本發(fā)明涉及一種球鉸及其制備方法，具體涉及一種輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、球鉸作為廣泛使用的彈性連接部件，主要用于柔性連接和緩沖振動(dòng)沖擊，起到減振降噪的作用。當(dāng)前球鉸的結(jié)構(gòu)一般都是橡膠與金屬芯軸形成的彈性體壓裝入金屬外套內(nèi)，因此，對(duì)于具備轉(zhuǎn)動(dòng)功能的球鉸而言，其轉(zhuǎn)動(dòng)面主要為彈性體與金屬材料間的摩擦，硬度較高的金屬材料對(duì)于彈性體的摩擦損耗較大，所以嚴(yán)重影響了球鉸的使用壽命。同時(shí)，金屬材質(zhì)的芯軸與外套重量大，無(wú)法滿足當(dāng)前車輛（尤其是新能源車輛）對(duì)于產(chǎn)品輕量化的要求。

2、如本申請(qǐng)人之前申請(qǐng)的公告號(hào)cn109578429b、名稱為“一種可轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合芯軸的彈性球鉸”發(fā)明專利，公開(kāi)了一種可轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合芯軸的彈性球鉸，其芯軸由金屬部分的基礎(chǔ)芯軸和復(fù)合材料的芯軸突塊構(gòu)成，在一定程度上減輕了球鉸的重量，但是工藝較復(fù)雜，且不同材料的基礎(chǔ)芯軸與芯軸突塊之間的連接難度較大。

3、另有授權(quán)公告號(hào)cn111791513b、名稱為“輕量化球鉸用復(fù)合芯軸的制作方法、輕量化球鉸”的發(fā)明專利，其芯軸采用在金屬芯軸上纏繞玻纖、然后用樹(shù)脂凝膠固化成型后機(jī)加工的方式，雖然也是在一定程度上減輕了球鉸的重量，也同樣存在工藝較復(fù)雜，且不同材料的基礎(chǔ)芯軸與芯軸突塊之間的連接難度較大的問(wèn)題。

4、而且，上述專利都沒(méi)有提及外套材料，如果依然采用金屬結(jié)構(gòu)，還是不能避免金屬與橡膠之間的摩擦。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸重量大、且摩擦過(guò)程中對(duì)橡膠磨損大的問(wèn)題，提出了一種輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸及其制備方法，采用高度耐磨的連續(xù)纖維編織出外套的骨架，在減輕球鉸重量的同時(shí)減少了彈性體與外套之間的磨耗。

2、本發(fā)明為解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)手段為：一種輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，包括外套與壓裝在外套內(nèi)的彈性體，其中彈性體為在將彈性材料附著在芯軸外部形成的結(jié)構(gòu)，外套為采用三維編織將連續(xù)纖維編織成外套骨架、并在外套骨架內(nèi)注入樹(shù)脂形成的結(jié)構(gòu)。連續(xù)纖維與樹(shù)脂材料形成的外套既能降低質(zhì)量又能減少與彈性體之間的磨耗。

3、進(jìn)一步地，球鉸外套的兩端處設(shè)有環(huán)形端蓋。

4、進(jìn)一步地，端蓋為采用三維編織將連續(xù)纖維編織成端蓋骨架、并在端蓋骨架內(nèi)注入與外套內(nèi)相同樹(shù)脂形成的結(jié)構(gòu)。同材質(zhì)的端蓋與外套有利于端蓋與外套之間的粘接。

5、進(jìn)一步地，端蓋內(nèi)圈與彈性體之間具有間隙。間隙作為球鉸徑向的壓縮變形空間。

6、進(jìn)一步地，芯軸為采用三維編織將連續(xù)纖維編織成芯軸骨架、并在芯軸骨架內(nèi)注入樹(shù)脂形成的結(jié)構(gòu)。連續(xù)纖維與樹(shù)脂材料形成的芯軸能夠進(jìn)一步降低產(chǎn)品的質(zhì)量。

7、一種輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸的制備方法，制備外套時(shí)，軸向經(jīng)紗采用平直的連續(xù)纖維，周向緯紗的連續(xù)纖維采用螺旋纏繞的方式將經(jīng)紗進(jìn)行固定約束，徑向的連續(xù)纖維采用“之”字形編織，將經(jīng)紗和緯紗進(jìn)行包裹，形成外套骨架。采用“之”字形編織后，徑向上具有平直的連續(xù)纖維，可以提供較強(qiáng)的徑向機(jī)械強(qiáng)度。

8、進(jìn)一步地，在外套骨架內(nèi)注射入熱固性樹(shù)脂，冷卻后形成外套。使熱固性樹(shù)脂進(jìn)入連續(xù)纖維之間形成整體。

9、進(jìn)一步地，在外套骨架內(nèi)注入熱塑性樹(shù)脂，加熱加壓固化后形成外套。使熱塑性樹(shù)脂進(jìn)入連續(xù)纖維之間形成整體。

10、進(jìn)一步地，制備芯軸時(shí)，先采用矩形編織機(jī)將連續(xù)纖維編織成實(shí)心桿狀的內(nèi)芯，再采用圓形編織機(jī)在內(nèi)芯上編織出球體形成芯軸骨架。分兩次編織出芯軸骨架，可以針對(duì)性地編織出不同形狀的芯軸。

11、進(jìn)一步地，編織內(nèi)芯時(shí)，在內(nèi)芯兩端處嵌入金屬套，將金屬套外側(cè)周用連續(xù)纖維包裹。利用金屬套提供裝配力矩。

