BR102018070713B1 - Acessório de extremidade metálico, conjunto de acessório de extremidade, método para instalação de uma transmissão de torque/eixo de acionamento, e, transmissão de torque/eixo de acionamento - Google Patents

Abstract

ACESSÓRIO DE EXTREMIDADE METÁLICO, INSTALAÇÃO DE ACESSÓRIO DE EXTREMIDADE, MÉTODO PARA INSTALAÇÃO DE UMA TRANSMISSÃO DE TORQUE/EIXO DE ACIONAMENTO, TRANSMISSÃO DE TORQUE/EIXO DE ACIONAMENTO, E, MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UM ACESSÓRIO DE EXTREMIDADE METÁLICO PARA UM DETERMINADO COMPONENTE TUBULAR. Um acessório de extremidade metálica (2) para um determinado componente tubular (22) feito de material compósito com matriz polimérica reforçada com fibra é fornecido, o acessório de extremidade (2) compreendendo as primeira e segunda superfícies concêntricas se estendendo longitudinalmente ao longo de um eixo central (C) para formar uma cavidade (13) para receber uma extremidade do componente tubular (22). A cavidade (13) tem um diâmetro externo definido pela primeira superfície e um diâmetro interno definido pela segunda superfície, em que o diâmetro externo e o diâmetro interno são escolhidos para fornecer um encaixe de interferência com as respectivas superfícies externa e interna (26, 24) do determinado componente tubular (22) quando o componente (22) é encaixado por pressão na cavidade (13). Cada uma das primeira e segunda superfícies concêntricas compreende um ou mais dentes de corte longitudinais. Quando o determinado componente tubular (22) é encaixado por pressão na cavidade (13), um ou mais dentes de corte longitudinais são projetados para cortar uma ou mais ranhuras longitudinais nas respectivas superfícies externa e interna (26, 24) do (...).

Description

Campo Da Técnica

[001] A presente invenção refere-se a acessórios estriados de extremidade, em particular acessórios de extremidade metálicos para componentes tubulares feitos de material compósito com matriz polimérica reforçada com fibra. Esta descrição refere-se a acessórios de extremidade estriados que podem transmitir forças de torção de/para um componente estrutural de material compósito.

Fundamentos Da Invenção

[002] Os componentes estruturais de compósitos são tipicamente feitos de um material compósito de matriz de polímero, muitas vezes um material compósito de matriz de polímero reforçado com fibra, utilizando reforço de fibra de vidro e/ou carbono, por exemplo, polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP). Os componentes estruturais de compósitos oferecem a oportunidade para soluções de transmissão de carga leves e econômicas. Os maiores benefícios geralmente são alcançados quando o trajeto de carga e a geometria são simples. Os componentes de transmissão de carga, como eixos de acionamento, hastes, tubos e suportes, são candidatos ideais para material compósito de matriz de polímero e tais componentes estruturais compósitos são cada vez mais usados em aeronaves comerciais, bem como na indústria automotiva e de construção. Esses componentes estruturais de compósitos geralmente requerem um acessório final com uma forma complexa para se conectar a outros componentes. Os metais são eficientes quanto ao peso e custo para formar um acessório final com geometria complexa. No entanto, juntar um componente estrutural de compósito a um Acessório de extremidade metálico representa desafios significativos, especialmente na indústria aeroespacial, onde a junta deve ser formada de forma sólida e certificável.

[003] É conhecida a formação de uma conexão de extremidade de suporte de carga para um componente de material compósito reforçado com fibra usando uma inserção de metal embutida dentro de uma estrutura cilíndrica feita de um material compósito com matriz de polímero. Para fabricar tal conexão de extremidade, a inserção de metal pode estar localizada sobre um mandril e a estrutura de material compósito e depois o filamento enrolado sobre o conjunto. Após a cura, o mandril é removido deixando a inserção de metal dentro da estrutura do material compósito. A inserção de metal pode incluir um furo rosqueado que fornece um ponto de montagem para conectar a conexão final a outros componentes para a transmissão de cargas geralmente axiais. Alguns exemplos de tal conexão final são vistos em EP2229540 e EP3133298.

[004] Muitas aplicações aeroespaciais exigem componentes estruturais compostos que podem transmitir movimentos de rotação, ou seja, torque, entre partes móveis (por exemplo, superfícies de controle de uma asa de aeronave). Para transmitir o torque de maneira confiável, um Acessório de extremidade metálico não deve deslizar sob rotação e não deve introduzir tensões que resultem em falha bruta do componente de material compósito.

[005] A Patente US 7.874.925 proporciona um acessório de extremidade metálico internamente estriado que é encaixado por pressão na extremidade de um eixo de transmissão de torque composto. O mecanismo primário de transferência de carga é feito através de um encaixe de interferência com a superfície externa do tubo composto e as estrias internas serrilhadas que formam os dentes que cortam a superfície externa do tubo composto. A superfície interna estriada é projetada para acomodar os restos de material composto resultantes gerados durante o processo de encaixe por pressão. Para suportar o eixo de torque durante o processo de encaixe por pressão, o tubo é reforçado por um tampão interno do mesmo material composto que foi enrolado para ter uma alta resistência circunferencial. O plugue interno estimula o corte estriado e o encaixe de interferência correto nas seções planas entre os dentes de corte.

