[发明专利]一种仿生复合材料螺旋弹簧

说明书

本发明提供了一种仿生复合材料螺旋弹簧，包括：若干第一芯轴、内固定层、若干第二芯轴、中固定层、外层以及保护层；若干第一芯轴按照“Z”字型结构排列；第一芯轴包括第一芯轴外固定层；第二芯轴包括第二芯轴外固定层；第一芯轴外固定层和第二芯轴外固定层由纤维布螺旋铺排形成的螺旋纤维树脂层组成。本发明仿生复合材料螺旋弹簧的第一芯轴按照红耳龟特有的“Z”字型结构排列，一方面可以降低螺旋弹簧的重量，另一方面与第二芯轴的紧密排列结构相配合，可以增加仿生复合材料螺旋弹簧的比刚度；并且第一芯轴外固定层和第二芯轴外固定层由纤维布螺旋铺排形成的螺旋纤维树脂层组成，从而提高仿生复合材料螺旋弹簧的弹性、韧性和抗疲劳强度。

技术领域

本发明属于新材料和工程技术领域，尤其涉及一种仿生复合材料螺旋弹簧。

背景技术

随着现代科学的发展，航空、航天、轨道交通等领域对于工程材料提出了更高的要求。近年来，由于私家车日渐增加，汽车排放的污染物及温室气体也在相应增加，造成一系列的环境污染等问题，促使轨道交通逐渐朝着轻量化的方向发展，以减少相应的能源消耗。而如何在保证满足机械等零部件所需功能的同时，实现其轻量化，也是现今国际国内研究人员关心的热点问题。

传统螺旋弹簧大多数是由金属材料卷绕而成，借助金属材料的物理性能，通过一定的转换方式来实现其存储能量和释放能量。从而制成具有减震、缓冲功能的弹簧，并将其应用于各种机构和工业机械的零件上，如汽车、机车以及航空航天领域上。但传统螺旋弹簧存在比刚度不足、重量大、抗疲劳强度低等问题，使得传统螺旋弹簧难以满足行业发展的需求。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种仿生复合材料螺旋弹簧，克服传统螺旋弹簧存在比刚度不足、重量大、抗疲劳强度低，难以满足行业发展的需求的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种仿生复合材料螺旋弹簧，其中，所述螺旋弹簧包括：若干第一芯轴；包裹在若干所述第一芯轴外的内固定层；设置在若干所述第一芯轴和所述内固定层外的若干第二芯轴；包裹在若干所述第二芯轴外的中固定层；包裹在所述中固定层外的外层；包裹在所述外层外的保护层；若干所述第一芯轴按照“Z”字型结构排列；所述第一芯轴包括第一内部芯轴及包裹在所述第一内部芯轴外的第一芯轴外固定层；所述第二芯轴包括第二内部芯轴及包裹在所述第二内部芯轴外的第二芯轴外固定层；所述第一芯轴外固定层由纤维布螺旋铺排形成的第一螺旋纤维树脂层组成；所述第二芯轴外固定层由纤维布螺旋铺排形成的第二螺旋纤维树脂层组成。

所述的仿生复合材料螺旋弹簧，其中，所述第一螺旋纤维树脂层和所述第二螺旋纤维树脂层中的纤维布分别以所述第一螺旋纤维树脂层和所述第二螺旋纤维树脂层的几何中心为旋转中心按照预设角度铺排而成，并以180°为循环周期铺排预设周期。

所述的仿生复合材料螺旋弹簧，其中，所述预设角度为10°～60°；所述预设周期为1～5；所述第一螺旋纤维树脂层和所述第二螺旋纤维树脂层的厚度为2～20mm。

所述的仿生复合材料螺旋弹簧，其中，所述内固定层由纤维布单向铺排而成的第一单向纤维树脂层组成；构成所述内固定层的纤维布与所述第一芯轴的中心轴呈30°～60°或者-30°～-60°的夹角。

所述的仿生复合材料螺旋弹簧，其中，所述中固定层由纤维布单向铺排而成的第二单向纤维树脂层组成；构成所述中固定层的纤维布与所述第二芯轴的中心轴呈30°～60°或者-30°～-60°的夹角。

所述的仿生复合材料螺旋弹簧，其中，所述外层由二维编织纤维布铺排而成的二维编织纤维树脂层组成；所述二维编织包括平纹交织、斜纹交织、缎纹交织中的一种或多种；构成所述二维编织纤维树脂层的经向纤维和纬向纤维厚度为1～4mm。