连杆结构及航空发动机安装系统的制作方法

本实用新型涉及航空发动机安装领域，尤其涉及一种连杆结构及航空发动机安装系统。

背景技术：

航空发动机在飞机上的固定是通过安装系统来实现的，该安装系统的主要功能是将发动机的垂向力、侧向力和推力传递给飞机。典型的安装系统一般采用连杆组成的静定结构，将发动机与飞机相连接。由于发动机本身具有较大质量，故在飞机做机动过载或紧急情况下，发动机安装系统中的连杆会承受较大的拉压载荷，而且发动机上的安装空间有限，重量限制苛刻，这就对安装系统中连杆的设计提出较高要求。

传统的连杆结构为全金属结构，其重量较大，疲劳与损伤容限性能差；在这种连杆结构中，其两端的球轴承一般会选用货架产品，在安装球轴承时，球轴承外圈与连杆结构之间一般采用干涉配合，装配难度大。另外，还有一种连杆结构，由全复合材料构成，这种连杆结构虽然抗拉性能较好，但抗压性能较差，在承受压缩载荷时，连杆结构容易出现分层或基体材料被压碎的情况。

需要说明的是，公开于本实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种连杆结构及航空发动机安装系统，以尽可能地减轻结构重量，避免压缩分层，同时具有较好的疲劳与损伤容限性能。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种连杆结构，包括采用金属材料制成的连杆本体，所述连杆本体设有容纳槽，所述容纳槽内填充有复合材料。

进一步地，所述容纳槽沿所述连杆本体的周向设置，并形成环形形状。

进一步地，所述容纳槽的侧壁的厚度为1mm～2mm。

进一步地，所述连杆本体上还设有轴承安装孔，所述轴承安装孔内设有用于与轴承内圈相互配合的轴承外侧衬圈。

进一步地，所述轴承外侧衬圈与所述连杆本体一体成型。

进一步地，所述轴承外侧衬圈的开槽宽度与所述轴承内圈的宽度大致相同；和/或，所述轴承外侧衬圈的直径与所述轴承内圈的直径大致相同，并能够保证轴承能够自由转动。

进一步地，所述连杆本体的表面设有自该表面向该表面的相对侧延伸的减重凹槽。

进一步地，所述连杆本体的两个相对表面上均设有减重凹槽，两个所述减重凹槽之间形成连接体，所述连接体上设有通孔。

进一步地，所述通孔包括多个，并使得所述连接体形成单叉形、双叉形或多叉形结构。

进一步地，所述连杆本体的外表面设有隔热层。

进一步地，所述复合材料包括碳纤维复合材料单向带和织物预浸料，在所述容纳槽内自内向外依次铺设有0°的碳纤维复合材料单向带、90°的碳纤维复合材料单向带°和织物预浸料，其中，0°的碳纤维复合材料单向带的方向与所述连杆本体承受拉力的方向相同，并且占所述复合材料总量的90％。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种航空发动机安装系统，包括上述的连杆结构。

基于上述技术方案，本实用新型在连杆本体上设置有容纳槽，容纳槽内填充有复合材料，而连杆本体自身采用金属材料制成，因此本实用新型的连杆结构为包括金属和复合材料的混杂结构，这种连杆结构相比于传统的金属连杆来说，总体重量较轻，抗拉能力强，具有较好的疲劳与损伤容限性能；相比于传统的全复合材料连杆来说，由于主体部分为金属材料，并且复合材料部分可以通过凹槽的侧壁来进行保护，因此抗压能力强，可以避免复合材料因受压而出现分层或基体材料被压碎的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型连杆结构一个实施例的结构示意图。

图2为图1实施例中的连杆结构缠绕复合带之后的结构示意图。

图3为图1实施例中的连杆结构的主视图。

图4为图3中A-A截面的剖视图。

图5为图3中B-B截面的剖视图。

图6为图1实施例中的连杆结构的俯视图。

图7为图1实施例中的连杆结构的侧视图。

图8为图1实施例中的连杆结构缠绕复合带的过程图。

图9为图1实施例中的连杆结构装配轴承的视图。

图10为图1实施例中的连杆结构表面涂敷隔热层的结构示意图。

图中：

1、连杆本体；2、容纳槽；3、连接体；4、通孔；5、轴承安装孔；6、轴承外侧衬圈；7、减重凹槽；8、碳纤维复合材料单向带；9、侧壁；10、辊筒；11、轴承内圈；12、隔热层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制。

