；32、第二段；33、第三段；34、变径段；35、轴肩段；36、销钉结构；4、扭转臂；41、内部芯体；42、环形壳体；43、第一金属嵌件；44、第二金属嵌件；5、金属芯棒模具；51、定位孔。
具体实施方式
32.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
33.装置实施例：
34.图1至图4示出了本发明的一种实施例，一种复合材料抗侧滚扭杆，包括扭转轴1和扭转臂4，所述扭转轴1包括轴管2和金属接头3，所述轴管2由纤维增强树脂基复合材料制成；所述金属接头3为一多段式阶梯轴，包括第一段31和第二段32，固定连接在轴管2的两端；所述第一段31被包覆在轴管2内，所述第二段32上固定连接有扭转臂4，所述第一段31上设有销钉结构36，所述销钉结构36为若干固定连接在第一段31外侧的柱状凸起结构，被包覆在轴管2内；所述扭转臂4包括扭转臂主体和金属嵌件，所述扭转臂主体为复合材料制成，所述金属嵌件为环形柱体，嵌合固定在扭转臂主体上，形成贯穿扭转臂4两端面的通孔；所述金属嵌件包括第一金属嵌件43，所述第二段32穿过第一金属嵌件43，使扭转臂4与金属接头3形成插接固定。
35.销钉结构36可通过在一般的金属接头3上压装销钉形成，在制备轴管2的过程中，可在固定好金属接头3后，采用纤维缠绕成型工艺在金属芯棒模具5上制备复合材料轴管2，同步实现轴管2与金属接头3的连接；进一步在金属接头3第一段31上缠绕增强纤维，直至销钉被完全包覆；使金属接头3与轴管2形成一体成型结构。销钉结构36在金属接头3与轴管2间形成了铆接结构，提升了金属接头3与轴管2间的连接稳定性。此外，将扭转臂主体采用复合材料制成，进一步减轻了复合材料抗侧滚扭杆的整体重量，同时通过金属嵌件保证扭转臂4与其它结构连接的强度稳定性。
36.本实施例中，所述扭转臂主体包括内部芯体41和环形壳体42，所述环形壳体42包覆在内部芯体41的侧面外周。通过该结构，所述内部芯体41为预浸料通过模压成型制得，所述环形壳体42预浸料铺设在内部芯体41外周通过热压罐成型制得，以加强扭转臂4主体的结构稳定性。
37.本实施例中，所述第一金属嵌件43的通孔形状为多边形，所述第二段32的横截面为与第一金属嵌件43的通孔形状相同的多边形，使扭转臂4与金属接头3形成型面连接。该结构中，通过型面连接的形式，增强扭转臂4与金属接头3的连接稳定性，结构简单可靠，便于前期分别加工扭转轴1与扭转臂4再进行组装，以提升装置整体的加工效率。
38.本实施例中，所述扭转臂4与金属接头3通过胶接加强连接。该结构中，通过胶接进一步加强金属接头3与扭转臂4间的连接强度。
39.本实施例中，所述金属嵌件的外圈为多边形，且金属嵌件的表面粗糙度大于6.3。该结构中，多边形的金属嵌件有助于金属嵌件同扭转臂4主体形成型面连接结构，以增强扭转臂4的结构稳定性。此外，金属嵌件可通过喷砂、抛丸等工艺处理，以提高金属嵌件表面的粗糙度，进一步加强金属嵌件与扭转臂4主体的连接稳定性。
40.本实施例中，所述金属嵌件还包括第二金属嵌件44，所述第二金属嵌件44形成扭
转臂4与车体连接部件的相互连接的通孔。该结构中，因为第二金属嵌件44的零件尺寸较小，所以第二金属嵌件44的外圈可通过设有凸台结构，以加强其嵌合强度。
41.本实施例中，所述金属接头3还包括第三段33、轴肩段35和变径段34，所述第三段33设置在第二段32的外端，且其截面半径小于第二段32的截面半径，所述第三段33的侧面设有与其轴心线相垂直的通孔，使扭转轴1可与车体部件相互连接；所述轴肩段35位于第二段32与第一段31之间，其截面半径大于第一段31和第二段32的截面半径，用于对扭转臂4与轴管2进行横向定位，所述变径段34为第一段(31)的延伸段，其截面半径由内侧至端部逐渐递减。该结构中，第三段33的设置便于扭转轴1与车体连接件相连接。变径段34的设置便于轴管2与金属接头3的一体成型，初步保证轴管2与金属接头3的连接稳定性。
