抗侧滚扭杆以及抗侧滚扭杆的成型工艺的制作方法

本发明涉及轨道车辆技术领域，具体涉及一种抗侧滚扭杆以及抗侧滚扭杆的成型工艺。

背景技术：
现有的抗侧滚扭杆主要是金属制成，抗侧滚扭杆的扭转轴和扭转臂通过紧固件紧固连接，但金属制成的抗侧滚扭杆在使用过程中存在质量偏重的问题，为了实现连接，扭转轴和扭转臂的结构较为复杂，加工难度较大。目前，也有将抗侧滚扭杆通过碳纤维复合材料制成的结构，虽然可以达到减重的目的，但此时要完成扭转轴和扭转臂的连接，就需要在碳纤维复合材料制成的扭转轴上加工出连接孔，不但加工难度大，如此还会降低碳纤维复合材料的力学性能。

技术实现要素：

本发明提供一种抗侧滚扭杆，包括扭转轴、扭转臂，所述扭转轴包括由纤维复合材料制成的芯管和连接于所述芯管两端的金属连接头，所述金属连接头包括相接的第一段和第二段，所述第一段与所述芯管连接，所述扭转臂包括金属制成的扭转臂芯体，所述第二段和所述扭转臂插接，所述芯管和所述第一段的外周缠绕有第一纤维复合材料层；所述扭转轴还包括第二纤维复合材料层，所述第二纤维复合材料层至少缠绕于相插接的所述扭转臂芯体和所述第二段。

可选地，所述第一段包括缩颈段和多边形段，所述多边形段和所述芯管连接，所述缩颈段和所述第二段相接，所述多边形段的截面尺寸小于所述第二段，所述缩颈段的截面尺寸小于所述多边形段。

可选地，所述金属连接头和所述芯管锚固或粘接。

可选地，所述扭转臂芯体与所述第二段连接的一端还延伸贴合至所述第一纤维复合材料层，所述第二纤维复合材料层相应地还缠绕于所述第一纤维复合材料层靠近所述第二段的部分。

可选地，所述金属连接头为圆柱形，所述扭转臂与所述金属连接头插接的一端具有弧形面，贴合于所述金属连接头的弧形周壁。

可选地，还包括油封垫片，所述扭转轴还包括相接于所述第二段的第三段，所述第三段的截面尺寸小于所述第二段，所述油封垫片外套所述第三段，且固定于所述第二段的端面。

可选地，所述第二段的端面设有台阶，所述油封垫片朝向所述第二段的端面设有配合的台阶，所述油封垫片和所述第二段的端面卡合后点焊固定。

可选地，所述金属连接头和所述扭转臂，一者设有椭圆形插头，另一者设有椭圆形插孔。

本发明还提供一种欧诺个抗侧滚扭杆的成型工艺，用于成型上述任一项所述的抗侧滚扭杆，包括下述步骤：将芯管和金属连接头连接后作为第一芯模，在第一芯模上缠绕纤维复合材料形成第一纤维复合材料层，其中，第一纤维复合材料层仅缠绕芯管和金属连接头的第一段；

将扭转臂芯体和金属连接头的第二段插接连接；

将扭转臂芯体和至少金属连接头的第二段作为第二芯模，在第二芯模上缠绕纤维复合材料形成第二纤维复合材料层。

可选地，缠绕所述第二芯模时，配备纤维复合材料布，采用铺贴方式进行缠绕；

铺贴第一纤维复合材料布，所述第一纤维复合材料布自所述第二段的外侧包覆至与所述扭转臂插接的位置；

铺贴第二纤维复合材料布，所述第二纤维复合材料布环绕所述扭转臂长度方向的外周，同时沿所述扭转轴的横向环绕所述第二段；

铺贴第三纤维复合材料布，所述第三纤维复合材料布沿所述扭转臂芯体的横向环绕所述扭转臂芯体。

可选地，所述第二纤维复合材料布为单向布，所述第一纤维复合材料布、所述第三纤维复合材料布为平纹布。

可选地，对铺贴完毕的扭转轴、扭转臂进行注胶，在扭转轴的上套设两个管体，两个管体位于所述第二纤维复合材料层对应于所述扭转轴的部分的两端；两个管体均为注胶管，或一个管体为注胶管，另一个管体为抽气管；所述扭转臂用于连接垂向连杆的一端的外周设有抽气管。

