包括連接至本體的端部接頭的產品的製作方法

2023-12-11 10:33:52 1

專利名稱：包括連接至本體的端部接頭的產品的製作方法
包括連接至本體的端部接頭的產品有很多已知應用，在這些應用中有利的是減輕設備的一個或多個部件的重量。實例包括陸地和海洋交通工具、飛機和個人裝備。已知用複合等同物來代替諸如金屬部件的某些部件，因為複合等同物通常比其所代替的金屬部件輕得多。因此，複合物在各部件中的應用在減輕重量和增加效率的研究中變得越來越常見。但是用複合等同物來代替整個部件並不總是合適的，因為複合材料可能不具有形成特定元件所必須的特性。一種實例是螺紋配件。因此，已知製造或形成包括連接至複合部件的非複合部件的部分。如上文所指出的，使用特定的複合部件是有利的一個應用實例是在飛機中，例如作為起落架組件的一部分。但是，典型的起落架組件的特定部件、諸如縮回致動器和側撐杆經受相當大的軸向力和壓縮力其它部件可能經受各種力和/或扭矩。因此，任何局部複合部件應當設計成承受這些力和/或扭矩，尤其是在部件的複合構件與非複合構件之間的界面處。根據本發明的第一方面，提供有包括連接到本體的接頭的設備，該接頭具有配合部分和軸線，該配合部分包括形成入其周界表面的通道，該本體包括軸向層和箍層，該軸向層圍繞端部接頭的配合部分的至少一些周界表面設置，該箍層圍繞對應於至少一些通道的位置處的軸向層設置，從而將至少一些軸向層推入通道的一部分，其中，通道布置成使得至少一些通道形成不與接頭的軸線正交的路徑，使得通道的至少一些表面區域形成負載支承表面，負載支承表面用於在轉動力施加到接頭和本體之一時，傳遞接頭與本體之間的扭矩。因此，通道的形成不與軸線(例如縱向軸線或另一轉動軸線)正交的路徑的部分以類似於「花鍵」等方式作用。因此，非正交部分的表面區域使得扭矩能夠通過本體與接頭之間。該箍層用於約束軸向層在負載狀態下在通道外張開，包括在本體與接頭之間的扭矩的傳遞過程中和軸向負載過程中。至少一些通道的路徑可沿非線性構造延伸。因此，至少一些通道可具有例如正弦曲線、大致方波或鋸齒波構造。這種構造通常致使具有不與接頭的軸線正交的多個部分的通道。該通道可包括多個部分，這些多個部分各自布置成形成不與接頭的軸線正交的路徑。相對於僅具有不與接頭的軸線正交的單個部分的設備，各布置成形成不與接頭的軸線正交的路徑的多個部分可改善設備的扭矩傳遞特性。該通道可環繞接頭的配合部分的周界表面。至少一些通道可具有布置成對施加於設備的軸向力起作用的平坦側壁。該設備還可包括套環，該套環布置成機械聯接到接頭以包圍本體的相鄰於通道的部分。 至少一些通道可具有彎曲的橫截面。因此，在某些實施例中，通道不形成任何會至少本體與接頭之間的接合處應力集中的銳邊。該設備可包括多個分離通道。該通道可以基本彼此相同。該接頭可包括非複合部分。該軸向層可包括複合材料。該箍層可包括複合材料。
因此，設備的本體可由複合材料形成，在很多情況中，相對於諸如金屬的非複合材料，該複合材料傾向於更輕並具有其它優秀性能。但是，該接頭可由諸如金屬的非複合成分形成，其具有對於正在討論的部件比複合材料有利的性能。根據本發明的第二方面，提供有包括連接到本體的接頭的設備的方法，該方法包括步驟提供具有配合部分和軸線的接頭，該配合部分包括形成入其周界表面的通道，其中，該通道布置成使得至少一些通道形成不與接頭的軸線正交的路徑；以及形成本體，本體的形成通過圍繞接頭的配合部分的至少一些周界表面設置軸向層；以及圍繞對應於至少一些通道的位置處的軸向層設置箍層，從而將至少一些軸向層推入通道的一部分，使得通道的至少一些表面區域形成負載支承表面，負載支承表面用於在轉動力施加到接頭和本體之一時傳遞接頭與本體之間的扭矩。該方法可還可包括分別設置交替軸向層和箍層，直到本體具有大致圓筒形構造的步驟。該方法可包括設置圍繞至少一些周界表面的另一軸向層的步驟。設置軸向層的步驟或各步驟可包括編織軸向層。設置箍層的步驟或各步驟可包括細絲纏繞箍層。現將參照附圖僅以非限制性示例的方式描述本發明的實施例，附圖中

