BR102023001568A2

BR102023001568A2 - Método para produzir um conjunto de junta universal, e, conjunto de junta universal

Info

Publication number: BR102023001568A2
Application number: BR102023001568-9A
Authority: BR
Inventors: Thomas Beale
Original assignee: Crompton Technology Group Ltd
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2023-01-27
Publication date: 2023-10-10
Also published as: CA3187343A1; EP4253016A1; US20230311429A1

Abstract

método para produzir um conjunto de junta universal, e, conjunto de junta universal. um método de produção de um conjunto de junta universal (100) é fornecido. o método compreende fornecer um membro de junção (106) para formar uma junta universal, o referido membro de junção (106) compreendendo um primeiro pivô (110) e um segundo pivô (112); aplicar reforço de fibra contínuo (206) e uma matriz polimérica (210) a uma forma (205) incluindo o referido membro de junção (106) para criar uma única estrutura polimérica reforçada com fibra (212) na qual o membro de junção (106) está incorporado; e dividir a referida estrutura reforçada com fibra única (212) em um primeiro eixo polimérico reforçado com fibra (102) e um segundo eixo polimérico reforçado com fibra (104) que são acoplados entre si pelo membro de junção (106) para formar uma junta universal.

Description

Campo Técnico

[001] A presente divulgação refere-se a eixos de polímero reforçado com fibra (FRP) e, mais particularmente, a conjuntos de juntas universais de eixos de FRP e métodos de fabricação de conjuntos de juntas universais de eixos de FRP.

Fundamentos

[002] Uma junta universal (também chamada de junta Cardan) é um acoplamento entre dois eixos que permite que o movimento de rotação seja transferido entre os eixos, mesmo quando seus eixos não estão alinhados. Em uma junta universal típica, dois eixos são conectados de forma articulada a um membro de junção comum (que é normalmente uma forma cruciforme) em torno de eixos que são perpendiculares um ao outro e perpendiculares aos eixos centrais ao longo dos quais os respectivos eixos se estendem. Quando o primeiro eixo é girado em torno de seu eixo central, o membro de junção transfere isso em rotação do segundo eixo em torno de seu respectivo eixo central.

[003] As juntas universais são comuns em equipamentos com partes móveis. Por exemplo, um atuador dentro de uma asa de avião pode compreender vários eixos conectados por uma ou mais juntas universais. Isso permite que o atuador opere mesmo quando flexiona com a asa durante o voo.

[004] Materiais compósitos, tal como polímero reforçado com fibra, podem ser usados para produzir eixos com uma massa mais baixa do que seus equivalentes metálicos. Estes eixos compósitos podem ser usados para formar juntas universais fixando acessórios de extremidade de metal em cada eixo compósito e, em seguida, acoplando os acessórios de extremidade de metal com um membro de junção para formar a junta universal. No entanto, essas juntas exigem muitas etapas de fabricação e montagem, podem ser pesadas e podem ser suscetíveis a desalinhamento e folga ou folga rotacional. Uma abordagem melhorada pode ser desejada.

Sumário

[005] De acordo com um primeiro aspecto da presente divulgação, é fornecido um método de produção de um conjunto de junta universal compreendendo: fornecer um membro de junção para formar uma junta universal, o referido membro de junção compreendendo um primeiro pivô e um segundo pivô; aplicar reforço de fibra contínuo e uma matriz polimérica a uma forma incluindo o referido membro de junção para criar uma única estrutura polimérica reforçada com fibra na qual o membro de junção está incorporado; dividir a referida estrutura reforçada com fibra em um primeiro eixo de polímero reforçado com fibra e um segundo eixo de polímero reforçado com fibra que são acoplados entre si pelo membro de junção para formar uma junta universal.

[006] Assim, será compreendido pelos versados na técnica que o método fornecido pode permitir que conjuntos de junta universais sejam produzidos mais facilmente e de forma mais barata do que anteriormente, porque apenas um pequeno número de etapas de montagem é necessário. Além disso, como o método envolve primeiro fazer uma única estrutura de FRP na qual o membro de junção está incorporado e, em seguida, dividir isso em dois eixos de FRP separados, o alinhamento do conjunto de junta universal resultante pode ser melhorado em comparação com abordagens anteriores que requerem fixação e alinhamento separados de cada componente no conjunto acabado.

[007] Em alguns conjuntos de exemplos, o primeiro pivô do membro de junção é incorporado dentro do reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de polímero reforçado com fibra e o segundo pivô do membro de junção é incorporado dentro do reforço de fibra contínuo do segundo eixo de polímero reforçado com fibra. Será reconhecido que, em tais exemplos, o primeiro e/ou segundo pivô é mantido no lugar mecanicamente pelo reforço de fibra contínuo, em vez de simplesmente pela adesão à matriz polimérica.

[008] De acordo com um segundo aspecto da presente divulgação, é fornecido um conjunto de junta universal compreendendo: um primeiro eixo de polímero reforçado com fibra; um segundo eixo de polímero reforçado com fibra; e um membro de junção compreendendo um primeiro pivô incorporado dentro do reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de polímero reforçado com fibra e um segundo pivô incorporado dentro do reforço de fibra contínuo do segundo eixo de polímero reforçado com fibra, o referido membro de junção acoplando o primeiro eixo de polímero reforçado com fibra ao segundo eixo de polímero reforçado com fibra para formar uma junta universal.