本方案中，扭转臂和扭转轴的连接方式，采用了纤维复合材料一体形成，满足轻量化设计要求，可提高抗疲劳性能，而且具有较好的一体性，扭转刚度和承载强度独立设计。另外，扭转臂和扭转轴同时包括金属芯体且采取插接连接，装配简单，最重要的是也保留了机械连接的可靠性，此时的扭转臂和扭转轴是纤维一体和机械连接的组合连接，从而确保扭转臂和扭转轴在受到扭转时不易脱离，并且无需在纤维复合材料中开孔，在满足扭转臂连接的基础上，不影响扭转轴的力学性能，扭转臂和扭转轴的加工难度也得以降低。

附图说明

图1为本实施例中抗侧滚扭杆一种具体实施例的结构示意图；

图2为图1中扭转轴成型前的第一芯模的结构示意图；

图3为在图2中第一芯模上缠绕形成第一纤维复合材料层后的局部视图；

图4为图1中扭转臂的扭转臂芯体的示意图；

图5为图2中第一芯模缠绕形成第一纤维复合材料层后与扭转臂芯体插接形成第二芯模的示意图；

图6为图1中扭转臂和扭转轴在工装上进行性能测试时的示意图；

图7为在第二芯模上缠绕限位复合材料时的操作示意图；

图8为第一种注胶方式示意图；

图9为第二种注胶方式示意图。

图1-9中的附图标记说明如下：

1-扭转轴；11-芯管；12-金属连接头；121-第一段；121a-多边形段；121b-缩颈段；122-第二段；122a-椭圆形插孔；122b-台阶；123-第三段；13-第一纤维复合材料层；14-油封垫片；141-槽；

1’2-第二纤维复合材料层；

2-扭转臂；21-扭转臂芯体；211-主体；212-椭圆形插头；213-弧形面；214-锥形连接孔；215-大径端；

3-垂向连杆；

4-支撑座；

5-支撑轴承；

6-关节轴承；

a-第一纤维复合材料布；b-第二纤维复合材料布；c-第三纤维复合材料布；

100-工装；200-注胶管；300-注胶管；400-抽气管；500-抽气管。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本实施例中抗侧滚扭杆一种具体实施例的结构示意图。

本实施例中的抗侧滚扭杆，包括扭转轴1，扭转轴1的两端的侧面连接有扭转臂2，扭转轴1两端的端部连接有支撑座4，支撑座4处设有支撑轴承5，扭转臂2连接有垂向连杆3，垂向连杆3的一端和扭转臂2连接，另一端设有关节轴承6。

请继续参考图2、3，图2为图1中扭转轴1成型前的第一芯模的结构示意图；图3为在图2中第一芯模上缠绕形成第一纤维复合材料层13后的局部视图。

该方案中，扭转轴1包括由纤维复合材料制成的芯管11和连接于芯管11两端的金属连接头12，文中所述的纤维复合材料例如是碳纤维复合材料，或者包括碳纤维、玻璃纤维的纤维复合材料等，金属连接头12优选采用具有高弹性极限、高屈服强度和高疲劳强度的金属材料，比如弹簧钢。另外，金属连接头12包括相接的第一段121和第二段122，图2中，金属连接头12还包括位于最外端的第三段123，这里定义为第一段121、第二段122、第三段123，是根据金属连接头12沿长度方向的结构变化进行区分描述，实际上三者为一体式金属结构。

其中，第一段121用于和芯管11连接，与芯管11可以通过锚固、粘接等方式固定连接。第二段122和金属制的扭转臂芯体21(示于图4)插接，扭转臂芯体21插接在第二段122的外周，即插接在第二段122的侧面。图2中，金属连接头12和芯管11连接后形成第一芯模，在第一芯模的外周缠绕纤维复合材料形成第一纤维复合材料层13，缠绕时，仅缠绕芯管11和第一段121，金属连接头12的第二段122、第三段123并不缠绕，如图3所示，缠绕后的第一纤维复合材料层13和第二段122相接并大致平齐。

