CN104400795A - 一种快速移动复合材料运动臂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速移动复合材料运动臂及其制备方法，所述运动臂包括由一根碳纤维复合材料杆件Ⅰ和两根碳纤维复合材料杆件Ⅱ通过T型接头装配而成的T型主体结构，所述T型结构上胶接有连接座，所述T型结构上通过连接接头安装有纵梁组件和横梁组件，所述纵梁组件和横梁组件上安装有螺纹接口，所述碳纤维复合材料杆件Ⅰ下端胶接有一个铝合金接头。通过改进机械设备上传统的金属运动臂，将运动臂材料改为碳纤维复合材料。本发明通过运动臂的结构设计与优化以及复合材料零件的成型与运动臂的装配技术，拓展了复合材料的应用领域，实现了机械设备上快速移动运动臂的减重、高阻尼以及耐疲劳性。

Description

一种快速移动复合材料运动臂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料运动臂，具体是一种快速移动复合材料运动臂及其制备方法。

背景技术

快速移动运动臂主要应用于汽车冲压件自动化流水生产线上，通过装载其它部件，进行流水线上产品部件的转移运输工作。由于设备处于长期的高速周期运动，对机械臂的重量、使用寿命、抗阻尼性、挠度等具有较高要求，同时汽车车型种类繁多，要求运动臂尽可能装载较多的配套部件，具有较好的通用性。而铝合金刚度小，抗阻尼性差，变形大，震动时间长，对设备损害大。另外，重量要求只能满足运动臂自身的重量，不能再在铝合金运动臂上装载部件，从而对于每种车型均需配备一套运动臂，通用性差。

复合材料的优异性能主要包括：(1)高比强度、比模量，高强碳纤维增强树脂基复合材料的比强度比一般的金属要高3-4倍，比模量高4-5倍，对于各项性能的提高，具有明显的优势；(2)可设计性强，可以选择不同的纤维和树脂体系，以及不同的纤维铺层设计，达到不同的力学要求，并可进行整体成型；(3)安全性高，金属材料的振动强度通常都比其静态强度小得多，而复合材料的此两项性能无较大区别，复合材料具有高疲劳强度和低缺口敏感度；(4)减振性能好，复合材料具有很好的抗阻尼性，同尺寸的梁，铝合金材料需要9s才能停止振动，而碳/环氧复合材料只需要2.5s。此外，复合材料还有耐久性好，耐腐蚀性强等优点。

碳纤维复合材料运动臂由于其重量轻，刚度好，抗阻尼性和耐疲劳性能好，在更换车型冲压模时，只需在一套运动臂上更换其它小部件，就可完成转换配套工作，具有通用性，经过积极的推广和实践证明，将逐渐取代流水线设备上的铝合金运动臂。应用复合材料运动臂，不仅可以减少流水线上运动臂的数量，从总体上减少材料成本，还可以在使用过程中节省设备零部件存储空间。

目前国外在汽车流水线上均采用复合材料运动臂，而国内从国外采购的最新配套生产线，同样也已经采用复合材料运动臂。但是目前国内相当数量的汽车生产线上仍使用传统的铝合金运动臂，因此运动臂复合材料化的市场前景较大。而国内运动臂生产厂家并不多，部分公司进行流水线复合材料运动臂改造，仍需依靠进口，设备购买成本较高，因此复合材料运动臂国产化空间广阔，大力推进运动臂国产化，可大大降低使用客户的设备购买成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术和应用存在的缺陷而提供一种快速移动复合材料运动臂及其制备方法，通过改进机械设备上传统的金属运动臂，将运动臂材料改为碳纤维复合材料，通过运动臂的结构设计与优化以及复合材料零件的成型与运动臂的装配技术，拓展了复合材料的应用领域，实现了机械设备上快速移动运动臂的减重、高阻尼以及耐疲劳性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种快速移动复合材料运动臂，所述运动臂包括由一根碳纤维复合材料杆件Ⅰ和两根碳纤维复合材料杆件Ⅱ通过T型接头装配而成的T型主体结构，所述T型结构上胶接有连接座，所述T型结构上通过连接接头安装有纵梁组件和横梁组件，所述纵梁组件和横梁组件上安装有螺纹接口，所述碳纤维复合材料杆件Ⅰ下端胶接有一个铝合金接头。

其中，所述运动臂整体重量不超过24kg。

其中，所述运动臂无负载状态下，以底端安装端面为基准，主体结构X/Y/Z三向偏差不超过2mm；在负载状态下，以底端安装端面为基准，各连接点连接载荷后最大挠度不超过5mm。

其中，所述运动臂可满足横向纵向2g加速度的快速移动，可满足15次/min的运动频次。

上述的一种快速移动复合材料运动臂的通过以下方法制备：

S1、根据连接座结构特点，用碳纤维环氧预浸布铺层，采用复合材料铺层/模压工艺成型连接座；

S2、根据T型主体方杆、横梁、纵梁特点，采用复合材料缠绕/热压罐固化工艺成型各杆件；

S3、通过胶接工艺将各零件进行胶接组装，采用工装保证各零件位置精度，然后通过金属零件安装与机械设备的接口以及被转移件连接的螺纹接口。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、重量轻：采用碳纤维增强复合材料制备的运动臂，相比现行的金属运动臂，重量减轻了约30％，使用后可以方便地进行人工卸装，在搬运、更换过程中可降低工人劳动强度，便于快速操作。