42.本实施例中，所述金属接头3内部为贯通左右两端面的空心结构。通过该结构，一方面有助于进一步减少抗侧滚扭杆的整体重量；一方面，在制备扭转轴1时，可将一金属芯棒磨具穿过两金属接头3，再通过缠绕工艺制备轴管2，便于扭转轴1的加工制造，提高生产效率。
43.方法实施例：
44.本发明还公开了本实施例中一种复合材料抗侧滚扭杆的成型工艺，用于加工制造装置实施例说述的复合材料抗侧滚扭杆，包括下述步骤：
45.s1、扭转轴1的制备；
46.s11、金属接头3的固定：将一金属芯棒模具5穿过金属接头3，使两个金属接头3固定在金属芯棒模具5上，且使第一段31朝向金属芯棒模具5的内侧；
47.s12、轴管2的制备：采用纤维缠绕成型工艺在金属芯棒模具5上制备复合材料轴管2，同步实现轴管2与金属接头3的固定连接；
48.s13、缠绕增强纤维：在金属接头3第一段31上缠绕增强纤维，直至销钉被完全包覆；
49.s2、扭转臂4的制备；
50.s21、内部芯体41的制备：将第一金属嵌件43与第二金属嵌件44固定在模具上，再铺覆预浸料，模压成型制备得到内部芯体41；
51.s22、环形壳体42的制备：绕步骤s21制备成型的内部芯体41的侧面铺覆预浸料，采用热压罐成型得到扭转臂4；
52.s3、将步骤s1制备成型的扭转轴1与步骤s2制备成型的扭转臂4采用型面配合进行插接，进一步采用胶接进行加强连接。
53.在步骤s2中，因为内部芯体41厚度尺寸大，所以需要采用模压工艺，提供大压力控制孔隙率；此外，环形壳体42需要内部芯体41作为模具成型，因此对内部芯体41的外形尺寸精度比较高，需要采用模压工艺以达到工件要求；且环形壳体的厚度尺寸小，环形铺覆在内部芯体41表面，只能依靠热压罐的方式加压控制孔隙率。进一步内部芯体41可采用平纹的玻璃纤维或碳纤维预浸料，环形壳体42采用单向的玻璃纤维或碳纤维预浸料以达到较好的力学性能。
54.本实施例中，在步骤s11中，所述的金属芯棒模具5上设有与金属接头3第三段33通孔相配合的定位孔51，通过一定位销同时穿过通孔与定位孔51进行定位。具体请参阅图5与图6，通过该结构便于金属接头3的定位，有助于进一步提高生产效率。
55.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种复合材料抗侧滚扭杆，包括扭转轴(1)和扭转臂(4)，所述扭转轴(1)包括轴管(2)和金属接头(3)，所述轴管(2)由纤维增强树脂基复合材料制成；所述金属接头(3)为一多段式阶梯轴，包括第一段(31)和第二段(32)，固定连接在轴管(2)的两端；所述第一段(31)被包覆在轴管(2)内，所述第二段(32)上固定连接有扭转臂(4)，其特征在于：所述第一段(31)上设有销钉结构(36)，所述销钉结构(36)为若干固定连接在第一段(31)外侧的柱状凸起结构，被包覆在轴管(2)内；所述扭转臂(4)包括扭转臂主体和金属嵌件，所述扭转臂主体为复合材料制成，所述金属嵌件为环形柱体，嵌合固定在扭转臂主体上，形成贯穿扭转臂(4)两端面的通孔；所述金属嵌件包括第一金属嵌件(43)，所述第二段(32)穿过第一金属嵌件(43)，使扭转臂(4)与金属接头(3)形成插接固定。2.根据权利要求1所述的复合材料抗侧滚扭杆，其特征在于：所述扭转臂主体包括内部芯体(41)和环形壳体(42)，所述环形壳体(42)包覆在内部芯体(41)的侧面外周。3.根据权利要求2所述的复合材料抗侧滚扭杆，其特征在于：所述第一金属嵌件(43)的通孔形状为多边形，所述第二段(32)的横截面为与第一金属嵌件(43)的通孔形状相同的多边形，使扭转臂(4)与金属接头(3)形成型面连接。