BR102020019950A2

BR102020019950A2 - eixo composto com um encaixe de extremidade, e, método de montagem de um encaixe de extremidade em um eixo composto.

Info

Publication number: BR102020019950A2
Application number: BR102020019950-1A
Authority: BR
Inventors: Jon PETHICK; Robert Edwin Finney; James William Bernard
Original assignee: Crompton Technology Group Limited
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2021-07-06
Also published as: US20210131482A1; US11466725B2; EP3819507A1; EP3819507B1; CA3096065A1

Abstract

Um eixo composto com um encaixe de extremidade e uma estrutura de pré-carga para fornecer uma força de desvio contra o encaixe de extremidade; o encaixe de extremidade tendo uma primeira superfície de interface afunilada em um ângulo com o eixo geométrico do eixo; o eixo tendo uma segunda superfície de interface engatando a primeira superfície de interface sendo afunilada em um ângulo em relação ao eixo geométrico do eixo e se estendendo de uma primeira extremidade para uma segunda extremidade, o eixo sendo mais espesso na segunda extremidade que na primeira extremidade; a estrutura de pré-carga tendo uma quarta superfície de interface engatando a terceira superfície de interface do eixo; em que o eixo e/ou a estrutura de pré-carga é moldado de modo que pressão de contato entre as terceira e quarta interfaces aumente da primeira extremidade para a segunda extremidade do eixo. A pressão de contato variável da terceira interface contra a quarta interface compensa a pressão de contato variável entre a primeira interface e a segunda interface de modo que a pressão de contato geral entre o eixo composto e o encaixe de extremidade seja mais uniforme no comprimento axial da junta.

Description

EIXO COMPOSTO COM UM ENCAIXE DE EXTREMIDADE, E, MÉTODO DE MONTAGEM DE UM ENCAIXE DE EXTREMIDADE EM UM EIXO COMPOSTO.

Campo Técnico

[001] A presente divulgação se refere a conexões de extremidade compostas, em particular, conexões de extremidade de um componente estrutural composto feito de um material composto de matriz de polímero. Esta divulgação particularmente se refere a conexões de extremidade que podem transmitir cargas axiais de/para um componente estrutural composto.

Fundamentos

[002] Os componentes estruturais compostos são normalmente feitos de um material composto de matriz de polímero (PMC), geralmente um material composto de matriz de polímero reforçado com fibra usando vidro e/ou reforço de fibra de carbono, por exemplo, polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP). Os componentes estruturais compostos oferecem a oportunidade de soluções de transmissão de carga leves e econômicas. Os maiores benefícios são frequentemente obtidos quando o caminho de carga e a geometria são simples. Os componentes de transmissão de carga axial, por exemplo, hastes e escoras, são candidatos ideais para o material composto de matriz de polímero e esses componentes estruturais compostos são amplamente usados em aeronaves comerciais. Esses componentes estruturais compostos geralmente requerem uma conexão de extremidade com uma forma complexa para fazer interface com outros componentes. Os metais são frequentemente usados porque são eficientes em termos de peso e custo para formar uma conexão de extremidade com uma geometria complexa. No entanto, juntar um componente estrutural composto a um componente metálico para formar uma conexão de extremidade apresenta desafios significativos, especialmente na indústria aeroespacial, onde a junta deve ser formada de maneira robusta e certificável.

[003] Estruturas enroladas em filamentos são normalmente formadas enrolando filamentos, tal como fibras de carbono em torno de um mandril de forma helicoidal, de modo a construir um eixo em forma de tubo. O ângulo do enrolamento helicoidal influencia as propriedades do eixo. Por exemplo, enrolamentos que se aproximam de 45 graus têm propriedades torcionais superiores e os superiores a 45 graus têm propriedades maiores na direção do arco. Cerca de 45 graus é geralmente ideal para transmissão de torque, enquanto cargas axiais são mais bem transmitidas com fibra de baixo ângulo, por exemplo, aproximando-se de 0 graus ao longo do comprimento do tubo. Outras técnicas para fabricar PMCs incluem técnicas de trançagem, colocação de fibra (incluindo AFP), técnicas de enrolamento de pré-impregnado e métodos de pultrusão. Os eixos compostos podem envolver várias camadas, com diferentes camadas com propriedades diferentes. Por exemplo, o ângulo de fibra pode variar entre camadas para dar propriedades diferentes, tal como resistência à flexão ou resistência ao impacto.

[004] O documento US 2016/153489 e o pedido de patente europeu número EP 3203094 descrevem juntas nas quais os encaixes de extremidade são fixados a eixos compostos. Em tais juntas, a transmissão de forças entre o eixo composto e o encaixe de extremidade é parcialmente através do engate dos dentes (dentes helicoidais ou estrias axiais) que são fornecidos na conexão de extremidade de metal e cortados no eixo composto, e parcialmente por meio do atrito entre o eixo composto e as partes planas de metal (isto é, porções do perfil geral do dente, entre os dentes de corte, que ficam paralelos ao eixo do eixo composto) que são formadas entre os dentes como parte do perfil do dente do encaixe da extremidade. A parte de atrito deste engate é importante para melhorar as propriedades de desgaste da conexão. Em particular, este engate por atrito fornecido pelo alto torque de montagem fornece uma certa quantidade de pré-carga na junta que impede o eixo composto de atrito (movendo-se para frente e para trás), o que sob altas cargas pode causar desgaste e, eventualmente, causar falha da junta. No entanto, o fornecimento de partes planas no perfil do dente aumenta significativamente o comprimento do encaixe de extremidade, o que resulta em muito metal e muito peso, o que é indesejável. Além disso, o processo de encaixar esses encaixes de extremidade no eixo composto envolve pressionar ou aparafusar o encaixe de extremidade no eixo (por meio de carga axial de compressão ou por meio de uma combinação de carga axial de compressão e rotação) contra o atrito dessas partes. Esse atrito aquece o composto do eixo e, a fim de combater essas cargas de montagem, são necessárias camadas adicionais de composto que não são necessárias para a operação normal após a fixação da junta, novamente aumentando o tamanho e o peso do componente.

[005] O documento A EP 3382219 descreve outra junta na qual uma estrutura de pré-carga em um encaixe de interferência é usada para aplicar uma força de desvio entre o eixo composto e o encaixe de extremidade. O encaixe de extremidade é engatado com o eixo composto ao longo de uma região de interface (uma região que se estende geralmente axialmente em que as duas partes estão sobrepostas radialmente e em contato uma com a outra). A pressão de contato na interface pode ser aumentada pela aplicação de uma estrutura de pré-carga (ou, em alguns casos, uma estrutura de pré-carga se for fornecida antes de engatar as duas partes). Quando as duas partes são cilíndricas, com um cilindro montado sobre o outro cilindro (por exemplo, um cilindro aparafusado sobre ou no outro cilindro), a pressão de contato ao longo do comprimento axial da região de interface é substancialmente uniforme, ou seja, a pressão é substancialmente a mesma em cada extremidade axial da região de interface.