圖1示出根據本發明實施例的設備的局部縱向截面，該設備包括連接至本體的端部接頭；圖加和2b示出根據本發明一實施例的設備的端部接頭的立體圖；以及圖3示出根據本發明另一實施例的設備的局部縱向截面，該設備包括連接至本體的端部接頭。圖1概觀地示出根據本發明一實施例的設備10的局部縱向剖視圖。設備10包括連接至非複合端部接頭12的複合本體14。端部接頭12呈大致圓筒形形狀，包括直徑縮窄以形成配合部分12b的肩部12a。在該實施例中，配合部分12b包括多個通道18。每個通道18由峰部19分開。端部接頭12是中空的，限定可布置成接納螺釘或其它連接或固定裝置的盲孔13。本體14與端部接頭12機械互鎖。參照圖加和2b，示出根據本發明一實施例的設備的端部接頭12的實例。端部接頭12呈大致圓筒形形狀並具有縱向軸線L。在某些實施例中，縱向軸線L可由轉動軸線代替。多個通道18繞端部接頭12的側壁周界延伸。各通道18布置成各自限定不與縱向軸線L正交的至少一部分。所示實例中，端部接頭12的配合部分12b包括多個離散的通道，每個離散的通道圍繞端部接頭12的周界遵循非直線路徑、即非圓形路徑。更具體來說，通道具有繞端部接頭12的周向側壁的大致正弦曲線路徑。在該實例中，每個通道18與每個其它通道相同，但不是必須這樣。相鄰通道由槽脊區域19分隔，槽脊區域19可採用任何合適的構造。每個通道18具有彎曲的橫截面，這可減少結合處的應力集中，如下面參考圖1所述的。由於圍繞端部接頭12的周界的通道的非正交部分，通道布置成使得每個通道18的至少一些表面區域形成槽脊支承表面，該槽脊支承表面在轉動力施加到端部接頭12和複合本體14之一時用於傳遞端部接頭12與連接到端部接頭的複合本體14之間的扭矩。這是因為當轉動力繞縱向軸線施加到端部接頭或本體時，布置成與縱向軸線不正交的通道的表面區域以類似於「花鍵」的方式作用，由此促進扭矩通過複合部件與非複合部件之間。
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應注意，端部接頭不限於所示構造，而在其它實施例中可具有任何合適的形狀，包括以任何合適構造布置的一個或多個通道，使得通道的至少一部分沿相對於端部接頭的縱向軸線和/或轉動方向不正交的方向延伸。替代的通道布置的實例的非窮盡列舉可以是螺旋通道、一個或多個非線性通道、諸如圍繞端部接頭的周界延伸的大致鋸齒狀或方波狀通道。如果設置螺旋通道，則其可構造成使得剪應力沿其路徑變化以幫助扭矩傳遞。通道的路徑不形成銳邊是有利的，因為在某些實施例中，這會使應力集中最小化。如果配合部分 12b的縱向截面的構造類似正弦曲線，使得通道的連續形成光滑的「波」樣式，則是有利的， 在某些實施例中，這相對於具有銳邊的配合部分可減少接合處的應力集中。應注意，通道的數量、側輪廓的角度以及通道的基部半徑和/或通道的路徑構造可由所要承載的軸向負載和/或所要傳遞的扭矩水平來確定。此外，通道不必須完全圍繞端部接頭的周界延伸。將理解的是，端部接頭不必須是中空的且可由任何合適材料形成，非限制性實例有金屬、塑料寸。回到參照圖1，本體14形成複合材料，例如圍繞端部接頭12設置諸如纖維的加強材料，纖維與諸如樹脂的材料粘接。複合材料是本領域技術人員公知的且因此下文將不詳細描述。本體包括圍繞端部接頭12的配合部分12b設置的第一軸向層20。第一軸向層20 遠離端部接頭12軸向延伸以形成第一細長本體層。所示實例中的軸向層由三軸編織複合物製成，但是也可使用任何合適的編織複合物。如本領域技術人員所已知的，三軸編織複合物可以由以三個不同角度布置的碳纖維「趾部」形成。第一組趾部大致沿本體的軸向方向延伸。第二和第三組各自以相對於軸向趾部以正角度和負角度(例如+/-30° )延伸。在對應於通道18的位置處圍繞第一軸向層20設置第一箍層30。在該實例中，箍層包括在對應於通道的位置處圍繞軸向層包裹的碳纖維趾部。第一箍層30用於將第一軸向層20的各部分推入通道18。