CN102548742A - 包括连接至本体的端部接头的产品 - Google Patents

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Abstract

包括连接到本体(14)的接头(12)的产品(10)。接头(12)具有配合部分(12b)和轴线，配合部分包括形成入其周界表面的通道(18)。本体(14)包括围绕端部接头(12)的配合部分(12b)的至少一些周界表面设置的轴向层(20)和围绕轴向层(20)在对应于至少一些通道(IS)的位置处设置、从而将至少一些轴向层(20)推入通道(18)的一部分的箍层(30)。通道(18)布置成使得至少一些通道形成不与接头(2)的轴线正交的路径，使得通道(18)的至少一些表面区域形成用于在转动力施加到接头和本体之一时，传递接头(12)与本体(14)之间的扭矩的负载支承表面。

Description

包括连接至本体的端部接头的产品
有很多已知应用，在这些应用中有利的是减轻设备的一个或多个部件的重量。实例包括陆地和海洋交通工具、飞机和个人装备。已知用复合等同物来代替诸如金属部件的某些部件，因为复合等同物通常比其所代替的金属部件轻得多。因此，复合物在各部件中的应用在减轻重量和增加效率的研究中变得越来越常见。但是用复合等同物来代替整个部件并不总是合适的，因为复合材料可能不具有形成特定元件所必须的特性。一种实例是螺纹配件。因此，已知制造或形成包括连接至复合部件的非复合部件的部分。
如上文所指出的，使用特定的复合部件是有利的一个应用实例是在飞机中，例如作为起落架组件的一部分。但是，典型的起落架组件的特定部件、诸如缩回致动器和侧撑杆经受相当大的轴向力和压缩力其它部件可能经受各种力和/或扭矩。因此，任何局部复合部件应当设计成承受这些力和/或扭矩，尤其是在部件的复合构件与非复合构件之间的界面处。
根据本发明的第一方面，提供有包括连接到本体的接头的设备，该接头具有配合部分和轴线，该配合部分包括形成入其周界表面的通道，该本体包括轴向层和箍层，该轴向层围绕端部接头的配合部分的至少一些周界表面设置，该箍层围绕对应于至少一些通道的位置处的轴向层设置，从而将至少一些轴向层推入通道的一部分，其中，通道布置成使得至少一些通道形成不与接头的轴线正交的路径，使得通道的至少一些表面区域形成负载支承表面，负载支承表面用于在转动力施加到接头和本体之一时，传递接头与本体之间的扭矩。
因此，通道的形成不与轴线(例如纵向轴线或另一转动轴线)正交的路径的部分以类似于“花键”等方式作用。因此，非正交部分的表面区域使得扭矩能够通过本体与接头之间。该箍层用于约束轴向层在负载状态下在通道外张开，包括在本体与接头之间的扭矩的传递过程中和轴向负载过程中。
至少一些通道的路径可沿非线性构造延伸。
因此，至少一些通道可具有例如正弦曲线、大致方波或锯齿波构造。这种构造通常致使具有不与接头的轴线正交的多个部分的通道。
该通道可包括多个部分，这些多个部分各自布置成形成不与接头的轴线正交的路径。
相对于仅具有不与接头的轴线正交的单个部分的设备，各布置成形成不与接头的轴线正交的路径的多个部分可改善设备的扭矩传递特性。
该通道可环绕接头的配合部分的周界表面。
至少一些通道可具有布置成对施加于设备的轴向力起作用的平坦侧壁。该设备还可包括套环，该套环布置成机械联接到接头以包围本体的相邻于通道的部分。
至少一些通道可具有弯曲的横截面。
因此，在某些实施例中，通道不形成任何会至少本体与接头之间的接合处应力集中的锐边。
该设备可包括多个分离通道。该通道可以基本彼此相同。
该接头可包括非复合部分。该轴向层可包括复合材料。该箍层可包括复合材料。
因此，设备的本体可由复合材料形成，在很多情况中，相对于诸如金属的非复合材料，该复合材料倾向于更轻并具有其它优秀性能。但是，该接头可由诸如金属的非复合成分形成，其具有对于正在讨论的部件比复合材料有利的性能。
根据本发明的第二方面，提供有包括连接到本体的接头的设备的方法，该方法包括步骤：提供具有配合部分和轴线的接头，该配合部分包括形成入其周界表面的通道，其中，该通道布置成使得至少一些通道形成不与接头的轴线正交的路径；以及形成本体，本体的形成通过：围绕接头的配合部分的至少一些周界表面设置轴向层；以及围绕对应于至少一些通道的位置处的轴向层设置箍层，从而将至少一些轴向层推入通道的一部分，使得通道的至少一些表面区域形成负载支承表面，负载支承表面用于在转动力施加到接头和本体之一时传递接头与本体之间的扭矩。