[006] No entanto, existem certas vantagens em ter uma região de interface afunilada, afunilada em um ângulo com o eixo do eixo. A principal vantagem de uma região de interface afunilada é que a região de engate então intercepta todas, ou um grande número de, camadas de fibra do eixo composto. Portanto, quando as forças são transmitidas entre o eixo composto e o encaixe de extremidade, essas forças são compartilhadas por todas as camadas de fibra, e não apenas na camada mais externa. Isso aumenta a resistência da junta, reduzindo as chances de falha por delaminação sob alta força.

[007] Com regiões de interface afuniladas, embora o contato seja feito através de muitas camadas de fibra dentro do eixo, a pressão de contato introduzida pela estrutura de pré-carga não é aplicada uniformemente ao longo do comprimento axial da junta. Em vez disso, a pressão de contato reduz de uma extremidade para a outra, de modo que a força de engate não seja uniforme em toda a região de interface e em todas as camadas de fibra.

[008] É desejável que a conexão entre o eixo e outros componentes seja estruturalmente eficiente de modo a minimizar o peso, garantindo ao mesmo tempo uma boa transmissão de força e boa robustez da junta.

Sumário

[009] De acordo com esta divulgação, é fornecido um eixo composto com um encaixe de extremidade montado em pelo menos uma extremidade do referido eixo e uma estrutura de pré-carga disposta para fornecer uma força de desvio para desviar o eixo composto contra o encaixe de extremidade;
em que o encaixe de extremidade tem uma primeira superfície de interface, a primeira superfície de interface sendo afunilada em um ângulo com o eixo do eixo;
em que o eixo tem uma segunda superfície de interface para engate com a primeira superfície de interface, a segunda superfície de interface sendo afunilada em um ângulo em relação ao eixo geométrico do eixo, a segunda superfície de interface se estendendo axialmente de uma primeira extremidade para uma segunda extremidade, o eixo sendo mais espesso em a segunda extremidade do que na primeira extremidade;
em que o eixo tem uma terceira superfície de interface;
em que a estrutura de pré-carga tem uma quarta superfície de interface para engate com a terceira superfície de interface; e
em que pelo menos um dentre o eixo e a estrutura de pré-carga é moldado de modo que a pressão de contato da terceira interface contra a quarta interface aumente da primeira extremidade do eixo para a segunda extremidade do eixo.

[0010] A pressão de contato variável da terceira interface contra a quarta interface (ou seja, a pressão de contato da estrutura de pré-carga contra o eixo composto) compensa a pressão de contato variável entre a primeira interface e a segunda interface, de modo que a pressão de contato geral entre o eixo composto e o encaixe de extremidade seja mais uniforme em todo o comprimento axial da junta. Assim, a transferência de força entre o eixo composto e o encaixe de extremidade é mais uniformemente distribuída pela junta e, portanto, mais uniformemente distribuída pelas camadas compostas, de modo que a resistência geral da junta seja aumentada (ou, inversamente, permitindo um tamanho reduzido da peça para a mesma resistência equivalente, economizando peso).

[0011] Em uma dada posição axial da junta, a pressão de contato varia radialmente ao longo da espessura da junta, com um máximo no raio da interface onde a pressão é aplicada e com a pressão reduzindo a partir daí até zero em uma superfície externa. Figs. 1a e 1b ilustram esse efeito. A Fig. 1a mostra um eixo composto 1 na forma de um tubo oco, com um encaixe de extremidade 2 aparafusado no interior do eixo 1. O eixo composto 1 é formado por muitas camadas individuais de fibra 3. O encaixe de extremidade 2 tem uma primeira superfície de interface 4 formada em um diâmetro externo do mesmo. O encaixe de extremidade 2 é afunilado ao longo do comprimento axial desta primeira superfície de interface 4 de modo que o encaixe de extremidade tenha um diâmetro externo maior adjacente à extremidade 5 do eixo composto 1 e um diâmetro externo menor na extremidade distal 6 do encaixe de extremidade 2 (ou seja, a extremidade que é aparafusada mais profundamente no eixo composto 1). Um anel em aro 7 é fornecido no diâmetro externo do eixo composto 1 de modo que o eixo de composto 1 seja prensado entre o anel em aro 7 (estrutura de pré-carga) e o encaixe de extremidade 2. O anel em aro 7 é fabricado de modo que seu diâmetro interno seja ligeiramente menor do que o diâmetro externo do eixo composto 1, de modo que quando é encaixado por pressão no eixo 1, ele forma um encaixe de interferência e aplica pressão no diâmetro externo (terceira superfície de interface) do eixo composto 1 por meio de seu diâmetro interno (quarta superfície de interface). As setas apontando para baixo na Figura 1a mostram a pressão de contato por causa deste encaixe de interferência. A Fig. 1b mostra uma seção transversal ampliada através da junta.

[0012] A pressão máxima que é aplicada ao eixo composto 1 está na interface 10 entre o diâmetro interno do anel em aro 7 e o diâmetro externo do eixo composto 1, ou seja, na interface entre a terceira superfície de interface e a quarta superfície de interface. No arranjo mostrado nas Figs. 1a e 1b, o anel em aro 7 aplica a mesma pressão de contato em todo o comprimento axial da interface de anel/eixo 10. Esta pressão diminui do máximo na interface 10 em direção ao diâmetro externo do anel 7 (onde a pressão chega a zero) e também em direção ao diâmetro interno do encaixe de extremidade 2 (onde a pressão também chega a zero). Um gráfico da pressão é mostrado no lado direito da Fig. 1b. Este gráfico mostra a pressão no eixo horizontal e a posição radial no eixo vertical. A pressão máxima na interface 10 é mostrada em 11, o ponto de pressão zero no diâmetro externo do anel em aro 7 é mostrado em 12 e o ponto de pressão zero no diâmetro interno do encaixe de extremidade 2 é mostrado em 13. Como pode ser visto na Fig. 1b, a interface 15 entre o eixo composto 1 e o encaixe de extremidade 2 (que é a interface através da qual as cargas são transferidas durante o uso) está localizada entre a interface 10 (onde a pressão é máxima) e diâmetro interno 14 do encaixe de extremidade 2 (onde a pressão é zero). Assim, a pressão experimentada nesta interface 15 depende da localização dessa interface 15 em relação às pressões máxima e mínima. O afunilamento da interface faz com que esta posição radial relativa varie em diferentes posições axiais da junta. Voltando à Fig. 1a, no lado direito da junta (isto é, adjacente à extremidade 5 do tubo composto 1), a interface 15 está mais próxima da interface 10 do que do diâmetro interno 14 do encaixe de extremidade 2. No lado esquerdo da junta (ou seja, adjacente à extremidade 6 do encaixe de extremidade 2), a interface 15 está mais próxima do diâmetro interno 14 do encaixe de extremidade 2 do que da interface 10. Portanto, a extremidade direita da interface 15 experimenta uma pressão mais próxima do máximo do que a extremidade esquerda. Esta diferença de pressão é ilustrada pelo gráfico abaixo da Fig. 1a que mostra a pressão de contato na interface 15 no eixo vertical e a posição axial no eixo horizontal. Como pode ser visto, a pressão de contato aumenta continuamente do lado esquerdo para o lado direito da junta, em linha com o afunilamento. Esta variação axial na pressão de contato significa uma variação axial na resistência da junta e, portanto, uma variação na transferência de carga nas diferentes camadas de fibra 3. Como a força da junta é limitada pela pressão mais alta que uma camada pode suportar, mas a força total depende de todas as camadas, a força geral da junta não é ideal, pois as camadas radialmente internas (na Fig. 1a) não estão levando como tanta carga quanto as camadas mais externas.