如图4、5所示，图4为图1中扭转臂2的扭转臂芯体21的示意图；图5为图2中第一芯模缠绕形成第一纤维复合材料层13后与扭转臂芯体21插接形成第二芯模的示意图。

缠绕形成第一纤维复合材料层13后，可以将扭转臂芯体21插接到第二段122，此时至少第二段122和扭转臂芯体21组成第二芯模，在第二芯模上缠绕纤维复合材料形成第二纤维复合材料层1’2，则扭转臂芯体21和金属连接头12在第二纤维复合材料层1’2的缠绕包覆下形成一体。

如图6所示，图6为图1中扭转臂2和扭转轴1在工装100上进行性能测试时的示意图。

从图6可知，芯管11、金属连接头12、缠绕的第一纤维复合材料层13、部分第二纤维复合材料层1’2组成扭转轴1，扭转臂芯体21及其外周包覆的另一部分第二纤维复合材料层1’2则组成扭转臂2。工装100包括两组组件，每组组件对应扭转轴1的一端、一个扭转臂2，扭转轴1的第三段123可以插入组件上的一个支座，组件上另一个支座用于夹持扭转臂2用于连接垂向连杆3的第二端。这样可以对扭转轴1、扭转臂2施加外力进行性能测试，本方案提供的扭转轴1、扭转臂2经过测试，性能较为优越，扭转轴1和扭转臂2在施加较大扭转的情况下依然不会脱离。

请继续参考图2，本实施例中，金属连接头12的第一段121进一步包括缩颈段121b和多边形段121a，缩颈段121b的截面尺寸最小，缩颈段121b连接第二段122和多边形段121a，多边形段121a和芯管11连接，多边形段121a的截面尺寸小于第二段122，多边形段121a和芯管11的截面尺寸相当，以留出缠绕第一纤维复合材料层13的空间，缠绕第一纤维复合材料层13后，第一纤维复合材料层13和第二段122的截面尺寸大致相当，以形成外周相对平滑的扭转轴1。设置的缩颈段121b为缠绕换向区域，截面尺寸最小，可以增加纤维缠绕层的厚度，提高第一纤维复合材料层13与芯管11、金属连接头12的界面结合强度，避免扭转过程中金属连接头12与外部纤维脱离，多边形段121a能够辅助纤维复合材料的缠绕转向。

请继续参考图5，扭转臂芯体21朝向扭转轴1的一端贴合在扭转轴1的侧面，且扭转臂芯体21用于贴合的一端的长度，大于第二段122的长度，扭转臂芯体21的一端不仅沿长度方向贴合第二段122，而且还延伸贴合至第一纤维复合材料层13靠近第二段122的一部分，这样，在缠绕形成第二纤维复合材料层1’2后，第二纤维复合材料层1’2还缠绕于第一纤维复合材料层13的一部分，即第一纤维纤维复合材料层和第二纤维复合材料层1’2也部分结合为一体，从而进一步增强扭转臂2和扭转轴1的一体性。

如图4、5所示，金属连接头12为圆柱形，扭转臂芯体21与金属连接头12插接的一端具有弧形面213，与金属连接头12的弧形周壁形成面抵接，从而增加接触面积，提高连接的可靠性。

请继续参考图3、4，金属连接头12的第二段122的侧面设有椭圆形插孔122a，扭转臂芯体21的一端设有椭圆形插头212，二者可以通过配合的椭圆形插孔122a、椭圆形插头212插接，扭转臂芯体21的另一端设有锥形连接孔214，用于和垂向连杆3连接。椭圆形插头212和椭圆形插孔122a的配合，在装配过程中不会旋转，不影响装配精度，而且，应力分布相对均匀，相对其他形状的插孔，椭圆形插孔122a对金属连接头12的强度影响也最低。可以理解，设置其他形状的插孔、插头也可以，而且，插头设于扭转臂2，插孔设于扭转臂芯体21也是可行的方案。本实施例中，扭转臂芯体21为整体式结构，其与扭转轴1的插接位置和与垂向连杆3连接的锥形连接孔214，相对位置得以确定，精度容易控制。

