CN102821935A - 包括接纳固定或转动轴的横向轴承、由复合材料制成的臂的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造由复合材料制成的臂（16）的方法，所述臂包括具有轴承（22）的主体，该轴承设计成接纳横向地通过该臂的轴。本方法包括以下步骤：通过围绕大致管形支承件（12）缠绕加强纤维而制造毂（11）；制造至少一个套筒（14）；横向于套筒（14）将毂（11）固定于套筒（14）一端处，以便形成心轴；用编织加强纤维（19）的编织机，围绕所述心轴施加一层或多层编织的加强纤维（21）；以及将树脂注入编织纤维（21）的一层或多层内并使树脂聚合化。本发明特别适用于形成飞机起落架摇臂的臂。

Description

包括接纳固定或转动轴的横向轴承、由复合材料制成的臂的制造方法

技术领域

本发明涉及形成飞机起落架的结构元件的臂，诸如摇臂，也就是说，该臂包括含有轴承的主体，该轴承设计成接纳转动轴或形成轮轴的固定轴，该轮轴相对于该主体的主方向横向地定向。

背景技术

图1中示意地示出已知的起落架摇臂，该起落架摇臂用附图标记1表示，呈管形零件的形式，或呈沿AP所示主方向延伸的臂的形式。

该臂包括主部分2，该主部分延伸在两端3和4之间，并具有在其中心区域内基本不变的圆形截面。

如图1所示，该臂的前端3设计成接纳沿方向AT横向地定向的轴，在本情形中，方向AT垂直于方向AP。因此，该端形成接口或轴承的一部分，接口或轴承形成在从主体2的外表面横向突出的两个突台（boss）内。

为了啮合横向通过臂主体的机械轴，每个突台沿方向AT打穿并钻孔，以形成轴承的两个承载表面。

类似地，后端也包括形成大致类似轴承的接口，该轴承设计成接纳图中未示出的另一横向轴。此外，该摇臂还包括中间裂隙（crevice）8，该中间裂隙位于其两端之间并从主体的外表面径向地突出。

因为图1中可以看到的这类摇臂的轴承形状很复杂，并且因为期望摇臂有相当大的机械强度，整个摇臂通常用高强度钢通过机加工制成。

其中形成轴承的突台6和7的重要之处在于，它们由具有局部额外厚度的材料构成，为了确保机械轴施加在摇臂本体上的力在摇臂内不会导致太大的应力集中，这样是绝对必要的。

因此，一般来说，摇臂或类似类型的结构元件需要在其与其它零件接口之处形成具有额外厚度的材料，以便限制很可能导致初期裂缝的应力集中现象出现。

在如图1那样的起落架摇臂的情形中，每个轴承接纳一轴，该轴事实上相对于摇臂附连，并且形成承载例如位于该摇臂任一侧上的两个轮子的轮轴。

所出现的问题类似于包括接纳转动轴的轴承的臂的情形，因为轴承处的应力集中问题对于确定这类臂的尺寸仍然是关键的。

发明内容

本发明的目的是提出一种由复合材料制造含有轴承的臂的方案，该轴承设计成接纳横向地通过该臂的机械轴。

因此，本发明的主题是一种由复合材料制造臂的方法，该臂包括至少一个轴承，该轴承设计成接纳横向地通过臂的固定或转动轴，该方法包括以下步骤：

-通过围绕大致管形支承件缠绕加强纤维，制造至少一个毂；

-制造至少一个套筒；

-通过将每个毂附连到至少一个套筒端以使每个毂横向于每个套筒延伸，制造心轴；

-用编织加强纤维的编织机，围绕该心轴在其整个长度上施加一层或多层编织的加强纤维；

-将树脂注入编织纤维的一层或多层内并可选地注入毂的缠绕纤维中，并使树脂聚合化，以便形成将至少编织纤维层与它们所包围的毂刚性粘结的结合；

-在大致管形支承件的各端处，加工编织加强纤维层，以便清除该支承件的各端。

根据该方案，缠绕的毂能够形成材料的额外厚度，该厚度足以限制吸收力的区域内的应力集中，并在由这些层形成的臂本体和毂之间获得最佳的结合。

本发明还涉及如上所述的方法，其中，每个套筒用预浸渍树脂的加强纤维的织物片制造，其中围绕大致管形支承件缠绕的加强纤维也预浸渍树脂，并且其中在施加编织的加强纤维层之前使心轴预聚合化。

