一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具的制作方法
【专利摘要】本实用新型具体涉及一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具。目的是提供一种生产成本低、粘接质量高、粘接精度好的大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具。该夹具包括密封箱，所述箱体内设置定位机构，所述的定位机构包括托架框，托架框内设置数条相互平行的、竖直放置的调节螺杆，相邻的两个调节螺杆的间隙之间放置竖直设置的碳纤维管，使碳纤维管一侧的侧壁与相邻的两个调节螺杆的侧壁接触；所述碳纤维管的另一侧的侧壁与锁紧杆上设置的V形卡槽的两个侧面接触。调节螺杆和锁紧杆调节碳纤维管轴线位置，以保证碳纤维管与金属接头粘接时两者之间的同轴度满足要求，设置多个调节螺杆和锁紧杆可实现碳纤维管与金属接头粘接的批量化生产。
【专利说明】
一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具
技术领域
[0001]本实用新型涉及方程式赛车悬架技术领域，具体涉及一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具。
【背景技术】
[0002]碳纤维复合材料已经从航空航天等高端领域逐步向民用领域普及，碳纤维管具有比重小、刚度大、强度高、耐腐蚀等优点，广泛用于医疗器械、体育器材中。但是由于其自身特性使碳纤维管的机械连接极为困难，所以使用胶水粘接则成为了一种比较简单高效的连接方式。如今，FSAE大学生方程式汽车大赛已经在大量使用碳纤维管与金属接头粘接的粘接制品作为赛车悬架系统的导向机构。
[0003]悬架对于动力学的重要性体现在其运动特性及其对从轮胎传递到底盘的力和力矩的响应。对于方程式赛车的整车设计，悬架性能显然是影响整车操纵稳定性和平顺性的重要因素，故悬架系统的设计在整车设计中占据着举足轻重的地位。将碳纤维成功运用到悬架系统上下叉臂中后，可减重57%，但是选择碳纤维管为独立悬架系统中的双横臂的材料之后，随之出现一个重要的问题，便是碳纤维与金属制件的连接。
[0004]使用胶粘剂将需要胶接的两个件粘成一个件的方法称为胶连接。胶连接对纤维破坏最小，产生的应力集中小，最后粘成一个件的总质量小，做出的表面非常光滑、制作工艺很简便、制作加工成本比较低，并且比较能抵抗腐蚀，产生的永久变形小。但是，较难控制的是胶连接的质量，如胶连接传递很高载荷，则受力会不可靠。目前，国内对FSAE碳纤维悬架粘接问题的研究主要是以哈尔滨工业大学为代表的通过改变粘胶剂的类型、粘接的长度、粘接间隙、表面处理等因素进行改善与研究。虽然取得了一定的进步与改进，但是由于在碳纤维管与铝接头的粘胶过程中，人为因素的影响非常大。经过重复性试验后进行数据分析与处理，便发现各个试件的粘接强度的差异性很大，并且经常会出现粘接强度不符合要求的案例。而FSAE赛车为了安全，绝对不允许出现碳纤维悬架粘接强度不足的概率，因此，不少大学的FSAE赛车转而使用传统的钢制焊接的悬架横臂。
[0005]在普通粘接工艺过程中，没有专用的粘接用夹具，现有的用于碳纤维管的夹具主要用于对碳纤维管进行打孔或表面处理，这样的夹具其夹持部位通常是夹持接头处，而由于接头和碳纤维管之间的间隙配合，因此粘接过程中接头和碳纤维管的轴线相互之间会产生一定角度的偏移，粘接后无法保证碳纤维管和金属接头之间的同轴度，也容易出现胶水粘接层分布不均匀，粘接品质难以保证一致。现有的机械加工用的管类夹具大多是针对金属管，由于金属与碳纤维的物理性能差距较大，无法直接使用现有的管类夹具，且一般的夹具一次只能夹持一根管件，也无法批量化生产。
