阅读说明：本技术 一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头及其使用方法 (Detachable connecting joint of carbon fiber composite pipe and using method thereof ) 是由 孔娜 王增加 王�华 王希杰 师慧 李博 岳鸿飞 郭晨 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头及其使用方法,该装置包括左接头和右接头,左接头和右接头的外侧通过外部卡套接头紧固连接,左接头和右接头的内侧通过内部插接管紧固连接,左接头的右端设置有左旋外螺纹,右接头的左端设置有右旋外螺纹,外部卡套接头的左端和右端均设置有内螺纹；该方法包括步骤一、管件表面粗化处理；步骤二、碳纤维复合材料管与连接接头的胶接；步骤三、碳纤维复合材料管的连接。本发明结构设计合理,方法步骤简单,通过在两个碳纤维复合材料管上分别设置左接头和右接头,在左接头和右接头的内外分别连接内部插接管和外部卡套接头将碳纤维复合材料管连接固定,能有效提高连接效率和连接强度。(The invention discloses a detachable connecting joint of a carbon fiber composite pipe and a use method thereof, wherein the device comprises a left joint and a right joint, the outer sides of the left joint and the right joint are fixedly connected through an external clamping sleeve joint, the inner sides of the left joint and the right joint are fixedly connected through an internal splicing pipe, the right end of the left joint is provided with a left-handed external thread, the left end of the right joint is provided with a right-handed external thread, and the left end and the right end of the external clamping sleeve joint are both provided with internal threads; the method comprises the steps of firstly, roughening the surface of the pipe fitting; secondly, gluing the carbon fiber composite material pipe with the connecting joint; and step three, connecting the carbon fiber composite material pipes. The invention has reasonable structural design and simple method steps, and can effectively improve the connection efficiency and the connection strength by respectively arranging the left joint and the right joint on the two carbon fiber composite pipes, and respectively connecting the inner splicing pipe and the outer clamping sleeve joint inside and outside the left joint and the right joint to connect and fix the carbon fiber composite pipes.)

一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头及其使用方法

技术领域

本发明属于结构工程复合材料构件连接技术领域，具体涉及一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头及其使用方法。

背景技术

碳纤维具有高比强度、高比模量，轻质、耐热、耐疲劳、耐腐蚀、抗蠕变等优异特性，不仅广泛应用于卫星、运载火箭、宇宙飞船、民用飞机等航空航天高技术尖端领域，成为尖端国防工业无可替代的战略基础材料，在高速轨道交通、深海油田、新型能源、建筑等产业也开始大量应用，市场前景广阔。

碳纤维复合材料管在航空航天领域应用广泛，接头连接是其使用面临的重要问题之一，现有的连接方式有螺纹连接、预埋金属件连接、粘接、螺栓连接、铆钉连接。专利申请号为201510096893.9的中国专利公开了一种采用预应力索的复合材料管连接接头及其使用方法，该专利通过贯穿于复合材料管的预应力索连接复合材料管端部盖帽，连接接头；虽然该方法结构简单、操作方便，但是该方法仅适用于小尺寸的复合材料管件，且在使用过程中，若受力情况较复杂，预应力索的连接易出现松懈的情况，不适用于承载力较大，尺寸较大的复合材料管件。专利申请号为201711438940.9的一种复合材料与金属管材的连接方法，该专利将金属管材和复合材料管件连接端加工成锥形结构，并在金属管件连接端加工镂空孔洞，连接端扣合，一起入模固化成型；虽然该方法解决了机械连接孔边应力集中、重量大，以及胶接分散性大、可靠性低问题，但该方法加工量大，且一体化成型因热胀冷缩，接头之间的定位尺寸很难精确，不适用于尺寸精度高的产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头，其结构设计合理，方法步骤简单，通过在两个碳纤维复合材料管上分别设置左接头和右接头，在左接头和右接头的内部连接内部插接管，同时在其外部连接外部卡套接头将两个碳纤维复合材料管连接固定，能有效提高碳纤维复合材料管的连接效率和连接强度，能够保证两个碳纤维复合材料管连接处的整体刚性，同时在连接受压时确保碳纤维复合材料管局部刚性不失稳。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头，其特征在于：包括连接在一个碳纤维复合材料管端部的左接头和连接在另一个碳纤维复合材料管端部的右接头，所述左接头和右接头的外侧通过外部卡套接头紧固连接，所述左接头和右接头的内侧通过内部插接管紧固连接，所述左接头与外部卡套接头之间、以及右接头和外部卡套接头之间均为螺纹连接，所述左接头、右接头和外部卡套接头均为圆柱形接头，所述内部插接管和碳纤维复合材料管均为圆管，所述左接头的右端设置有左旋外螺纹，所述右接头的左端设置有右旋外螺纹，所述外部卡套接头的左端设置有与左旋外螺纹相配合的内螺纹，所述外部卡套接头的右端设置有与右旋外螺纹相配合的内螺纹。