本发明还涉及如上所述的方法，其中，加强纤维围绕大致管形支承件缠绕，以形成具有大致球形外形的毂。

本发明还涉及如上所述的方法，其中，大致管形支承件在其中心部分内比在其端部处有更大的截面。

本发明还涉及如上所述的方法，其中，每个套筒端通过粘结附连到毂。

本发明还涉及如上所述的方法，其中，每个套筒具有向外展开形状的一端，以便紧密地遵循该端所附连的毂的外形。

本发明还涉及如上所述的方法，其中，所述毂位于心轴的一端处。

本发明还涉及如上所述的方法，其中，通过将毂组装到在该毂各侧上延伸的两个套筒而制造所述心轴。

附图说明

图1是高强度钢制成的已知摇臂的总体立体图；

图2是一立体图，显示根据本发明单独示出的缠绕毂；

图3是根据本发明单独示出的缠绕毂的剖视图；

图4是一立体图，显示根据本发明制造的心轴的一端；

图5是示意地显示编织机的立体图；

图6是一立体图，显示根据本发明制造的包含轴承的摇臂的一端。

具体实施方式

本发明的基本思想是通过缠绕来制造毂，从而在与其它零件接口之处形成具有额外厚度的复合材料，以将每个毂组装到套筒而形成一心轴，其后，围绕该心轴施加多层编织纤维。在这些层中和这些层与毂连接处，注入树脂并使树脂聚合化之后，多层加强纤维由此刚性地固定到毂上。

用附图标记11表示单独示出在图2中的毂，毂11用大致管状的支承件12制造，管状支承件12沿着在本情形中标记为AT的轴线延伸，加强纤维围绕管状支承件缠绕。

纤维可呈股线的形式、编织纤维带的形式，或呈其它的形式，它们可浸渍或不浸渍树脂。纤维围绕支承件12的外表面缠绕而形成毂，该毂在毂的中间部分具有大致球形的外部形状。

用由恒定截面的管子的一部分形成的支承件12，通过围绕该管的中心部分比围绕其端部缠绕上更多的纤维，就可获得该种形状。

但大致管状的支承件12也可具有在其中心区域比在其端部处更大的变化截面，如图3所示，其中支承件12在其中心区域具有大致球形的外部形状。

然后，可以优化纤维13的缠绕，使管两端处具有更大的厚度，因为从机械观点来看，管两端在运行中经受最高的应力，而在应力不太高的中心区域内厚度较小。

如图3示意地所示，在缠绕操作过程中，通过修改纤维13的缠绕角，就可沿着管的轴线AT获得一个区域不同于另一个区域的纤维厚度。因此，在图3的实例中，端部处的缠绕角较小，以便形成相当大的厚度，而在中心区域内缠绕角角度较大，以便形成较小的纤维厚度。

这可在以下两种情形下获得：当纤维呈直接缠绕股线的形式时，以及当这些纤维呈纺织带或然后围绕支承件12进行缠绕的条带的形式之时。

因此，如图2中所示，由管和围绕管的加强纤维（这里用附图标记13表示）形成的毂11具有接近球形的总体形状，该球形被由管12的内面界定的孔横穿。

该毂对应于轴承或纳入到臂内的扩散元件的本体，且该毂形成材料的额外厚度，使其能够限制由通过轴承的机械轴施加到臂上的力诱发的应力集中效应。

管12例如用呈预浸渍树脂的织物形式的加强纤维制成，将其施加到圆柱形部分以形成管形状。对由此形成的管子进行预聚合化，以使其具有待操纵的足够刚度，并缠绕加强纤维13。

如图4所示，毂11然后附连到套筒14的一端，使得毂11的管12横向于该套筒14延伸，该组件通过树脂粘结形成。

该操作可用高压釜来实施，例如，在两个部分内，界限出对应于心轴外部形状的内部形状。该操作包括然后在高压釜的半圆柱形区域内涂敷预浸渍加强纤维的多层织物，以便形成套筒。

毂11然后安装在高压釜的对应凹陷内，然后，粘结剂能够放置在连接区域内，以确保毂11在每半个套筒的端部处的粘结。然后，在建立起真空之前，将薄膜施加到套筒内表面，以平整该套筒对着高压釜对应面的壁。

然后，开始加热循环，以使形成毂11的多个层13和形成套筒14的多个层内浸渍的树脂预聚合化。调整该加热循环以确保树脂的聚合化，其足以给予由毂11和套筒14形成的心轴15有待操作的足够强度，以便特别地对该心轴的外表面施加若干层编织的加强纤维。

如图4所示，套筒14具有大致的管形，但其端部有利地设计成向外展开，以便紧密地遵循毂11固定到套筒14端部的区域内的大致球形的外形。

也可应用其它的方案来形成心轴。例如，在简单地通过粘结将套筒14的端部固定到毂11之前，套筒14和毂11可单独地制造和预聚合化。

在已经制成整个心轴时，可有利地进行密封试验，以确保在下面将要描述的随后操作过程中不会被围绕该心轴注射的树脂横穿。

一旦整个心轴15形成且充分地变硬，就借助于编织机在其整个长度上连续地围绕该心轴施加若干层编织的加强纤维。

如图5所示，然后将心轴15安装在编织机17内，编织机17主要包括环18，该环18在其后表面处支承一系列诸如碳纤维的纤维绕组，纤维绕组由相对于环可以转动的可动支承件支承。这些纤维19在被称为编织点的区域内连接在一起，编织点基本上位于轴线AP上，同时沿着该轴线相对于支承环18的平面偏离。