该方法可还可包括分别设置交替轴向层和箍层，直到本体具有大致圆筒形构造的步骤。
该方法可包括设置围绕至少一些周界表面的另一轴向层的步骤。
设置轴向层的步骤或各步骤可包括编织轴向层。设置箍层的步骤或各步骤可包括细丝缠绕箍层。
现将参照附图仅以非限制性示例的方式描述本发明的实施例，附图中：
图1示出根据本发明实施例的设备的局部纵向截面，该设备包括连接至本体的端部接头；
图2a和2b示出根据本发明一实施例的设备的端部接头的立体图；以及
图3示出根据本发明另一实施例的设备的局部纵向截面，该设备包括连接至本体的端部接头。
图1概观地示出根据本发明一实施例的设备10的局部纵向剖视图。设备10包括连接至非复合端部接头12的复合本体14。端部接头12呈大致圆筒形形状，包括直径缩窄以形成配合部分12b的肩部12a。在该实施例中，配合部分12b包括多个通道18。每个通道18由峰部19分开。端部接头12是中空的，限定可布置成接纳螺钉或其它连接或固定装置的盲孔13。本体14与端部接头12机械互锁。
参照图2a和2b，示出根据本发明一实施例的设备的端部接头12的实例。端部接头12呈大致圆筒形形状并具有纵向轴线L。在某些实施例中，纵向轴线L可由转动轴线代替。多个通道18绕端部接头12的侧壁周界延伸。各通道18布置成各自限定不与纵向轴线L正交的至少一部分。所示实例中，端部接头12的配合部分12b包括多个离散的通道，每个离散的通道围绕端部接头12的周界遵循非直线路径、即非圆形路径。更具体来说，通道具有绕端部接头12的周向侧壁的大致正弦曲线路径。在该实例中，每个通道18与每个其它通道相同，但不是必须这样。相邻通道由槽脊区域19分隔，槽脊区域19可采用任何合适的构造。每个通道18具有弯曲的横截面，这可减少结合处的应力集中，如下面参考图1所述的。由于围绕端部接头12的周界的通道的非正交部分，通道布置成使得每个通道18的至少一些表面区域形成槽脊支承表面，该槽脊支承表面在转动力施加到端部接头12和复合本体14之一时用于传递端部接头12与连接到端部接头的复合本体14之间的扭矩。这是因为当转动力绕纵向轴线施加到端部接头或本体时，布置成与纵向轴线不正交的通道的表面区域以类似于“花键”的方式作用，由此促进扭矩通过复合部件与非复合部件之间。
应注意，端部接头不限于所示构造，而在其它实施例中可具有任何合适的形状，包括以任何合适构造布置的一个或多个通道，使得通道的至少一部分沿相对于端部接头的纵向轴线和/或转动方向不正交的方向延伸。替代的通道布置的实例的非穷尽列举可以是螺旋通道、一个或多个非线性通道、诸如围绕端部接头的周界延伸的大致锯齿状或方波状通道。如果设置螺旋通道，则其可构造成使得剪应力沿其路径变化以帮助扭矩传递。通道的路径不形成锐边是有利的，因为在某些实施例中，这会使应力集中最小化。如果配合部分12b的纵向截面的构造类似正弦曲线，使得通道的连续形成光滑的“波”样式，则是有利的，在某些实施例中，这相对于具有锐边的配合部分可减少接合处的应力集中。应注意，通道的数量、侧轮廓的角度以及通道的基部半径和/或通道的路径构造可由所要承载的轴向负载和/或所要传递的扭矩水平来确定。此外，通道不必须完全围绕端部接头的周界延伸。将理解的是，端部接头不必须是中空的且可由任何合适材料形成，非限制性实例有金属、塑料等。
回到参照图1，本体14形成复合材料，例如围绕端部接头12设置诸如纤维的加强材料，纤维与诸如树脂的材料粘接。复合材料是本领域技术人员公知的且因此下文将不详细描述。本体包括围绕端部接头12的配合部分12b设置的第一轴向层20。第一轴向层20远离端部接头12轴向延伸以形成第一细长本体层。所示实例中的轴向层由三轴编织复合物制成，但是也可使用任何合适的编织复合物。如本领域技术人员所已知的，三轴编织复合物可以由以三个不同角度布置的碳纤维“趾部”形成。第一组趾部大致沿本体的轴向方向延伸。第二和第三组各自以相对于轴向趾部以正角度和负角度(例如+/-30°)延伸。
