[发明专利]一种可变刚度的无金属内衬碳纤维增强液压缸

权利要求书

1.一种可变刚度的无金属内衬碳纤维增强液压缸，其特征在于，包括可变刚度的碳纤维缸筒和活塞杆单元，所述活塞杆单元包括活塞和可变刚度的活塞杆，所述可变刚度的碳纤维缸筒和可变刚度的活塞杆均通过带有缠绕头角度时变调整装置的缠绕设备进行碳纤维缠绕得到，均包括碳纤维增强层和变刚度层，所述碳纤维增强层的单圈内缠绕角度固定，所述变刚度层单圈内不同圆周位置通过不同的碳纤维缠绕角度实现变刚度；所述缠绕头角度时变调整装置通过驱动电机传递动力给变速箱，进而传递给主动齿轮轴，齿轮轴在端盖上转动，传输动力给从动齿轮轴，通过齿轮外啮合传输给缠绕头主轴，进而通过缠绕头接口与缠绕头相连；驱动电机能够双向旋转，经过齿轮系传递后，驱动缠绕头角度时变，在单圈圆周中实现角度的变化；变刚度的缠绕方式有两种：层内变刚度和层间变刚度；所述层内变刚度通过单圈内缠绕角度的变化来实现，层间变刚度通过不同层之间的刚度匹配来实现。

2.根据权利要求1所述的一种可变刚度的无金属内衬碳纤维增强液压缸，其特征在于，所述可变刚度的碳纤维缸筒是以金属芯轴为基体，芯轴上涂刷脱模剂，随后在芯轴上通过带有缠绕头角度时变调整装置的缠绕设备进行碳纤维缠绕，缠绕过程中缠绕角度不改变，即得到碳纤维增强层；更改缠绕过程中的角度，实现碳纤维缸筒的变刚度；缠绕完成后，带芯轴一起固化成型，而后脱去芯轴，完成变刚度无金属内衬的碳纤维缸筒制造。

3.根据权利要求2所述的一种可变刚度的无金属内衬碳纤维增强液压缸，其特征在于，所述活塞杆采用和可变刚度的碳纤维缸筒同样的变刚度的缠绕方式，实现活塞杆的变刚度，同时不需要去掉金属芯轴，将金属芯轴作为活塞杆的承接部件，活塞杆和碳纤维缸筒之间实现不同刚度值的匹配。

4.根据权利要求1所述的一种可变刚度的无金属内衬碳纤维增强液压缸，其特征在于，变刚度层的层数比例不超过缠绕总层数的40%，单圈内的单次角度变化量不超过5°，以防止在内压下纤维增强层破坏。

5.根据权利要求1所述的一种可变刚度的无金属内衬碳纤维增强液压缸，其特征在于，缠绕的碳纤维原丝采用T系列纤维丝，安装在数控缠绕机的纱架上，浸过树脂后成为预浸料，通过缠绕头角度时变调整装置，在芯轴上按照预先设计的方式进行缠绕，缠绕过程中需要保持一定的预紧力，且层间不能出现气隙。

6.根据权利要求1所述的一种可变刚度的无金属内衬碳纤维增强液压缸，其特征在于，所述活塞杆单元由于外形不是标准的圆柱体，需要进行组合；活塞采用金属机加工，活塞杆通过缠绕成型，并通过胶接或螺纹的方式固连一起。

7.根据权利要求1所述的一种可变刚度的无金属内衬碳纤维增强液压缸，其特征在于，可变刚度的碳纤维缸筒和可变刚度的活塞杆在中温130°条件下固化成型，可变刚度的碳纤维缸筒在成型后脱去金属芯轴，并需要对碳纤维缸筒内壁进行打磨处理，而后对内壁喷涂耐磨涂层。