12、進(jìn)一步地，在芯軸骨架內(nèi)注射入熱固性樹(shù)脂，冷卻后形成芯軸。使熱固性樹(shù)脂進(jìn)入連續(xù)纖維之間形成整體。

13、進(jìn)一步地，在芯軸骨架內(nèi)注入熱塑性樹(shù)脂，加熱加壓固化后形成芯軸。使熱塑性樹(shù)脂進(jìn)入連續(xù)纖維之間形成整體。

14、進(jìn)一步地，端蓋使用結(jié)構(gòu)膠粘接或者熱熔焊接方式固定在外套端部。避免彈性體竄出外套。

15、本發(fā)明的有益效果是：

16、1.本發(fā)明球鉸的外套采用連續(xù)纖維編織成外套骨架后，在外套骨架內(nèi)注入樹(shù)脂形成外套的整體結(jié)構(gòu)，與金屬外套相比，既大大降低了外套的質(zhì)量，同時(shí)，由于外套中高分子復(fù)合材料的結(jié)晶特性，在成型過(guò)程中會(huì)形成晶體結(jié)構(gòu)和其自身的自潤(rùn)滑特性，使其表面粗糙度極低，而且外套中存在高度耐磨的三維編織連續(xù)纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠減少?gòu)椥泽w與復(fù)合材料外套之間的磨耗，提高了球鉸的壽命。

17、2.本發(fā)明外套在編織時(shí)，先采用緯紗螺旋纏繞平直的經(jīng)紗，再采用連續(xù)纖維“之”字形包裹經(jīng)紗和緯紗，使成型后的外套各向上都可以承受較大強(qiáng)度的載荷。

18、3.本發(fā)明球鉸的芯軸也采用三維編織后注入樹(shù)脂的方式制備，進(jìn)一步大大降低了球鉸的質(zhì)量。同時(shí)，本球鉸產(chǎn)品具備較高的機(jī)械性能，且輕量化效果顯著，還可實(shí)現(xiàn)與金屬材料制品相同的性能條件。

技術(shù)特征：

1.一種輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，包括外套（1）與壓裝在外套（1）內(nèi)的彈性體，其中彈性體為在將彈性材料（2）附著在芯軸（3）外部形成的結(jié)構(gòu)，其特征在于：外套（1）為采用三維編織將連續(xù)纖維編織成外套骨架、并在外套骨架內(nèi)注入樹(shù)脂形成的結(jié)構(gòu)。

2.如權(quán)利要求1所述的輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，其特征在于：球鉸外套（1）的兩端處設(shè)有環(huán)形端蓋（4）。

3.如權(quán)利要求2所述的輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，其特征在于：端蓋（4）為采用三維編織將連續(xù)纖維編織成端蓋骨架、并在端蓋骨架內(nèi)注入與外套（1）內(nèi)相同樹(shù)脂形成的結(jié)構(gòu)。

4.如權(quán)利要求2所述的輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，其特征在于：端蓋（4）內(nèi)圈與彈性體之間具有間隙。

5.如權(quán)利要求1所述的輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，其特征在于：芯軸（3）為采用三維編織將連續(xù)纖維編織成芯軸骨架、并在芯軸骨架內(nèi)注入樹(shù)脂形成的結(jié)構(gòu)。

6.一種權(quán)利要求1所述的輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸的制備方法，其特征在于：制備外套（1）時(shí)，軸向經(jīng)紗采用平直的連續(xù)纖維，周向緯紗的連續(xù)纖維采用螺旋纏繞的方式將經(jīng)紗進(jìn)行固定約束，徑向的連續(xù)纖維采用“之”字形編織，將經(jīng)紗和緯紗進(jìn)行包裹，形成外套骨架。

7.如權(quán)利要求6所述的輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸的制備方法，其特征在于：在外套骨架內(nèi)注射入熱固性樹(shù)脂，冷卻后形成外套（1）；

8.如權(quán)利要求6所述的輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸的制備方法，其特征在于：制備芯軸（3）時(shí)，先采用矩形編織機(jī)將連續(xù)纖維編織成實(shí)心桿狀的內(nèi)芯（31），再采用圓形編織機(jī)在內(nèi)芯（31）上編織出球體形成芯軸骨架；

9.如權(quán)利要求8所述的輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸的制備方法，其特征在于：在芯軸骨架內(nèi)注射入熱固性樹(shù)脂，冷卻后形成芯軸（3）；

10.如權(quán)利要求6所述的輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸的制備方法，其特征在于：端蓋（4）使用結(jié)構(gòu)膠粘接或者熱熔焊接方式固定在外套（1）端部。

技術(shù)總結(jié)
一種輕量化復(fù)合材料自潤(rùn)滑可轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸及其制備方法，轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸包括外套與壓裝在外套內(nèi)的彈性體，其中彈性體為在將彈性材料附著在芯軸外部形成的結(jié)構(gòu)，外套為采用三維編織將連續(xù)纖維編織成外套骨架、并在外套骨架內(nèi)注入樹(shù)脂形成的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明球鉸的外套采用連續(xù)纖維編織成外套骨架后，在外套骨架內(nèi)注入樹(shù)脂形成外套的整體結(jié)構(gòu)，與金屬外套相比，既大大降低了外套的質(zhì)量，同時(shí)，由于外套中高分子復(fù)合材料的結(jié)晶特性，在成型過(guò)程中會(huì)形成晶體結(jié)構(gòu)和其自身的自潤(rùn)滑特性，使其表面粗糙度極低，而且外套中存在高度耐磨的三維編織連續(xù)纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠減少?gòu)椥泽w與復(fù)合材料外套之間的磨耗，提高了球鉸的壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：李曉曄,楊威,劉闖,季娜,張俊俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：博戈橡膠塑料（株洲）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6