4.根据权利要求3所述的复合材料抗侧滚扭杆，其特征在于：所述扭转臂(4)与金属接头(3)通过胶接加强连接。5.根据权利要求4所述的复合材料抗侧滚扭杆，其特征在于：所述金属嵌件的外圈为多边形，且金属嵌件的表面粗糙度大于6.3。6.根据权利要求5所述的复合材料抗侧滚扭杆，其特征在于：所述金属嵌件还包括第二金属嵌件(44)，所述第二金属嵌件(44)形成使扭转臂(4)可与车体部件相互连接的通孔。7.根据权利要求6所述的复合材料抗侧滚扭杆，其特征在于：所述金属接头(3)还包括第三段(33)、轴肩段(35)和变径段(34)，所述第三段(33)设置在第二段(32)的外端，且其截面半径小于第二段(32)的截面半径，所述第三段(33)的侧面设有与其轴心线相垂直的通孔，使扭转轴(1)可与车体部件相互连接；所述轴肩段(35)位于第二段(32)与第一段(31)之间，其截面半径大于第一段(31)和第二段(32)的截面半径，用于对扭转臂(4)与轴管(2)进行横向定位，所述变径段(34)为第一段(31)的延伸段，其截面半径由内侧至端部逐渐递减。8.根据权利要求1至7任一项所述的复合材料抗侧滚扭杆，其特征在于：所述金属接头(3)内部为贯通左右两端面的空心结构。9.一种复合材料抗侧滚扭杆的成型工艺，其特征在于：用于成型权利要求8所述的复合材料抗侧滚扭杆，包括下述步骤：s1、扭转轴(1)的制备；s11、金属接头(3)的固定：将一金属芯棒模具(5)穿过金属接头(3)，使两个金属接头(3)固定在金属芯棒模具(5)上，且使第一段(31)朝向金属芯棒模具(5)的内侧；s12、轴管(2)的制备：采用纤维缠绕成型工艺在金属芯棒模具(5)上制备复合材料轴管(2)，同步实现轴管(2)与金属接头(3)的固定连接；s13、缠绕增强纤维：在金属接头(3)第一段(31)上缠绕增强纤维，直至销钉被完全包覆；s2、扭转臂(4)的制备；s21、内部芯体(41)的制备：将第一金属嵌件(43)与第二金属嵌件(44)固定在模具上，
再铺覆预浸料，模压成型制备得到内部芯体(41)；s22、环形壳体(42)的制备：绕步骤s21制备成型的内部芯体(41)的侧面铺覆预浸料，采用热压罐成型得到扭转臂(4)；s3、将步骤s1制备成型的扭转轴(1)与步骤s2制备成型的扭转臂(4)采用型面配合进行插接，进一步采用胶接进行加强连接。10.根据权利要求9所述的复合材料抗侧滚扭杆的成型工艺，其特征在于：在步骤s11中，所述的金属芯棒模具(5)上设有与金属接头(3)第三段(33)通孔相配合的定位孔(51)，通过将定位销同时插入第三段(33)的通孔与定位孔(51)以辅助金属接头(3)进行定位。

技术总结
本发明公开了一种复合材料抗侧滚扭杆及其成型工艺，复合材料抗侧滚扭杆包括扭转轴和扭转臂，所述扭转轴包括轴管和金属接头，所述金属接头上设有销钉结构，所述销钉结构包覆在轴管内部；所述扭转臂包括扭转臂主体和金属嵌件，所述扭转臂主体为复合材料制成，所述金属嵌件为环形柱体，嵌合在扭转臂主体上，形成贯穿扭转臂两端面的通孔；所述金属接头穿过金属嵌件，与金属接头形成插接固定。成型工艺包括：S1：扭转轴的制备；S2：扭转臂的制备；S3：组装固定。本发明中通过设有销钉结构提升了金属接头与轴管的连接可靠性。扭转臂主体为复合材料，减轻了装置整体的重量。扭转轴与扭转臂分别成型，提高抗侧滚扭杆的制造效率与制造质量。提高抗侧滚扭杆的制造效率与制造质量。提高抗侧滚扭杆的制造效率与制造质量。


技术研发人员：陶雷 陈乐 姚丁杨 刘波 霍艳霞 李赛 李建林 王明星
受保护的技术使用者：株洲时代新材料科技股份有限公司
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/3/30