[006] A presente divulgação procura fornecer acessórios de extremidade alternativos e melhorados.

Sumário

[007] De acordo com a presente divulgação é fornecido um Acessório de extremidade metálico para um determinado componente tubular feito de material compósito de matriz polimérica reforçada, o acessório de extremidade compreendendo: primeira e segunda superfícies concêntricas que se estendem longitudinalmente ao longo de um eixo central para formar uma cavidade para receber uma extremidade do componente tubular;a cavidade tendo um diâmetro externo definido por uma primeira superfície e um diâmetro interno definido pela segunda superfície, em que o diâmetro externo e o diâmetro interno são escolhidos para fornecer um encaixe de interferência com respectivas superfícies externa e interna do determinado componente tubular quando o componente é encaixado por pressão na cavidade;em que cada uma das primeira e segunda superfícies concêntricas compreende um ou mais dentes de corte longitudinais.

[008] Quando o determinado componente tubular é encaixado por pressão na cavidade, um ou mais dentes cortantes longitudinais são concebidos para cortar uma ou mais ranhuras longitudinais nas respectivas superfícies externa e interna do componente tubular de material compósito para formar uma interface de travamento mecânico. Assim, o componente tubular composto instalado é cortado em ambas suas superfícies externa e interna e um encaixe de interferência é gerado em ambas as suas superficies externa e interna.

[009] Preferencialmente, o um ou mais dentes de corte compreendem uma pluralidade de estrias axiais ou helicoidais.

[0010] Em alguns exemplos, o acessório de extremidade compreende: a primeira superfície virada radialmente para dentro e compreendendo uma pluralidade de estrias que se estendem ao longo do eixo central, cada estria flanqueada por um par de canais que se estende ao longo de cada lado da estria e se projetando radialmente para fora a um diâmetro maior que o diâmetro externo, cada estria se projetando radialmente para dentro a partir do diâmetro externo, para formar uma pluralidade correspondente de dentes de corte longitudinais, os dentes de corte adjacentes espaçados por bases que se estendem circunferencialmente no diâmetro externo; e/ou a segunda superfície virada radialmente para fora, compreendendo uma pluralidade de estrias que se estendem ao longo do eixo central, cada estria flanqueada por um par de canais que se estendem ao longo de cada lado da estria e que se projetam radialmente para dentro de um diâmetro menor que o diâmetro interno, cada estria se projetando radialmente para fora a partir do diâmetro interno, para formar uma pluralidade correspondente de dentes de corte longitudinais, os dentes de corte adjacentes sendo espaçados entre as bases que se estendem circunferencialmente no diâmetro interno.

[0011] Em tais exemplos, os canais de cada lado de cada estria permitem a redistribuição da seção composta e a contenção do material composto de detritos formado durante o processo de encaixe por pressão. Será apreciado que as estrias deste tipo de acessório de extremidade atuam para cortar ranhuras nas superfícies de um determinado componente tubular, pela remoção de material compósito em vez de deformar termoplasticamente e/ou mecanicamente o material compósito.

[0012] O arranjo de estrias duplas das primeira e segunda superfícies concêntricas elimina a necessidade de um plugue de circunferência separado e corta pela metade o comprimento total das estrias, resultando em uma redução de tamanho significativa no acessório final. A cilindricidade e a linearidade durante a montagem do acessório de extremidade podem ser melhoradas por um único componente com as primeira e segunda superfícies concêntricas da cavidade, assegurando uma pressão correta para contrariar a pressão exercida pelos dentes de corte e o encaixe por interferência. O engate mecânico das primeira e segunda superfícies com ambas as superfícies externa e interna do componente tubular de material compósito significa que há engate com um número maior de fibras, por exemplo, o dobro, em contraste com um encaixe de extremidade estriado padrão onde apenas uma única superfície forma uma interface mecânica. Acessórios de extremidade estriados individuais são mais fracos devido a tensões de cisalhamento que se desenvolvem na dobra na região mais externa do tubo.

[0013] Algumas vantagens de um acessório de extremidade de acordo com a presente divulgação incluem peso mais leve, mais forte, mais fácil fabricação, melhor utilização do material, contagem reduzida de componentes, montagem simplificada e melhorias no alinhamento geométrico. O acessório de extremidade pode ser especialmente útil em aplicações de torque que exigem transferência de carga aprimorada, por exemplo, componentes tubulares usados como eixos de acionamento de torque. Uma ou mais destas vantagens podem tornar-se mais evidentes a partir dos exemplos divulgados abaixo.

[0014] Em um primeiro conjunto de exemplos, as primeira e segunda superfícies concêntricas são paralelas ao eixo central. A cavidade é, portanto, reta.