[009] Este conjunto de junta universal pode ser menor e/ou mais leve do que os conjuntos anteriores, porque (pelo menos) dois dos seus três elementos são formados a partir de polímero reforçado com fibra. O conjunto de junta universal pode ser mais bem alinhado e/ou sofrer folga rotacional reduzida do que os conjuntos anteriores porque os pivôs do membro de junção são incorporados dentro do reforço de fibra contínuo dos eixos em vez de serem fixados separadamente.

[0010] Em alguns exemplos, a aplicação de reforço de fibra contínuo à forma envolve desviar o reforço de fibra contínuo em torno do primeiro e/ou segundo pivô do membro de junção. Correspondentemente, o reforço de fibra contínuo no qual o primeiro pivô é incorporado pode ser desviado em torno do primeiro pivô e/ou reforço de fibra contínuo no qual o segundo pivô é incorporado pode ser desviado em torno do segundo pivô.

[0011] Desviar fibras contínuas para acomodar um pivô em vez de quebrar fibras (por exemplo, perfurando um furo para o pivô em uma parte de FRP concluída) pode permitir que o conjunto de junta retenha maior resistência e rigidez, devido à alta resistência à tração de fibras contínuas ininterruptas. Ao desviar as fibras em torno do pivô, as fibras retêm suas propriedades de suporte de carga e a resistência do eixo é mantida mesmo na presença do pivô (será compreendido que pode haver algum enfraquecimento da estrutura na vizinhança imediata do pivô, mas muito menos do que resultaria da perfuração para acomodar o pivô).

[0012] O reforço de fibra contínuo pode ser aplicado de modo que nos eixos resultantes pelo menos algumas fibras sejam substancialmente paralelas nas proximidades do(s) pivô(s), exceto para o desvio em torno do(s) pivô(s). Assim, após o desvio, as fibras continuam na direção que teriam tomado se o pivô não estivesse presente. O reforço de fibra contínuo pode compreender fibras contínuas que se estendem em uma hélice em torno de um eixo da estrutura reforçada com fibra. Muitas dessas fibras não serão afetadas pelo(s) pivô(s), pois seu caminho helicoidal não intersepta o(s) pivô(s). Essas fibras simplesmente seguirão o mesmo caminho que teriam seguido se o pivô não estivesse presente. No entanto, as fibras que teriam interceptado o pivô podem ser deslocadas para um ou outro lado do pivô, de modo que o caminho dessas fibras se desvie do caminho que teriam tomado se o pivô não estivesse presente. Preferencialmente, o caminho de fibra de cada fibra desviada em torno do pivô forma um arco em torno do pivô de não mais de 200 graus, preferencialmente um arco de não mais de 180 graus. Idealmente, cada fibra desviada será desviada para o lado do pivô que requer a menor divergência de seu caminho e, assim, entrará em contato com o pivô ao longo de um arco de não mais de 180 graus. Na verdade, a maioria das fibras que são incidentes sobre o pivô em um deslocamento lateral do centro do pivô entrará em contato com o pivô ao longo de um arco muito menor. No entanto, será compreendido que alguma variação de processo, tal como vibração ou irregularidades de fabricação na maquinaria de formação, pode resultar em um pequeno número de fibras sendo deslocadas para o lado menos eficiente do pivô e, assim, um pequeno número dessas fibras pode entrar em contato com o pivô ao longo de um arco maior que 180 graus. No entanto, estes podem ser mantidos a um mínimo e são preferencialmente totalmente excluídos.

[0013] Em alguns exemplos, o primeiro e/ou segundo contato de pivô substancialmente nenhuma extremidade de fibra, isto é, o primeiro e/ou segundo pivô é cercado apenas por reforço de fibra contínuo.

[0014] Em alguns exemplos, o primeiro e/ou segundo pivô compreende uma extensão de guia de fibra que se estende a partir do pivô. Em tais exemplos, o método pode compreender desviar o reforço de fibra contínuo em torno da(s) extensão(ões) de guia de fibra do primeiro e/ou segundo pivô. Isso pode ajudar a aplicação precisa do reforço de fibra contínuo em torno dos pivôs, por exemplo, ajudando a garantir que o membro de junção esteja firmemente embutido na estrutura polimérica reforçada com fibra e/ou auxiliando a automação de parte ou de toda a aplicação de fibra. A ou cada extensão de guia de fibra pode ter uma forma cônica. Uma extensão de guia de fibra cônica pode guiar as fibras de forma suave e natural para as posições desejadas em torno do respectivo pivô. A ou cada extensão de guia de fibra pode se estender substancialmente paralela ou coaxial com um eixo de pivô de seu respectivo pivô.