[0013] De acordo com esta divulgação, pelo menos um dentre o eixo e a estrutura de pré-carga é moldado de modo que a pressão de contato da terceira interface contra a quarta interface aumente da primeira extremidade do eixo para a segunda extremidade do eixo. Isso resolve o problema anterior, compensando a variação da pressão axial. Considerando que no arranjo das Figs. 1a e 1b a pressão de contato na interface 10 é axialmente constante, os arranjos de acordo com esta divulgação têm uma pressão axialmente variável na interface 10 entre a estrutura de pré-carga e o eixo composto. Como a pressão na interface 15 entre o eixo composto e o encaixe de extremidade é uma fração que varia axialmente da pressão máxima na posição axial correspondente da interface 10, a pressão geral na interface eixo/encaixe de extremidade 15 pode ser mais constante. Em outras palavras, se, para uma determinada posição axial x da junta, a interface eixo/encaixe de extremidade 15 experimentar uma fração f (x) da pressão máxima p (x) criada na interface de eixo/estrutura de pré-carga 10, então variando apropriadamente a pressão máxima p (x) na interface 10 criada pela estrutura de pré-carga no eixo, a pressão de contato na interface 15, ou seja, f (x) * p (x) pode se tornar substancialmente constante em toda a junta (ou seja, para todos valores de x).

[0014] Certamente, será compreendido que, embora possa ser desejável ter uma pressão exatamente constante através da junta, isto pode na prática ser difícil de conseguir, mas uma pressão substancialmente constante pode ser alcançada em que a variação de pressão é muito mais próxima de constante do que é alcançável com uma carga constante da estrutura de précarga. Em alguns exemplos, uma pressão substancialmente constante significa uma pressão que não muda em mais de 15% ao longo do comprimento axial da interface. Mais preferencialmente, a pressão não muda em mais de 10%.

[0015] Embora qualquer forma de variar a pressão de contato da estrutura de pré-carga no eixo composto possa ser usada para compensar a junta afunilada, duas formas principais de alcançá-la são discutidas em mais detalhes neste documento.

[0016] Em alguns exemplos, a terceira superfície de interface é afunilada. A terceira superfície de interface é a superfície do eixo composto que contata a quarta superfície de interface da estrutura de pré-carga. Ao afunilar a terceira superfície de interface, o encaixe de interferência entre a terceira superfície de interface e a quarta superfície de interface varia axialmente ao longo do afunilamento de modo que o encaixe de interferência aplique uma pressão maior em uma extremidade da junta do que na outra extremidade da junta. Uma vantagem desse arranjo é que a estrutura de précarga pode ter uma forma simples sem exigir qualquer formato especial e, portanto, a estrutura de pré-carga é muito simples (e, portanto, econômica) de fabricar.

[0017] A terceira superfície de interface pode ser afunilada na direção oposta à da segunda superfície de interface. Em outras palavras, os ângulos afunilados são opostos (embora não necessariamente iguais) e se espalham em direções opostas do eixo geométrico do eixo. Os dois cones podem, portanto, ficar mais próximos (convergir) à medida que se aproximam da extremidade do eixo composto. Nesta extremidade do eixo composto, o ponto de contato entre o encaixe de extremidade e o eixo composto está mais próximo da estrutura de pré-carga e, portanto, experimenta uma fração maior da carga aplicada. Portanto, uma carga aplicada menor é necessária e, portanto, um encaixe de interferência menor é necessário. Este arranjo também tem a vantagem de que durante o processo de aplicação da estrutura de pré-carga à junta, a pressão aplicada em cada localização axial da junta apenas aumenta (conforme a estrutura de pré-carga é montada no eixo, ela sofre um encaixe de interferência cada vez maior com o eixo e, assim, aplica gradualmente uma força maior conforme avança na junta). Portanto, nenhuma pressão excessiva é experimentada durante o processo de montagem (ou seja, nenhuma pressão maior do que as pressões finais totalmente montadas).

[0018] A terceira superfície de interface pode ser afunilada como parte do processo de colocação de fibra para a fabricação do eixo composto ou pode ser usinada no eixo após a cura do eixo. A usinagem do eixo após a fabricação é provavelmente o processo mais eficiente em termos de custo, pois esse afunilado precisa apenas ter um ângulo muito raso para criar uma diferença de encaixe de interferência. Por exemplo, um encaixe de interferência típico em tais aplicações tem 0,2 mm e um afunilamento pode, portanto, só precisar criar uma diferença de raio menor que 0,1 mm (isto é, diferença de diâmetro menor que 0,2 mm) ao longo de todo o comprimento axial da junta.

[0019] Em alguns exemplos, o encaixe de interferência entre a estrutura de pré-carga e o eixo composto pode ser de pelo menos 80 mícrons, opcionalmente pelo menos 100 mícrons, opcionalmente pelo menos 150 mícrons. Assim, a terceira interface e a quarta interface podem estar em um encaixe de interferência, o ajuste de interferência sendo criado pela estrutura de pré-carga com um diâmetro que difere do diâmetro do eixo composto por, por exemplo, pelo menos 80 mícrons, pelo menos 100 mícrons, ou pelo menos pelo menos 150 mícrons. Na outra extremidade da faixa, os diâmetros podem diferir em até 500 mícrons ou, em alguns casos raros, até 2.400 mícrons.

[0020] Em alguns exemplos, a terceira superfície de interface pode ser afunilada em um ângulo entre 0,05 grau e 0,8 grau em relação ao eixo geométrico do eixo. O ângulo de afunilamento não pode ser superior a 0,7 grau ou não superior a 0,5 grau ou não superior a 0,2 grau.

[0021] Em alguns exemplos, a terceira superfície de interface pode ser afunilada de modo que o diâmetro do eixo ao longo da terceira superfície de interface mude em pelo menos 0,02 mm, opcionalmente pelo menos 0,05 mm, opcionalmente pelo menos 0,1 mm. Em alguns exemplos, a terceira superfície de interface pode ser afunilada de modo que o diâmetro do eixo ao longo da terceira superfície de interface mude em não mais do que 0,7 mm. Em alguns exemplos, o diâmetro pode mudar em não mais do que 0,2 mm. Em alguns exemplos, a terceira superfície de interface pode ser afunilada de modo que o diâmetro do eixo ao longo da terceira superfície de interface mude entre 0,02 e 0,15 mm.