如可從圖1看到的，箍層的帶的橫截面是不均勻的，其中，朝向通道中心的橫截面比其邊緣附近的橫截面深。通過將第一軸向層20推入或拉入通道18 (如在箍層的形成過程中出現的)，設備10布置成在施加這種負載時由於通道的形成負載支承表面的傾斜側面而對軸向負載起作用，且軸向編織纖維沿徑向方向向外推壓或移位。第一箍層30保持第一軸向層20在通道18內的部分以在施加這種負載時抵抗其張開，以及在其上方填充一些通道18以減小通道的自由部分的深度，一旦已經建立多個交替層，則這可獲得本體14的平坦外表面輪廓。圍繞端部接頭12的配合部分12b的周界設置多個交替軸向層20、22、24、26、28和箍層30、32、34、36以形成細長複合本體14。圖3示出根據本發明的另一實施例的設備100，包括連接到本體的端部接頭。在該實施例中，端部接頭12包括單個通道18，通道18具有布置成對施加到設備100的壓縮軸向力起作用的平坦側壁18a。通道18的彎曲側壁被布置成支承施加到設備100的拉伸軸向力。如同參照圖1描述的實施例，圍繞端部接頭12的配合部分12b建立軸向層和箍層 20、22、24、沈、30、32、34、36的一系列交替層。套環38裝配在配合部分1 上方，從而幫助將本體14的錨固部分保持在通道18內。套環用螺紋固定。但是，可用任何合適的手段將套環38固定到端部接頭12。雖然本實施例僅示出單個通道18，套環38或平坦側壁的特徵可納入具有多個通道18的端部接頭12。在某些實施例中，平坦側壁可因為彎曲側壁而省略，諸如圖1所示的那樣。
交替軸向層和箍層以及沿不垂直於端部接頭12的轉動軸線的方向延伸的通道部分的組合在本發明的某些實施例中致使能夠傳遞高扭矩以及軸向力的複合本體與非複合接頭之間的接合，而沒有軸向層在形成負載支承表面的通道外張開。現將描述根據本發明的一個實施例的形成包括連接到本體的端部接頭的設備的方法。提供包括一個或多個通道18的端部接頭12，通道18的至少一部分沿不與端部接頭 12的縱向軸線和/或其預期的轉動軸線正交的路徑延伸。本體14圍繞端部接頭建立。該實例的方法包括以下步驟。圍繞端部接頭12的配合部分12b並往前沿遠離肩部12a的方向纏繞第一軸向層20，從而形成細長本體部分14的第一層。軸向層可通過任何合適工藝來形成，例如，通過布置成纏繞500至600之間的碳纖維趾部以形成三軸編織複合層的編織機器。然後圍繞第一軸向層20在對應於通道18的位置處使用細絲纏繞工藝纏繞箍層30， 以將碳纖維纏繞成所想要的構造。如可從圖1看到的，第一箍層30將第一軸向層20向下推入通道18。如可理解的，細絲纏繞工藝包括某些側向移動以產生在每個箍的中心比兩邊厚的箍層。緊接著第一軸向層20和第一箍層30，在兩個第一層20、30上方以與第一軸向層20相同的方式纏繞第二軸向層22，從而建立本體14。接下來，在對應於通道18的位置處圍繞第二軸向層22纏繞第二箍層32。如所要求地重複該過程，從而建立軸向層20至沈和箍層30至36。一旦纏繞好最後的箍層36，則可纏繞最後的軸向層觀以形成直側圓筒形本體14。一旦纖維趾部已經被纏繞入相應層，則可用樹脂灌注，例如，通過真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)工藝。但是，可使用任何合適的方法將樹脂引入纖維以形成複合部件。在某些實施例中，可在端部接頭與一個或多個複合層之間提供粘性層。根據本發明的一個或多個實施例的設備可用作高負載的結構傳遞，諸如汽車支撐軸、飛機起落架中的部件等。
權利要求
1.包括連接到本體的接頭的設備，所述接頭具有配合部分和軸線，所述配合部分包括形成入其周界表面的通道，所述本體包括軸向層和箍層，所述軸向層圍繞端部接頭的配合部分的至少一些周界表面設置，所述箍層圍繞對應於至少一些通道的位置處的所述軸向層設置，從而將至少一些軸向層推入所述通道的一部分，其中，所述通道布置成使得至少一些通道形成不與所述接頭的所述軸線正交的路徑，使得所述通道的至少一些表面區域形成負載支承表面，所述負載支承表面用於在轉動力施加到所述接頭和所述本體之一時，傳遞所述接頭與本體之間的扭矩。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述至少一些通道的路徑沿非線性構造延伸。