[0015] Em um segundo conjunto de exemplos, pelo menos uma das primeira e segunda superfícies concêntricas é inclinada em relação ao eixo central. A cavidade é, portanto, cônica em uma ou ambas as primeira e segunda superfícies concêntricas. Nos exemplos preferidos, tanto a primeira como a segunda superfície concêntrica são inclinadas em relação ao eixo central, preferencialmente no mesmo ângulo, por exemplo, para formar uma cavidade afunilada simetricamente. Em tais exemplos, a primeira e segunda superfícies podem ser ambas inclinadas para convergirem em direção ao eixo central a partir de uma extremidade aberta da cavidade que recebe a extremidade do componente tubular. A primeira e/ou segunda superfície concêntrica pode ser inclinada em relação ao eixo central em um ângulo θ, em que, no caso mais comum, 0 < θ <90° e em exemplos preferidos, 0 < θ < 60°. Por exemplo, uma cavidade cônica adequado pode ser definida por 0 < θ < 45° ou 0 < θ < 30°. O ângulo θ pode ser escolhido dependendo de parâmetros tais como a espessura da parede do determinado componente tubular e/ou o comprimento axial do acessório de extremidade. Ângulos pouco profundos (isto é, valores mais baixos de θ) são preferidos para uma resistência à tração melhorada.

[0016] Nos exemplos em que a cavidade é afunilada, o determinado componente terá também, respectivamente, superfícies externas e/ou internas afuniladas, de modo a proporcionar o encaixe de interferência. Tipicamente, um componente tubular feito de material compósito com matriz polimérica reforçado com fibras compreenderá uma alta proporção de fibras que estão axialmente alinhadas ou que têm um baixo ângulo de enrolamento helicoidal. Para formar as superfícies externas e/ou internas cônicas, as paredes do componente tubular podem ser cortadas em um ângulo e isto irá expor uma grande proporção do reforço de fibra axial para engate com a primeira e segunda superfícies da cavidade. Uma cavidade cônica pode, assim, alcançar um grau de engate muito maior com as fibras do material compósito do que com uma cavidade reta. Além disso, é contraintuitivo que a cavidade seja cônica, uma vez que seria de se esperar que fosse mais fácil para o determinado componente tubular puxar para fora o acessório da extremidade.

[0017] Em um ou mais exemplos da presente divulgação, a cavidade pode compreender uma extremidade aberta disposta para receber uma extremidade do determinado componente tubular, uma porção de extremidade fornecendo a extremidade aberta e porções de superfície estriada fornecendo a primeira e/ou segunda superfície concêntrica, em que a porção de extremidade compreende ainda outras primeira e segunda superfícies de entrada que são inclinadas para se estenderem radialmente para fora dos diâmetros externo e interno. Isto significa que a porção de extremidade não proporciona um encaixe de interferência com as respectivas superfícies externa e interna do determinado componente tubular quando o componente é encaixado por pressão na cavidade. A porção de extremidade pode, portanto, fornecer uma entrada alargada opcional para auxiliar a inserção do determinado componente tubular na cavidade.

[0018] Em um ou mais exemplos da presente divulgação, a cavidade pode compreender uma extremidade aberta disposta para receber uma extremidade do componente tubular dado e uma base em uma extremidade oposta da cavidade, em que a base compreende um rebaixo com um diâmetro diferente do diâmetro externo e/ou interno definido pelas primeira e segunda superfícies estriadas. Tal rebaixo na base da cavidade pode auxiliar a montagem, melhorar as tensões dentro do conjunto de acessório de extremidade e fornecer um local para a coleta de detritos (produzidos pelo auto corte do dente) e, opcionalmente, para fins adesivos. O rebaixo pode tomar a forma de uma cavidade com superfícies não estriadas.

[0019] Em um ou mais exemplos da presente divulgação, o acessório de extremidade pode ser um componente de múltiplas peças. Por exemplo, o acessório de extremidade pode ser um componente de duas peças compreendendo um primeiro componente que fornece a primeira superfície da cavidade e um segundo componente que proporciona a segunda superfície da cavidade. Isso pode simplificar a fabricação do acessório de extremidade. Em um ou mais outros exemplos da presente divulgação, o acessório de extremidade é um componente de peça única. A cavidade pode, portanto, ser formada em uma única peça, reduzindo a contagem de peças.

[0020] Será apreciado que o número de estrias, o comprimento das estrias, o espaçamento das estrias, etc. para a primeira e segunda superfícies podem ser escolhidos dependendo do tamanho da cavidade e/ou do determinado componente tubular. Embora existam em alguns exemplos divulgados uma pluralidade de estrias que se estendem ao longo do eixo central, isto não significa que as estrias são necessariamente paralelas ao eixo central. As estrias na primeira e/ou na segunda superfície podem, por exemplo, ser inclinadas ao longo do eixo central ou ondular à medida que se estendem ao longo do eixo central ou podem mesmo se estenderem pelo menos parcialmente helicoidalmente. Uma disposição helicoidal de estrias pode ser usada para transmitir tanto a carga axial quanto a torcional. Os dentes de corte longitudinais podem, portanto, ser concebidos de modo que não sejam puramente longitudinais.

[0021] Será apreciado que a espessura da parede de um determinado componente tubular dita os diâmetros interno e externo da cavidade. Em um ou mais exemplos, o diâmetro externo definido pela primeira superfície e o diâmetro interno definido pela segunda superfície são escolhidos para fornecer um encaixe de interferência predeterminado com as respectivas superfícies externa e interna do determinado componente tubular quando o componente é encaixado à pressão na cavidade. Por exemplo, o encaixe de interferência predeterminado pode ser ajustado a 0,15-0,2 mm para um determinado componente tubular com uma espessura típica de parede de 5-6 mm.