在对应于通道18的位置处围绕第一轴向层20设置第一箍层30。在该实例中，箍层包括在对应于通道的位置处围绕轴向层包裹的碳纤维趾部。第一箍层30用于将第一轴向层20的各部分推入通道18。如可从图1看到的，箍层的带的横截面是不均匀的，其中，朝向通道中心的横截面比其边缘附近的横截面深。通过将第一轴向层20推入或拉入通道18(如在箍层的形成过程中出现的)，设备10布置成在施加这种负载时由于通道的形成负载支承表面的倾斜侧面而对轴向负载起作用，且轴向编织纤维沿径向方向向外推压或移位。第一箍层30保持第一轴向层20在通道18内的部分以在施加这种负载时抵抗其张开，以及在其上方填充一些通道18以减小通道的自由部分的深度，一旦已经建立多个交替层，则这可获得本体14的平坦外表面轮廓。围绕端部接头12的配合部分12b的周界设置多个交替轴向层20、22、24、26、28和箍层30、32、34、36以形成细长复合本体14。
图3示出根据本发明的另一实施例的设备100，包括连接到本体的端部接头。在该实施例中，端部接头12包括单个通道18，通道18具有布置成对施加到设备100的压缩轴向力起作用的平坦侧壁18a。通道18的弯曲侧壁被布置成支承施加到设备100的拉伸轴向力。如同参照图1描述的实施例，围绕端部接头12的配合部分12b建立轴向层和箍层20、22、24、26、30、32、34、36的一系列交替层。套环38装配在配合部分12b上方，从而帮助将本体14的锚固部分保持在通道18内。套环用螺纹固定。但是，可用任何合适的手段将套环38固定到端部接头12。
虽然本实施例仅示出单个通道18，套环38或平坦侧壁的特征可纳入具有多个通道18的端部接头12。在某些实施例中，平坦侧壁可因为弯曲侧壁而省略，诸如图1所示的那样。
交替轴向层和箍层以及沿不垂直于端部接头12的转动轴线的方向延伸的通道部分的组合在本发明的某些实施例中致使能够传递高扭矩以及轴向力的复合本体与非复合接头之间的接合，而没有轴向层在形成负载支承表面的通道外张开。
现将描述根据本发明的一个实施例的形成包括连接到本体的端部接头的设备的方法。提供包括一个或多个通道18的端部接头12，通道18的至少一部分沿不与端部接头12的纵向轴线和/或其预期的转动轴线正交的路径延伸。本体14围绕端部接头建立。该实例的方法包括以下步骤。围绕端部接头12的配合部分12b并往前沿远离肩部12a的方向缠绕第一轴向层20，从而形成细长本体部分14的第一层。轴向层可通过任何合适工艺来形成，例如，通过布置成缠绕500至600之间的碳纤维趾部以形成三轴编织复合层的编织机器。然后围绕第一轴向层20在对应于通道18的位置处使用细丝缠绕工艺缠绕箍层30，以将碳纤维缠绕成所想要的构造。如可从图1看到的，第一箍层30将第一轴向层20向下推入通道18。如可理解的，细丝缠绕工艺包括某些侧向移动以产生在每个箍的中心比两边厚的箍层。紧接着第一轴向层20和第一箍层30，在两个第一层20、30上方以与第一轴向层20相同的方式缠绕第二轴向层22，从而建立本体14。接下来，在对应于通道18的位置处围绕第二轴向层22缠绕第二箍层32。如所要求地重复该过程，从而建立轴向层20至26和箍层30至36。一旦缠绕好最后的箍层36，则可缠绕最后的轴向层28以形成直侧圆筒形本体14。
一旦纤维趾部已经被缠绕入相应层，则可用树脂灌注，例如，通过真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺。但是，可使用任何合适的方法将树脂引入纤维以形成复合部件。
在某些实施例中，可在端部接头与一个或多个复合层之间提供粘性层。
根据本发明的一个或多个实施例的设备可用作高负载的结构传递，诸如汽车支撑轴、飞机起落架中的部件等。

Claims (23)

1.包括连接到本体的接头的设备，所述接头具有配合部分和轴线，所述配合部分包括形成入其周界表面的通道，所述本体包括轴向层和箍层，所述轴向层围绕端部接头的配合部分的至少一些周界表面设置，所述箍层围绕对应于至少一些通道的位置处的所述轴向层设置，从而将至少一些轴向层推入所述通道的一部分，其中，所述通道布置成使得至少一些通道形成不与所述接头的所述轴线正交的路径，使得所述通道的至少一些表面区域形成负载支承表面，所述负载支承表面用于在转动力施加到所述接头和所述本体之一时，传递所述接头与本体之间的扭矩。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一些通道的路径沿非线性构造延伸。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述通道包括多个部分，所述多个部分各自布置成形成不与所述接头的所述轴线正交的路径。