【发明内容】
[0006]针对上述装置的不足，本实用新型的目的是提供一种生产成本低、粘接质量高、粘接精度好的大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具。
[0007]为实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案是:一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具，包括密封箱，密封箱的箱盖安装在箱体上部，箱盖与箱体之间设置密封条，箱体侧面设置的通孔通过真空接头与真空管的一端连接，真空管的另一端与真空栗连接，所述真空管上还设有压力表；
[0008]所述箱体内设置定位机构，所述的定位机构包括托架框，托架框内设置数条相互平行的、竖直放置的调节螺杆，相邻的两个调节螺杆之间的间隙位置前方设置可沿水平方向前后调节的锁紧杆，锁紧杆上设置朝向两相邻调节螺杆之间位置的V形卡槽，该V形卡槽与两相邻调节螺杆构成对碳纤维管的定位;所述碳纤维管的上、下两端分别与一个金属接头连接，两个金属接头分别由可沿竖直方向上下调节的、水平放置的压紧金属板固定。
[0009]优选的，所述锁紧杆的上下两端分别穿过两个压紧金属板上设置的、沿竖直方向开设的长条形调节通孔，调节通孔的长度方向所在的平面与托架框所在的平面垂直;所述压紧金属板的侧壁上设置水平的锁紧通孔，锁紧通孔与调节通孔连通，所述的锁紧通孔内设置调节螺钉，调节螺钉与锁紧杆接触；调节螺杆穿过压紧金属板上沿竖直方向设置定位通孔，所述调节螺杆上套设锁紧螺母、锁紧垫圈，锁紧垫圈的端面与压紧金属板的端面接触;使两个压紧金属板产生方向相对的压紧力;所述的金属接头与密封箱内设置的电加热丝连接。
[0010]优选的，所述的金属接头包括底圆台和凸圆台，所述的底圆台的直径大于凸圆台的直径，所述底圆台的底端设置堵盖，所述底圆台的上端面、凸圆台的外侧面位置设置第一密封垫，所述凸圆台的上端设置第二密封垫，碳纤维管的内侧面与凸圆台的外侧面接触，碳纤维管的端面与第一密封垫的上端面接触;所述的碳纤维管的内径略小于凸圆台的外径；
[0011]优选的，所述的底圆台的底端沿轴向方向设置多个周向布置的第一渗透孔，所述的凸圆台的外侧壁沿径向方向设置多个第二渗透孔，所述的第一渗透孔与第二渗透孔相通;所述的凸圆台的外侧面上、第二渗透孔外侧设置密封薄膜。
[0012]优选的，所述的金属接头沿其轴线方向设置透气通孔，透气通孔的内壁上设置内螺纹。
[0013]优选的，所述箱体的内侧壁上设置静电吸尘板，静电吸尘板与箱体外侧设置的配电箱连接;所述箱体的内侧面上沿竖直方向设置滑槽，滑槽的形状与托架框的形状相适应。
[0014]本实用新型以下有益效果:调节螺杆和锁紧杆调节方便，且可以有效的调整将碳纤维管与金属接头之间的位置，以保证碳纤维管与金属接头粘接时两者之间的同轴度满足要求，设置多个调节螺杆和锁紧杆可实现碳纤维管与金属接头粘接的批量化生产，提高了生产效率。
【附图说明】
[0015]图1为粘接夹具结构示意图；
[0016]图2为箱盖打开状态下粘接夹具结构示意图；
[0017]图3为密封箱正视图剖视图；
[0018]图4为图3的A-A剖视图；
[0019]图5为图4的B-B剖视图；
[0020]图6为碳纤维管和金属接头连接剖视图；[0021 ]图7为碳纤维管和金属接头连接轴测图；
[0022]图8为压紧金属板轴测图；
[0023]图9为外框托架轴测图；
[0024]图10为外框托架轴测爆炸图。
【具体实施方式】