[0022] A posição angular relativa (ou sincronismo) das primeira e segunda superfícies podem ser escolhidas para evitar concentrações de tensão e otimizar o peso. O fornecimento do acessório de extremidade como um componente único permite que o sincronismo seja controlado e fixado com precisão. Por exemplo, o acessório de extremidade pode ser fabricado de modo que as estrias na primeira superfície não sejam exatamente as estrias radialmente opostas na segunda superfície, de modo que as estrias das primeira e segunda superfícies são de certa forma intercaladas. Quando montado com um componente tubular de parede fina, isso evita a presença de estrias angularmente coincidentes que poderiam reduzir a espessura da parede do componente tubular abaixo de um nível aceitável. Em alguns exemplos, pelo menos, uma estria na primeira superfície coincide com um plano na segunda superfície.

[0023] É ainda proporcionado pela presente divulgação um conjunto de acessório de extremidade compreendendo um componente tubular feito de material de matriz de polímero reforçado com fibra inserido na cavidade do acessório de extremidade.

[0024] Como discutido acima, nos exemplos em que a cavidade é cônica em pelo menos uma das primeira e segunda superfícies concêntricas, o componente tubular compreende, respectivamente, superfícies externas e/ou internas cônicas de modo a proporcionar o encaixe por interferência.

[0025] O reforço de fibra pode compreender fibras metálicas, de vidro e/ou carbono. Em um ou mais exemplos, o componente tubular compreende um material compósito de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP). Tais materiais são inerentemente resistentes à corrosão e proveem uma grande economia de peso e um desempenho de fadiga melhorado.

[0026] Uma vez que o acessório de extremidade fornece uma cavidade com uma segunda superfície para suportar a superfície interna do componente tubular, um plugue de reforço de circunferência não é mais necessário. O componente tubular pode, portanto, compreender principalmente o reforço de fibra axial (pelo menos em uma região final que interage com o acessório de extremidade).

[0027] O componente tubular de material compósito pode ser feito usando qualquer técnica de fabricação adequada. Um material compósito de matriz polimérica reforçado com fibras pode ser formado por trançamento, colocação automática de fibras (AFP) ou técnicas de enrolamento pré- impregnado ou métodos de pultrusão. No entanto, em exemplos preferidos, o componente tubular de material compósito é uma estrutura de enrolamento de filamento. As técnicas de enrolamento de filamentos são particularmente adequadas para fabricação de componentes tubulares de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP).

[0028] Em qualquer um destes exemplos, preferivelmente o material compósito é um material termofixo. Isso significa que o material compósito não pode ser reformado por deformação quando encaixado por pressão em uma superfície estriada.

[0029] Em um ou mais exemplos da presente divulgação, o conjunto de acessório de extremidade pode opcionalmente compreender uma ligação adesiva entre a primeira superfície da cavidade e uma superfície externa do componente tubular e/ou uma ligação adesiva entre a segunda superfície da cavidade e uma superfície interna do componente tubular. Foi verificado que os detritos resultantes da ação de um ou mais dentes de corte reforçam o adesivo em torno da interface mecânica formada pelas estrias para aumentar ainda mais a estabilidade da junta. Esta ligação adesiva opcional também atua como um vedante para envolver as fibras expostas nas ranhuras de corte (e potencialmente quaisquer fibras expostas na face da extremidade do componente tubular), fornecendo proteção contra o ambiente externo. Detalhes adicionais de materiais e técnicas de ligação adesiva adequados podem ser encontrados na US 7.874.925, cuja revelação é incorporada neste documento como referência.

[0030] É ainda fornecido pela presente divulgação uma transmissão de torque/eixo de acionamento compreendendo um componente tubular feito de material de matriz de polímero reforçado por fibras e um acessório de extremidade como divulgado aqui encaixados por pressão em cada extremidade. Os eixos de acionamento de torque são comumente chamados de "eixos de torção" ou "tubos de torção".

[0031] É fornecido ainda pela presente divulgação um método de fabricação de um Acessório de extremidade metálico, como divulgado neste documento, para um determinado componente tubular.

[0032] É ainda proporcionado pela presente divulgação um método de montagem de um eixo de transmissão/acionamento de torque, compreendendo: o fornecimento de um componente tubular feito de material de matriz de polímero reforçado com fibra; e encaixe por pressão de uma extremidade metálica, como divulgado neste documento, em cada extremidade do componente tubular.

[0033] Durante a montagem, os dois acessórios de extremidade metálica estriados internamente são simultaneamente empurrados e encaixados por pressão em extremidades opostas do componente tubular, por exemplo, através da aplicação de uma carga compressiva de 10-200 kN. A carga necessária para tal montagem pode depender, por exemplo, dos diâmetros interno e externo da cavidade, da espessura da parede de um determinado componente tubular e/ou das propriedades das estrias (por exemplo, comprimento ou espaçamento da estria).

[0034] Em um ou mais exemplos da presente divulgação, o acessório de extremidade é feito de qualquer material metálico adequado. O acessório de extremidade é preferencialmente maquinado a partir de uma liga metálica dura, rígida e forte, tal como uma liga de aço resistente à corrosão.