如图4所示，扭转臂芯体21用于和金属连接头12连接的一端定义为第一端，另一端定义为第二端，第一端的端面形成上述弧形面213，第一端沿朝向第二端的方向延伸并逐渐缩小截面尺寸，形成扭转臂芯体21的主体211，主体211整体呈弧形内凹设置，第二端包括中间段和位于中间段两端的呈大半圆状的大径端215，锥形连接孔214纵向贯穿第二端。

请继续参考图3，该实施例中扭转轴1还包括油封垫片14，扭转轴1最外端的第三段123用于连接油封垫片14。具体地，如图3所示，第二段122的端面设有台阶122b，油封垫片14朝向第二段122的端面设有配合的台阶，油封垫片14外套第三段123并台阶配合以卡固在第二段122的端面后，可以点焊固定，油封垫片14背离第二段122的端面设有和油封对应的槽141。

通过上述描述可知，金属连接头12的第二段122会缠绕第二纤维复合材料层1’2，在纤维材料层的端面加工出和油封对应的结构存在一定难度，直接设置和第三段123固定的油封垫片14，则使得后续的油封安装更加方便、可靠，且无需在纤维材料层上加工，可以简化工序。金属连接座的第三段123的截面尺寸小于第二段122，便于第三段123和相关结构的装配，一般是和轴承装配，故配备相应的油封垫片14。

本实施例还提供一种成型上述实施例中扭转轴1、扭转臂2的工艺，包括下述步骤：

将芯管11和金属连接头12连接后作为第一芯模，在第一芯模上缠绕纤维复合材料形成第一纤维复合材料层13，其中，第一纤维复合材料层13仅缠绕芯管11和金属连接头12的第一段121；

将扭转臂芯体21和金属连接头12的第二段122插接连接；

将扭转臂芯体21和至少金属连接头12的第二段122作为第二芯模，在第二芯模上缠绕纤维复合材料形成第二纤维复合材料层1’2。

请继续参考图7，图7为在第二芯模上缠绕限位复合材料时的操作示意图。

在第二芯模上缠绕时，需要配备纤维复合材料布，上述在第一芯模上进行缠绕时，可以通过缠绕机直接缠绕纤维丝。而在第二芯模上进行缠绕时，由于扭转臂芯体21和第二段122插接后，结构并不规则，可以优选地采用铺贴方式进行缠绕，以保证纤维复合材料更为均匀以及按照需求地覆盖在第二芯模的外周。

具体地，如图7所示，可先铺贴第一纤维复合材料布a，第一纤维复合材料布a自第二段122的外侧包覆至与扭转臂芯体21插接的位置，第二段122的内侧是和扭转臂芯体21插接的一侧，外侧即为相反侧；

铺贴第二纤维复合材料布b，第二纤维复合材料布b环绕扭转臂2长度方向的外周，同时沿转轴的横向环绕金属连接头12的第二段122，扭转臂2的长度方向即扭转臂2和垂向连杆3连接的第二端朝向和金属连接头12插接的第一端的方向，图7中，扭转臂芯体21厚度相对较小，沿扭转臂芯体21长度方向的外周铺贴时，第二纤维复合材料布b为较窄的带状布条，铺贴至扭转臂芯体21和第二段122的插接位置后，继续延伸以环绕至第二段122的顶部，再环绕至第二段122的底部，然后相接至扭转臂芯体21底部铺贴的第二纤维复合材料布b，即采取定向缠绕的方式，提高扭转臂2和扭转轴1的连接强度。如图7所示，第二纤维复合材料布b铺贴在扭转臂芯体21第二端的中间段位置，卡设在两个大径端215之间。