[0022] Em alguns exemplos, a quarta superfície de interface é paralela ao eixo geométrico do eixo. Conforme discutido anteriormente, isso torna a estrutura de pré-carga mais fácil de fabricar. Por exemplo, em alguns exemplos, a estrutura de pré-carga pode ser feita como um simples anel ou tampão de suporte que pode ser cortado de um cilindro mais longo de material adequado. Portanto, várias dessas estruturas de pré-carga poderiam ser formadas e cortadas de uma única unidade, reduzindo o custo por unidade.

[0023] Uma segunda maneira de variar a força aplicada da estrutura de pré-carga para o eixo composto (e que pode ser usada sozinho ou em combinação com o afilamento descrito anteriormente do eixo composto) é moldar a estrutura de pré-carga de modo que a pressão que ela aplica ao eixo composto varie axialmente ao longo de seu comprimento.

[0024] Assim, em alguns exemplos, a estrutura de pré-carga pode ter uma espessura radial maior adjacente à segunda extremidade da segunda superfície de interface do que a espessura radial adjacente à primeira extremidade da segunda superfície de interface. Quando a estrutura de précarga é pressionada no eixo em um encaixe de interferência, a força de reação do eixo causa uma deformação na estrutura de pré-carga. A extensão dessa deformação varia com a espessura radial da estrutura de pré-carga (uma espessura radial maior resistindo à deformação mais do que uma espessura radial menor) e qualquer deformação reduz a pressão aplicada na interface. Portanto, pela variação cuidadosa da espessura (e, portanto, deformabilidade) da estrutura de pré-carga, a pressão de contato aplicada na interface entre a estrutura de pré-carga e o eixo composto pode ser variada e pode, assim, compensar a interface afunilada entre o eixo e o encaixe de extremidade.

[0025] Em alguns exemplos, a espessura radial da estrutura de précarga fica progressivamente mais espessa da primeira extremidade da segunda superfície de interface para a segunda extremidade da segunda superfície de interface. Na ausência de outros fatores, essa mudança progressiva na espessura resulta em uma mudança progressiva na pressão de contato aplicada na interface entre a estrutura de pré-carga e o eixo composto. Como a interface afunilada entre o eixo composto e o encaixe de extremidade também resulta em uma mudança progressiva na pressão nessa interface, a mudança progressiva na espessura da estrutura de pré-carga pode ser escolhida para fornecer uma mudança correspondente na pressão aplicada. A espessura radial da estrutura de pré-carga pode variar continuamente (por exemplo, aumentar continuamente) e pode variar linearmente com a posição axial ou pode ter uma progressão de espessura não linear. O perfil exato pode ser calculado e/ou escolhido para a compensação ideal da interface afunilada, de modo a fornecer o mais uniforme possível uma pressão de contato na interface entre o eixo composto e o encaixe de extremidade.

[0026] Na extremidade fina, a estrutura de pré-carga pode ter uma espessura tão pequena quanto 0,4 mm, em alguns exemplos pelo menos 0,5 mm, em outros exemplos pelo menos 1,5 mm e em outros exemplos pelo menos 2 mm. Na extremidade espessa, a estrutura de pré-carga pode ter uma espessura de não mais que 5 mm, não mais que 3 mm ou não mais que 1 mm, dependendo das cargas operacionais alvo.

[0027] Em alguns exemplos, para pequenas cargas operacionais, a estrutura de pré-carga tem uma espessura que afunila (ou de outra forma muda de) de 0,5 mm para 0,8 mm. Para cargas operacionais mais altas, a estrutura de pré-carga pode ter uma espessura que afunila (ou muda) de 1,8 mm para 2,8 mm. Em certas aplicações pesadas, a estrutura de pré-carga pode ter uma espessura que afunila (ou muda) de 2,5 mm para 4 mm.

[0028] Em outros exemplos, onde a estrutura de pré-carga é um plugue de arco, para pequenas cargas operacionais, a estrutura de pré-carga pode ter uma espessura que afunila (ou de outra forma muda de) de 0,6 mm para 0,9 mm.

[0029] Em geral, a extremidade fina da estrutura de pré-carga tem uma espessura que é pelo menos 30% mais fina do que a extremidade espessa. Em alguns exemplos, a extremidade fina da estrutura de pré-carga pode ter uma espessura que é até 40% mais fina do que a extremidade espessa.

[0030] Uma única estrutura de pré-carga pode ser usada com um perfil adaptado para criar a espessura variável. Essa estrutura de pré-carga pode ser fabricada de diferentes maneiras, dependendo do seu material. Por exemplo, uma estrutura de pré-carga de metal pode ser moldada ou pode ser extrudada ou formada de outra forma na forma desejada. Alternativamente, ela pode ser usinada na forma desejada a partir de um bloco maior de material. A estrutura de pré-carga pode, em alguns exemplos, ser feita de um material de polímero reforçado com fibra, caso em que a forma pode ser formada durante o processo de colocação da fibra (por exemplo, enrolando diferentes números de camadas) ou também pode ser usinada para formar a partir de uma maior estrutura de polímero reforçada. Puramente a título de exemplo, a estrutura de pré-carga pode, em alguns exemplos, ser um anel de polímero reforçado com fibra. A espessura do anel pode ser variada triturando o anel para remover a espessura conforme desejado até que a forma preferida seja obtida.

[0031] Em outros exemplos, a estrutura de pré-carga pode compreender uma pluralidade de estruturas de pré-carga com diferentes espessuras. O uso de várias estruturas de pré-carga diferentes com espessuras diferentes permite mudanças na espessura (e, portanto, mudanças na pressão aplicada) sem exigir a modelagem complexa da estrutura de pré-carga. Embora isso possa resultar em mudanças discretas na espessura, em vez de mudanças contínuas na espessura. No entanto, isso ainda vai conseguir uma suavização da pressão de contato ao longo da interface entre o eixo composto e o encaixe de extremidade, enquanto permite que um conjunto particularmente simples e econômico de estruturas de pré-carga seja usado. As várias estruturas de pré-carga podem ser dispostas axialmente adjacentes uma à outra, isto é, cada uma fornecida em uma localização axial diferente, mas adjacente uma à outra, de modo que não haja lacunas entre elas.

[0032] Embora um engate puramente por atrito possa fornecer força de engate suficiente em alguns exemplos, o encaixe de extremidade pode compreender ainda dentes na primeira superfície de interface engatando com o eixo composto. A primeira superfície de interface pode então ser uma superfície dentada.

[0033] A estrutura de pré-carga pode ser aplicada ao eixo composto em uma operação subsequente à montagem do encaixe de extremidade no eixo. Ao aplicar a pré-carga em uma operação subsequente, a força de desvio que é aplicada pela pré-carga não impede a montagem do encaixe de extremidade no eixo e não aumenta o atrito e a geração de calor que está envolvida nesse processo de montagem. Em vez disso, a junta é formada sob condições de tensão mínima, permitindo assim que o eixo seja construído apenas para suportar esta tensão reduzida. A estrutura de pré-carga então adiciona uma pré-carga à junta já formada, aumentando assim sua resistência à fadiga e colocando o eixo em um estado de tensão residual vantajoso antes de quaisquer cargas de operação aumenta a resistência da junta.