上述的一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头，其特征在于：所述左接头的左端设置有用于与一个碳纤维复合材料管连接的左胶接段，所述右接头的右端设置有用于与另一个碳纤维复合材料管连接的右胶接段。

上述的一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头，其特征在于：所述左胶接段和右胶接段的结构和尺寸均相同且其外径均小于碳纤维复合材料管的内径。

上述的一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头，其特征在于：所述左接头和右接头的内径相等且其均大于内部插接管的外径。

上述的一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头，其特征在于：所述左接头和右接头分别套设在内部插接管的两端，所述左接头或右接头与内部插接管胶接。

上述的一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头，其特征在于：所述左旋外螺纹和右旋外螺纹的长度相等且其均为矩形螺纹。

上述的一种碳纤维复合材料管的可拆卸式连接接头，其特征在于：所述外部卡套接头的外侧中部设置有环形凸台，所述环形凸台与外部卡套接头一体成型，所述环形凸台上沿其周向开设有多个螺纹孔，所述螺纹孔由外至内依次贯通环形凸台和外部卡套接头。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单的可拆卸式连接接头的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、管件表面粗化处理：将两个碳纤维复合材料管连接端的内壁进行打磨粗化处理，所述左接头的左端设置有左胶接段，所述右接头的右端设置有右胶接段，将左胶接段和右胶接段的外壁进行网纹滚花粗化处理；

步骤二、碳纤维复合材料管与连接接头的胶接：在左胶接段和右胶接段的外表面涂胶，将左胶接段***至一个碳纤维复合材料管经打磨粗化处理的连接端的内部进行胶接连接，将右胶接段***至另一个碳纤维复合材料管经打磨粗化处理的连接内部进行胶接连接；

步骤三、碳纤维复合材料管的连接，过程如下：

步骤301、待步骤二中碳纤维复合材料管与连接接头胶接固化后，从内部插接管的一端开始，在内部插接管外表面涂胶，涂至内部插接管的中部后停止涂胶，并将内部插接管上涂胶的一端从右向左***至左接头内部与左接头进行胶接，或者将内部插接管上涂胶的一端从左向右***至右接头内部与右接头进行胶接，采用酒精对溢出至内部插接管外露段的胶体进行清理，保证内部插接管外露段的表面干净；

步骤302、当内部插接管与左接头胶接固定时，将外部卡套接头的左端套设在左接头上设置有左旋外螺纹的一端，将右接头上设置有右旋外螺纹的一端***至外部卡套接头的右端；

当内部插接管与右接头胶接固定时，将外部卡套接头的右端套设在右接头上设置有右旋外螺纹的一端，将左接头上设置有左旋外螺纹的一端***至外部卡套接头的左端；

步骤303、采用装卸卡具将外部卡套接头进行紧固，所述外部卡套接头的外侧中部设置有环形凸台，所述环形凸台上沿其周向开设有多个螺纹孔，所述装卸卡具包括与环形凸台相互配合的弧形卡槽，所述弧形卡槽的一端外侧设置有把手，所述弧形卡槽上开设有两个供螺栓安装的圆孔，两个圆孔之间的距离等于环形凸台上任意两个相邻的螺纹孔之间的距离，外部卡套接头的紧固过程如下：