铺贴第三纤维复合材料布c，第三纤维复合材料布c沿扭转臂2的横向环绕扭转臂2，第三纤维复合材料布c还可以覆盖到第二段122的顶部和底部，图7中并未延伸。

上述三种布的铺贴，顺序不受限制，以图7为例，依次铺贴第一纤维复合材料布a、第二纤维复合材料布b、第三纤维复合材料布c，但第一纤维复合材料布a只缠绕第二段122的一部分，并不环绕，故优选是最先铺贴，或者至少是位于第二纤维复合材料布b之前铺贴，如图7所示，第二纤维复合材料布b环绕至第二段122时，实际上第二纤维复合材料布b也铺贴在第一纤维复合材料布a之上，将其一部分包裹在内，使其更加稳定不易脱离。

上述三种铺贴路径，使得扭转臂芯体21、第二段122以及二者相插接的位置，得以通过混合缠绕、交叉叠加的方式建立连接，从而使得最终形成的第二纤维复合材料层1’2可以将金属连接头12和扭转臂芯体21可靠地连接为一体，从图7可以看出，第二限位复合材料层1’2部分缠绕在扭转轴1，部分缠绕在扭转臂2。上述在铺贴时，可以在铺贴前喷胶，然后快速完成铺贴。

具体地，第二纤维复合材料布b可以为单向布，第一纤维复合材料布a、第三纤维复合材料布c可以为平纹布。如图7所示，第二纤维复合材料布b为窄带形布，采用单向布更有利于其强度的发挥，第一纤维复合材料布a、第三纤维复合材料布c为平纹布，起到更好的包裹作用。

此外，还可以配备第四纤维复合材料布，如图7所示，三种纤维复合材料布已经将扭转臂芯体21和金属连接头12基本包裹在内，为了保证更为全面地包裹缠绕，第四纤维复合材料布可以铺贴在最外层，以确保缠绕完全。第四纤维复合材料布也可以为平纹布。

上述铺贴完毕后，可以使用外模，卡合在第二纤维复合材料层1’2的外侧，以进行注胶固化。如图8、9所示，图8为第一种注胶方式示意图；图9为第二种注胶方式示意图。

将铺贴后的扭转臂2、金属连接头12放置在外模的型腔中，图8中，可以在扭转轴1上套设两个环形管体，分别是环形的注胶管200、注胶管300，注胶管200、注胶管300分别位于第二纤维复合材料层1’2对应于扭转轴1的部分的两端，在扭转臂2用于连接垂向连杆3的第二端的外周设置抽气管400，抽气管400与第二端的锥形连接孔214轴线平行，以确保注入的胶水能够顺畅地流向整个第二纤维复合材料层1’2。

图9中，也在扭转轴1上套设两个管体，但一个是环形的注胶管200，另一个管体为抽气管500，抽气管500和注胶管200位于第二纤维复合材料层1’2对应于扭转轴1的部分的两端，在扭转臂2用于连接垂向连杆3的第二端的外周也设置抽气管400，相较于图8实施例，设置两处抽气管400、500，胶水流动会更为顺畅。

注胶时，可对外模内进行抽真空，使得树脂在压力作用下，能够充分浸润到纤维复合材料布内，以将铺贴的纤维复合材料布粘接为一体，外模可以是硅胶模具也可以是金属模具等，硅胶模具具有更好的树脂浸渍效果。注胶后再进行固化即可得到所需的扭转臂2，扭转臂2此时已经一体成型于扭转轴1。扭转轴1形成的第一纤维复合材料层13同样要固化，第一纤维复合材料层13可以是湿法缠绕、干法缠绕均可。

本实施例中，扭转臂2和扭转轴1的连接方式，采用了纤维复合材料一体形成，满足轻量化设计要求，而且具有较好的一体性，在满足扭转臂2连接的基础上，不影响扭转轴1的力学性能，另外，扭转臂2和扭转轴1同时包括金属芯体且采取插接连接，装配简单，最重要的是也保留了机械连接的可靠性，确保扭转臂2和扭转轴1在受到扭转时不易脱离。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。