[0034] Preferencialmente, um perfil de dente perpendicular aos dentes não compreende substancialmente porções planas (isto é, porções do perfil geral do dente que ficam paralelas ao eixo do eixo composto) em contato por atrito com o eixo. Isto contrasta com o estado da técnica (tal como EP 3203094) discutido anteriormente, em que tais superfícies proporcionam muito atrito benéfico. A estrutura de pré-carga evita a necessidade de tais superfícies de atrito adicionais e, portanto, o tamanho do encaixe de extremidade pode ser reduzido omitindo-as. O resultado é uma junta mais forte para um determinado comprimento e, portanto, uma economia de peso. Além disso, sem partes planas, a carga de montagem necessária e a geração de temperatura são menores, resultando em uma economia de peso adicional para os componentes, pois o eixo composto pode ser otimizado para as cargas operacionais sem consideração adicional para acomodar as cargas de montagem de encaixe de extremidade.

[0035] Em alguns exemplos, a superfície dentada pode compreender pelo menos um dente formado como uma rosca helicoidal engatando na região de interface. A rosca helicoidal (ou pluralidade de hélices no caso de um arranjo de rosca de múltiplas partidas) se estende substancialmente circunferencialmente em torno da região de interface (embora também com um componente axial de modo a formar uma hélice). Para engatar a(s) rosca(s) helicoidal(is) com a região de interface, o encaixe de extremidade e o eixo são girados um em relação ao outro de modo a torcer o encaixe de extremidade no eixo. Para maximizar a eficiência da transferência de força na direção axial (ou seja, para tensão/compressão), é desejável deixar a rosca o mais perpendicular possível ao eixo geométrico do eixo. Isso tem o efeito de aumentar a quantidade de engate necessária para aparafusar totalmente o encaixe de extremidade no eixo para um determinado comprimento de junta. No entanto, o afunilamento do eixo e o encaixe de extremidade reduzem a distância que precisa ser aparafusada (em comparação com uma junta não afunilada)

[0036] Uma rosca de início múltiplo pode ser usada no encaixe de extremidade, isto é, uma com várias hélices adjacentes intercaladas umas com as outras. No entanto, em alguns exemplos preferidos, o rosqueamento é um rosqueamento de início único. A rosca de múltiplas partidas pode ter vantagens na redução do número de voltas necessárias para montar o encaixe de extremidade no eixo, mas também requer uma redução no ângulo entre as roscas e o eixo geométrico do eixo (ou seja, as roscas devem ser menos perpendiculares ao eixo geométrico do eixo) que, conforme discutido anteriormente, diverge do arranjo perpendicular ideal para transmissão de carga axial.

[0037] A montagem do encaixe de extremidade no eixo por meio de uma rosca helicoidal torna a junta mais adequada para transmitir forças axiais do que uma junta que é engatada por meio de estrias axiais na região de interface. Esta fixação helicoidal, portanto, forma uma junta de tensão/compressão que é mais adequada para eixos que transmitem forças de tensão e/ou compressão.

[0038] Como discutido anteriormente, um benefício de afunilar o eixo e o encaixe de extremidade (isto é, afunilar a primeira superfície de interface e a segunda superfície de interface) é que o processo para engatar os dois pode ser realizado em menos tempo e a uma curta distância. Este afunilamento permite uma certa quantidade de sobreposição axial entre as duas partes antes que o contato seja feito entre o encaixe de extremidade e a região de interface do eixo. Quando o contato é feito, ele é feito substancialmente ao longo de toda a região da interface simultaneamente. O movimento axial adicional entre as duas partes resulta em mais sobreposição das duas partes. O afunilamento no eixo expõe uma seção transversal significativa do eixo para o encaixe de extremidade e resulta no engate com o encaixe de extremidade através da parte exposta. Isso garante que o engate não seja simplesmente com a parte da superfície mais externa ou mais interna do eixo, reduzindo a chance de delaminação quando a força é transmitida através da junta.

[0039] Em alguns exemplos, o eixo pode ser um eixo de filamento de múltiplas camadas e a região de interface afunilada expõe uma pluralidade de camadas de filamentos (fibras) à superfície dentada. Por exemplo, uma haste enrolada em filamento pode ser normalmente formada enrolando filamentos em torno de um mandril em uma hélice (com ângulo de hélice variável, dependendo da aplicação) para frente e para trás de modo a construir várias camadas de filamentos com a espessura desejada. Conforme descrito anteriormente, diferentes camadas podem ser formadas com diferentes ângulos de hélice para dar diferentes propriedades ao produto acabado. Os filamentos enrolados são normalmente umedecidos ou revestidos com resina de modo a formar uma matriz de resina e filamentos que são curados para solidificar e formar o composto final.

[0040] Afunilar a região de interface por corte ou trituração ou por qualquer outro processo de remoção de material para expor as extremidades do filamento garante que todas ou a maioria das camadas de fibras (normalmente camadas de fibras helicoidais) que formam o eixo estão engatadas com o encaixe de extremidade, garantindo assim excelente compartilhamento de carga de forças entre o encaixe de extremidade e o eixo. Distribuir as forças aplicadas em mais fibras, em particular em mais camadas de fibras do eixo, aumenta muito a resistência da junta. Durante o processo de montagem, em alguns exemplos, os dentes da superfície dentada são inseridos no eixo composto, comprimindo o material composto (que pode incluir a compressão da resina, bem como comprimir as fibras) e, assim, formando uma fixação muito forte. À medida que mais dentes engatam na região de interface, a resistência da junta aumenta.

[0041] Este arranjo, juntamente com a pressão de contato variável aplicada pela estrutura de pré-carga, fornece uma junta muito forte e eficiente. Em particular, a junta é estruturalmente eficiente em termos de sua razão resistência para peso. O encaixe de extremidade pode ser formado como uma única peça e pode usar menos material (por exemplo, menos metal). Além disso, a melhor distribuição de carga entre as camadas significa que menos material composto pode ser usado na região de junta em comparação com outras técnicas de junção. Isso também reduz custos e é simples de fabricar e montar.

[0042] Em alguns exemplos, a segunda superfície de interface está localizada radialmente para fora da terceira superfície de interface, em que o eixo composto é oco e em que a estrutura de pré-carga está localizada radialmente dentro do eixo composto.

[0043] Em tais exemplos, o eixo pode ser um tubo oco e o afunilamento da segunda superfície de interface é formado do lado de fora do eixo e a estrutura de pré-carga é fornecida dentro do tubo oco.

