一種高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供的一種高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置，包括外金屬管、內(nèi)金屬管、過渡金屬管；所述外金屬管、復(fù)合材料管、內(nèi)金屬管自外而內(nèi)依次設(shè)置；所述外金屬管、內(nèi)金屬管與復(fù)合材料管之間通過齒咬合傳力和/或由預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力傳力；其中，所述外金屬管與復(fù)合材料管之間設(shè)有互相咬合的齒，和或/內(nèi)金屬管與復(fù)合材料管之間設(shè)有互相咬合的齒；其中，預(yù)緊力通過外金屬管被擠壓使金屬外金屬套筒產(chǎn)生變形施加和/或內(nèi)金屬管擠壓復(fù)合材料管產(chǎn)生變形施加。該連接頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便，通過齒連接和預(yù)緊力連接配合，承載力高、抗疲勞性能差強(qiáng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置
本專利技術(shù)涉及復(fù)合材料連接
，具體涉及一種高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置。
技術(shù)介紹
復(fù)合材料具有比強(qiáng)度大、比剛度大的特點(diǎn)，因此在建筑、交通和航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；然而，復(fù)合材料連接效率較低是制約該材料進(jìn)一步應(yīng)用的重要因素。傳統(tǒng)的復(fù)合材料連接方式主要有機(jī)械連接、膠連接、膠-機(jī)械混合連接以及齒連接，然而，均存在較多問題。其一，機(jī)械連接從成孔方式上可以區(qū)分為鉆孔成型與編織成型兩種；鉆孔成型工藝破壞了纖維連續(xù)性，接頭的承載力較低，一般只能應(yīng)用于荷載等級(jí)較小的結(jié)構(gòu)中；而編織成型的螺栓孔保持了纖維的連續(xù)性，接頭強(qiáng)度得到顯著提高，但難以將接頭與大型構(gòu)件一次成型。其二，膠連接雖然對(duì)構(gòu)件沒有任何削弱，但該連接方式對(duì)環(huán)境較為敏感，存在老化問題。其三，膠-機(jī)械混合連接中，如果螺栓與螺栓孔壁間存在間隙，膠層與螺栓不能協(xié)調(diào)工作，因此連接效率也不高。其四，齒連接在傳遞荷載過程中，復(fù)合材料齒端部會(huì)存在較大的剝離應(yīng)力同時(shí)由于在該連接中復(fù)合材料齒都為單級(jí)齒，導(dǎo)致復(fù)合材料齒處應(yīng)力集中的存在導(dǎo)致該連接效率不高以及疲勞性能差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問題：為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本專利技術(shù)提供了一種高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置。技術(shù)方案：本專利技術(shù)提供的一種高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置，包括外金屬管、內(nèi)金屬管、過渡金屬管；所述外金屬管、復(fù)合材料管、內(nèi)金屬管自外而內(nèi)依次設(shè)置；所述外金屬管、內(nèi)金屬管與復(fù)合材料管之間通過齒咬合傳力和/或由預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力傳力；其中，所述外金屬管與復(fù)合材料管之間設(shè)有互相咬合的齒，和或/內(nèi)金屬管與復(fù)合材料管之間設(shè)有互相咬合的齒；其中，預(yù)緊力通過外金屬管被擠壓使金屬外金屬套筒產(chǎn)生變形施加和/或內(nèi)金屬管擠壓復(fù)合材料管產(chǎn)生變形施加；當(dāng)預(yù)緊力通過外金屬管被擠壓使金屬外金屬套筒產(chǎn)生變形施加時(shí)，過渡金屬管設(shè)于外金屬管和復(fù)合材料管之間；當(dāng)復(fù)合材料管擠壓內(nèi)金屬管產(chǎn)生塑性施加時(shí)，過渡金屬管設(shè)于復(fù)合材料管、內(nèi)金屬管之間。無論通過哪種方式對(duì)復(fù)合材料管施加預(yù)緊力，在金屬管和復(fù)合材料管交界處會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力，這樣在施加較大預(yù)緊力時(shí)復(fù)合材料管很容易被剪壞，過渡金屬管的設(shè)置可以有效的降低金屬管和復(fù)合材料管交界處的剪切力，從而可以在復(fù)合材料管上施加更大預(yù)緊力，從而進(jìn)一步提高接頭的承載力。作為改進(jìn)，外金屬管被擠壓方式為：在外金屬管外設(shè)置緊固裝置，利用緊固裝置擠壓外金屬管。作為另一種改進(jìn)，復(fù)合材料管擠壓內(nèi)金屬管方式為：復(fù)合材料管、內(nèi)金屬管之間通過過盈配合連接。