[0015] A ou cada extensão de guia de fibra pode ser removida durante a fabricação (uma vez que tenha sido usada para guiar a fibra), ou pode formar uma parte permanente do membro de junção. A ou cada extensão de guia de fibra pode ser integral com seu respectivo pivô, por exemplo, eles podem ser usinados a partir da mesma peça de material (por exemplo, metal). No entanto, em alguns exemplos, a ou cada extensão de guia de fibra é uma parte separada que está ligada ao seu respectivo pivô, por exemplo, durante a montagem do membro de junção. Em alguns exemplos, o método compreende subsequentemente remover a(s) referida(s) extensão(ões) de guia de fibra. A(s) extensão(ões) de guia(s) de fibra pode(m) ser removida(s) após a estrutura polimérica reforçada com fibra única ter sido formada ou após a estrutura polimérica reforçada com fibra única ter sido dividida no primeiro e no segundo eixos de FRP. A remoção da(s) extensão(ões) de guia de fibra pode envolver separar fisicamente uma extensão integral do resto do pivô (por exemplo, por encaixe, usinagem ou serragem da extensão do resto do pivô), ou pode simplesmente envolver reverter um processo de fixação.

[0016] Será reconhecido que o uso de uma extensão de guia de fibra pode resultar em uma única estrutura polimérica reforçada com fibra na qual o reforço de fibra contínuo circunda os lados de um pivô, mas na qual o topo do pivô é substancialmente livre de fibra. Em tais exemplos, o pivô pode ser mantido em posição axialmente (ao longo do eixo de pivô) pelo reforço de fibra contínuo circundante e matriz polimérica. Como o reforço de fibra contínuo e a matriz polimérica são aplicados diretamente ao pivô, o pivô se encaixará precisamente dentro do FRP e, assim, será mantido de forma segura sem ser travado separadamente no lugar, por exemplo, por um anel de travamento ou um parafuso sem cabeça.

[0017] Em alguns exemplos, o método compreende a aplicação de reforço de fibra contínuo, de modo que o primeiro e/ou o segundo pivô sejam inteiramente fechados por fibra contínua. Em exemplos que utilizam extensão(ões) de guia de fibra, a fibra adicional pode ser aplicada no topo do pivô após a extensão de guia de fibra ter sido removida para encerrar o pivô. Em tais exemplos, o pivô pode ser restringido mecanicamente axialmente pela fibra contínua envolvente.

[0018] Em alguns exemplos, o primeiro e/ou o segundo pivô podem compreender um ou mais recessos ou saliências com os quais o reforço de fibra contínuo e/ou a matriz de polímero engata para manter o pivô no lugar axialmente. Por exemplo, o primeiro e/ou segundo pivô pode compreender uma nervura ou ranhura circunferencial que se estende em torno de um eixo de pivô respectivo com o qual o reforço de fibra contínuo e/ou a matriz de polímero engata para restringir mecanicamente o pivô dentro do primeiro e/ou segundo eixo de FRP.

[0019] Em alguns exemplos, a forma compreende um núcleo sacrificial que envolve pelo menos parcialmente o membro de junção e em torno do qual o reforço de fibra contínuo é aplicado. Em tais exemplos, o método compreende a remoção do referido núcleo sacrificial.

[0020] O núcleo sacrificial pode ajudar a guiar o reforço de fibra contínuo para uma posição e/ou orientação desejada nos eixos de FRP resultantes. Por exemplo, o núcleo sacrificial pode ter uma forma que, quando removida, deixa para trás uma cavidade dentro da junta universal que permite que o primeiro e o segundo eixos de FRP girem em torno do primeiro e do segundo pivôs.

[0021] Como o núcleo sacrificial é subsequentemente removido, ele pode parcial, principalmente ou inteiramente circundar o membro de junção sem impactar na operação da junta resultante. O núcleo sacrificial pode ajudar a manter o membro de junção em uma posição e/ou orientação corretas quando está incorporado na estrutura polimérica reforçada com fibra. Por exemplo, o uso de um núcleo sacrificial pode permitir que o primeiro e o segundo pivôs sejam orientados com precisão perpendicularmente aos eixos ao longo dos quais o primeiro e o segundo eixos de FRP se estenderão, garantindo o funcionamento adequado da junta universal resultante.

[0022] Em alguns exemplos, o método compreende a remoção do núcleo sacrificial após a divisão da estrutura reforçada com fibra única. O núcleo sacrificial pode ajudar a proteger o membro de junção e/ou a estrutura polimérica reforçada com fibra durante o processo de divisão. Por exemplo, o núcleo sacrificial pode atuar como uma barreira física entre um instrumento de corte e o membro de junção durante o processo de divisão, por exemplo, protegendo o membro de junção de detritos de corte.

[0023] Em alguns exemplos, o método compreende remover o núcleo sacrificial por meios mecânicos ou físicos, por exemplo, lavando um núcleo de areia ou fundindo e drenando um núcleo sólido. Adicional ou alternativamente, o núcleo sacrificial pode ser removido por meios químicos, por exemplo, dissolvendo um núcleo solúvel.