步骤3031、将弧形卡槽的内侧与环形凸台的外侧紧贴，在两个圆孔内均安装螺栓，使螺栓的内端穿过圆孔后安装在螺纹孔内，进而将弧形卡槽与环形凸台紧固连接；

步骤3032、手持把手旋转外部卡套接头使两个碳纤维复合材料管逐渐靠近，直至左旋外螺纹和右旋外螺纹全部位于外部卡套接头内部时，停止旋转外部卡套接头，随着外部卡套接头的不断旋转，内部插接管的另一端逐渐***至右接头内部，完成两个碳纤维复合材料管的连接；

步骤3033、拆除弧形卡槽上的两个螺栓，将装卸卡具从环形凸台上取下。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用的连接接头，承受载荷较大，可承受拉伸载荷≥280KN，且接头重量较轻，通过设置左接头和右接头，能够使左接头和右接头分别安装在两个碳纤维复合材料管上，便于碳纤维复合材料管的连接，同时不需要对碳纤维复合材料管进行改造或加工，能够保证碳纤维复合材料管的完整性，接头连接后，可保证复合材料管件连接后的尺寸精度，可适用于装配精度高的产品。

2、本发明采用的连接接头，通过内部插接管将左接头和右接头的内部紧固连接，通过外部卡套接头将左接头和右接头的外部紧固连接，能够保证两个碳纤维复合材料管连接处的整体刚性，同时在连接受压时确保碳纤维复合材料管局部刚性不失稳。

3、本发明采用的连接接头，通过将左接头与外部卡套接头之间、以及右接头和外部卡套接头之间均设置为螺纹连接，便于安装和拆卸，便于碳纤维复合材料管的分段生产和运输，能有效降低加工难度，提高加工效率，同时还能够保证碳纤维复合材料管之间的连接强度。

4、本发明采用的方法，通过设计装卸卡具对连接接头中的外部卡套接头进行安装和拆卸，可徒手进行安装和拆卸，并能保证安装的牢固可靠性，确保连接管件承受复杂载荷时无松动，能有效提高碳纤维复合材料管的连接效率，减轻施工人员的劳动强度，同时能够提高两个碳纤维复合材料管之间的连接强度。

5、本发明采用的方法，通过将碳纤维复合材料管连接端的内壁进行打磨粗化处理，将左胶接段和右胶接段的外壁进行网纹滚花粗化处理，能够增大左胶接段与碳纤维复合材料管之间、以及右胶接段与碳纤维复合材料管之间的摩擦力，进而提高连接接头与碳纤维复合材料管之间的连接强度。

6、本发明采用的方法，在进行两个碳纤维复合材料管的连接前，首先将左接头和右接头分别胶接连接在两个碳纤维复合材料管上，能有效提高碳纤维复合材料管的连接效率和连接强度，确保左接头和右接头与碳纤维复合材料管之间的同轴度。

综上所述，本发明结构设计合理，方法步骤简单，通过在两个碳纤维复合材料管上分别设置左接头和右接头，在左接头和右接头的内部连接内部插接管，同时在其外部连接外部卡套接头将两个碳纤维复合材料管连接固定，能有效提高碳纤维复合材料管的连接效率和连接强度，能够保证两个碳纤维复合材料管连接处的整体刚性，同时在连接受压时确保碳纤维复合材料管局部刚性不失稳。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明连接接头的结构示意图。

图2为本发明连接接头的使用状态图。

图3为本发明连接接头用装卸卡具的结构示意图。

图4为本发明方法的流程框图。

附图标记说明:

1—左接头； 1-1—左旋外螺纹； 1-2—左胶接段；

2—右接头； 2-1—右旋外螺纹； 2-2—右胶接段；

3—外部卡套接头； 3-1—环形凸台； 3-2—螺纹孔；

4—内部插接管； 5—碳纤维复合材料管； 6—弧形卡槽；

6-1—圆孔； 7—把手。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括连接在一个碳纤维复合材料管5端部的左接头1和连接在另一个碳纤维复合材料管5端部的右接头2，所述左接头1和右接头2的外侧通过外部卡套接头3紧固连接，所述左接头1和右接头2的内侧通过内部插接管4紧固连接，所述左接头1与外部卡套接头3之间、以及右接头2和外部卡套接头3之间均为螺纹连接，所述左接头1、右接头2和外部卡套接头3均为圆柱形接头，所述内部插接管4和碳纤维复合材料管5均为圆管，所述左接头1的右端设置有左旋外螺纹1-1，所述右接头2的左端设置有右旋外螺纹2-1，所述外部卡套接头3的左端设置有与左旋外螺纹1-1相配合的内螺纹，所述外部卡套接头3的右端设置有与右旋外螺纹2-1相配合的内螺纹。

实际使用时，通过设置左接头1和右接头2，能够使左接头1和右接头2分别安装在两个碳纤维复合材料管5上，便于碳纤维复合材料管5的连接，同时不需要对碳纤维复合材料管5进行改造或加工，能够保证碳纤维复合材料管5的完整性。

需要说明的是，通过内部插接管4将左接头1和右接头2的内部紧固连接，通过外部卡套接头3将左接头1和右接头2的外部紧固连接，能够保证两个碳纤维复合材料管5连接处的整体刚性，同时在连接受压时确保碳纤维复合材料管5局部刚性不失稳。

本实施例中，通过将左接头1与外部卡套接头3之间、以及右接头2和外部卡套接头3之间均设置为螺纹连接，便于安装和拆卸，便于碳纤维复合材料管5的分段生产和运输，能有效降低加工难度，提高加工效率，同时还能够保证碳纤维复合材料管5之间的连接强度。

本实施例中，所述左接头1的左端设置有用于与一个碳纤维复合材料管5连接的左胶接段1-2，所述右接头2的右端设置有用于与另一个碳纤维复合材料管5连接的右胶接段2-2。

实际使用时，左接头1与一个碳纤维复合材料管5通过左胶接段1-2胶接固定为一体，右接头2与另一个碳纤维复合材料管5通过右胶接段2-2胶接固定为一体，安装有左接头1的碳纤维复合材料管5和安装有右接头2的碳纤维复合材料管5的外部可以通过外部卡套接头3螺纹连接，使用方便，便于安装和拆卸。

本实施例中，左接头1的左胶接段1-2***至一个碳纤维复合材料管5内与碳纤维复合材料管5进行胶接，右接头2的右胶接段2-2***至另一个碳纤维复合材料管5内与碳纤维复合材料管5进行胶接。

本实施例中，所述左胶接段1-2和右胶接段2-2的结构和尺寸均相同且其外径均小于碳纤维复合材料管5的内径。

实际使用时，左胶接段1-2和右胶接段2-2的外径略小于碳纤维复合材料管5的内径，保证左胶接段1-2和右胶接段2-2能够顺利的***至碳纤维复合材料管5，同时确保左胶接段1-2和右胶接段2-2与碳纤维复合材料管5之间不存在较大的缝隙，可以进行胶接密封固定。

本实施例中，所述左接头1和右接头2的内径相等且其均大于内部插接管4的外径。

实际使用时，内部插接管4的外径略小于左接头1和右接头2的内径，便于内部插接管4的安装和拆卸。

本实施例中，所述左接头1和右接头2分别套设在内部插接管4的两端，所述左接头1或右接头2与内部插接管4胶接。

实际使用时，内部插接管4的一端***至左接头1内部并与左接头1胶接，内部插接管4的另一端***至右接头2内部，不与右接头2固定，便于随时对两个碳纤维复合材料管5的连接位置和精度进行调整，同时便于该连接接头的拆卸，进而便于进行周转使用。