[0044] Com o afunilamento da segunda superfície de interface formada na parte externa do eixo, o diâmetro externo do eixo reduz em direção à extremidade do eixo. Isso forma uma extremidade afunilada convexa ao eixo (embora como o eixo seja oco, este não é um afunilamento completo, resultando em uma extremidade em forma substancialmente frustocônica). O encaixe de extremidade pode, então, ter uma forma de afunilamento côncavo (ou formato frustocônico) que corresponde e se encaixa com ele.

[0045] Em tais exemplos, a estrutura de pré-carga pode assumir qualquer forma adequada, desde que forneça uma pré-carga adequada ao eixo. Ela pode formar uma estrutura circunferencial contínua dentro do eixo oco e engatar com seu diâmetro interno. A estrutura de pré-carga pode ser geralmente de forma cilíndrica. A estrutura de pré-carga pode ser sólida ou parcialmente segmentada. Em pelo menos alguns exemplos, a estrutura de pré-carga pode assumir a forma de um anel em aro ou um tampão.

[0046] Em alguns exemplos, a terceira superfície de interface pode estar localizada radialmente para fora da segunda superfície de interface e em que a estrutura de pré-carga é fornecida externamente em torno da circunferência do eixo composto.

[0047] Em tais exemplos, o eixo pode ser um tubo oco, o afunilamento da segunda superfície de interface é formado no interior do dito eixo e a estrutura de pré-carga é fornecida no lado externo do eixo.

[0048] Com o afunilamento da segunda superfície de interface formada no interior do eixo, o diâmetro interno do eixo aumenta em direção à extremidade do eixo. Isso forma uma extremidade afunilada côncava ao eixo (embora como o eixo seja oco, este não é um afunilamento completo, resultando em uma extremidade em forma frustocônica côncava). O encaixe de extremidade, então, tem uma forma de afunilamento convexo (ou formato frustocônico) que corresponde e engata com ele.

[0049] O ângulo do afunilamento da segunda superfície de interface (e da primeira superfície de interface) pode ser selecionado de acordo com a finalidade desejada do eixo. Em alguns exemplos, o afunilamento está em um ângulo com o eixo geométrico do eixo de não mais do que 20 graus, opcionalmente não mais do que 15 graus, opcionalmente não mais do que 10 graus, opcionalmente não mais do que 7 graus, opcionalmente não mais do que 5 graus.

[0050] A estrutura de pré-carga pode ser feita de qualquer material rígido adequado que seja capaz de formar e manter um encaixe de interferência com a extremidade do eixo. Em alguns exemplos, a estrutura de pré-carga é feita de um material metálico. Em alguns exemplos, a estrutura de pré-carga é feita de um material composto de matriz de polímero, por exemplo, um material de polímero reforçado com fibra. Em alguns exemplos, a estrutura de pré-carga pode compreender um ou mais materiais escolhidos a partir de: metais, ligas (com ou sem reforço de fibra), polímeros reforçados com fibra ou resinas reforçadas com fibra.

[0051] Em alguns exemplos, a estrutura de pré-carga é um anel metálico. Esse anel pode ser fornecido do lado de fora do eixo para fornecer uma força direcionada para dentro sobre o eixo composto. Em outros exemplos, o anel pode ser fornecido no interior do eixo para fornecer uma força dirigida para fora no eixo composto. Em tais exemplos, um anel requer menos material do que um tampão sólido, mas requer mais rigidez.

[0052] De acordo com outro aspecto desta divulgação, é fornecido um método de montagem de um encaixe de extremidade a um eixo composto que compreendendo:
engatar uma primeira superfície de interface do encaixe de extremidade com uma segunda superfície de interface do eixo composto, em que a primeira superfície de interface e a segunda superfície de interface são afuniladas em um ângulo com o eixo geométrico do eixo de modo que o eixo seja mais espesso em uma segunda extremidade axial da segunda superfície de interface do que em uma primeira extremidade axial da segunda superfície de interface; e depois
engatar uma terceira superfície de interface do eixo por uma quarta superfície de interface de uma estrutura de pré-carga de modo a desviar a primeira superfície de interface contra a segunda superfície de interface;
em que pelo menos um dentre o eixo e a estrutura de pré-carga é moldado de modo que a pressão de contato da terceira interface contra a quarta interface aumente da primeira extremidade do eixo para a segunda extremidade do eixo.

[0053] As características preferidas descritas anteriormente em relação à estrutura da junta se aplicam igualmente a este método.

[0054] O eixo composto descrito anteriormente pode atuar como uma haste atuadora ou outro componente de transmissão de força. Será compreendido que a junta descrita neste documento pode ser usada em uma ampla faixa de aplicações, onde elementos de tensão/compressão ou elementos de transmissão de torque podem ser usados. Algumas aplicações de exemplo incluem aplicações aeroespaciais, como hastes de pistão, suportes, atuadores de controle, etc. Outras aplicações incluem eixos de transmissão ou atuadores para transmissão de torque.

Breve descrição dos desenhos

[0055] Um ou mais exemplos não limitantes serão agora descritos, a título de exemplo apenas, e com referência às figuras anexas nas quais:
Figs. 1a e 1b ilustram a pressão de contato variável que surge entre um encaixe de extremidade e um eixo composto nos arranjos do estado da técnica;
Fig. 2 mostra uma primeira maneira de reduzir a variação na pressão de contato;
Fig. 3 mostra uma segunda maneira de reduzir a variação na pressão de contato;
Fig. 4 mostra uma seção transversal longitudinal através de um eixo composto com dois encaixes de extremidade fixados de acordo com o método ilustrado na Fig. 3;
Fig. 5 mostra um corte transversal através de uma junta da Fig. 4; e
Figs. 6 a 9 mostram diferentes arranjos das várias partes que são possíveis em diferentes exemplos.

[0056] As Figs. 1a e 1b e o problema da variação da pressão de contato foram descritos anteriormente.

[0057] A Fig. 2 mostra uma maneira de fixar um encaixe de extremidade 2 a um eixo composto 1. No exemplo mostrado na Fig. 2, o eixo composto 1 é um eixo oco e o encaixe de extremidade 2 é encaixado dentro da extremidade do eixo 1. O encaixe de extremidade 2 tem uma primeira superfície de interface 20 formada no diâmetro externo do mesmo. A primeira superfície de interface 20 é afunilada de modo que a espessura radial do encaixe de extremidade 2 fique menor em direção à extremidade 30 do mesmo. O eixo composto 1 tem uma segunda superfície de interface 21 formada em seu diâmetro interno que também é afunilada em um ângulo que corresponde ao afunilamento da primeira superfície de interface 20.

[0058] Neste exemplo particular, a superfície externa do encaixe de extremidade 2 (isto é, a superfície externa da primeira superfície de interface 20 é uma superfície dentada, tendo um ou mais dentes helicoidais formados na mesma, de modo que o encaixe de extremidade 2 pode ser montado no eixo 1 aparafusando o encaixe de extremidade 2 no eixo 1. No entanto, será compreendido que em outros exemplos a primeira superfície de interface 20 pode ter estrias axiais em vez de dentes helicoidais ou pode não ter dentes e apenas engatar por atrito.