[0024] Em alguns exemplos, a estrutura polimérica reforçada com fibra únicas compreende uma haste (por exemplo, uma haste cilíndrica) que se estende ao longo de um eixo central. Isso pode facilitar a criação do primeiro e do segundo eixos de FRP que estão alinhados com precisão, porque eles são formados dividindo um eixo de polímero reforçado com fibra única inerentemente alinhado. Em tais exemplos, o reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de polímero reforçado com fibra será alinhado com o reforço de fibra contínuo do segundo eixo de polímero reforçado com fibra quando o primeiro eixo de polímero reforçado com fibra estiver alinhado com o segundo eixo de polímero reforçado com fibra.

[0025] A forma pode compreender um mandril (por exemplo, um mandril cilíndrico) em torno do qual o reforço de fibra contínuo é aplicado. Isto pode facilitar a criação de uma única estrutura de polímero reforçado com fibra compreendendo uma haste.

[0026] Em um conjunto de exemplos, a estrutura polimérica reforçada com fibra única é formada em torno de um único mandril. O mandril único pode ter um diâmetro constante, de modo que o primeiro e o segundo eixos de FRP resultantes tenham diâmetros internos iguais. A formação da estrutura polimérica reforçada com fibra única em torno de um único mandril pode garantir que o primeiro e o segundo eixos de FRP resultantes estejam alinhados com precisão.

[0027] O membro de junção e/ou o núcleo sacrificial podem ser montados para e/ou em torno do mandril antes do reforço de fibra contínuo ser aplicado. O método pode compreender remover o membro de junção e/ou o núcleo sacrificial do mandril, por exemplo, após a criação da estrutura polimérica reforçada com fibra única ou após a divisão da estrutura reforçada com fibra única. O membro de junção pode compreender um furo através do qual o mandril passa. Em alguns desses exemplos, o furo no membro de junção compreende um diâmetro interno que é igual ou maior que um diâmetro interno da estrutura polimérica reforçada com fibra únicas. Em tais exemplos, o furo no membro de junção compreende, assim, um diâmetro interno que é igual ou maior que um diâmetro interno do primeiro e/ou segundo eixos de FRP.

[0028] Em alguns conjuntos de exemplos, a forma compreende dois (ou mais) mandris separados em torno dos quais a estrutura polimérica reforçada com fibra única é formada. Por exemplo, a forma pode compreender um primeiro mandril em torno do qual a fibra que formará o primeiro eixo de FRP é aplicada e um segundo mandril em torno do qual a fibra que formará o segundo eixo de FRP é aplicada. Isso pode ser conveniente, por exemplo, para formar o primeiro e o segundo eixos de FRP com dimensões diferentes (por exemplo, diâmetros internos diferentes). Em tais exemplos, o membro de junção e/ou o núcleo sacrificial podem ser montados em e/ou em torno de um ou mais dos mandris separados.

[0029] O reforço de fibra contínuo aplicado à forma pode compreender reforço de fibra contínuo que é pré-impregnado com a matriz polimérica (por exemplo, o reforço de fibra contínuo pode assumir a forma de um fio pré-impregnado). O reforço de fibra contínuo aplicado à forma pode compreender reforço de fibra contínuo que é impregnado com uma matriz de polímero líquido imediatamente antes de ser aplicado à forma (por exemplo, usando um banho de polímero, isto é, fibra enrolada a úmido). Em um conjunto de exemplos, adicional ou alternativamente, o método compreende aplicar reforço de fibra contínua seca à forma e subsequentemente introduzir a matriz polimérica. Em alguns desses exemplos, o método compreende colocar o reforço de fibra contínuo seco aplicado e a forma em um molde e, em seguida, introduzir a matriz polimérica no molde.

[0030] A matriz polimérica pode compreender uma resina termoplástica, tais como sulfeto de polifenileno (PPS), poliéter éter cetona (PEEK), polietercetona (PEKK), polietercetona (PEK) ou outro polímero que faz parte da família da poliariletercetona (PAEK). Em um conjunto de exemplos, a matriz polimérica compreende uma resina termoendurecível, tal como uma resina epóxi ou uma resina fenólica. Nos exemplos que apresentam uma resina termoendurecível, o método pode compreender a cura da matriz polimérica. O método pode compreender a cura da matriz polimérica para formar a estrutura reforçada com fibra única (isto é, antes de dividir a estrutura reforçada com fibra única no primeiro e no segundo eixos de FRP). A cura da matriz antes da divisão (isto é, para formar uma estrutura rígida reforçada com fibra única) pode garantir que o primeiro e o segundo eixos de FRP resultantes estejam alinhados com precisão.

[0031] O primeiro e/ou segundo eixo de polímero reforçado com fibra pode compreender reforço de fibra contínuo que se estende em um ângulo baixo até um eixo central ao longo do qual o respectivo primeiro e/ou segundo eixo de polímero reforçado com fibra se estende (referido como fibra de ângulo baixo). Por exemplo, o primeiro eixo de polímero reforçado com fibra pode compreender reforço de fibra contínuo que se estende a menos de 30° em relação ao eixo central, menos de 20° em relação ao eixo central, menos de 10° em relação ao eixo central, menos de 5° em relação ao eixo central ou mesmo a 0° em relação ao eixo central. Fibra de ângulo baixo pode fornecer um eixo com resistência e/ou rigidez adicional na direção axial.