本实施例中，所述左旋外螺纹1-1和右旋外螺纹2-1的长度相等且其均为矩形螺纹。

实际使用时，通过将左旋外螺纹1-1和右旋外螺纹2-1均设置为矩形螺纹，结构简单，便于加工和制造，可徒手进行拆卸和安装。

本实施例中，所述外部卡套接头3的外侧中部设置有环形凸台3-1，所述环形凸台3-1与外部卡套接头3一体成型，所述环形凸台3-1上沿其周向开设有多个螺纹孔3-2，所述螺纹孔3-2由外至内依次贯通环形凸台3-1和外部卡套接头3。

实际使用时，通过在外部卡套接头3的外侧中部设置环形凸台3-1，能够增加外部卡套接头3中部的厚度，进而便于在环形凸台3-1上施力进行外部卡套接头3的安装和拆卸。

需要说明的是，通过在环形凸台3-1上沿其周向开设有多个螺纹孔3-2，便于装卸卡具的安装和拆卸，提高碳纤维复合材料管5的连接效率。

本实施例中，当待连接的碳纤维复合材料管5的外径为φ70mm时，左接头1和右接头2的长度为100mm，对应的外径为φ66.8mm，内径为φ62.5mm，左旋外螺纹1-1和右旋外螺纹2-1的齿宽4mm，齿深2mm，齿距8mm，螺纹长度为35mm，外部卡套接头3的长度为70mm，外径φ77mm，内径φ68mm，外部卡套接头3两端设置有长度为30mm的正反矩形内螺纹，齿宽4mm，齿深2mm，齿距8mm，外部卡套接头3中间未设置有内螺纹的长度为18mm，环形凸台3-1的宽度为10mm；

当待连接的碳纤维复合材料管5的的外径为φ90mm时，左接头1和右接头2的长度为150mm，对应的外径为φ86.8mm，内径为φ82.5mm，左旋外螺纹1-1和右旋外螺纹2-1的齿宽6mm，齿深3mm，齿距12mm，螺纹长度为50mm，外部卡套接头3长度为100mm，外径φ97mm，内径φ88mm，外部卡套接头3两端设置有长度为45mm的正反矩形内螺纹，齿宽6mm，齿深3mm，齿距12mm，外部卡套接头3中间未设置有内螺纹的长度为24mm，环形凸台3-1的宽度为10mm。

如图4所示的一种可拆卸式连接接头的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、管件表面粗化处理：将两个碳纤维复合材料管5连接端的内壁进行打磨粗化处理，所述左接头1的左端设置有左胶接段1-2，所述右接头2的右端设置有右胶接段2-2，将左胶接段1-2和右胶接段2-2的外壁进行网纹滚花粗化处理；

实际使用时，通过将碳纤维复合材料管5连接端的内壁进行打磨粗化处理，将左胶接段1-2和右胶接段2-2的外壁进行网纹滚花粗化处理，能够增大左胶接段1-2与碳纤维复合材料管5之间、以及右胶接段2-2与碳纤维复合材料管5之间的摩擦力，进而提高连接接头与碳纤维复合材料管5之间的连接强度。

步骤二、碳纤维复合材料管与连接接头的胶接：在左胶接段1-2和右胶接段2-2的外表面涂胶，将左胶接段1-2***至一个碳纤维复合材料管5经打磨粗化处理的连接端的内部进行胶接连接，将右胶接段2-2***至另一个碳纤维复合材料管5经打磨粗化处理的连接内部进行胶接连接；

实际使用时，在进行两个碳纤维复合材料管5的连接前，首先将左接头1和右接头2分别胶接连接在两个碳纤维复合材料管5上，能有效提高碳纤维复合材料管5的连接效率和连接强度，确保左接头1和右接头2与碳纤维复合材料管5之间的同轴度。