[0035] A presente divulgação se estende a um Acessório de extremidade metálico para um determinado componente tubular feito de material compósito de matriz polimérica reforçada, o acessório de extremidade compreendendo:primeira e segunda superfícies concêntricas que se estendem longitudinalmente ao longo de um eixo central para formar uma cavidade para receber uma extremidade do componente tubular; a cavidade tendo um diâmetro externo definido por uma primeira superfície e um diâmetro interno definido pela segunda superfície, em que o diâmetro externo e o diâmetro interno são escolhidos para fornecer um encaixe de interferência com respectivas superfícies externa e interna do determinado componente tubular quando o componente é encaixado por pressão na cavidade; a primeira superfície virada radialmente para dentro e compreendendo uma pluralidade de estrias que se estendem ao longo do eixo central, cada estria flanqueada por um par de canais que se estende ao longo de cada lado da estria e se projetando radialmente para fora a um diâmetro maior que o diâmetro externo, cada estria se projetando radialmente para dentro a partir do diâmetro externo, para formar uma pluralidade correspondente de dentes de corte longitudinais, os dentes de corte adjacentes espaçados por bases que se estendem circunferencialmente no diâmetro externo; e a segunda superfície virada radialmente para fora, compreendendo uma pluralidade de estrias que se estendem ao longo do eixo central, cada estria flanqueada por um par de calhas que se estendem ao longo de cada lado da estria e que se projetam radialmente para dentro de um diâmetro menor que o diâmetro interno, cada estria se projetando radialmente para fora a partir do diâmetro interno, para formar uma pluralidade correspondente de dentes de corte longitudinais, os dentes de corte adjacentes sendo espaçados entre as bases que se estendem circunferencialmente no diâmetro interno.

Descrição Detalhada

[0036] Um ou mais exemplos não limitantes serão agora descritos, a título exclusivamente exemplificativos e com referência às figuras anexas: A Figura 1a é uma vista isomérica, a Figura 1b é uma vista ampliada e a Figura 1c é uma vista em corte transversal de um acessório estriado de extremidade dupla compreendendo uma cavidade de acordo com um exemplo; A Figura 2 é uma vista em corte transversal de um conjunto de acessório de extremidade com um tubo compósito inserido na cavidade do acessório de extremidade da Figura 1; A Figura 3 é uma vista em corte transversal de um acessório de extremidade com estrias duplas de acordo com outro exemplo; A Figura 4a é uma vista em corte transversal de outro conjunto de acessório de extremidade com um tubo compósito inserido em um encaixe com um rebaixo; A Figura 4b é uma vista em corte transversal de outro conjunto de acessório de extremidade com um tubo compósito inserido em uma cavidade que tem uma forma de rebaixo alternativa; A Figura 5 é uma vista aproximada de uma superfície estriada; e A Figura 6 é uma vista em corte transversal de um tubo compósito com conjuntos de acessório de extremidade encaixados por pressão em ambas as extremidades.

[0037] É observado nas Figuras 1a, 1b e 1c um exemplo de um acessório de extremidade com estrias duplas 2. O acessório de extremidade metálica 2 compreende uma porção de base 4 e uma porção de cavidade 6. A porção de cavidade 6 compreende porções externas espaçadas concentricamente 8 e 10, cada uma compreendendo um invólucro cilíndrico que se estende da porção de base 4 em uma direção longitudinal paralela a um eixo central C. A porção interna 10 está localizada radialmente para dentro da porção externa 8 de tal modo que uma cavidade 13 com uma seção transversal anular é formada, definida por uma superfície externa 12 da porção interna 10 que está virada radialmente para fora e uma superfície interna 14 da porção externa 8 que está virada radialmente para dentro. A cavidade 13 tem um diâmetro externo definido pela superfície interna 14, um diâmetro interno definido pela superfície externa 12 e uma base proximal à porção de base 4. Neste exemplo, as superfícies externa e interna 12, 14 são paralelas ao eixo central C, de modo que a seção transversal da cavidade 13 é consistente ao longo da sua profundidade.

[0038] A superfície externa 12 é estriada, em que compreende uma pluralidade de dentes de corte que se estendem radial e longitudinalmente, espaçados por bases que se estendem longitudinal e circunferencialmente. A superfície interna 14 é similarmente estriada. Os dentes de corte são mostrados em mais detalhes na Figura 5 e descritos abaixo. A Figura 1c mostra que a pluralidade de dentes não estende toda a profundidade das porções externa e interna 8, 10, mas, em vez disso, um rebaixo 18 é formado na base da cavidade 13, que também será explicado em mais detalhes abaixo.

[0039] Como se vê mais claramente da Figura 1C, as porções de superfície estriada 12, 14 da cavidade 13 não se estendem ao longo de todo o comprimento da cavidade 13. A cavidade 13 tem uma extremidade aberta 11 disposta para receber um componente tubular. A extremidade aberta 11 é fornecida por uma porção de extremidade 13a da cavidade 13. Na porção de extremidade 13a, as superfícies interna e externa de entrada 11a, 11b são inclinadas para se estenderem radialmente para fora dos diâmetros externo e interno definidos pelas porções de superfície estriada 12, 14. As superfícies de entrada alargadas 11a, 11b podem ajudar com a inserção de um componente tubular na cavidade 13.

[0040] A porção de base 4 compreende ainda orifícios de conexão 20, de modo que o acessório de extremidade 2 possa ser conectado a outro componente (não mostrado). O acessório de extremidade 2 é formado de um material metálico como um componente de peça única.