参考图1～10，在本实用新型所提出的连杆结构的一个实施例中，连杆结构包括采用金属材料制成的连杆本体1，连杆本体1设有容纳槽2，容纳槽2内填充有复合材料。在容纳槽2内填充复合材料后，可以通过热压罐进行固化成型，以使复合材料与连杆本体1融为一体，提高整体结构的强度。

在上述实施例中，在连杆本体1上设置有容纳槽2，容纳槽2内填充有复合材料，而连杆本体1自身采用金属材料制成，因此该连杆结构为包括金属和复合材料的混杂结构，这种连杆结构相比于传统的金属连杆来说，总体重量较轻，抗拉能力强，具有较好的疲劳与损伤容限性能；相比于传统的全复合材料连杆来说，由于主体部分为金属材料，并且复合材料部分可以通过凹槽的侧壁来进行保护，因此抗压能力强，可以避免复合材料因受压而出现分层或基体材料被压碎的问题。

连杆结构的材料可以根据连杆结构的实际工作需要而灵活选择。优选地，可以为热膨胀系数较小的镍合金或比重量较小的钛合金，并采用整体锻造工艺，数控机床加工成型。

而复合材料为由两种或两种以上的不同材料组成并在宏观上具有新的材料力学特性的材料，优选地采用轻质且抗拉能力较强的复合材料，比如碳纤维复合材料等。具体来说，复合材料可以包括碳纤维复合材料单向带8和织物预浸料，在容纳槽2内，自内向外依次铺设有0°的碳纤维复合材料单向带8、90°的碳纤维复合材料单向带8°和织物预浸料，其中，“自内向外”指的是从靠近连杆本体1的中心到远离连杆本体1的中心的方向。0°的碳纤维复合材料单向带8的方向与连杆本体1承受拉力的方向相同，90°的碳纤维复合材料单向带8的方向与连杆本体1承受拉力的方向相互垂直，并且0°的碳纤维复合材料单向带8占复合材料总量的90％。

0°的碳纤维复合材料单向带8所占比重较大，可以提高抗拉能力，在0°的碳纤维复合材料单向带8的基础上铺设90°的碳纤维复合材料单向带8，可以防止复合材料在横向上的变形太大；在90°的碳纤维复合材料单向带8的基础上又铺设织物预浸料，有利于提高抗冲击能力。

在如图1所示的实施例中，连杆本体1呈长圆形，中间为长方形，两边为半圆，优选地，容纳槽2设置在连杆本体1的侧面。

容纳槽2的个数可以为一个，也可以为两个或多个，容纳槽2的大小和形状也可以根据实际需要灵活选择。

作为优选的，如图1和图2所示，容纳槽2沿连杆本体1的周向设置，并形成环形形状。这种情况下，容纳槽2仅包括一个，为沿连杆本体1的周向设置的环形凹槽。容纳槽2设置为环形，复合材料做成带式形状，可以沿连杆本体1的周向缠绕，方便复合材料的填充，而且环形缠绕的结构可以使连杆本体1的周向均布置为复合材料，有利于提高连杆结构的抗拉能力。

如图6、7、8所示，可先将辊筒10上的0°的碳纤维复合材料单向带8缠绕在容纳槽2内，再在其上缠绕一些90°的碳纤维复合材料单向带8，最后在最外侧缠绕织物预浸料，缠绕工序应在无尘车间内进行，缠绕完毕之后再高温固化炉中进行加压固化。碳纤维复合材料单向带8和织物预浸料可以选用T800或T300碳纤维与双马来酰亚胺树脂或环氧树脂，也可根据实际需要选取其他复合材料纤维与树脂体系。

在本实用新型连杆结构的另一优选实施例中，容纳槽2的侧壁9的厚度为1mm～2mm，在确保起到防止复合材料免受意外损伤或吸湿、紫外线辐射等原因而出现老化分层的同时，具有一定的刚度。该侧壁9的厚度太大，不利于连杆结构的总重量的减轻；厚度太小，不能对复合材料形成足够的保护作用。