[0025]如图1-图10所示的，一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具，包括密封箱，密封箱的箱盖I安装在箱体2上部，箱盖I与箱体2之间设置密封条18，箱体2侧面设置的通孔通过真空接头与真空管3的一端连接，真空管3的另一端与真空栗5连接，所述真空管3上还设有压力表4;所述箱体2的内侧壁上设置静电吸尘板15，静电吸尘板15与箱体2外侧设置的配电箱17连接;所述箱体2内设置定位机构，所述的定位机构包括托架框13，所述箱体2的内侧面上沿竖直方向设置滑槽16，滑槽16的形状与托架框13的形状相适应。这样可以方便的将托架框13放入箱体2或从箱体2中取出。
[0026]所述箱体2内设置定位机构，所述的定位机构包括托架框13，托架框13内设置数条相互平行的、竖直放置的调节螺杆14，相邻的两个调节螺杆14之间的间隙位置前方设置可沿水平方向前后调节的锁紧杆9，锁紧杆9上设置朝向两相邻调节螺杆14之间位置的V形卡槽，该V形卡槽与两相邻调节螺杆14构成对碳纤维管7的定位;所述碳纤维管7的上、下两端分别与一个金属接头6连接，两个金属接头6分别由可沿竖直方向上下调节的、水平放置的压紧金属板8固定。这样即使碳纤维管7的内径大于金属接头6上凸圆台62的外径，也可以通过调整锁紧杆9，使锁紧杆9与调节螺杆14共同对碳纤维管7的位置进行校正，使碳纤维管7的轴线与金属接头6的轴线保持同轴。所述的金属接头6可以是不锈钢接头，也可以是铝合金接头，也可以是铝镁合金接头或其他金属材料的接头。
[0027]锁紧杆9的上下两端分别穿过水平放置的两个压紧金属板8上、沿竖直方向开设的长条形调节通孔81，这样锁紧杆9即可沿调节通孔81前后运动，调节通孔81的长度方向所在的平面与托架框13所在的平面垂直;所述压紧金属板8的侧壁上设置水平的锁紧通孔82，锁紧通孔82与调节通孔81连通，所述的锁紧通孔82内设置调节螺钉83，调节螺钉83与锁紧杆9接触，通过旋转调节螺钉83，可改变锁紧杆9在调节通孔81内的位置，从而实现了锁紧杆9的前后调节功能。也可以沿前后方向水平设置一套丝杠滑块结构，滑块与锁紧杆9连接，这样也可以实现锁紧杆9的前后调节功能。
[0028]所述碳纤维管7的两端分别与金属接头6连接，所述的金属接头6包括底圆台61和凸圆台62，所述的底圆台61的直径大于凸圆台62的直径，所述的凸圆台62插入碳纤维管7中；所述的碳纤维管7的内径略小于凸圆台62的外径。
[0029]碳纤维管7与接头6之间的胶水涂刷一般情况下是在接头6外侧先涂刷胶水，然后将碳纤维管7套在接头6上，但是这样会导致多余的胶水从碳纤维管7与接头6的间隙中被挤出，接头6的外侧壁沾有残余胶水，甚至接头6内的透气通孔68的内壁上也会有残留的胶水，这些残留胶水固化后非常难去除，严重影响了接头6的使用，胶水涂刷在接头6外侧后，也易与空气中残留的灰尘接触，这样会影响胶水的粘接效果。因此更好的实施方式是:所述的底圆台61的底端沿轴向方向设置多个第一渗透孔63，所述的凸圆台62的外侧壁沿径向方向设置多个第二渗透孔64，所述的第一渗透孔63与第二渗透孔64相通;所述的凸圆台62的侧壁上、第二渗透孔64外侧设置密封薄膜67。所述底圆台61的底端设置堵盖65，所述底圆台61的上端面、凸圆台62的外侧面位置设置第一密封垫69，所述凸圆台62的上端设置第二密封垫66，碳纤维管7的内侧面与凸圆台62的外侧面接触，碳纤维管7的端面与第一密封垫69的上端面接触。
[0030]调节螺杆14穿过压紧金属板8上沿竖直方向设置定位通孔84，所述调节螺杆14上套设锁紧螺母12、锁紧垫圈11，锁紧垫圈11的端面与压紧金属板8的端面接触;使两个压紧金属板8产生方向相对的压紧力；当上方、下方的两个锁紧螺母12同时沿调节螺杆14上下运动，即可实现压紧金属板8的上下调节功能，也可以沿竖直方向设置一套丝杆滑块结构，滑块与压紧金属板8连接，这样也可以实现压紧金属板8的上下调节功能。所述金属接头6与密封箱内设置的电加热丝70连接。