作為另一種改進(jìn)，所述齒為單級(jí)齒或多級(jí)齒；所述單級(jí)齒為直角齒、梯形齒或圓弧齒；所述多級(jí)齒為二級(jí)齒或三級(jí)齒；所述二級(jí)齒的每一級(jí)齒分別獨(dú)立的為直角齒、梯形齒或圓弧齒；所述三級(jí)齒的每一級(jí)齒分別獨(dú)立的為直角齒、梯形齒或圓弧齒。復(fù)合材料管與金屬管咬合的齒的級(jí)數(shù)根據(jù)接頭的承載力和疲勞性能進(jìn)行選擇。作為另一種改進(jìn)，所述外金屬管、內(nèi)金屬管的端部通過焊接或者螺紋連接形成接頭整體。傳統(tǒng)的接頭都是通過外金屬套筒或者內(nèi)金屬套筒和復(fù)合材料管單獨(dú)傳力，將內(nèi)外金屬套筒連接成整體可以實(shí)現(xiàn)接頭通過外金屬套筒或者內(nèi)金屬套筒和復(fù)合材料管共同傳力，從而進(jìn)一步提高接頭的疲勞性能。有益效果：本專利技術(shù)提供的連接頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便，通過齒連接和預(yù)緊力連接配合，承載力高、抗疲勞性能強(qiáng)。具體而言，本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：(1)承載力高：首先通過多級(jí)齒可以有效的降低復(fù)合材料齒根的應(yīng)力集中，其次由于預(yù)緊力的施加可以降低齒端部的正應(yīng)力和提高復(fù)合材料齒的層間剪切強(qiáng)度，最后內(nèi)外金屬管的通過齒咬合和摩擦力共同傳力。基于這三個(gè)因素可以有效提高接頭承載力，解決現(xiàn)有復(fù)合材料連接技術(shù)連接效率低的問題。對(duì)于外徑為60mm的玻璃纖維管，壁厚6mm，通過該連接技術(shù)接頭處可以提供90噸，而其他連接技術(shù)承載力最高可以達(dá)到50噸。(2)疲勞性能好：通過多級(jí)齒可以有效的降低齒根應(yīng)力集中從而解決現(xiàn)有復(fù)合材料齒連接疲勞性能差的問題。一般玻璃纖維復(fù)合材料齒連接其疲勞性能僅為復(fù)合材料材料本身的50％，而該連接方式可以達(dá)到復(fù)合材料本身疲勞壽命的80％。(3)由于可以直接在接頭外金屬管上進(jìn)行焊接、切削等常規(guī)操作，該連接方式不僅可以進(jìn)行復(fù)合材料構(gòu)件的單向連接，多向連接。附圖說明圖1為本專利技術(shù)高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術(shù)高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置的剖視圖。圖3為本專利技術(shù)高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置的局部示意圖。圖4為實(shí)施例1的單級(jí)齒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為實(shí)施例4的單級(jí)齒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為實(shí)施例5的單級(jí)齒的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面對(duì)本專利技術(shù)高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置作出進(jìn)一步說明。實(shí)施例1高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置，見圖1至3，包括外金屬管1、內(nèi)金屬管2、過渡金屬管3；外金屬管1、復(fù)合材料管4、內(nèi)金屬管2自外而內(nèi)依次設(shè)置；外金屬管1和復(fù)合材料管4之間設(shè)置相互咬合的齒；外金屬管1上設(shè)有緊固裝置，過渡金屬管3設(shè)于外金屬管1和復(fù)合材料管4之間。外金屬管1與復(fù)合材料管4之間通過齒咬合傳力和由預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力傳力；內(nèi)金屬管2與復(fù)合材料管4之間由預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力傳力；預(yù)緊力通過外金屬管1被緊固裝置擠壓使外金屬管1產(chǎn)生塑性變形施加。外金屬管1、內(nèi)金屬管2的端部通過焊接或者螺紋連接形成接頭整體，可以實(shí)現(xiàn)共同傳力。齒為單級(jí)齒；單級(jí)齒為梯形齒，見圖4。該連接頭在使用時(shí)：首先在復(fù)合材料管4外表面以及外金屬管1表面加工相互匹配的齒；再將外金屬管1與復(fù)合材料管4進(jìn)行裝配，然后在復(fù)合材料管4內(nèi)部設(shè)置外徑與復(fù)合材料管材內(nèi)徑相同、剛度較大的內(nèi)金屬管2；再并通過擠壓外金屬管1的方式，使外金屬管1進(jìn)入塑性段從而給復(fù)合材料管4施加較大的徑向壓應(yīng)力即預(yù)緊力；實(shí)施例2與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于：?jiǎn)渭?jí)齒為直角齒。