[0032] Em um conjunto de exemplos, o método compreende trançar o reforço de fibra contínuo na forma, por exemplo, usando uma máquina de trança de fibra. Vantajosamente, trançar o reforço de fibra contínuo pode permitir ou simplificar a aplicação de fibra de baixo ângulo. Em alguns exemplos, adicional ou alternativamente, o reforço de fibra contínuo pode ser aplicado com outras técnicas, tais como enrolamento de filamentos, Colocação Automatizada de Fibra (AFP) ou colocação manual de tecidos de fibra.

[0033] O primeiro e o segundo pivôs permitem que os respectivos primeiro e segundo eixos girem em relação ao membro de junção em torno dos respectivos primeiro e segundo eixos de pivô. O membro de junção pode ter um cubo central a partir do qual o primeiro e o segundo pivôs se estendem. O primeiro e/ou segundo pivô pode compreender uma bucha. Em um conjunto de exemplos, o primeiro e/ou segundo pivô compreende um rolamento, tal como um rolamento de rolos. Como mencionado acima, em alguns exemplos, o membro de junção compreende um furo para acomodar um mandril durante a fabricação. O furo pode ser formado no cubo central. O furo pode se estender perpendicularmente ao primeiro e segundo eixos de pivô.

[0034] O conjunto de junta universal pode compreender apenas um primeiro pivô e um segundo pivô. No entanto, em um conjunto de exemplos, o membro de junção compreende dois primeiros pivôs coaxiais incorporados dentro do reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de polímero reforçado com fibra e/ou dois segundos pivôs coaxiais incorporados dentro do reforço de fibra contínuo do segundo eixo de polímero reforçado com fibra. O uso de dois pivôs coaxiais para acoplar um eixo ao membro de junção pode resultar em uma junta universal mais forte e/ou mais estável. Os primeiro e/ou segundo pivôs coaxiais podem ser fornecidos em lados opostos dos respectivos primeiro e/ou segundo eixos. O membro de junção pode compreender uma forma cruciforme. Pares opostos de primeiro e segundo pivôs podem se estender a partir de um cubo central do membro de junção.

[0035] O primeiro e/ou segundo eixo de FRP pode ter um diâmetro externo constante ao longo de todo o seu comprimento. No entanto, em um conjunto de exemplos, o primeiro eixo de polímero reforçado com fibra compreende uma região de acoplamento na qual o primeiro pivô do membro de junção é incorporado e uma região principal que se estende para longe da região de acoplamento, em que a região principal tem um diâmetro externo diferente da região de acoplamento. Adicional ou alternativamente, o segundo eixo de polímero reforçado com fibra compreende uma região de acoplamento na qual o segundo pivô do membro de junção está incorporado e uma região principal que se estende para longe da região de acoplamento, em que a região principal tem um diâmetro externo diferente da região de acoplamento.

[0036] A região principal do primeiro e/ou segundo eixo de FRP pode ter um diâmetro externo menor do que a região de acoplamento do respectivo primeiro e/ou segundo eixo de FRP. Em tais exemplos, a região de acoplamento pode ser feita grande o suficiente para acomodar o membro de junção, mas a região principal pode ser feita menor para reduzir um tamanho e/ou massa do conjunto de junta universal. O primeiro e/ou segundo eixos de FRP com uma região de acoplamento maior do que a região principal podem ser formados aplicando o reforço de fibra contínuo a um núcleo e/ou mandril sacrificial adequadamente formado.

[0037] Em um conjunto de exemplos, o primeiro e/ou segundo eixo de polímero reforçado com fibra compreende uma ou mais regiões com camadas adicionais de reforço de fibra. Por exemplo, uma região de acoplamento, uma região principal e/ou uma região de transição entre o acoplamento e as regiões principais podem ser reforçadas com camadas adicionais de reforço de fibra para adicionar resistência e/ou rigidez. Camadas adicionais de reforço de fibra no primeiro e/ou segundo eixo de FRP podem ser alcançadas aplicando reforço de fibra adicional a uma ou mais regiões correspondentes da estrutura polimérica reforçada com fibra única (por exemplo, realizando múltiplas passagens de certas regiões com uma máquina de trançagem).

[0038] O primeiro eixo de polímero reforçado com fibra é acoplado ao segundo eixo de polímero reforçado com fibra através do membro de junção para formar uma junta universal. Será entendido que para formar tal conjunto de junta universal, o primeiro eixo de FRP se estende ao longo de um primeiro eixo central e é acoplado de forma articulada ao membro de junção através do primeiro pivô em torno de um primeiro eixo de pivô que se estende perpendicularmente ao primeiro eixo central. A segunda haste se estende ao longo de um segundo eixo central e é articuladamente acoplada ao membro de junção através do segundo pivô em torno de um segundo eixo de pivô que se estende perpendicularmente ao segundo eixo central. O primeiro e o segundo eixos de pivô são perpendiculares entre si. Este arranjo permite que o conjunto de junta universal transfira o movimento de rotação do primeiro eixo de FRP em torno do primeiro eixo central para o movimento de rotação do segundo eixo de FRP em torno do segundo eixo central.