[0031]所述的金属接头6沿其轴线方向设置透气通孔68，透气通孔68的内壁上设置内螺纹，所述的压紧金属板8相应的位置设置与透气通孔68同轴心的金属板透气孔84;所述的金属板透气孔84内设置定位销85，定位销85的形状与透气通孔68的形状相适应。
[0032]为了使密封薄膜具有一定的强度，可以承受胶水的压力，同时又具有低熔点的特点，方便融化，更好的实施方式是:所述的密封薄膜67包括塑料层，塑料层的两侧涂刷低熔点石蜡，所述的塑料层由EVA和LDPE混合而成，其中EVA的质量分数为50%~70% ,LDPE的质量分数为30%-50 %。
[0033]根据上述的任意一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具的使用方法，所述的使用方法包括以下步骤:预加热、装夹、加热涂胶、抽真空；
[0034]为了保证碳纤维管7和接头6粘接后的同轴度，两者配合时应尽量减小配合公差，最好的是所述的碳纤维管7的内径略小于凸圆台62的外径，但是这样的装配会较困难，因此在装配前，需要对碳纤维管7提前加热到第一预热温度11，使碳纤维管7受热后发生热膨胀，这样碳纤维管7的内径略大于凸圆台62的外径，可方便的进行装配。因此所述的预加热步骤为:将碳纤维管7加热到第一预热温度tl，使碳纤维管7的内径略大于凸圆台62的外径;然后将两个接头6插入碳纤维管7的两端，并将胶水灌入底圆台61底面的第一渗透孔63内，盖上堵盖65。
[0035]所述的装夹步骤为:将碳纤维管7放置在相邻两个调节螺杆14之间的间隙位置的前方，并用两个压紧金属板8分别与碳纤维金属管7两端的金属接头6接触;然后调整调节螺钉83，使锁紧杆9前后运动，让其上设置的V形卡槽的两个侧面与碳纤维管7的一侧的侧壁接触，并使碳纤维管7另一侧的侧壁与相邻的两个调节螺杆14的侧壁接触，使碳纤维管7的周向方向被锁死;然后使用锁紧螺母12、锁紧垫圈11对两个压紧金属板8施加方向相对的预紧力，使碳纤维管6的轴向方向被锁死;然后将装夹了碳纤维管6的托架框13缓慢卡入箱体2内的滑槽16中。
[0036]所述的加热涂胶步骤为:盖紧箱盖I，接通配电箱17的电源，使静电吸尘板15开始通电并吸附密封箱内部灰尘;一定时间后使用电加热丝70将接头6加热到第二预热温度t2，融化密封薄膜67，使胶水通过第二渗透孔64流入碳纤维管7与接头6之间的间隙中；由于设置了第一密封垫69、第二密封垫66，胶水不会流入透气通孔68中，也不会流到底圆台61的外侧面上，有效的提高了粘接的质量。
[0037]所述的抽真空步骤为:开启真空栗5，将密封箱内部的空气缓慢抽出，形成真空环境;当密封箱内的压力达到一定值后保压一段时间进行真空固化。
[0038]为了加快粘接工艺的效率，更好的实施方式是:所述的预加热步骤中，将接头6加热到第三预热温度t3。这样可以节省加热涂胶步骤中接头6的加热时间。同时为了保证密封薄膜67在加热涂胶步骤中融化，所述的预加热步骤中，第一预热温度tl、第三预热温度t3小于密封薄膜67的熔点温度。
【主权项】
1.一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具，包括密封箱，密封箱的箱盖(I)安装在箱体(2)上部，箱盖(I)与箱体(2)之间设置密封条(18)，箱体(2)侧面设置的通孔通过真空接头与真空管(3)的一端连接，真空管(3)的另一端与真空栗(5)连接，所述真空管(3)上还设有压力表(4); 其特征在于:所述箱体(2)内设置定位机构，所述的定位机构包括托架框(13)，托架框(13)内设置数条相互平行的、竖直放置的调节螺杆(14)，相邻的两个调节螺杆(14)之间的间隙位置前方设置可沿水平方向前后调节的锁紧杆(9)，锁紧杆(9)上设置朝向两相邻调节螺杆(14)之间位置的V形卡槽，该V形卡槽与两相邻调节螺杆(14)构成对碳纤维管(7)的定位;所述碳纤维管(7)的上、下两端分别与一个金属接头(6)连接，两个金属接头(6)分别由可沿竖直方向上下调节的、水平放置的压紧金属板(8)固定。