在图5的实例中，支承环18对中在轴线AP上，并沿着正交于该轴线的平面延伸。当编织循环开始时，心轴15沿着轴线AP相对于支承环18移动，这造成纤维的导入部（boot）在心轴14的外表面上进行编织。

因此形成若干匝缠绕，而在其整个长度上形成若干层包围心轴15的编织纤维，也就是说，围绕套筒14和围绕毂，每层具有基本上恒定的厚度。

一旦已经施加各层编织纤维，由此形成的部分因此包括被各层纤维包围的心轴，该形成的部分放置在模具内，例如在相对于分隔线彼此对称的两个部分内的模具。然后，每个部分包括对应于套筒一半的半圆筒形部，并终止于一凹陷，毂11的一半容纳在该凹陷内。

然后，注入树脂，从而完全地浸渍各层编织纤维以及可供选择的毂的缠绕纤维，直到树脂到达支承件12的外表面和套筒14的外表面，以确保心轴和这些层之间有最佳可能的结合，尤其是在毂之处。这使得施加到毂11的力最佳地传递到形成臂本体的编织纤维的外围层。

上述心轴的密封确保注入的树脂不会渗入设为中空的套筒内，以优化组件的重量。该密封由管形支承件12和套筒14提供，套筒的端部在与毂11组装之前有利地进行闭合。

在注入树脂之后，控制模具以进行固化循环，固化循环确保包围心轴的编织复合材料21的若干层完全固化，并此外终止于形成心轴的元件（即，套筒和毂）固化过程中。

当固化完成时，毂和编织的加强纤维层及粘结该组件的树脂形成臂或摇臂的主结构。由此获得的粗制零件然后进行机加工，从而给予轴承其最终形状，如图6所示。

这些机加工主要由沿着正交于横向轴线AT的平面（在毂处）进行的两种铣削操作组成。因此，这些铣削操作包括：在面向管12各端的区域内去除加强纤维层，以使这些端部不再封闭。此外，连杆的端部也进行机加工。

为了使管12内部有对应于预定公差尺寸的精确内直径，也可在管12的内部进行钻孔。一旦已经完成管11内直径的钻孔，可将一个或多个金属环安装到该管内部，以便容纳通过该轴承的机械轴。

应该指出的是，在图中所示的实例中，轴承位于臂的一端，但本发明也能以类似方式生产轴承例如位于其中心区域内的臂或结构元件。

在此情形中，例如，提供两个配装在毂各侧上的套筒，同时刚性地固定到套筒以形成心轴。两个套筒可定位成相对于彼此形成角度，以使臂然后有弯曲的形状，轴承位于该弯曲区域内，同时相对于各个套筒横向地延伸。

如果必要的话，一个或两个另外的毂可附加地附连到这两个套筒的自由端，以形成可包括两个或三个轴承的结构元件。

Claims (8)

1.用复合材料制造臂（16）的方法，该臂包括至少一个轴承（22），该轴承设计成接纳横向地通过臂（16）的固定或转动轴，该方法包括以下步骤：

-通过围绕大致管形支承件（12）缠绕加强纤维，制造至少一个毂（11）；

-制造至少一个套筒（14）；

-通过将每个毂（11）附连到至少一个套筒端以使每个毂（11）横向于每个套筒（14）延伸，由此制造心轴（15）；

-用编织加强纤维（19）的编织机（17），围绕该心轴（15）在其整个长度上施加一层或多层编织的加强纤维（21）；

-将树脂注入编织纤维（21）的一层或多层内并可选地注入毂（11）的缠绕纤维中，并使树脂聚合化，以便形成将至少编织纤维（21）层与它们所包围的毂（11）刚性粘结的结合；

-在大致管形支承件（12）的各端处，加工编织的加强纤维（21）层，以便清除该支承件（12）的各端。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个套筒（14）用预浸渍树脂的加强纤维的织物片制造，其中围绕大致管形支承件（12）缠绕的加强纤维（13）也预浸渍树脂，并且其中在施加编织的加强纤维（21）层之前使心轴（15）预聚合化。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，加强纤维围绕大致管形支承件（12）缠绕，以形成具有大致球形外形的毂。

4.如权利要求1至3中任何一项所述的方法，其特征在于，大致管形支承件（12）在其中心部分内比在其端部处有更大的截面。

5.如前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，每个套筒端（14）通过粘结附连到毂（11）。

6.如前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，每个套筒具有向外展开形状的一端，以便紧密地遵循该端所附连的毂（11）的外形。

7.如前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，所述毂（11）位于心轴（15）的一端处。

8.如前述权利要求中任何一项所述的方法，其特征在于，通过将毂（11）组装到在该毂（11）各侧上延伸的两个套筒而制造所述心轴。

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