[0039] O conjunto de junta universal pode ser disposto para transferir o movimento de rotação quando o primeiro e o segundo eixos de FRP (isto é, os eixos centrais do primeiro e do segundo eixos de FRP) são angularmente deslocados em até 5°, até 10°, até 15° ou mesmo até 20° ou mais. O conjunto de junta universal pode ser adequado para uso em um atuador dentro de uma asa de avião. Por conseguinte, a presente divulgação se estende a um atuador de asa de avião compreendendo um conjunto de junta universal como divulgado neste documento.

[0040] Em um conjunto de exemplos, o membro de junção compreende um metal, tal como alumínio ou aço inoxidável. O reforço de fibra contínuo no primeiro e/ou segundo eixo pode compreender fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida, fibras de boro ou fibras de polímero.

[0041] As características de qualquer aspecto ou exemplo aqui descrito podem, sempre que apropriado, ser aplicadas a qualquer outro aspecto ou exemplo aqui descrito. Quando é feita referência a diferentes exemplos, deve-se entender que eles não são necessariamente distintos, mas podem se sobrepor.

Descrição Detalhada

[0042] Um ou mais exemplos não limitativos serão agora descritos, a título de exemplo apenas, e com referência às figuras anexas nas quais: A Figura 1 é uma vista esquemática de um conjunto de junta universal de acordo com um exemplo da presente divulgação; A Figura 2 é uma seção transversal do conjunto de junta universal mostrado na Figura 1; A Figura 3 mostra o membro de junção do conjunto de junta universal em mais detalhes; As Figuras 4-10 ilustram várias etapas em um método de fabricação do conjunto de junta universal mostrado na Figura 1; e A Figura 11 mostra um avião com um atuador de asa de avião compreendendo o conjunto de junta universal mostrado na Figura 1.

[0043] As Figuras 1 e 2 ilustram um conjunto de junta universal 100 compreendendo um primeiro eixo de polímero reforçado com fibra (FRP) 102, um segundo eixo de FRP 104 e um membro de junção 106.

[0044] O primeiro e o segundo eixos de FRP 102, 104 compreendem reforço de fibra contínuo (por exemplo, reforço de fibra de carbono contínuo) dentro de uma matriz polimérica (por exemplo, epóxi).).

[0045] O reforço de fibra contínuo se estende em várias direções diferentes e, neste exemplo, inclui fibra de grau zero 105 que se estende a 0° para os eixos nos quais os eixos 102, 104 se estendem. O primeiro e o segundo eixos FRP 102, 104 também compreendem várias regiões de reforço de fibra adicional 107, por exemplo, para fornecer rigidez e/ou resistência adicional ao conjunto de junta universal 100.

[0046] O primeiro e o segundo eixos de FRP 102, 104 são acoplados em conjunto com o membro de junção 106.

[0047] O membro de junção 106 é mostrado na Figura 3. O membro de junção 106 tem uma forma cruciforme e compreende um cubo central 108 a partir do qual dois primeiros pivôs 110 e dois segundos pivôs 112 se estendem. Os primeiros pivôs 110 são coaxiais e se estendem ao longo de um primeiro eixo de pivô. Os segundos pivôs 112 são coaxiais e se estendem ao longo de um segundo eixo de pivô. O primeiro eixo de pivô é perpendicular ao segundo eixo de pivô.

[0048] Cada um dos primeiro e segundo pivôs 110, 112 compreende um olhal de pivô que se estende a partir do cubo central 108 e um rolamento que pode girar em torno do olhal de pivô, isto é, em torno do primeiro ou segundo eixo de pivô correspondente. O cubo central 108 define um furo 113 que se estende perpendicular ao primeiro e segundo eixos de pivô.

[0049] No conjunto de junta universal 100, os mancais dos primeiros pivôs 110 são incorporados dentro do reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de FRP 102. O reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de FRP 102 é desviado, ininterrupto, em torno dos rolamentos dos primeiros pivôs 110. O primeiro eixo de FRP 102 é, assim, firmemente fixado aos rolamentos dos primeiros pivôs 110. Neste exemplo, nenhum adesivo é necessário para fixar o primeiro eixo de FRP 102 aos rolamentos dos primeiros pivôs 110.

[0050] Os primeiros pivôs 110 são fixados ao primeiro eixo de FRP 102 de modo que o primeiro eixo de pivô seja perpendicular ao eixo ao longo do qual o primeiro eixo de FRP 102 se estende. O primeiro eixo de FRP 102 é, assim, capaz de girar em relação ao cubo central 108 do membro de junção 106 em torno de um eixo perpendicular à direção na qual se estende.

[0051] Da mesma forma, os rolamentos dos segundos pivôs 112 são incorporados dentro do reforço de fibra contínuo do segundo eixo de FRP 104. O reforço de fibra contínuo do segundo eixo de FRP 104 é desviado, ininterrupto, em torno dos mancais dos segundos pivôs 112. O segundo eixo de FRP 104 é, assim, firmemente fixado aos rolamentos dos segundos pivôs 112. Neste exemplo, nenhum adesivo é necessário para fixar o segundo eixo de FRP 104 aos rolamentos dos segundos pivôs 112.