3.如權利要求1或2所述的設備，其特徵在於，所述通道包括多個部分，所述多個部分各自布置成形成不與所述接頭的所述軸線正交的路徑。
4.如任一前述權利要求所述的設備，其特徵在於，所述通道環繞所述接頭的所述配合部分的周界表面。
5.如任一前述權利要求所述的設備，其特徵在於，至少一些通道具有布置成對施加於所述設備的軸向力起作用的平坦側壁。
6.如權利要求5所述的設備，其特徵在於，還包括套環，所述套環布置成機械聯接到所述接頭以包圍所述本體的相鄰於所述通道的部分。
7.如任一前述權利要求所述的設備，其特徵在於，至少一些通道具有彎曲的橫截面。
8.如任一前述權利要求所述的設備，其特徵在於，包括多個分離的通道。
9.如權利要求9所述的設備，其特徵在於，所述各通道基本彼此相同。
10.如任一前述權利要求所述的設備，其特徵在於，包括多個軸向層和多個箍層。
11.如任一前述權利要求所述的設備，其特徵在於，一個或多個所述箍層設置在一個或多個所述通道內。
12.如任一前述權利要求所述的設備，其特徵在於，所述接頭包括非複合部分。
13.如任一前述權利要求所述的設備，其特徵在於，所述軸向層包括複合材料。
14.如權利要求13所述的設備，其特徵在於，所述軸向層包括三軸編織複合材料。
15.如任一前述權利要求所述的設備，其特徵在於，所述箍層包括複合材料。
16.一種基本上如本文中參照附圖所述的設備。
17.一種形成包括連接到本體的接頭的設備的方法，所述方法包括以下步驟提供具有配合部分和軸線的接頭，所述配合部分包括形成入其周界表面的通道，其中， 所述通道布置成使得至少一些通道形成不與所述接頭的所述軸線正交的路徑；以及形成主體，通過圍繞所述接頭的所述配合部分的至少一些周界表面設置軸向層；以及圍繞對應於至少一些通道的位置處的所述軸向層設置箍層，從而將至少一些軸向層推入所述通道的一部分，使得所述通道的至少一些表面區域形成負載支承表面，所述負載支承表面用於在轉動力施加到所述接頭和所述本體之一時傳遞所述接頭與所述本體之間的扭矩。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，包括分別設置交替軸向層和箍層直到所述本體具有大致圓筒形構造的另一步驟。
19.如權利要求17或18所述的方法，其特徵在於，包括設置圍繞至少一些周界表面的另一軸向層的步驟。
20.如任一前述權利要求所述的方法，其特徵在於，設置軸向層的步驟或各步驟包括編織軸向層。
21.如任一前述權利要求所述的方法，其特徵在於，設置箍層的步驟或各步驟可包括細絲纏繞箍層。
22.如任一前述權利要求所述的方法，其特徵在於，包括用樹脂灌注所設置的軸向層和箍層的步驟。
23.—種基本上如本文中參照附圖所述的方法。
全文摘要
包括連接到本體(14)的接頭(12)的產品(10)。接頭(12)具有配合部分(12b)和軸線，配合部分包括形成入其周界表面的通道(18)。本體(14)包括圍繞端部接頭(12)的配合部分(12b)的至少一些周界表面設置的軸向層(20)和圍繞軸向層(20)在對應於至少一些通道(IS)的位置處設置、從而將至少一些軸向層(20)推入通道(18)的一部分的箍層(30)。通道(18)布置成使得至少一些通道形成不與接頭(2)的軸線正交的路徑，使得通道(18)的至少一些表面區域形成用於在轉動力施加到接頭和本體之一時，傳遞接頭(12)與本體(14)之間的扭矩的負載支承表面。
文檔編號B29C70/86GK102548742SQ201080038321
公開日2012年7月4日 申請日期2010年8月24日 優先權日2009年8月26日
發明者A·史密斯, D·邦德, P·特格布裡奇, P·鄧裡維, R·梅森 申請人:梅西耶-道提有限公司, 梅西耶-道提股份有限公司