2.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具，其特征在于:所述锁紧杆(9)的上下两端分别穿过两个压紧金属板(8)上设置的、沿竖直方向开设的长条形调节通孔(81)，调节通孔(81)的长度方向所在的平面与托架框(13)所在的平面垂直;所述压紧金属板(8)的侧壁上设置水平的锁紧通孔(82)，锁紧通孔(82)与调节通孔(81)连通，所述的锁紧通孔(82)内设置调节螺钉(83)，调节螺钉(83)与锁紧杆(9)接触;调节螺杆(14)穿过压紧金属板(8)上沿竖直方向设置定位通孔(84)，所述调节螺杆(14)上套设锁紧螺母(12)、锁紧垫圈(11)，锁紧垫圈(11)的端面与压紧金属板(8)的端面接触，使两个压紧金属板(8)产生方向相对的压紧力;所述的金属接头(6)与密封箱内设置的电加热丝(70)连接。3.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具，其特征在于:所述的金属接头(6)包括底圆台(61)和凸圆台(62)，所述的底圆台(61)的直径大于凸圆台(62)的直径，所述底圆台(61)的底端设置堵盖(65)，所述底圆台(61)的上端面、凸圆台(62)的外侧面位置设置第一密封垫(69)，所述凸圆台(62)的上端设置第二密封垫(66)，碳纤维管(7)的内侧面与凸圆台(62)的外侧面接触，碳纤维管(7)的端面与第一密封垫(69)的上端面接触;所述的碳纤维管(7)的内径略小于凸圆台(62)的外径。4.根据权利要求3所述的一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具，其特征在于:所述的底圆台(61)的底端沿轴向方向设置多个周向布置的第一渗透孔(63)，所述的凸圆台(62)的外侧壁沿径向方向设置多个第二渗透孔(64)，所述的第一渗透孔(63)与第二渗透孔(64)相通;所述的凸圆台(62)的外侧面上、第二渗透孔(64)外侧设置密封薄膜(67)。5.根据权利要求3所述的一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具，其特征在于:所述的金属接头(6)沿其轴线方向设置透气通孔(68)，透气通孔(68)的内壁上设置内螺纹。6.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车悬架用碳纤维管粘接夹具，其特征在于:所述箱体(2)的内侧壁上设置静电吸尘板(15)，静电吸尘板(15)与箱体(2)外侧设置的配电箱(17)连接;所述箱体(2)的内侧面上沿竖直方向设置滑槽(16)，滑槽(16)的形状与托架框(13)的形状相适应。
【文档编号】B29C65/54GK205685740SQ201620469699
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月19日 公开号201620469699.0, CN 201620469699, CN 205685740 U, CN 205685740U, CN-U-205685740, CN201620469699, CN201620469699.0, CN205685740 U, CN205685740U
【发明人】龚鹏举, 郭莉, 滕艳琼, 高隽淞, 蒋祥建, 王腾, 苏联勇, 刘文龙
【申请人】西华大学