[0041] As estrias mostradas nesta figura estendem-se longitudinalmente, o que dá uma conexão com um componente tubular com a melhor resistência à torção, embora as estrias possam se estender helicoidalmente (semelhante a uma rosca de parafuso) para proporcionar uma melhor transmissão de carga axial. Estrias que se estendem helicoidalmente podem se estender em um ângulo na direção longitudinal menor ou igual a 15°, embora ângulos de até 89° possam ser benéficos em alguns exemplos.

[0042] Como mostrado na Figura 2, um tubo de material compósito de matriz de polímero reforçado com fibra 22 pode ser inserido na cavidade 13 para conectar o tubo 22 ao acessório de extremidade 2. O tubo 22 compreende uma superfície cilíndrica interna 24 e uma superfície cilíndrica externa 26 que têm diâmetros tais que um encaixe de interferência é formado entre o tubo compósito 22 e as superfícies externa e interna 12, 14 da cavidade 13, impedindo a separação acidental do tubo 22 e do acessório de extremidade 2 durante a utilização. Durante a montagem, o tubo compósito 22 é encaixado por pressão na cavidade 13, pela aplicação de força em uma direção longitudinal (isto é, ao longo do eixo central C) e conforme o tubo 22 entra na cavidade 13, os dentes de corte das superfícies externa e interna 12, 14 cortam as ranhuras longitudinais nas superfícies interna e externa 24, 26 do tubo 22. Isto forma uma interface de bloqueio mecânico, de modo que a rotação relativa do acessório de extremidade 2 e do tubo de material compósito 22 é impedida.

[0043] O rebaixo 18 mostrado na Figura 1c na base da cavidade 13 serve para coletar detritos gerados pelos dentes de corte quando o tubo de material compósito 22 é inserido na cavidade 13. O rebaixo 18 também serve para reduzir a tensão no acessório de extremidade 2 causada pelo encaixe de interferência com o tubo de material compósito 22 e impede que qualquer carga seja aplicada na extremidade do tubo de material compósito 22, o que é frequentemente indesejável.

[0044] O adesivo pode ser disposto na cavidade 13 antes do tubo de material compósito 22 ser inserido para aumentar a resistência da interface de travamento mecânico. Neste caso, o rebaixo 18 serve também para coletar o excesso de adesivo que pode ser deslocado quando o tubo 22 é inserido.

[0045] Em outro exemplo, ilustrado na Figura 3, um acessório de extremidade 102 compreende uma porção de base 104 e uma porção de cavidade 106. A porção de cavidade 106 compreende porções externas e internas espaçadas concentricamente 108, 110, cada uma compreendendo um invólucro geralmente cilíndrico que se estende a partir da porção de base 102 em uma direção longitudinal paralela a um eixo central C a uma extremidade aberta 111. A porção interna 110 está localizada radialmente para dentro da porção externa 108 de modo que uma cavidade 113 com uma seção transversal anular é formada, definida por uma superfície externa 112 da porção interna 110, uma superfície interna 114 da porção externa 108. A cavidade 113 tem um diâmetro externo definido pela superfície interna 114, um diâmetro interno definido pela superfície externa 112 e uma base proximal à porção de base 104. Neste exemplo, a superfície externa 112 (voltada radialmente para fora) e a superfície interna 114 (virada radialmente para dentro) são ambas inclinadas em relação ao eixo central C, de modo que a cavidade 113 se afunila para dentro até um ponto mais estreito em sua base. Pode ser observado na Figura 3 que as superfícies 112, 114 são inclinadas para convergirem em direção ao eixo central C a partir da extremidade aberta 111 da cavidade 113 que recebe o tubo 122. A superfície externa 108 e a superfície interna 106 são estriadas e o acessório de extremidade 102 compreende um rebaixo 118 na base do encaixe 113, como geralmente observado no exemplo anterior mas ampliado neste exemplo.

[0046] Uma parede de um tubo de material compósito com matriz de polímero reforçado com fibras 122 é também mostrada na Figura 3. O tubo de material compósito 122 compreende fibras 123 que correm longitudinalmente dentro das suas paredes e as paredes tubulares são afuniladas para coincidir com o afunilado da cavidade 113, de modo que as extremidades de algumas das fibras 123 são expostas em superfícies internas e externas 124, 126 do tubo 122. O afunilamento das paredes do tubo pode ser conseguido pela moagem do material de um tubo de material compósito com paredes retas.

[0047] Durante a montagem, o tubo de material compósito 122 é inserido na cavidade 113. Quando as superfícies afuniladas 124, 126 coincidem com a cavidade 113, o tubo de material compósito 122 é encaixado por pressão em um encaixe por interferência com as superfícies externa e interna 112, 114. Os dentes de corte das superfícies externa e interna 112, 114 cortam as ranhuras longitudinais no tubo 122 para formar uma interface de bloqueio mecânico que impede a rotação relativa do acessório de extremidade 102 e do tubo compósito 122.

[0048] Como no exemplo anterior, o rebaixo 118 na base da cavidade 113 serve para reduzir a tensão no encaixe de extremidade 102 e para coletar detritos gerados pelos dentes de corte quando o tubo de material composto 122 é inserido na cavidade 113. Também como no exemplo anterior, o adesivo pode ser disposto na cavidade 113 antes de o tubo compósito 122 ser inserido e o rebaixo 118 poder servir para coletar qualquer excesso de adesivo.

