[实用新型]一种碳纤维复合材料增强的轻量化液压缸

说明书

本实用新型公开了一种碳纤维复合材料增强的轻量化液压缸，包括由缸筒两端分别与缸底和缸盖相连组成的液压缸，缸筒内设有活塞和与活塞相连的活塞杆，活塞杆一端从缸盖上设置的孔内伸出液压缸外，活塞杆与缸盖的孔内壁以及活塞与缸筒内壁均设有动密封，缸底和缸盖上分别设有与液压油系统相连的第一油口和第二油口，通过液压油驱动缸筒内的活塞两边滑动；所述缸筒由金属内衬在外表面覆盖碳纤维复合材料增强层组成，所述碳纤维复合材料增强层是由强度在3500MPa以上的碳纤维材料为增强材料、热固性树脂为基体，采用湿法缠绕成型工艺制成。该装置结构简单，在具有强度、刚度、抗疲劳性能的同时其重量轻，可用于工程机械、航天航空、汽车工业等领域。

技术领域

本实用新型涉及一种液压缸，具体涉及一种碳纤维复合材料增强的轻量化液压缸。

背景技术

目前，液压技术正向高压、高速、高可靠性、高集成化方向迅猛发展。工程机械的节能化、轻量化发展使得其需要更轻更可靠的液压元件；飞机及航空航天领域中，液压系统及元件必须具备重量轻、高强度的特点；汽车工业中的轻量化设计成为汽车节能减排的有效途径，而液压元件的轻量化设计是其重要的一部分。液压缸作为液压系统中重要的执行元件，其轻量化势在必行。传统使用金属材料制造的液压缸为了满足强度、刚度、抗疲劳性和安全性等要求，必须提高安全系数，这样就使得液压缸重量大、设计保守耗费材料。实现液压缸轻量化首先是在充分进行工况研究的基础上进行产品结构优化，其次是高强度低密度新材料的开发应用。

在众多的轻量化材料中，碳纤维复合材料具有优异的综合力学性能：比强度（强度与密度之比）、比模量（模量与密度之比）和比吸能（有效破坏长度内单位质量吸收的能量）高，抗拉强度一般在3500MPa以上，抗拉弹性模量为23000-43000MPa，在等刚度或等强度设计原则下，碳纤维复合材料结构比低碳钢结构减重50%以上，比镁/铝合金结构减重达30%；同时，碳纤维复合材料具有良好的抗疲劳性能、耐腐蚀性，零件使用寿命高，因此，将碳纤维材料应用到液压缸中，不仅可以达到轻量化目的，还可以得到更好的性能。

目前有少量公司使用碳纤维复合材料制造液压缸。比如，2015年汉诺威展会上派克公司展示的碳纤维液压缸，国内汉臣液压公司也提出了类似的碳纤维液压缸。在复合材料与金属材料连接上它们大都采用胶结、螺钉、销钉等方案。胶结方案存在脱胶隐患不够可靠，且不方便拆卸维修；螺钉、销钉连接方案容易造成复合材料层的破坏。轻量化可以使液压缸有更低的能耗，节省动力，提高经济性，使液压产品满足节能环保的要求，在工程机械、航空航天、汽车工业等领域有着巨大的应用潜能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提出一种碳纤维复合材料增强液压缸，用来满足液压缸的轻量化需要和越来越高的强度、刚度、抗疲劳性、安全性等要求。这种碳纤维复合材料增强液压缸相对传统液压缸来说，结构简单，易于拆卸维修，拥有更高的强度、刚度、抗疲劳性能，同时它的重量可以减轻30%左右，该液压缸可作为液压系统的执行元件用于工程机械、航天航空、汽车工业等领域。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种碳纤维复合材料增强的轻量化液压缸，包括由缸筒两端分别与缸底和缸盖相连组成的液压缸，其特征在于：所述缸筒内设有活塞和与活塞相连的活塞杆，所述活塞杆一端从缸盖上设置的孔内伸出液压缸外，活塞杆与缸盖的孔内壁以及活塞与缸筒内壁均设有动密封，缸底和缸盖上分别设有第一油口和第二油口，所述第一油口和第二油口分别与液压油系统相连，通过液压油驱动缸筒内的活塞两边滑动；所述缸筒由金属内衬在外表面覆盖碳纤维复合材料增强层组成。

作为改进，所述缸底上设有缓冲密闭空间，活塞靠近缸底侧设有与缓冲密闭空间配合的缓冲套。

作为改进，所述金属内衬是一种两端内部加厚的薄壁圆筒，薄壁圆筒与缸盖及缸底均通过螺纹连接，所述螺纹为6级精度的细牙螺纹；所述金属内衬中间段内壁进行表面处理，使其表面粗糙度粗糙度Ra值在0.1至0.4之间。