11、碳纤维折叠连杆的方法与应用

碳纤维折叠连杆的方法与应用

在工程和制造领域，如何高效地制造出具有特定刚度和运动性能的连杆结构是一个重要的研究课题。本文将介绍两种利用碳纤维制造刚性连杆的方法，以及它们在主动空气动力学领域的应用。

1. 折叠碳纤维形成刚性连杆 - 通过几何形状实现刚度

利用几何形状来实现碳纤维连杆的刚度是一种有效的方法。这种方法主要是将U型梁截面和旋转关节融入折叠模式中，以创建具有更大平面外刚度的机构连杆。

1.1 兔子耳折叠与半盒底座

在折纸艺术中，兔子耳折叠是一种常用的方法，它可以产生静态折叠，使纸张保持在特定的配置中。传统的兔子耳折叠利用22.5°几何形状，只能产生平面折叠；而使用45°几何形状的变体则常用于折纸中制作三维形状。

半盒底座是通过结合两个45°兔子耳折叠形成的，它可以产生四个相互垂直的表面。通过比较纸质和碳纤维版本的半盒底座，可以发现纸质的折痕更尖锐，而碳纤维的折痕则较为圆润。在制造碳纤维半盒底座的过程中，通过优化掩膜、铺层和固化程序，确定了最佳掩膜宽度为4毫米。

1.2 镜像双褶折叠与旋转关节

从半盒底座的折痕图案出发，通过将盒子的一条边的角度偏移改为135°，开发出了一种用于单个旋转关节的结构，即镜像双褶折叠。这种折叠模式可以生产出长U型梁。

镜像双褶折叠的折痕图案经过实验优化，平衡了运动范围、组装每个连杆的时间和折叠的复杂性。最终的镜像双褶折叠产生的连杆宽度是起始板材的一半，长度则根据特定的几何关系进行缩减。

根据折叠方向的不同，旋转关节可以有镜面配置和翻转配置两种形式。镜面配置的运动范围为270°，而翻转配置则可以实现360°的旋转。