[0049] A Figura 4a é uma seção transversal de um Acessório de extremidade metálico inteiro 202 quando montado com um tubo de material compósito 222. Neste exemplo, o tubo 222 compreende uma superfície externa 226 que é afunilada e uma superfície interna 224 que é reta, isto é, um tubo 222 com um cone único em vez do cone duplo visto na Figura 3. O acessório de extremidade 202 compreende uma cavidade 213 com superfícies concêntricas correspondentes, sendo uma delas reta e a outra afunilada.Obviamente as superfícies podem ser invertidas. O acessório de extremidade 202 também compreende um grande rebaixo 218. Caso contrário, o acessório de extremidade 202 é substancialmente o mesmo que o descrito anteriormente e o tubo 222 é encaixado por pressão na cavidade 213 da mesma maneira.

[0050] A Figura 4b ilustra um exemplo alternativo de um Acessório de extremidade metálico 302 compreendendo uma cavidade 313 com um rebaixo menor 318 na sua base, em que o rebaixo 318 compreende um vazio semicircular. O perfil deste rebaixo 318 pode ser mais fácil de fabricar do que alternativas, enquanto ainda proporciona espaço para detritos e/ou adesivo quando um tubo de material compósito 322 é encaixado por pressão na cavidade 313.

[0051] Como descrito acima, em exemplos da presente invenção, as superfícies concêntricas da cavidade proporcionadas pelo acessório de extremidade são estriadas. A Figura 5 é um corte transversal aproximado de uma superfície estriada 402 de acordo com a presente divulgação. A superfície 402 estende-se geralmente ao longo de um plano de superfície S e compreende um padrão repetitivo de estrias 404, canais 406 e planos 408, cada um desses se estendendo em uma direção longitudinal L (por exemplo, correspondente ao eixo central C na Figura 1a). Dentro do padrão de repetição, cada estria 404 se projeta para fora do plano de superfície S e é flanqueada por um par de canais 406 que são embutidos no plano de superfície S. Cada estria 404 e seus canais flanqueadores 406 formam um dente de corte longitudinal 410 e os dentes de corte adjacentes 410 são separados por um plano 408, que não se projeta a partir do plano de superfície S. Os dentes de corte 410 compreendem tipicamente um ângulo de corte Φ entre 5 e 85°. Embora o plano de superfície S seja esquematicamente mostrado como um plano reto na Figura 5, é evidentemente um plano arqueado quando a superfície estriada 402 é uma superfície concêntrica de uma cavidade em um dos acessórios de extremidade descritos neste documento. A direção longitudinal L então se estende ao longo do eixo central C, em uma direção paralela para uma superfície reta ou uma direção inclinada para uma superfície afunilada.

[0052] A Figura 6 mostra uma transmissão de torque de material compósito/eixo de transmissão totalmente montados 524 compreendendo um tubo de material de matriz de polímero reforçado com fibra 522 com acessórios de extremidade metálicos 502 encaixados por pressão nas duas extremidades. Os acessórios de extremidade 502 são conectados ao tubo de compósito 522 como descrito neste documento, com o tubo de material compósito 522 sendo encaixado por pressão em uma cavidade estriada formada em cada acessório de extremidade 502.

[0053] No exemplo ilustrado, os acessórios de extremidade 502 são idênticos, mas em exemplos semelhantes onde conexões são necessárias em ambas as extremidades de um tubo de material compósito 522, acessórios de extremidade diferentes podem ser empregados ou um Acessório de extremidade metálico de acordo com a presente divulgação pode ser usado em uma primeira extremidade do tubo de compósito, com meios de conexão diferentes usados na outra extremidade.

Claims (14)

1. Acessório de extremidade metálico (2, 102, 202, 302, 502) para um determinado componente tubular (22, 122, 222, 322, 522) feito de material compósito de matriz polimérica reforçada, o acessório de extremidade (2, 102, 202, 302, 502) compreendendo: primeira e segunda superfícies concêntricas (14, 114; 12, 112) que se estendem longitudinalmente ao longo de um eixo central (C) para formar uma cavidade (13, 113, 213, 313) para receber uma extremidade do componente tubular (22, 122, 222, 322, 522); uma cavidade (13, 113, 213, 313) com um diâmetro externo definido pela primeira superfície (14, 114) e um diâmetro interno definido pela segunda superfície (12, 112), em que o diâmetro externo e o diâmetro interno são escolhidos para fornecer um encaixe de interferência com respectivas superfícies externa e interna (26, 126, 226; 24, 124, 224) do determinado componente tubular (22, 122, 222, 322, 522) quando o componente (22, 122, 222, 322, 522) é encaixado por pressão na cavidade (13, 113, 213, 313); caracterizado pelo fato de que cada uma das primeira e segunda superfícies concêntricas (14, 114; 12, 112) compreende um ou mais dentes de corte longitudinais (410).

2. Acessório de extremidade metálico (2, 102, 202, 302, 502) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os um ou mais dentes de corte (410) compreendem uma pluralidade de estrias axiais ou helicoidais (404).