2、性能优：碳纤维复合材料运动臂采用高强碳纤维复合材料制备，比强度比一般的金属要高3-4倍，比模量高4-5倍，对于各项性能的提高，具有明显的优势；具有高疲劳强度、低缺口敏感度以耐腐蚀性强等优点，安全性高；复合材料具有很好的抗阻尼性，与同尺寸的铝合金结构相比，阻尼可提高3倍，更有利于用于快速移动部件。

3、节省存储空间：传统的铝合金运动臂在进行更换时，需进行整套更换，对于不同的生产部件需要制备多套不同尺寸的运动臂，而对于复合材料运动臂，只需在一套运动臂上更换连接处小部件，就可完成转换配套工作，具有通用性，可以减少流水线上运动臂的数量，总体上减少材料成本，在使用过程中节省设备零部件存储空间。

4、有良好的市场前景：目前国外在汽车流水线上均采用复合材料运动臂，国内从国外采购的最新配套生产线，同样也已经采用复合材料运动臂。但是目前国内相当数量的汽车生产线上仍使用传统的铝合金运动臂，因此运动臂复合材料化的市场前景较大。

附图说明

图1为本发明所述的快速移动复合材料运动臂结构示意图。

图2为本发明所述的快速移动复合材料运动臂的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种快速移动复合材料运动臂，所述运动臂包括由一根碳纤维复合材料杆件Ⅰ1和两根碳纤维复合材料杆件Ⅱ2通过T型接头4装配而成的T型主体结构，所述T型结构上胶接有连接座3，所述T型结构上通过连接接头6安装有纵梁组件7和横梁组件8，所述纵梁组件7和横梁组件8上安装有螺纹接口9，所述碳纤维复合材料杆件Ⅰ1下端胶接有一个铝合金接头5。

所述运动臂整体重量不超过24kg。所述运动臂无负载状态下，以底端安装端面为基准，主体结构X/Y/Z三向偏差不超过2mm；在负载状态下，以底端安装端面为基准，各连接点连接载荷后最大挠度不超过5mm。所述运动臂可满足横向纵向2g加速度的快速移动，可满足15次/min的运动频次。

如图2所示，上述的一种快速移动复合材料运动臂的通过以下方法制备：

S1、根据连接座结构特点，用碳纤维环氧预浸布铺层，采用复合材料铺层/模压工艺成型连接座；

S2、根据T型主体方杆、横梁、纵梁特点，采用复合材料缠绕/热压罐固化工艺成型各杆件；

S3、通过胶接工艺将各零件进行胶接组装，采用工装保证各零件位置精度，然后通过金属零件安装与机械设备的接口以及被转移件连接的螺纹接口。

本发明具体实施根据复合材料运动臂的结构特点和各零件的结构形式进行产品的制备。复合材料T型接头和复合材料连接座采用碳纤维/环氧预浸布铺层，采用复合材料模压工艺成型，T型主体方杆、纵梁和横梁采用缠绕成型工艺进行制备，采用热压罐工艺进行固化。复合材料T型接头、复合材料连接座、T型主体方杆以及底部金属连接件通过胶接连接，在复合材料连接座上设计连接接头，待横梁组件、纵梁组件胶接完成后与复合材料连接座进行装配连接，横梁组件与纵梁组件上设计有复合材料运动臂与被运转零部件的安装接口。

综上所述，本具体实施通过结构优化设计，采用复合材料作为其主体材料，重量较铝合金运动臂减轻了30％，减轻了机械设备的负载重量，由于复合材料高比刚度、高比强度的特点，可以提高运动臂的刚度，减小运动臂挠度，在机械设备快速运转过程中，由于复合材料的抗阻尼性能好，机械臂振动小，可以大幅提高运动臂的传送精度，满足高精度传输的使用要求，减少对机械设备的损伤，有广阔的市场与应用空间。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种快速移动复合材料运动臂，其特征在于,所述运动臂包括由一根碳纤维复合材料杆件Ⅰ(1)和两根碳纤维复合材料杆件Ⅱ(2)通过T型接头(4)装配而成的T型主体结构，所述T型结构上胶接有连接座(3)，所述T型结构上通过连接接头(6)安装有纵梁组件(7)和横梁组件(8)，所述纵梁组件(7)和横梁组件(8)上安装有螺纹接口(9)，所述碳纤维复合材料杆件Ⅰ(1)下端胶接有一个铝合金接头(5)。

2.如权利要求1所述的快速移动复合材料运动臂，其特征在于，所述运动臂整体重量不超过24kg。

3.如权利要求1所述的快速移动复合材料运动臂，其特征在于，所述运动臂无负载状态下，以底端安装端面为基准，主体结构X/Y/Z三向偏差不超过2mm；在负载状态下，以底端安装端面为基准，各连接点连接载荷后最大挠度不超过5mm。

4.如权利要求1所述的快速移动复合材料运动臂，其特征在于，所述运动臂可满足横向纵向2g加速度的快速移动，可满足15次/min的运动频次。

5.一种快速移动复合材料运动臂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据连接座结构特点，用碳纤维环氧预浸布铺层，采用复合材料铺层/模压工艺成型连接座；

S2、根据T型主体方杆、横梁、纵梁特点，采用复合材料缠绕/热压罐固化工艺成型各杆件；

S3、通过胶接工艺将各零件进行胶接组装，采用工装保证各零件位置精度，然后通过金属零件安装与机械设备的接口以及被转移件连接的螺纹接口。