[0059] Uma estrutura de pré-carga na forma de um anel em aro 7 é fornecida na superfície radialmente externa do eixo composto 1, especificamente em uma terceira superfície de interface 22 do eixo composto 1. O anel em aro 7 tem uma quarta superfície de interface 23 em sua superfície radialmente interna que engata com a terceira superfície de interface 22 no eixo composto 1. O interior do anel em aro 7 (isto é, a quarta superfície de interface 23) é cilíndrico, engatando em torno de toda a circunferência do eixo composto 1 e em um encaixe de interferência com o mesmo. O anel em aro 7, desse modo, fornece uma pressão de contato na interface entre a terceira superfície de interface 22 e a quarta superfície de interface 23 e, assim, também fornece uma pressão de contato na interface entre a primeira superfície de interface 20 e a segunda superfície de interface 21. Esta pressão de contato pré-carrega a interface entre a primeira superfície de interface 20 e a segunda superfície de interface 21 de modo que seja menos suscetível a atrito e desgaste (causado pelo movimento relativo entre o eixo 1 e o encaixe de extremidade 2) durante o uso subsequente.

[0060] Como pode ser visto na Fig. 2, o anel em aro 7 tem uma superfície externa moldada 24. A superfície externa 24 é moldada de modo que o anel em aro seja radialmente mais espesso na extremidade 32 adjacente à extremidade 30 do encaixe de extremidade 2 do que na extremidade oposta 31. Assim, o anel em aro 7 é radialmente mais espesso onde o eixo composto 1 é radialmente espesso e o anel em aro 7 é radialmente mais fino onde o eixo composto 1 é radialmente fino. A espessura radial variável do anel em aro 7 significa que o anel em aro 7 não fornece uma pressão de contato uniforme axialmente ao longo do comprimento da interface entre a terceira superfície de interface 22 e a quarta superfície de interface 23. Em vez disso, a extremidade mais espessa 32 do anel em aro 7 fornece uma força maior do que a extremidade mais fina 31. Isto é devido ao aumento da flexibilidade do anel em aro 7 na extremidade mais fina 31, de modo que ele pode deformar um pouco mais na extremidade mais fina 31 e, portanto, não confere uma força tão grande no eixo composto 1.

[0061] Como a quantidade de força aplicada pelo anel em aro 7 varia axialmente ao longo do comprimento da interface, aumentando em direção à extremidade direita na Fig. 2, isso compensa a redução correspondente na força causada pela interface afunilada entre o eixo composto 1 e o encaixe de extremidade 2, como discutido anteriormente em relação às Figs. 1a e 1b. Assim, embora a extremidade mais espessa 32 do anel em aro 7 forneça uma força mais alta na interface entre a terceira superfície de interface 22 e a quarta superfície de interface 23, a quantidade dessa pressão que é aplicada na interface entre a primeira superfície de interface 20 e a segunda superfície de interface 21 é reduzida devido à distância entre essas duas interfaces. Ao moldar adequadamente a espessura do anel em aro 7 (variando sua espessura radial e, portanto, seu diâmetro externo), a pressão de contato na interface afunilada entre a primeira superfície de interface 20 e a segunda superfície de interface 21 pode ser nivelada de modo que a transferência de carga através dessa interface seja mais bem distribuída e mais eficiente e a junta seja mais forte.

[0062] A Fig. 3 mostra uma outra maneira de fixar um encaixe de extremidade 2 a um eixo composto 1. Como com a Fig. 2, no exemplo mostrado na Fig. 3, o eixo composto 1 é um eixo oco e o encaixe de extremidade 2 é encaixado dentro da extremidade do eixo 1. O encaixe de extremidade 2 tem uma primeira superfície de interface 20 formada no diâmetro externo do mesmo. A primeira superfície de interface 20 é afunilada de modo que a espessura radial do encaixe de extremidade 2 fique menor em direção à extremidade 30 do mesmo. O eixo composto 1 tem uma segunda superfície de interface 21 formada em seu diâmetro interno que também é afunilada em um ângulo que corresponde ao afunilamento da primeira superfície de interface 20.

[0063] Neste exemplo particular, a superfície externa do encaixe de extremidade 2 (isto é, a superfície externa da primeira superfície de interface 20 é uma superfície dentada, tendo um ou mais dentes helicoidais formados na mesma, de modo que o encaixe de extremidade 2 pode ser montado no eixo 1 aparafusando o encaixe de extremidade 2 no eixo 1. No entanto, será compreendido que em outros exemplos a primeira superfície de interface 20 pode ter estrias axiais em vez de dentes helicoidais ou pode não ter dentes e apenas engatar por atrito.

[0064] Uma estrutura de pré-carga na forma de um anel em aro 7 é fornecida na superfície radialmente externa do eixo composto 1, especificamente em uma terceira superfície de interface 22 do eixo composto 1. O anel em aro 7 tem uma quarta superfície de interface 23 em sua superfície radialmente interna que engata com a terceira superfície de interface 22 no eixo composto 1. O interior do anel em aro 7 (isto é, a quarta superfície de interface 23) é cilíndrico, engatando em torno de toda a circunferência do eixo composto 1 e em um encaixe de interferência com o mesmo. O anel em aro 7, desse modo, fornece uma pressão de contato na interface entre a terceira superfície de interface 22 e a quarta superfície de interface 23 e, assim, também fornece uma pressão de contato na interface entre a primeira superfície de interface 20 e a segunda superfície de interface 21. Esta pressão de contato pré-carrega a interface entre a primeira superfície de interface 20 e a segunda superfície de interface 21 de modo que seja menos suscetível a atrito e desgaste (causado pelo movimento relativo entre o eixo 1 e o encaixe de extremidade 2) durante o uso subsequente.

[0065] O exemplo da Fig. 3 difere do da Fig. 2 em que a estrutura de pré-carga (anel em aro) 7 na Fig. 3 não tem uma superfície externa moldada 24, mas é um cilindro simples de material com uma espessura uniforme axialmente ao longo seu comprimento. Em vez de variar a pressão de contato na interface entre o anel em aro 7 e o eixo composto 1 moldando o anel em aro 7 (como na Fig. 2), a pressão de contato varia, ao contrário, moldando a superfície externa do eixo composto 1. Especificamente, a superfície externa (isto é, a terceira superfície de interface 22) do eixo composto 1 é afunilada no sentido oposto ao afunilamento da segunda superfície de interface 21 de modo que os dois cones convergem em direção à extremidade 33 do eixo composto 1. Esta conicidade é ilustrada na Fig. 3 pelo ângulo X °. Desta forma, o encaixe de interferência que é formado pelo anel em aro 7 com o eixo composto 1 é menor na extremidade 33 do eixo composto 1 (e na extremidade 31 do anel em aro 7) do que na extremidade oposta (na extremidade 32 do anel em aro 7). O menor encaixe de interferência fornece menos pressão de contato na interface entre a terceira superfície de interface 22 e a quarta superfície de interface 23. Isto tem o mesmo efeito conforme descrito anteriormente em relação à Fig. 2 em que a pressão variável aplicada na interface entre a terceira superfície de interface 22 e a quarta superfície de interface 23 também varia a pressão aplicada na interface entre a primeira superfície de interface 20 e a segunda superfície de interface 21. Como com o exemplo da Fig. 2, esta aplicação variável de pressão compensa a variação na pressão de contato causada pela primeira e segunda superfícies de interface afuniladas 20, 21 e, assim, equilibra a transferência de carga entre o eixo composto 1 e o encaixe de extremidade 2 de modo que a junta seja globalmente mais forte e eficiente.

