一种碳纤维复合材料管连接结构及连接方法

技术领域

本发明涉及高速铁路动车制造技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料管连接结构及连接方法。

背景技术

随着轨道交通工具速度的不断提升，对轨道车辆就要求能够尽可能地实现轻量化。碳纤维复合材料与传统的金属材料相比具有密度小、强度高、模量高等明显优势，在保证结构强度的情况下可以大大减轻车身的重量。

碳纤维复合材料管是轨道车辆的重要组成部分，用于构成车身框架、对车身进行加固等，并且常会用于与车身蒙皮、座椅等零件连接。传统的连接结构通常采用螺钉、铆钉等方式进行连接。由于碳纤维复合材料管的管壁厚度较薄、且力学性质和传统金属材料存在差异，采用传统的连接结构容易出现碳纤维复合材料管撕裂、连接结构脱落等问题。

鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，设计一种碳纤维复合材料管连接结构及连接方法。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种碳纤维复合材料管连接结构及连接方法，通过使用填充条连接螺钉，分散连接时螺钉对碳纤维复合材料管产生的力，从而提升连接的可靠性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种碳纤维复合材料管连接结构，包括：管体、填充条、连接杆、胶层；

所述管体内有贯通两端的空腔结构；所述管体侧面设置有连通所述空腔结构和所述管体外侧的连通槽；

所述填充条放置在所述空腔结构内，且所述填充条的一个侧面与所述管体内壁通过所述胶层粘接；

所述填充条上与所述管体连接的一侧设置有卡槽，所述卡槽的两个侧壁上均设置有卡台，两个所述卡台的间距小于所述卡槽的宽度；；

所述连接杆在所述卡槽内滑动；所述连接杆一端设置有凸台，两个所述卡台将所述凸台卡在所述卡槽内；所述连接杆另一端穿过所述连通槽并延伸至所述管体外侧，用于与待安装零件连接。

进一步地，所述管体上设置有第一贴合面，所述填充条设置有第二贴合面，所述第一贴合面和所述第二贴合面通过所述胶层粘接；所述第一贴合面与所述第二贴合面形状相同。

进一步地，所述第一贴合面和所述第二贴合面均为平面结构。

进一步地，还包括固化层，所述固化层设置在所述空腔结构内，并且紧贴所述空腔结构的内侧壁和所述填充条的外表面。

进一步地，所述连通槽设置在所述管体侧面中心，且所述连通槽两端与所述管体两端的端面之间有一定距离；所述卡槽设置在所述填充条侧面中心，且所述卡槽两端与所述填充条两端的端面之间有一定距离。

进一步地，还包括放件孔，所述放件孔贯通所述连通槽外侧和所述卡槽内侧，且所述放件孔直径大于所述连通槽宽度和所述卡槽宽度。

进一步地，所述连通槽设置有两个，两个所述连通槽对称设置在所述管体两端，且每个所述连通槽均连通所述管体对应一端的端面；两个所述卡槽对称设置在所述填充条两端，且每个所述卡槽均连通所述填充条对应一端的端面。

进一步地，所述填充条的长度小于所述空腔结构的长度。

一种碳纤维复合材料管连接方法，包括以下步骤：

S1：制作实心的固化碳纤维填充条；

S2：在管体一个侧面上开工艺通孔；在填充条一个侧面上开工艺螺纹孔，并在填充条有工艺螺纹孔的侧表面涂上胶层；

S3：将填充条放入管体内，使填充条的涂胶表面与管体上有工艺通孔的内侧壁紧贴，并且对齐工艺通孔和工艺螺纹孔；再将工艺螺钉6穿过工艺通孔旋进工艺螺纹孔，使填充条与管体压紧；

S4：将管体与填充条静置直至胶层凝固；

S5：使用机床在管体与填充条的连接处一次性加工出连通槽和卡槽；

S6：拆卸工艺螺钉，将管体的工艺通孔修补完整，并对管体表面进行修复；

S7：将连接杆一端放入卡槽内，另一端与待安装零件连接。

进一步地，在所述步骤S4和S5之间，还包括以下步骤：

S41：在管体内铺上碳纤维材料层，碳纤维材料层覆盖住管体内壁和填充条外表面；

S42：将管体、填充条与碳纤维材料层放入加温加压的环境中，使碳纤维材料层固化形成固化层。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

通过使用填充条连接螺钉，分散连接时螺钉对碳纤维复合材料管产生的力，从而提升连接的可靠性；通过设置胶层，提升填充条和管体固定的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中碳纤维复合材料管连接结构的结构示意图；