步骤三、碳纤维复合材料管的连接，过程如下：

步骤301、待步骤二中碳纤维复合材料管5与连接接头胶接固化后，从内部插接管4的一端开始，在内部插接管4外表面涂胶，涂至内部插接管4的中部后停止涂胶，并将内部插接管4上涂胶的一端从右向左***至左接头1内部与左接头1进行胶接，或者将内部插接管4上涂胶的一端从左向右***至右接头2内部与右接头2进行胶接，采用酒精对溢出至内部插接管4外露段的胶体进行清理，保证内部插接管4外露段的表面干净；

实际使用时，通过将内部插接管4的一半胶接固定在左接头1内，便于对内部插接管4进行定位，保证两个碳纤维复合材料管5连接后，内部插接管4与左接头1和右接头2之间的连接强度相同，进一步提高连接接头的连接强度。

需要说明的是，采用酒精对溢出至内部插接管4外露段的胶体进行清理，能够避免内部插接管4在连接过程中与右接头2胶接固定，增大其拆卸难度。

本实施例中，也可以将内部插接管4胶接在右接头2内，使内部插接管4与左接头1活动连接。

步骤302、当内部插接管4与左接头1胶接固定时，将外部卡套接头3的左端套设在左接头1上设置有左旋外螺纹1-1的一端，将右接头2上设置有右旋外螺纹2-1的一端***至外部卡套接头3的右端；

当内部插接管4与右接头2胶接固定时，将外部卡套接头3的右端套设在右接头2上设置有右旋外螺纹2-1的一端，将左接头1上设置有左旋外螺纹1-1的一端***至外部卡套接头3的左端；

步骤303、采用装卸卡具将外部卡套接头进行紧固，所述外部卡套接头3的外侧中部设置有环形凸台3-1，所述环形凸台3-1上沿其周向开设有多个螺纹孔3-2，如图3所示，所述装卸卡具包括与环形凸台3-1相互配合的弧形卡槽6，所述弧形卡槽6的一端外侧设置有把手7，所述弧形卡槽6上开设有两个供螺栓安装的圆孔6-1，两个圆孔6-1之间的距离等于环形凸台3-1上任意两个相邻的螺纹孔3-2之间的距离，外部卡套接头3的紧固过程如下：

实际使用时，通过采用装卸卡具对外部卡套接头3进行紧固，能够提高碳纤维复合材料管5的连接效率。

本实施例中，通过在弧形卡槽6上开设有两个圆孔6-1，在进行装卸卡具的安装时，只需要将弧形卡槽6紧贴环形凸台3-1的外表面布设，将两个圆孔6-1分别与环形凸台3-1上两个相邻的螺纹孔3-2对准，使螺栓的一端穿过圆孔6-1后上紧在螺纹孔3-2内，螺栓的另一端卡在圆孔6-1内，将弧形卡槽6与环形凸台3-1紧固连接，即可通过把手7旋转整个外部卡套接头3，操作便捷。

步骤3031、将弧形卡槽6的内侧与环形凸台3-1的外侧紧贴，在两个圆孔6-1内均安装螺栓，使螺栓的内端穿过圆孔6-1后安装在螺纹孔3-2内，进而将弧形卡槽6与环形凸台3-1紧固连接；

步骤3032、手持把手7旋转外部卡套接头3使两个碳纤维复合材料管5逐渐靠近，直至左旋外螺纹1-1和右旋外螺纹2-1全部位于外部卡套接头3内部时，停止旋转外部卡套接头3，随着外部卡套接头3的不断旋转，内部插接管4的另一端逐渐***至右接头2内部，完成两个碳纤维复合材料管5的连接；

步骤3033、拆除弧形卡槽6上的两个螺栓，将装卸卡具从环形凸台3-1上取下。

实际使用时，需要将两个碳纤维复合材料管5进行分离时，只需要通过把手7反方向旋转外部卡套接头3，直至两个碳纤维复合材料管5分离。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。