實(shí)施例3與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于：?jiǎn)渭?jí)齒為圓弧齒。實(shí)施例4高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置，見圖1和2，包括外金屬管1、內(nèi)金屬管2、過渡金屬管3；外金屬管1、復(fù)合材料管4、內(nèi)金屬管2自外而內(nèi)依次設(shè)置；外金屬管1和復(fù)合材料管4之間分別設(shè)有互相咬合的多級(jí)齒，內(nèi)金屬管2與復(fù)合材料管4之間設(shè)有互相咬合的單級(jí)齒；外金屬管1上通過擠壓方式施加預(yù)緊力；外金屬管1和復(fù)合材料管4之間，均設(shè)有過渡金屬管3。外金屬管1、內(nèi)金屬管2與復(fù)合材料管4之間均通過齒咬合傳力和由預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力傳力。外金屬管1、內(nèi)金屬管2的端部通過焊接或者螺紋連接形成接頭整體，可以實(shí)現(xiàn)共同傳力。齒為多級(jí)齒；多級(jí)齒為二級(jí)齒，見圖5；二級(jí)齒6的第一級(jí)齒為直角齒，第二級(jí)齒為直角齒。該連接頭在使用時(shí)：首先在復(fù)合材料管4內(nèi)表面以及內(nèi)金屬管2外表面加工相互匹配的齒；再在復(fù)合材料管4外部設(shè)置內(nèi)徑與復(fù)合材料管4材外徑相同、剛度較大的外金屬管1，再將外金屬管1與復(fù)合材料管4進(jìn)行裝配，使內(nèi)金屬管2進(jìn)入塑性段從而給復(fù)合材料管4施加較大的徑向壓應(yīng)力即預(yù)緊力。實(shí)施例5與實(shí)施例4基本相同，不同之處僅在于：二級(jí)齒6的第一級(jí)齒為直角齒，第二級(jí)齒為梯形齒。實(shí)施例6與實(shí)施例4基本相同，不同之處僅在于：二級(jí)齒6的第一級(jí)齒為梯形齒，第二級(jí)齒為圓弧齒。實(shí)施本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置，其特征在于：包括外金屬管(1)、內(nèi)金屬管(2)、過渡金屬管(3)；所述外金屬管(1)、復(fù)合材料管(4)、內(nèi)金屬管(2)自外而內(nèi)依次設(shè)置；所述外金屬管(1)、內(nèi)金屬管(2)與復(fù)合材料管(4)之間通過齒咬合傳力和/或由預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力傳力；其中，所述外金屬管(1)與復(fù)合材料管(4)之間設(shè)有互相咬合的齒，和或/內(nèi)金屬管(2)與復(fù)合材料管(4)之間設(shè)有互相咬合的齒；其中，預(yù)緊力通過外金屬管(1)被擠壓使金屬外金屬套筒(1)產(chǎn)生變形施加和/或內(nèi)金屬管(2)擠壓復(fù)合材料管(4)產(chǎn)生變形施加；當(dāng)預(yù)緊力通過外金屬管(1)被擠壓使金屬外金屬套筒(1)產(chǎn)生變形施加時(shí)，過渡金屬管(3)設(shè)于外金屬管(1)和復(fù)合材料管(4)之間；當(dāng)復(fù)合材料管(4)擠壓內(nèi)金屬管(2)產(chǎn)生變形施加時(shí)，過渡金屬管(3)設(shè)于復(fù)合材料管(4)、內(nèi)金屬管(2)之間。

【技術(shù)特征摘要】
2017.07.11 CN 20171056060641.一種高承載、高疲勞性能的復(fù)合材料管多級(jí)齒連接裝置，其特征在于：包括外金屬管(1)、內(nèi)金屬管(2)、過渡金屬管(3)；所述外金屬管(1)、復(fù)合材料管(4)、內(nèi)金屬管(2)自外而內(nèi)依次設(shè)置；所述外金屬管(1)、內(nèi)金屬管(2)與復(fù)合材料管(4)之間通過齒咬合傳力和/或由預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力傳力；其中，所述外金屬管(1)與復(fù)合材料管(4)之間設(shè)有互相咬合的齒，和或/內(nèi)金屬管(2)與復(fù)合材料管(4)之間設(shè)有互相咬合的齒；其中，預(yù)緊力通過外金屬管(1)被擠壓使金屬外金屬套筒(1)產(chǎn)生變形施加和/或內(nèi)金屬管(2)擠壓復(fù)合材料管(4)產(chǎn)生變形施加；當(dāng)預(yù)緊力通過外金屬管(1)被擠壓使金屬外金屬套筒(1)產(chǎn)生變形施加時(shí)，過渡金屬管(3)設(shè)于外金屬管(1)和復(fù)合材料管(4)之間；當(dāng)復(fù)合材料管(4)擠壓內(nèi)金屬管(2)產(chǎn)生變形施加時(shí)，過渡金屬管(3)設(shè)于復(fù)合材料管...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高一峰，高建崗，晏孝強(qiáng)，陳立，潘大榮，張冬冬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：趙啟林，李飛，陳浩森，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32