[0052] Os segundos pivôs 112 são fixados ao segundo eixo de FRP 104 de modo que o segundo eixo de pivô seja perpendicular ao eixo ao longo do qual o segundo eixo de FRP 104 se estende. O segundo eixo FRP 104 também é capaz de girar em relação ao cubo central 108 do membro de união 106 em torno de um eixo perpendicular à direção em que se estende.

[0053] O primeiro e o segundo eixos de FRP 102, 104 são assim acoplados pelo membro de junção 106 para formar uma junta universal. Quando o primeiro eixo de FRP 102 é girado em torno do eixo ao longo do qual se estende, este movimento de rotação é transmitido através do membro de junção 106 para girar o segundo eixo de FRP 104 em torno do eixo ao longo do qual se estende, mesmo quando o primeiro e o segundo eixos 102, 104 não estão alinhados.

[0054] O conjunto de junta universal 100 apresenta, assim, apenas três partes principais: os eixos de FRP 102 e o membro de junção 106. Os eixos 102, 104 são acoplados diretamente ao membro de junção 106 sem a necessidade de conectores de extremidade em cada eixo. O conjunto de junta 100, portanto, tem apenas um número limitado de junções onde desalinhamentos ou folga rotacional podem ser introduzidos. Além disso, como explicado abaixo, o conjunto de junta universal 100 pode ser fabricado de forma eficiente com apenas um pequeno número de etapas de montagem.

[0055] As Figuras 4-9 ilustram um método para fabricar o conjunto de junta universal 100.

[0056] Em uma primeira etapa mostrada na Figura 4, um núcleo sacrificial 200 é formado (por exemplo, por moldagem, usinagem ou impressão 3D). O núcleo sacrificial 200 compreende duas metades simétricas, com apenas uma metade mostrada na Figura 4. O núcleo sacrificial 200 é moldado para formar um vazio dentro do conjunto de junta universal final 100 que reduz a massa e permite que a junta universal funcione.

[0057] Na próxima etapa, mostrada na Figura 5, as duas metades do núcleo sacrificial 200 são encaixadas em torno do membro de junção 106. Novamente, para maior clareza, apenas metade do núcleo sacrificial 200 é mostrada na Figura 5. O núcleo sacrificial 200 garante que o membro de junção 106 seja mantido exatamente na posição e orientação corretas durante todo o processo de fabricação.

[0058] A Figura 6 mostra uma etapa opcional de encaixe de picos de trança 202 (ou, mais geralmente, picos de desvio de fibra) aos rolamentos do membro de junção 106. Esses picos 202 podem ser usados para guiar fibras de reforço em torno dos rolamentos durante a etapa de trançagem de fibra subsequente (ou outra colocação de fibra).

[0059] Na próxima etapa, ilustrada na Figura 7, o núcleo 200 e o membro de junção 106 são montados em um mandril cilíndrico 204 para criar uma forma 205. O mandril 204 se estende ao longo de um eixo central C que é perpendicular ao primeiro e segundo eixos de pivô do membro de junção 106. O mandril 204 passa através do furo 113 no cubo central 108 do membro de junção 106. O mandril 204 tem um diâmetro que é aproximadamente igual ao diâmetro interno do furo 113.

[0060] Na próxima etapa, ilustrada na Figura 8, uma máquina de trançagem (não mostrada) é usada para aplicar reforço de fibra seca contínuo 206 sobre o mandril 204, o núcleo 200 e o membro de junção 106. O uso de trançagem permite que a fibra de reforço contínuo 206 se estenda em muitas direções diferentes, incluindo a 0° em relação ao eixo central C. A máquina de trançagem pode passar por algumas partes do mandril 204 várias vezes para formar regiões de reforço de fibra adicional.

[0061] Conforme ilustrado na Figura 9, todo o conjunto é então colocado em um molde 208 e uma matriz polimérica 210 é introduzida que impregna o reforço de fibra contínuo 206. A matriz polimérica 210 é então curada para formar uma única estrutura polimérica reforçada com fibra 212 na qual o membro de junção é incorporado. Como o diâmetro interno do furo 113 no cubo central 108 é aproximadamente igual ao diâmetro do mandril 204, o diâmetro interno do furo 113 também é aproximadamente igual ao diâmetro interno da estrutura polimérica reforçada com fibra única 212 (e, portanto, aproximadamente igual ao diâmetro interno dos primeiro e segundo eixos de FRP resultantes 102, 104).

[0062] Então, como ilustrado na Figura 10, a estrutura de polímero reforçado com fibra única 212 é dividida em um primeiro eixo de FRP 102 e um segundo eixo de FRP 104 por usinagem de uma ranhura 214. A ranhura 214 é usinada para deixar os primeiros pivôs 110 embutidos no reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de FRP 102 e os segundos pivôs 112 embutidos no reforço de fibra contínuo do segundo eixo de FRP 104. O núcleo sacrificial 200 protege o membro de junção 106 durante este processo de usinagem. O primeiro e o segundo eixos de FRP 102, 104 são assim formados a partir de reforço de fibra contínuo que foi enrolado em um único mandril 204, o que garante que eles estejam alinhados com precisão.