图2为本发明实施例中碳纤维复合材料管连接结构的第一实施例侧面剖视图；

图3为本发明实施例中管体的第一实施例结构示意图；

图4为本发明实施例中填充条的第一实施例结构示意图；

图5为本发明实施例中碳纤维复合材料管连接结构的第二实施例侧面剖视图；

图6为本发明实施例中管体的第二实施例结构示意图；

图7为本发明实施例中填充条的第二实施例结构示意图；

图8为本发明实施例中碳纤维复合材料管连接结构的第三实施例结构示意图；

附图标记：管体1、连通槽11、第一贴合面12、填充条2、卡槽21、卡台22、第二贴合面23、连接杆3、凸台31、胶层4、放件孔5、工艺螺钉6、固化层7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的一种碳纤维复合材料管连接结构，如图1~7所示，包括：管体1、填充条2、连接杆3、胶层4；管体1内有贯通两端的空腔结构；管体1侧面设置有连通空腔结构和管体1外侧的连通槽11；填充条2放置在空腔结构内，且填充条2的一个侧面与管体1内壁通过胶层4粘接；填充条2上与管体1连接的一侧设置有卡槽21，卡槽21的两个侧壁上均设置有卡台22，两个卡台22的间距小于卡槽21的宽度；；连接杆3在卡槽21内滑动；连接杆3一端设置有凸台31，两个卡台22将凸台31卡在卡槽21内；连接杆3另一端穿过连通槽11并延伸至管体1外侧，此端可以是螺纹、卡钩等结构，用于与待安装零件连接，从而将待安装零件与管体1进行固定。

当待安装零件与管体1连接后，连接杆3带动填充条2整体向管体1侧壁施力，填充条2将连接杆3产生的力均匀地传递到管体1 的侧壁，从而防止管体1 的侧壁因局部受力过大导致撕裂、损坏，从而保证待安装零件与管体1固定的可靠性。连接杆3可以在卡槽21内滑动，使连接杆3可以适应待安装零件的安装孔位置。胶层4防止填充条2在管体1内滑动；同时胶层4还可以填满填充条2与管体1之间的缝隙，使力能更均匀地传至管体1侧壁，从而提高结构的强度。

出于使填充条2与管体1紧密贴合的考虑，如图1所示，管体1上设置有第一贴合面12，填充条2设置有第二贴合面23，第一贴合面12和第二贴合面23通过胶层4粘接；第一贴合面12与第二贴合面23形状相同，粘接后可以减少第一贴合面12与第二贴合面23之间的间隙，且使胶层4的分布更加均匀，有效提升胶层4粘接的可靠性。

出于提升管体1负载能力的考虑，如图1所示，第一贴合面12和第二贴合面23均为平面结构，使填充条2向管体1侧壁传递的力的方向与平面结构垂直，从而使管体1侧壁各处的受力大小相同，防止管体1侧壁出现应力集中段导致损坏，从而保证待安装零件与管体1固定的可靠性。

作为本连接结构中连通槽11和卡槽21的第一种实施方式，如图2~4所示，连通槽11设置在管体1侧面中心，且连通槽11两端与管体1两端的端面之间有一定距离；卡槽21设置在填充条2侧面中心，且卡槽21两端与填充条2两端的端面之间有一定距离。

出于便于安装连接杆3的考虑，如图2~4所示，还包括放件孔5，放件孔5贯通连通槽11外侧和卡槽21内侧，且放件孔5直径大于连通槽11宽度和卡槽21宽度。

作为本连接结构中连通槽11和卡槽21的第二种实施方式，如图5~7所示，连通槽11设置有两个，两个连通槽11对称设置在管体1两端，且每个连通槽11均连通管体1对应一端的端面；两个卡槽21对称设置在填充条2两端，且每个卡槽21均连通填充条2对应一端的端面。

出于进一步提升填充条2与管体1固定效果的考虑，本连接结构中的第三种实施方式，如图8所示，在第一或第二实施方式的连接结构基础上，还包括固化层7，固化层7设置在空腔结构内，并且紧贴空腔结构的内侧壁和填充条2的外表面，用于将填充条2与管体1完全固定。

出于防止填充条2过长影响管体1安装的考虑，如图2和图5所示，填充条2的长度小于空腔结构的长度。

本发明的一种碳纤维复合材料管连接方法，包括以下步骤：

S1：制作实心的固化碳纤维填充条2；

S2：在管体1一个侧面上开工艺通孔；在填充条2一个侧面上开工艺螺纹孔，并在填充条2有工艺螺纹孔的侧表面涂上胶层4；

S3：将填充条2放入管体1内，使填充条2的涂胶表面与管体1上有工艺通孔的内侧壁紧贴，并且对齐工艺通孔和工艺螺纹孔；再将工艺螺钉6穿过工艺通孔旋进工艺螺纹孔，使填充条2与管体1压紧；

S4：将管体1与填充条2静置直至胶层4凝固；

S5：使用机床在管体1与填充条2的连接处一次性加工出连通槽11和卡槽21；

S6：拆卸工艺螺钉6，将管体1的工艺通孔修补完整，并对管体1表面进行修复；

S7：将连接杆3一端放入卡槽21内，另一端与待安装零件连接。

为了保证连通槽11和卡槽21的对齐，采用先将管体1和填充条2固定再一次性加工的方法加工出连通槽11和卡槽21，防止因连通槽11和卡槽21在装配过程中未对齐导致连接杆3无法放入，同时也减少了加工的次数、降低了加工的难度，从而有效地提升生产效率。在工艺通孔、工艺螺纹孔和工艺螺钉6可以对在加工过程中的管体1和填充条2进行定位，防止管体1和填充条2因受力产生歪斜而影响最终的连接效果。

作为固化层7的形成方法，在所述步骤S4和S5之间，还包括以下步骤：

S41：在管体1内铺上碳纤维材料层，碳纤维材料层覆盖住管体1内壁和填充条2外表面；

S42：将管体1、填充条2与碳纤维材料层放入加温加压的环境中，使碳纤维材料层固化形成固化层7。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。