一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂及其制備方法，所述運(yùn)動(dòng)臂包括由一根碳纖維復(fù)合材料桿件Ⅰ和兩根碳纖維復(fù)合材料桿件Ⅱ通過T型接頭裝配而成的T型主體結(jié)構(gòu)，所述T型結(jié)構(gòu)上膠接有連接座，所述T型結(jié)構(gòu)上通過連接接頭安裝有縱梁組件和橫梁組件，所述縱梁組件和橫梁組件上安裝有螺紋接口，所述碳纖維復(fù)合材料桿件Ⅰ下端膠接有一個(gè)鋁合金接頭。通過改進(jìn)機(jī)械設(shè)備上傳統(tǒng)的金屬運(yùn)動(dòng)臂，將運(yùn)動(dòng)臂材料改為碳纖維復(fù)合材料。本發(fā)明通過運(yùn)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化以及復(fù)合材料零件的成型與運(yùn)動(dòng)臂的裝配技術(shù)，拓展了復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備上快速移動(dòng)運(yùn)動(dòng)臂的減重、高阻尼以及耐疲勞性。
【專利說明】一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，具體是一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]快速移動(dòng)運(yùn)動(dòng)臂主要應(yīng)用于汽車沖壓件自動(dòng)化流水生產(chǎn)線上，通過裝載其它部件，進(jìn)行流水線上產(chǎn)品部件的轉(zhuǎn)移運(yùn)輸工作。由于設(shè)備處于長期的高速周期運(yùn)動(dòng)，對(duì)機(jī)械臂的重量、使用壽命、抗阻尼性、撓度等具有較高要求，同時(shí)汽車車型種類繁多，要求運(yùn)動(dòng)臂盡可能裝載較多的配套部件，具有較好的通用性。而鋁合金剛度小，抗阻尼性差，變形大，震動(dòng)時(shí)間長，對(duì)設(shè)備損害大。另外，重量要求只能滿足運(yùn)動(dòng)臂自身的重量，不能再在鋁合金運(yùn)動(dòng)臂上裝載部件，從而對(duì)于每種車型均需配備一套運(yùn)動(dòng)臂，通用性差。
[0003]復(fù)合材料的優(yōu)異性能主要包括:(I)高比強(qiáng)度、比模量，高強(qiáng)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的比強(qiáng)度比一般的金屬要高3-4倍，比模量高4-5倍，對(duì)于各項(xiàng)性能的提高，具有明顯的優(yōu)勢(shì)；(2)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可以選擇不同的纖維和樹脂體系，以及不同的纖維鋪層設(shè)計(jì)，達(dá)到不同的力學(xué)要求，并可進(jìn)行整體成型；(3)安全性高，金屬材料的振動(dòng)強(qiáng)度通常都比其靜態(tài)強(qiáng)度小得多，而復(fù)合材料的此兩項(xiàng)性能無較大區(qū)別，復(fù)合材料具有高疲勞強(qiáng)度和低缺口敏感度；(4)減振性能好，復(fù)合材料具有很好的抗阻尼性，同尺寸的梁，鋁合金材料需要9s才能停止振動(dòng)，而碳/環(huán)氧復(fù)合材料只需要2.5s。此外，復(fù)合材料還有耐久性好，耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]碳纖維復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂由于其重量輕，剛度好，抗阻尼性和耐疲勞性能好，在更換車型沖壓模時(shí)，只需在一套運(yùn)動(dòng)臂上更換其它小部件，就可完成轉(zhuǎn)換配套工作，具有通用性，經(jīng)過積極的推廣和實(shí)踐證明，將逐漸取代流水線設(shè)備上的鋁合金運(yùn)動(dòng)臂。應(yīng)用復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，不僅可以減少流水線上運(yùn)動(dòng)臂的數(shù)量，從總體上減少材料成本，還可以在使用過程中節(jié)省設(shè)備零部件存儲(chǔ)空間。
[0005]目前國外在汽車流水線上均采用復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，而國內(nèi)從國外采購的最新配套生產(chǎn)線，同樣也已經(jīng)采用復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂。但是目前國內(nèi)相當(dāng)數(shù)量的汽車生產(chǎn)線上仍使用傳統(tǒng)的鋁合金運(yùn)動(dòng)臂，因此運(yùn)動(dòng)臂復(fù)合材料化的市場(chǎng)前景較大。而國內(nèi)運(yùn)動(dòng)臂生產(chǎn)廠家并不多，部分公司進(jìn)行流水線復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂改造，仍需依靠進(jìn)口，設(shè)備購買成本較高，因此復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂國產(chǎn)化空間廣闊，大力推進(jìn)運(yùn)動(dòng)臂國產(chǎn)化，可大大降低使用客戶的設(shè)備購買成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)和應(yīng)用存在的缺陷而提供一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂及其制備方法，通過改進(jìn)機(jī)械設(shè)備上傳統(tǒng)的金屬運(yùn)動(dòng)臂，將運(yùn)動(dòng)臂材料改為碳纖維復(fù)合材料，通過運(yùn)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化以及復(fù)合材料零件的成型與運(yùn)動(dòng)臂的裝配技術(shù)，拓展了復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備上快速移動(dòng)運(yùn)動(dòng)臂的減重、高阻尼以及耐疲勞性。