一种桨毂连接用拉扭条的制作方法

1.本实用新型涉及直升机旋翼结构部件设计技术，具体为一种桨毂连接用拉扭条。


背景技术：

2.复合材料作为新型功能、结构材料，具有重量轻、比强度和比模量高、耐疲劳、耐腐蚀及尺寸稳定性好等特点，已广泛应用于航空领域。在直升机旋翼系统设计中，早期直升机桨叶变距一般通过变距轴承实现，变距轴承需要承受桨叶离心力、弯矩，通过轴承转动实现变距，轴承的工作环境非常恶劣，同时轴承的维护工作量大，用户体验不好。拉扭组件是桨毂中拉扭结构受力件，是国内外轻型直升机桨毂通常采用的一种主要结构承力件，其主要功能是承受桨叶旋转传递过来的所有离心力，同时通过自身的扭转变形实现桨叶的变距，从而大大改善桨毂轴向铰的受力情况，使桨毂结构简单、紧凑、重量轻、使用安全和维护简便。但是，现有技术中拉扭条结构形式主要有钢丝绳结构形式、钢丝树脂复合材料结构形式、开槽拉扭片叠层结构形式、不开槽拉扭片叠层结构形式和人字形拉扭片叠层结构形式等多种形式。这些结构形式中金属薄片选材要兼顾强度和韧性，通常选用低强度不锈钢片，并且每层金属薄片在工作中需要承受很大的拉力和反复的扭转变形，从而导致金属薄片侧面容易出现裂纹，容易断裂；每层金属薄片都是独立的个体，组合后层与层之间的贴合度(间隙)不均匀，导致每层金属薄片受力和变形不均匀的缺陷，上述缺陷导致拉扭结构寿命偏低且重量大等不足。另外，为了减重，满足轻量化设计要求，近来出现玻璃纤维堆叠结构形式的研究，所做的产品强度和韧性难以满足要求，还有粘接效果也不好。
3.通过检索有以下专利文献公开：
4.1：公开号为“cn 204937499 u”，名称为“一种高强玻璃纤维立体编织拉扭条”的实用新型专利。包括立体编织物条和衬套，立体编织物条由高强玻璃纤维纵向缠绕预制体和横向缝纫成条状，其两端设置有孔，孔中镶入衬套 ；立体编织物条和衬套整体用rtm 成型工艺固化成型。该现有技术涉及的拉扭条采用立体编织物作为中间增强结构件，其主要效果是利用立体编织物在各个方向受力后的约束力，增加拉扭条的结构强度，但对于拉扭条的抗扭转、抗拉伸效果并不明显。且采用rtm 成型工艺固化成型，基体材料一般为热固性材料，固化后的强度较高但韧性欠缺，在较大扭转应力作用下容易断裂变形。
[0005] 2：公开号为“cn114030604a”，名称为“一种复合材料缠绕的拉扭条组件及其成型方法”。该现有技术即采用复合材料分层拉扭条叠片组成，各层间仍然存在层与层之间的贴合度(间隙)不均匀，受力一致性不好导致抗扭转、抗拉伸载荷较小的问题。
[0006]
因此，提出一种满足轻量化要求，并且抗扭转、抗拉伸载荷强度高的拉扭条在本领域中具有重要的意义。