4.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述通道环绕所述接头的所述配合部分的周界表面。
5.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，至少一些通道具有布置成对施加于所述设备的轴向力起作用的平坦侧壁。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，还包括套环，所述套环布置成机械联接到所述接头以包围所述本体的相邻于所述通道的部分。
7.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，至少一些通道具有弯曲的横截面。
8.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，包括多个分离的通道。
9.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述各通道基本彼此相同。
10.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，包括多个轴向层和多个箍层。
11.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，一个或多个所述箍层设置在一个或多个所述通道内。
12.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述接头包括非复合部分。
13.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述轴向层包括复合材料。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述轴向层包括三轴编织复合材料。
15.如任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述箍层包括复合材料。
16.一种基本上如本文中参照附图所述的设备。
17.一种形成包括连接到本体的接头的设备的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有配合部分和轴线的接头，所述配合部分包括形成入其周界表面的通道，其中，所述通道布置成使得至少一些通道形成不与所述接头的所述轴线正交的路径；以及
形成主体，通过：
围绕所述接头的所述配合部分的至少一些周界表面设置轴向层；以及
围绕对应于至少一些通道的位置处的所述轴向层设置箍层，从而将至少一些轴向层推入所述通道的一部分，使得所述通道的至少一些表面区域形成负载支承表面，所述负载支承表面用于在转动力施加到所述接头和所述本体之一时传递所述接头与所述本体之间的扭矩。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，包括分别设置交替轴向层和箍层直到所述本体具有大致圆筒形构造的另一步骤。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，包括设置围绕至少一些周界表面的另一轴向层的步骤。
20.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，设置轴向层的步骤或各步骤包括编织轴向层。
21.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，设置箍层的步骤或各步骤可包括细丝缠绕箍层。
22.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括用树脂灌注所设置的轴向层和箍层的步骤。
23.一种基本上如本文中参照附图所述的方法。
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