[0063] Finalmente, o mandril 204 é removido e o núcleo sacrificial 200 é lavado ou removido de outra forma para deixar para trás o conjunto de junta universal 100 mostrado na Figura 1.

[0064] Como mostrado na Figura 11, neste exemplo, o conjunto de junta universal 100 compreende parte de um atuador de asa de avião 302 de um avião 300. O conjunto de junta universal 100 permite que o movimento rotacional seja transferido ao longo do atuador à medida que flexiona com a asa durante o voo.

[0065] Embora a presente divulgação tenha sido descrita em detalhes em associação apenas a um número limitado de exemplos, deve ser prontamente entendido que a presente divulgação não está limitada a tais exemplos divulgados. Em vez disso, a presente divulgação pode ser modificada para incorporar qualquer número de variações, alterações, substituições ou arranjos equivalentes, até agora não descritos, mas que são comensuráveis com o escopo da presente divulgação. Além disso, embora vários exemplos da divulgação tenham sido descritos, deve ser entendido que aspectos da divulgação podem incluir apenas alguns dos exemplos descritos. Consequentemente, a divulgação não deve ser vista como limitada pela descrição anterior, mas é apenas limitada pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Método para produzir um conjunto de junta universal, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um membro de junção para formar uma junta universal, o referido membro de junção compreendendo um primeiro pivô e um segundo pivô; aplicar reforço de fibra contínuo e uma matriz polimérica a uma forma incluindo o referido membro de junção para criar uma única estrutura polimérica reforçada com fibra na qual o membro de junção está incorporado; e dividir a referida estrutura reforçada com fibra única em um primeiro eixo de polímero reforçado com fibra e um segundo eixo de polímero reforçado com fibra que são acoplados entre si pelo membro de junção para formar uma junta universal.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro pivô do membro de união é embutido no reforço de fibra contínua da primeira haste de polímero reforçado com fibra e o segundo pivô do membro de junção é embutido no reforço de fibra contínua da segunda haste de polímero reforçado com fibra.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a forma compreende um núcleo sacrificial que envolve pelo menos parcialmente o membro de junção e em torno do qual o reforço de fibra contínuo é aplicado, e o método compreende remover o referido núcleo sacrificial após dividir a estrutura reforçada com fibra única.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a forma compreende um único mandril em torno do qual o reforço de fibra contínuo é aplicado.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende trançar o reforço de fibra contínuo na forma.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende guiar o reforço de fibra contínuo em torno das extensões de guia de fibra cônica do primeiro e do segundo pivôs do membro de junção e, subsequentemente, remover as referidas extensões de guia de fibra cônica.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende aplicar reforço de fibra contínuo seco à forma, colocar o reforço de fibra contínuo seco e a forma em um molde e, em seguida, introduzir a matriz polimérica no molde.

8. Conjunto de junta universal, caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro eixo de polímero reforçado com fibra; um segundo eixo de polímero reforçado com fibra; e um membro de junção compreendendo um primeiro pivô incorporado dentro do reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de polímero reforçado com fibra e um segundo pivô incorporado dentro do reforço de fibra contínuo do segundo eixo de polímero reforçado com fibra, o referido membro de junção acoplando o primeiro eixo de polímero reforçado com fibra ao segundo eixo de polímero reforçado com fibra para formar uma junta universal.

9. Conjunto de junta universal de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de polímero reforçado com fibra no qual o primeiro pivô é incorporado é desviado em torno do primeiro pivô.

10. Conjunto de junta universal de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de polímero reforçado com fibra está alinhado com o reforço de fibra contínuo do segundo eixo de polímero reforçado com fibra quando o primeiro eixo de polímero reforçado com fibra está alinhado com o segundo eixo de polímero reforçado com fibra.

11. Conjunto de junta universal de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que o primeiro eixo de polímero reforçado com fibra compreende reforço de fibra contínuo que se estende paralelo a um eixo ao longo do qual o primeiro eixo de polímero reforçado com fibra se estende.

12. Conjunto de junta universal de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que o membro de junção compreende um furo com um diâmetro interno que é igual ou maior que um diâmetro interno do primeiro eixo de polímero reforçado com fibra e/ou do segundo eixo de polímero reforçado com fibra.

13. Conjunto de junta universal de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que o membro de junção compreende dois primeiros pivôs coaxiais incorporados dentro do reforço de fibra contínuo do primeiro eixo de polímero reforçado com fibra e dois segundos pivôs coaxiais incorporados dentro do reforço de fibra contínuo do segundo eixo de polímero reforçado com fibra.

14. Conjunto de junta universal de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro eixo de polímero reforçado com fibra compreende uma região de acoplamento na qual o primeiro pivô do membro de junção está incorporado e uma região principal que se estende para longe da região de acoplamento, em que a região principal tem um diâmetro menor do que a região de acoplamento.

15. Conjunto de junta universal de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro eixo de polímero reforçado com fibra compreende uma ou mais regiões com camadas adicionais de reforço de fibra.