技术实现要素：

[0007]
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种桨毂连接用拉扭条，包括两端的衬套，衬套的立柱外表面之间缠绕纤维层形成预制件，纤维层沿拉扭条轴线纵向平行缠绕，除
衬套上下端面的外表面以外，所述预制件被弹性体包裹。
[0008]
进一步地，衬套的立柱外表面以及端面的内表面均硫化连接间隔层。
[0009]
进一步地，所述间隔层的与弹性体采用同种基体材料。
[0010]
进一步地，所述纤维层为线状或绳状纤维，纤维成螺旋状缠绕于衬套的立柱外表面之间。
[0011]
进一步地，所述纤维层为带状纤维，带状纤维的宽度与立柱的高度匹配。
[0012]
进一步地，所述纤维层的表面涂敷有粘结剂。
[0013]
进一步地，所述纤维层层间间隔之间以及纤维层的单体纤维之间均填充有弹性体。
[0014]
进一步地，在带状纤维的层间间隔铺设固化的片状弹性体。
[0015]
进一步地，在两端的衬套之间的弹性体具有内凹部。
[0016]
与现有技术相比，本技术的技术方案具备以下有益效果：
[0017]
采用纤维缠绕方式形成预制件，在纤维的抗拉力约束作用下使得拉扭条整体抗拉载荷得以提升，而采用弹性体一体成型使得拉扭条在满足结构强度要求同时具有高强度韧性，拉扭条的抗扭转载荷也得到提升。
附图说明
[0018]
图1：拉扭条立体结构示意图；
[0019]
图2：拉扭条俯视图；
[0020]
图3：图2b向剖视图；
[0021]
图4：线状纤维缠绕示意图；
[0022]
图5：图2a向剖视图一及图2a向剖视图二；
[0023]
图6：带状纤维缠绕示意图；
[0024]
图7：拉伸测试载荷变形曲线；
[0025]
图8：扭转测试变形曲线及时间曲线；
[0026]
图9：极限拉载时间曲线。
具体实施方式
[0027]
下面将结合实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案详细说明。
[0028]
实施例一：采用线状纤维缠绕形成预制件。
[0029]
如图1~图4所示，衬套（1）的立柱（12）外表面之间缠绕纤维层（3）形成预制件，纤维层（3）沿拉扭条轴线纵向平行缠绕，除衬套（1）上下端面（13）的外表面以外，所述预制件被弹性体（2）包裹。纤维层（3）为线状纤维，采用螺旋往复方式紧密多层缠绕衬套（1）的立柱（12）外表面形成预制件。具体制作时将预制件至于成型模具中，再将液化的弹性体（2）浇注至成型模具中，令弹性体（2）包裹除衬套（1）端面（13）外的预制件部分，最终热压固化一体成型。
[0030]
预制件模压成型后，弹性体（2）完全包裹预制件（除衬套端面外），但线状纤维之间因紧密缠绕，弹性体（2）可能不会充分结合浸润，因此可在线状纤维缠绕之前，将纤维的表面涂敷粘结剂或者纤维整体浸润液化的弹性体（2）进行预处理（如图5a、图5b）。纤维的表面
涂敷粘结剂可使得各纤维线与线、层与层之间形成较好的结合力，进一步提升纤维之间的整体结合；将纤维整体浸润液化的弹性体（2），也可取得相类似效果，且因基体材料和模压弹性体（2）材料保持一致，可将纤维与弹性体（2）充分融合。
[0031]
由于衬套（1）为金属件，纤维紧贴缠绕后和立柱（12）外表面直接接触，在拉扭条受扭转载荷是纤维和立柱（12）外表面有相应的摩擦应力，长久将导致纤维磨损断裂，导致拉扭条抗疲劳性能下降。因此可在缠绕之前，先将衬套（1）与纤维的接触表面预硫化弹性体（21），再将维缠在两端衬套（1）预硫化间隔层（21）上。如此纤维将不和金属立柱（12）外表面直接接触，提高了抗疲劳性能。间隔层（21）优选采用与弹性体2一致的基体材料，在最终成型时可充分融合。
[0032]
为了进一步对拉扭条轻量化优化，由于在两端的衬套（1）之间，纤维层（3）绕立柱（12）外表面呈环形，在环形中间部分并没有纤维层（3）分布，因此在两端的衬套（1）之间的弹性体（2）形成内凹部（23），使得整体弹性体（2）的重量得以减轻。