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，所述運(yùn)動(dòng)臂包括由一根碳纖維復(fù)合材料桿件I和兩根碳纖維復(fù)合材料桿件II通過T型接頭裝配而成的T型主體結(jié)構(gòu)，所述T型結(jié)構(gòu)上膠接有連接座，所述T型結(jié)構(gòu)上通過連接接頭安裝有縱梁組件和橫梁組件，所述縱梁組件和橫梁組件上安裝有螺紋接口，所述碳纖維復(fù)合材料桿件I下端膠接有一個(gè)鋁合金接頭。
[0008]其中，所述運(yùn)動(dòng)臂整體重量不超過24kg。
[0009]其中，所述運(yùn)動(dòng)臂無負(fù)載狀態(tài)下，以底端安裝端面為基準(zhǔn)，主體結(jié)構(gòu)X/Y/Z三向偏差不超過2mm ;在負(fù)載狀態(tài)下，以底端安裝端面為基準(zhǔn)，各連接點(diǎn)連接載荷后最大撓度不超過 Smnin
[0010]其中，所述運(yùn)動(dòng)臂可滿足橫向縱向2g加速度的快速移動(dòng)，可滿足15次/min的運(yùn)動(dòng)頻次。
[0011]上述的一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂的通過以下方法制備:
[0012]S1、根據(jù)連接座結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，用碳纖維環(huán)氧預(yù)浸布鋪層，采用復(fù)合材料鋪層/模壓工藝成型連接座；
[0013]S2、根據(jù)T型主體方桿、橫梁、縱梁特點(diǎn)，采用復(fù)合材料纏繞/熱壓罐固化工藝成型各桿件；
[0014]S3、通過膠接工藝將各零件進(jìn)行膠接組裝，采用工裝保證各零件位置精度，然后通過金屬零件安裝與機(jī)械設(shè)備的接口以及被轉(zhuǎn)移件連接的螺紋接口。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、重量輕:采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備的運(yùn)動(dòng)臂，相比現(xiàn)行的金屬運(yùn)動(dòng)臂，重量減輕了約30%，使用后可以方便地進(jìn)行人工卸裝，在搬運(yùn)、更換過程中可降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，便于快速操作。
[0017]2、性能優(yōu):碳纖維復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂采用高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料制備，比強(qiáng)度比一般的金屬要高3-4倍，比模量高4-5倍，對(duì)于各項(xiàng)性能的提高，具有明顯的優(yōu)勢(shì)；具有高疲勞強(qiáng)度、低缺口敏感度以耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，安全性高；復(fù)合材料具有很好的抗阻尼性，與同尺寸的鋁合金結(jié)構(gòu)相比，阻尼可提高3倍，更有利于用于快速移動(dòng)部件。
[0018]3、節(jié)省存儲(chǔ)空間:傳統(tǒng)的鋁合金運(yùn)動(dòng)臂在進(jìn)行更換時(shí)，需進(jìn)行整套更換，對(duì)于不同的生產(chǎn)部件需要制備多套不同尺寸的運(yùn)動(dòng)臂，而對(duì)于復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，只需在一套運(yùn)動(dòng)臂上更換連接處小部件，就可完成轉(zhuǎn)換配套工作，具有通用性，可以減少流水線上運(yùn)動(dòng)臂的數(shù)量，總體上減少材料成本，在使用過程中節(jié)省設(shè)備零部件存儲(chǔ)空間。
[0019]4、有良好的市場(chǎng)前景:目前國外在汽車流水線上均采用復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，國內(nèi)從國外采購的最新配套生產(chǎn)線，同樣也已經(jīng)采用復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂。但是目前國內(nèi)相當(dāng)數(shù)量的汽車生產(chǎn)線上仍使用傳統(tǒng)的鋁合金運(yùn)動(dòng)臂，因此運(yùn)動(dòng)臂復(fù)合材料化的市場(chǎng)前景較大。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述的快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明所述的快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂的制備工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，所述運(yùn)動(dòng)臂包括由一根碳纖維復(fù)合材料桿件I I和兩根碳纖維復(fù)合材料桿件II 2通過T型接頭4裝配而成的T型主體結(jié)構(gòu)，所述T型結(jié)構(gòu)上膠接有連接座3，所述T型結(jié)構(gòu)上通過連接接頭6安裝有縱梁組件7和橫梁組件8，所述縱梁組件7和橫梁組件8上安裝有螺紋接口 9，所述碳纖維復(fù)合材料桿件I I下端膠接有一個(gè)鋁合金接頭5。