[0066] Figs. 4 mostra uma seção transversal longitudinal através de um eixo composto 1 com dois encaixes de extremidade 2 fixados de acordo com o método ilustrado na Fig. 3. Uma estrutura de pré-carga 7 (na forma de um anel em aro) é fornecida em cada extremidade. A Fig. 5 mostra um corte transversal através de uma junta da Fig. 4. A Fig. 5 é essencialmente equivalente à Fig. 3, embora mostre adicionalmente as setas 40 que ilustram que esta junta é bem adequada para a transmissão de forças de tensão/compressão. Isto se dá pela presença de dentes helicoidais 41 na superfície externa do encaixe de extremidade 2.

[0067] Figs. 6 a 9 mostram diferentes configurações da junta. Figs. 2 e 3 mostram o encaixe de extremidade 2 aparafusado no interior do eixo composto 1 com a estrutura de pré-carga 7 fornecida do lado externo do eixo composto 1. Figs. 6 e 7 são essencialmente equivalentes aos arranjos das Figs. 2 e 3, com o eixo A do tubo composto 1 (e o encaixe de extremidade 2 e a estrutura de pré-carga 7) sendo indicado por uma linha tracejada. Será compreendido que estas figuras mostram uma seção transversal que é rotacionalmente simétrica em torno do eixo A. As Figs. 8 e 9 mostram os arranjos alternativos em que o encaixe de extremidade 2 é aparafusado (ou de outra forma fixado) ao exterior do eixo composto 1 com a estrutura de précarga 7 fornecida como um tampão no interior do eixo composto 1 (e, portanto, mais perto de eixo A do que o encaixe de extremidade 2 e o eixo composto 1). Em cada uma das Figuras 6 a 9, a primeira superfície de interface 20, segunda superfície de interface 21, terceira superfície de interface 22 e quarta superfície de interface 23 estão indicadas.

[0068] Para fins ilustrativos, as Figs. 6 a 9 também mostram as várias partes em uma vista explodida para que as formas possam ser vistas mais claramente. Nas Figs. 7 e 9, o afunilamento da superfície da terceira interface foi muito exagerado para fins ilustrativos, pois uma representação precisa seria quase imperceptível.

Claims

Eixo composto com um encaixe de extremidade, caracterizado pelo fato de ser montado em pelo menos uma extremidade do dito eixo e uma estrutura de pré-carga disposta para fornecer uma força de desvio para desviar o eixo composto contra o encaixe de extremidade;
em que o encaixe de extremidade tem uma primeira superfície de interface, a primeira superfície de interface sendo afunilada em um ângulo com o eixo do eixo;
em que o eixo tem uma segunda superfície de interface para engate com a primeira superfície de interface, a segunda superfície de interface sendo afunilada em um ângulo em relação ao eixo geométrico do eixo, a segunda superfície de interface se estendendo axialmente de uma primeira extremidade para uma segunda extremidade, o eixo sendo mais espesso em a segunda extremidade do que na primeira extremidade;
em que o eixo tem uma terceira superfície de interface;
em que a estrutura de pré-carga tem uma quarta superfície de interface para engate com a terceira superfície de interface; e
em que pelo menos um dentre o eixo e a estrutura de pré-carga é moldado de modo que a pressão de contato da terceira interface contra a quarta interface aumente da primeira extremidade do eixo para a segunda extremidade do eixo.
Eixo composto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a terceira superfície de interface é afunilada.
Eixo composto de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a terceira superfície de interface é afunilada em direção oposta à segunda superfície de interface.
Eixo composto de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a terceira superfície de interface é afunilada em um ângulo entre 0,05 grau e 0,8 grau em relação ao eixo geométrico do eixo.
Eixo composto de acordo com a reivindicação 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a terceira superfície de interface é afunilada de modo que o diâmetro do eixo ao longo da terceira superfície de interface mude em pelo menos 0,02 mm, opcionalmente pelo menos 0,05 mm, opcionalmente pelo menos 0,1 mm.
Eixo composto de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que a terceira interface e a quarta interface estão em um encaixe de interferência, o encaixe de interferência opcionalmente sendo criado pela estrutura de pré-carga tendo um diâmetro que difere do diâmetro do eixo composto por em pelo menos 80 mícrons, opcionalmente pelo menos 100 mícrons, opcionalmente pelo menos 150 mícrons.
Eixo composto de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a quarta superfície de interface é paralela ao eixo geométrico do eixo.
Eixo composto de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a estrutura de précarga tem uma espessura radial maior adjacente à segunda extremidade da segunda superfície de interface do que a espessura radial adjacente à primeira extremidade da segunda superfície de interface.
Eixo composto de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a espessura radial da estrutura de pré-carga fica progressivamente mais espessa da primeira extremidade da segunda superfície de interface para a segunda extremidade da segunda superfície de interface.
Eixo composto de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a estrutura de pré-carga compreende uma pluralidade de estruturas de pré-carga com diferentes espessuras
Eixo composto de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o encaixe de extremidade compreende ainda dentes na primeira superfície de interface que engatam no eixo composto.
Eixo composto de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a segunda superfície de interface está localizada radialmente para fora da terceira superfície de interface, em que o eixo composto é oco e em que a estrutura de pré-carga está localizada radialmente dentro do eixo composto.
Eixo composto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a terceira superfície de interface está localizada radialmente para fora da segunda superfície de interface e em que a estrutura de pré-carga é fornecida externamente em torno da circunferência do eixo composto.
Eixo composto de acordo com qualquer reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a estrutura de pré-carga é um anel metálico.
Método de montagem de um encaixe de extremidade em um eixo composto, caracterizado pelo fato de que compreende:
engatar uma primeira superfície de interface do encaixe de extremidade com uma segunda superfície de interface do eixo composto, em que a primeira superfície de interface e a segunda superfície de interface são afuniladas em um ângulo com o eixo geométrico do eixo de modo que o eixo seja mais espesso em uma segunda extremidade axial da segunda superfície de interface do que em uma primeira extremidade axial da segunda superfície de interface; e depois
engatar uma terceira superfície de interface do eixo por uma quarta superfície de interface de uma estrutura de pré-carga de modo a desviar a primeira superfície de interface contra a segunda superfície de interface;
em que pelo menos um dentre o eixo e a estrutura de pré-carga é moldado de modo que a pressão de contato da terceira interface contra a quarta interface aumente da primeira extremidade do eixo para a segunda extremidade do eixo.