[0033]
在本实施例中，纤维材料可采用碳纤维、玻璃纤维、高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维等一系列高性能特种纤维，弹性体（2）可以是聚氨酯、树脂及各类弹性体（2）橡胶塑料等。
[0034]
实施例二：采用带状纤维缠绕形成预制件。
[0035]
如图6所示，和实施例一不同之处在于，本实施例采用的是带状纤维，带状纤维的宽度与衬套（1）高度匹配，采用层叠缠绕方式紧密多层缠绕衬套（1）的立柱（12）外表面形成预制件。在缠绕之前的预处理工艺在实施一基础上可增加一种，即在带状纤维的层间间隔铺设固化的片状弹性体（22），其目的和实施例一预处理工艺目的一致，也即为了将带状纤维的层间能充分融合。片状弹性体（22）可通过预热使得片状弹性体（22）液化最终使得带状纤维充分融合。
[0036]
实施例一、二所提供的拉扭条在进行拉伸、扭转、极限载荷测试下，满足设计要求，具体如下：如图7~图9所示，拉扭条整体质量可达到1.28kg；17.7t离心力作用下，中间距增量2.1mm，满足要求；极限拉载40t（408kn）条件下，产品未发生断裂。
[0037]
实施例一、二中对衬套（1）与纤维的接触表面预硫化弹性体（21）进行了对比试验，高低周疲劳试验过程中，由于金属衬套挤压磨断芳纶纤维，导致产品失效；改进衬套与纤维接触方式，预硫化弹性体22隔开，杜绝磨损，评估改进后，可满足2000fh寿命要求。
[0038]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0039]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种桨毂连接用拉扭条，包括两端的衬套（1），其特征在于：衬套（1）的立柱（12）外表面之间缠绕纤维层（3）形成预制件，纤维层（3）沿拉扭条轴线纵向平行缠绕，除衬套（1）上下端面（13）的外表面以外，所述预制件被弹性体（2）包裹。2.如权利要求1所述的桨毂连接用拉扭条，其特征在于：衬套（1）的立柱（12）外表面以及端面（13）的内表面均硫化连接间隔层（21）。3.如权利要求2所述的桨毂连接用拉扭条，其特征在于：所述间隔层（21）与弹性体（2）采用同种基体材料。4.如权利要求2所述的桨毂连接用拉扭条，其特征在于：所述纤维层（3）为线状或绳状纤维，纤维成螺旋状缠绕于衬套（1）的立柱（12）外表面之间。5.如权利要求2所述的桨毂连接用拉扭条，其特征在于：所述纤维层（3）为带状纤维，带状纤维的宽度与立柱（12）的高度匹配。6.如权利要求4或5所述的桨毂连接用拉扭条，其特征在于：所述纤维层（3）的表面涂敷有粘结剂。7.如权利要求4或5所述的桨毂连接用拉扭条，其特征在于：所述纤维层（3）层间间隔之间以及纤维层（3）的单体纤维之间均填充有弹性体（2）。8.如权利要求5所述的桨毂连接用拉扭条，其特征在于：在带状纤维的层间间隔铺设固化的片状弹性体（22）。9.如权利要求8所述的桨毂连接用拉扭条，其特征在于：在两端的衬套（1）之间的弹性体（2）具有内凹部（23）。

技术总结
一种桨毂连接用拉扭条，包括两端的衬套，衬套的立柱外表面之间缠绕纤维层形成预制件，纤维层沿拉扭条轴线纵向平行缠绕，除衬套上下端面的外表面以外，所述预制件被弹性体包裹。采用纤维缠绕方式形成预制件，在纤维的预紧力作用下使得拉扭条整体抗拉强度得以提升，位移变形减小，而采用弹性体一体成型使得拉扭条在满足结构强度要求同时具有高强度韧性，拉扭条的抗扭转载荷也得到提升。的抗扭转载荷也得到提升。的抗扭转载荷也得到提升。


技术研发人员：易宽寒 谢绍祥 郑永 郭晓军 黄河 唐毅平 王雨杭 张亚新 石柳 罗杰 臧莉
受保护的技术使用者：株洲时代橡塑元件开发有限责任公司
技术研发日：2022.10.12
技术公布日：2023/7/4