[0024]所述運(yùn)動(dòng)臂整體重量不超過24kg。所述運(yùn)動(dòng)臂無負(fù)載狀態(tài)下，以底端安裝端面為基準(zhǔn)，主體結(jié)構(gòu)X/Y/Z三向偏差不超過2_ ;在負(fù)載狀態(tài)下，以底端安裝端面為基準(zhǔn)，各連接點(diǎn)連接載荷后最大撓度不超過5_。所述運(yùn)動(dòng)臂可滿足橫向縱向2g加速度的快速移動(dòng)，可滿足15次/min的運(yùn)動(dòng)頻次。
[0025]如圖2所示，上述的一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂的通過以下方法制備:
[0026]S1、根據(jù)連接座結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，用碳纖維環(huán)氧預(yù)浸布鋪層，采用復(fù)合材料鋪層/模壓工藝成型連接座；
[0027]S2、根據(jù)T型主體方桿、橫梁、縱梁特點(diǎn)，采用復(fù)合材料纏繞/熱壓罐固化工藝成型各桿件；
[0028]S3、通過膠接工藝將各零件進(jìn)行膠接組裝，采用工裝保證各零件位置精度，然后通過金屬零件安裝與機(jī)械設(shè)備的接口以及被轉(zhuǎn)移件連接的螺紋接口。
[0029]本發(fā)明具體實(shí)施根據(jù)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各零件的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行產(chǎn)品的制備。復(fù)合材料T型接頭和復(fù)合材料連接座采用碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸布鋪層，采用復(fù)合材料模壓工藝成型，T型主體方桿、縱梁和橫梁采用纏繞成型工藝進(jìn)行制備，采用熱壓罐工藝進(jìn)行固化。復(fù)合材料T型接頭、復(fù)合材料連接座、T型主體方桿以及底部金屬連接件通過膠接連接，在復(fù)合材料連接座上設(shè)計(jì)連接接頭，待橫梁組件、縱梁組件膠接完成后與復(fù)合材料連接座進(jìn)行裝配連接，橫梁組件與縱梁組件上設(shè)計(jì)有復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂與被運(yùn)轉(zhuǎn)零部件的安裝接口。
[0030]綜上所述，本具體實(shí)施通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用復(fù)合材料作為其主體材料，重量較鋁合金運(yùn)動(dòng)臂減輕了 30%，減輕了機(jī)械設(shè)備的負(fù)載重量，由于復(fù)合材料高比剛度、高比強(qiáng)度的特點(diǎn)，可以提高運(yùn)動(dòng)臂的剛度，減小運(yùn)動(dòng)臂撓度，在機(jī)械設(shè)備快速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于復(fù)合材料的抗阻尼性能好，機(jī)械臂振動(dòng)小，可以大幅提高運(yùn)動(dòng)臂的傳送精度，滿足高精度傳輸?shù)氖褂靡?，減少對(duì)機(jī)械設(shè)備的損傷，有廣闊的市場(chǎng)與應(yīng)用空間。
[0031]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)臂包括由一根碳纖維復(fù)合材料桿件I (I)和兩根碳纖維復(fù)合材料桿件II (2)通過T型接頭(4)裝配而成的T型主體結(jié)構(gòu)，所述T型結(jié)構(gòu)上膠接有連接座(3)，所述T型結(jié)構(gòu)上通過連接接頭(6)安裝有縱梁組件(7)和橫梁組件(8)，所述縱梁組件(7)和橫梁組件(8)上安裝有螺紋接口(9)，所述碳纖維復(fù)合材料桿件I (I)下端膠接有一個(gè)鋁合金接頭(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)臂整體重量不超過24kg。
3.如權(quán)利要求1所述的快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)臂無負(fù)載狀態(tài)下，以底端安裝端面為基準(zhǔn)，主體結(jié)構(gòu)X/Y/Z三向偏差不超過2_ ;在負(fù)載狀態(tài)下，以底端安裝端面為基準(zhǔn)，各連接點(diǎn)連接載荷后最大撓度不超過5mm。
4.如權(quán)利要求1所述的快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)臂可滿足橫向縱向2g加速度的快速移動(dòng)，可滿足15次/min的運(yùn)動(dòng)頻次。
5.一種快速移動(dòng)復(fù)合材料運(yùn)動(dòng)臂的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: . 51、根據(jù)連接座結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，用碳纖維環(huán)氧預(yù)浸布鋪層，采用復(fù)合材料鋪層/模壓工藝成型連接座； . 52、根據(jù)T型主體方桿、橫梁、縱梁特點(diǎn)，采用復(fù)合材料纏繞/熱壓罐固化工藝成型各桿件；. .53、通過膠接工藝將各零件進(jìn)行膠接組裝，采用工裝保證各零件位置精度，然后通過金屬零件安裝與機(jī)械設(shè)備的接口以及被轉(zhuǎn)移件連接的螺紋接口。
【文檔編號(hào)】B29C70/34GK104400795SQ201410620821
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】梁燕民, 葉周軍, 吳文平, 翟東坤, 史文峰, 童喆益, 詹光亮 申請(qǐng)人:上海復(fù)合材料科技有限公司