[发明专利]转筒式高速复合材料转子及其制作方法

摘要

本发明属于复合材料结构技术领域，特别涉及一种转筒式高速复合材料转子及其制作方法。转筒式高速复合材料转子包括上环箍、筒体、上端盖、上管轴、下环箍、下端盖和下芯轴，筒体的筒壁的材料是基体为环氧树脂的复合材料，由环向缠绕纤维层和轴向纤维铺层交替合成，上端盖和下端盖均为螺旋式扇形织构叠层与基体复合模压成型的复合材料圆环板。本发明最主要特点为：筒体采用碳纤维单向布作为筒体的轴向刚度强化铺层，增加转筒的轴向长度；端盖中的纤维为螺旋式扇形织构叠层，螺旋式扇形织构采用斜纹织构或斜纹/平纹织构混合织构，螺旋式扇形织构叠层收尾处缝纫强化，提高了纺织织构预制件的结构稳定性。本发明适用于高速离心机或高速飞轮。

主权项

一种转筒式高速复合材料转子，包括上环箍（1）、筒体（2）、上端盖（3）、上管轴（4）、下环箍（5）、下端盖（6）和下芯轴（7），各零件为轴对称结构，组装后具有共同的旋转中心轴线，其特征在于，所述筒体（2）的外壁半径R为100～150mm，筒体中部内壁半径为R₃，R与R₃之差，即筒体壁厚d为5～60mm，内壁的上端口和下端口为台阶结构，自上向下，上端口的内壁半径分别为R₁和R₂，下端口的内壁半径分别为R₄和R5，从R₁至R₅，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅依次按相同的增加量递增，增加量为0.4～0.8mm，筒体（2）的长度与直径比为3∶1到5∶1；所述上端盖（3）和下端盖（6）均为圆环板，上端盖（3）和下端盖（6）的厚度为5～10mm，上端盖（3）的外圆直径为2R₂，内圆直径为20～60mm，下端盖（6）的外圆直径为2R₄，内圆直径为20～60mm；所述上管轴（4）由圆管段和圆环段构成，圆管段为两端相通的圆管，圆管段的外直径与上端盖（3）的内圆直径相同，所述下芯轴（7）由末端轴段和连接段构成，连接段与下端盖（6）的内圆固接，连接段的外直径与下端盖（6）的内圆直径相同，末端轴直径为5～10mm；上端盖（3）的外圆与筒体（2）上端口半径R₂的内壁密封固接，下端盖（6）的外圆与筒体（2）下端口半径R₄的内壁密封固接，上管轴（4）的圆管段在上端盖（3）圆孔中与上端盖（3）密封固接，上管轴（4）作为转子上支承的结构件和液体进出口，下芯轴（7）的连接段在下端盖（6）圆孔中与下端盖（6）密封固接，下芯轴（7）作为转子下支承的结构件，上环箍（1）固接在筒体（2）外壁上端，下环箍（5）固接在筒体（2）外壁下端；所述筒体（2）的筒壁的材料是基体为环氧树脂的复合材料，由环向缠绕纤维层（21）和轴向纤维铺层（22）交替合成，总层数为2n+1，n为5～30的正整数，单层厚度为0.3～1.8mm，其中，从内层到外层，奇数层为环向缠绕纤维层（21），偶数层为轴向纤维铺层（22），环向缠绕纤维层（21）和轴向纤维铺层（22）的单层厚度相同或者不相同，所述环向缠绕纤维层（21）的纤维为高强度碳纤维，纤维环向缠绕，所述轴向纤维铺层（22）的纤维为高模量碳纤维单向布，单向布的主纤维取向为轴向设置；所述上端盖（3）和下端盖（6）均为螺旋式扇形织构叠层与基体复合模压成型的复合材料圆环板，复合材料的基体为环氧树脂、铝合金或镁合金；所述螺旋式扇形织构叠层的螺旋式扇形织构为正交织构，采用斜纹或斜纹/平纹混合织造工艺，螺旋式扇形织构的经纱与纬纱的交织方式为二上二下的斜纹织造或斜纹与单上单下的平纹混合织造，螺旋式扇形织构叠层的层数为5～20，单层厚度0.5～2.0mm，经纱和纬纱的材料为高强度碳纤维；在螺旋式扇形织构叠层沿厚度方向的最外层收尾处与其相邻的次外层采用缝纫强化；所述上环箍（1）和下环箍（5）均为缠绕在筒体（2）上的高模量碳纤维强化的树脂基复合材料圆环。