3. Acessório de extremidade metálico (2, 102, 202, 302, 502) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que: a primeira superfície (14, 114) volta-se radialmente para dentro e compreende uma pluralidade de estrias (404) que se estendem ao longo do eixo central, (C), cada estria (404) flanqueada por um par de canais (406) que se estende ao longo de cada lado da estria (404) e se projetam radialmente para fora a um diâmetro maior que o diâmetro externo da cavidade (13, 113, 213, 313), e cada estria (404) se projetando radialmente para dentro a partir do diâmetro externo da cavidade (13, 113, 213, 313), para formar uma pluralidade correspondente de dentes de corte longitudinais (410), os dentes de corte adjacentes espaçados por planos (408) que se estendem circunferencialmente no diâmetro externo da cavidade (13, 113, 213, 313); e/ou a segunda superfície (12, 112) voltada radialmente para fora e compreende uma pluralidade de estrias (404) que se estendem ao longo do eixo central, (C), cada estria (404) flanqueada por um par de canais (406) que se estendem ao longo de cada lado da estria (404) e que se projetam radialmente para dentro de um diâmetro menor que o diâmetro interno da cavidade (13, 113, 213, 313), e cada estria (404) se projetando radialmente para fora a partir do diâmetro interno da cavidade (13, 113, 213, 313), para formar uma pluralidade correspondente de dentes de corte longitudinais (410), os dentes de corte adjacentes (410) sendo espaçados entre os planos (408) que se estendem circunferencialmente no diâmetro interno da cavidade (13, 113, 213, 313).

4. Acessório de extremidade metálico (102, 202, 302) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das primeira e segunda superfícies concêntricas (114, 112) são inclinadas em relação ao eixo central, (C).

5. Acessório de extremidade metálico (102) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ambas as primeira e segunda superfícies (114, 112) são inclinadas com relação ao eixo central, (C), para formar uma cavidade cônica (113, 213, 313).

6. Acessório de extremidade metálico (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda superfícies concêntricas (14, 12) são paralelas ao eixo central, (C).

7. Acessório de extremidade metálico (2, 102) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a cavidade (13, 113, 213) compreende: uma porção de extremidade (13a) fornecendo uma extremidade aberta (11, 111) disposta para receber uma extremidade do determinado componente tubular (22, 122), e porções de superfície estriada fornecendo as primeira e segunda superfícies concêntricas (14, 114, 12, 112), em que a porção de extremidade (13a) compreende ainda outras primeira e segunda superfícies de entrada (11a, 11b) que são inclinadas para se estenderem radialmente para fora dos diâmetros externo e interno da cavidade (13, 113).

8. Acessório de extremidade metálico (2, 102, 202, 502) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a cavidade (13, 113, 213) compreende uma extremidade aberta (11, 111) disposta para receber uma extremidade do determinado componente tubular (22, 122, 222, 522) e uma base em uma extremidade oposta à extremidade aberta (11, 111) da cavidade (13, 113, 213), em que a base compreende um rebaixo (18, 118) com um diâmetro diferente do diâmetro externo e/ou interno da cavidade (13, 113, 213).

9. Acessório de extremidade metálico (2, 102, 202, 302, 502) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o acessório de extremidade (2, 102, 202, 302, 502) é um componente de peça única.

10. Conjunto de acessório de extremidade (524), caracterizado pelo fato de que compreende: um componente tubular (22, 122, 222, 322, 522) feito de material de matriz polimérica reforçado com fibra inserido na cavidade (13, 113, 213, 313) de um acessório de extremidade (2, 102, 202, 302, 502) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.

11. Conjunto de acessório de extremidade (524), caracterizado pelo fato de que compreende: um componente tubular (22, 122, 222, 322, 522) feito de material de matriz polimérica reforçado com fibra inserido na cavidade (13, 113, 213, 313) de um acessório de extremidade (2, 102, 202, 302, 502) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, ou qualquer uma das reivindicações 7 a 9, quando não dependentes da reivindicação 6, em que a cavidade (113, 213, 313) é afunilada em pelo menos uma das primeira e segunda superfícies concêntricas (114, 112) e o componente tubular (122, 222, 322, 522) compreende superfícies externas e/ou internas afuniladas (126, 226; 124, 224) inseridas na cavidade afunilada (113, 213, 313).

12. Conjunto de acessório de extremidade (524) de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o conjunto de acessório de extremidade (524) compreende uma ligação adesiva entre a primeira superfície (14, 214) da cavidade (13, 113, 213, 313) e uma superfície externa (26, 126, 226) do componente tubular (22, 122, 222, 322, 522), e/ou uma ligação adesiva entre a segunda superfície (12, 112) da cavidade (13, 113, 213, 313) e uma superfície interna (24, 124, 224) do componente tubular (22, 122, 222, 322, 522).

13. Método para instalação de uma transmissão de torque/eixo de acionamento (524), caracterizado pelo fato de que compreende: fornecimento de um componente tubular (522) feito de material de matriz polimérica reforçado com fibra; e encaixe por pressão de um acessório de extremidade metálico (502) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 em cada extremidade do componente tubular (522).

14. Transmissão de torque/eixo de acionamento (524), caracterizados pelo fato de que compreendem:um componente tubular (522) feito de material de matriz de polímero reforçado com fibra e um acessório de extremidade (502) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 encaixado por pressão em cada extremidade.

Images