为方便轴承的安装，连杆本体1上还设有轴承安装孔5，轴承安装孔5内设有用于与轴承内圈11相互配合的轴承外侧衬圈6。

轴承外侧衬圈6可以作为独立部件，预先安装在轴承安装孔5内，这样每次在安装轴承时就省略了先安装轴承外侧衬圈6的步骤，缩短装配时间，提高装配效率。

优选地，轴承外侧衬圈6与连杆本体1一体成型，这样在制造时，轴承外侧衬圈6即形成在轴承安装孔5内，在安装轴承时可以避免轴承外侧衬圈6与轴承安装孔5的干涉配合，只需装入轴承内圈11即可。

为了方便轴承的安装，以球轴承为例，下面介绍一种具体的实现方式。

如图3和图4所示，轴承外侧衬圈6的开槽宽度W2与轴承内圈11的宽度W1大致相同，优选地，轴承外侧衬圈6的开槽宽度W2比轴承内圈11的宽度W1略大，比如，轴承外侧衬圈6的开槽宽度W2比轴承内圈11的宽度W1大0.5mm～1mm，以便于安装和拆卸。

如图5所示，轴承外侧衬圈6的直径D1与轴承内圈11的直径D2大致相同，优选地，轴承外侧衬圈6与轴承内圈11之间保留一定的间隙，该间隙可以为0.01mm～0.02mm，以保证轴承能够自由转动。

在上述设置的基础上，在安装球轴承时，如图9所示，可以先将轴承内圈11竖起来，使轴承内圈11的轴线与连杆本体1的长度方向平行，将轴承内圈11的圆弧面对准轴承外侧衬圈6的开槽处进行装配，安装之后将轴承内圈11旋转90°即完成了轴承内圈11的最终定位，形成如图2所示的连杆结构。

为进一步减轻连杆结构的重量，连杆本体1的表面设有自该表面向该表面的相对侧延伸的减重凹槽7。减重凹槽7的具体位置和个数可以根据实际需要灵活设置。

优选地，连杆本体1的两个相对表面上均设有减重凹槽7，这样，在两个减重凹槽7之间就会形成连接体3。减重凹槽7横跨的范围可能很大，若两个相对表面上的两个减重凹槽7相互接通而形成上下贯穿的通孔结构，即不存在连接体3的话，可能会造成结构的不稳定性，在连杆结构承受拉力时，通孔结构的侧壁可能会因无法承受拉力而断裂失效，因此在两个减重凹槽7之间形成连接体3有利于提高结构强度。

连接体3上可以设置通孔4，以尽可能地减轻连杆结构的重量。优选地，通孔4可以包括多个，并使得连接体3形成单叉形、双叉形或多叉形结构。叉形结构既可以减轻连杆结构的总体重量，又可以提高结构稳定性，并且叉形结构与连杆结构一体成型，连接处的可靠性较高。

另外，如图10所示，连杆本体1的外表面设有隔热层12，以提高连杆结构的抗高温及防火能力。

基于上述各个实施例中的连杆结构，本实用新型还提出一种航空发动机安装系统，该系统包括上述的连杆结构。连杆作为航空发动机安装系统的一个重要部件，既可承受拉伸载荷，也可以承受压缩载荷，可用于发动机本体与飞机吊挂的连接或发动机齿轮箱、滑油箱与发动机机匣等的连接。

通过对本实用新型连杆结构及航空发动机安装系统的多个实施例的说明，可以看到本实用新型连杆结构及航空发动机安装系统实施例至少具有以下一种或多种优点：

1、通过设置容纳槽，可用复合材料进行缠绕，减轻了结构重量，金属与复合材料混杂，增加了连杆结构的抗拉强度，整体上具有更好的抗裂纹扩展能力和减振能力；

2、容纳槽的侧壁可用于保护复合材料免受意外损伤；

3、通过设置减重凹槽、通孔和叉形结构，使金属结构材料合理分布，进一步减轻结构重量，并提高承压能力；

4、轴承外侧衬圈与连杆本体一体化设计，降低了制造和装配难度；

5、设置隔热涂层，提高连杆结构的工作环境温度，增加其适用范围。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。