CN103732371B - 具有增强机械强度的复合连杆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从加固纤维的三维织物制造复合连杆（6）的方法，该连杆（6）沿一个主方向延伸，包括以下操作：‑从三维织物切割一个或多个基部片（7,8）；‑从三维织物切割一个或多个加固片（9,10）；‑将各片（7,8,9,10）安装在支承件上，以使它们成形；‑通过用加固纤维进行缝合（12,13,14,15）而将各片（7,8,9,10）彼此附连，从而构成加固纤维预制件；‑将预制件安装在心轴上；‑将树脂注入预制件并使该树脂聚合。

Description

具有增强机械强度的复合连杆
技术领域
本发明涉及一种制造由诸如碳纤维的加固纤维织造的织物制成的复合材料连杆。
背景技术
具有附图标记1的图1中所示的这种连杆具有大致管状中空主体2，其沿大体方向AX延伸并且在其每个端部延伸有相应的两个凸耳U形夹，这两个U形夹给以附图标记3和4。
从专利文献FR2893532已知的方法中，连杆使用切割成具有如图2中所示形状的加固纤维织物片制造。该形状包括用于中空主体2的中心部分和四个延伸部分，每个延伸部分对应于相应的U形夹凸耳中的一个。
所使用的织物是碳纤维的三维织造织物，即由以三维织造在一起的加固纤维制成的相对大厚度的织物。例如，这种三维织物对应于2.5D型织物。
这种织物具有多层纵向纤维和多层横向纤维，多层横向纤维织造在一起使得沿一个方向延伸的纤维与多个其它层中的纤维互连从而构成不可分离的织物。
该织物可以任选地在U形夹内进行加固：各层纤维中的某些纤维在U形夹内不再互连，从而形成相互不互连的层。这使得能够在U形夹内插入附加层从而增加其厚度。
大致垂直于各层平面延伸的附加纤维可随后缝合穿过构成U形夹的各层以将它们彼此固定。
制造这种U形夹包括折叠如图2所示的织物片，该织物片可选地在其U形夹内进行加固，该折叠通过将其施加在心轴等并然后将其两相对边缘聚在一起来完成。这些边缘然后可通过缝合连接在一起，然后将树脂注入加固纤维织物并加热该组件以使树脂聚合。
形成连杆的壁的标称厚度受到用于制造它的三维织物的厚度的限制，如果决定使用厚织物会非常显著地增加这种织物的成本，具体是因为其涉及非常显著地降低织造速度。
实践中，给定当前销售成本，不能设想使用具有多于2厘米或3厘米厚度的织物。可以理解，这种厚度上的限制对所述连杆整体、以及其U形夹所能承受的力进行了限制。
发明内容
本发明的目的是提供用于解决上述缺点的解决方案。
为此，本发明提供一种由织造加固纤维的三维织物制造复合材料连杆的方法，连杆沿主方向延伸，且该方法包括以下操作：
·从一个或多个三维织物切割出一个或多个基部片；
·从一个或多个三维织物切割出一个或多个加固片；
·将各片安装在支承件上，以将它们成形为各基部片和各加固片叠置的构造；
·通过用加固纤维缝合而将各片彼此固定，从而构成加固纤维预制件；
·将预制件安装在心轴上；以及
·将树脂注入预制件并使树脂聚合。
使用该技术，制成具有厚度显著大于所使用的加固纤维织物厚度的预制件。
本发明还提供上述方法，其中各片借助于将沿主方向延伸的一对边缘缝合在一起以将这两个基部片彼此固定的至少一次操作彼此固定，各边缘属于两个不同的基部片。
本发明还提供上述方法，其中各片借助于将加固片抵靠基部片缝合以将它们彼此固定的至少一次操作彼此固定。
本发明还提供上述方法，其中两个基部片和两个加固片用于组成预制件，且其中，各片通过将沿主方向延伸的两对叠置边缘缝合在一起的至少一次操作而彼此固定，两对边缘中的一对边缘属于两个不同的基部片，且另一对边缘属于两个不同的加固片，且其中，这两对叠置边缘共同缝合在一起。
本发明还提供上述方法，其中通过缝合组装在一起的边缘在它们缝合在一起的区域内具有互补的倒角形状。
本发明还提供上述方法，其中进行单次缝合操作以将两个基部片的两个边缘彼此固定并固定到加固片。
本发明还提供上述方法，其中使用单次缝合操作以将两个加固片的两个边缘彼此固定并固定到基部片。
附图说明
图1如上所述是已知连杆的总体视图；
图2如上所述示出用于制造图1连杆的织物片；
图3是本发明的连杆的总体立体图；
图4是示出三维织物怎样切割出以构成用于形成本发明连杆的基部片的视图；
图5是本发明连杆的本体的剖视图；
图6是本发明第二实施例中的连杆的本体的剖视图；
图7是本发明第三实施例中的连杆的本体的剖视图；以及
图8是本发明第四实施例中的连杆的本体的剖视图。
具体实施方式
本发明基于制造其壁由三维织造织物的多个叠置层组成、从而实现相当厚度而不必使用厚三维织物的连杆的想法。实践中，该方案使得能够制造壁厚可高达8至10厘米而织造成本相当有竞争力的连杆。
图3中示出本发明的连杆，其中连杆整体给予附图标记6，且其由四个三维织物片组成，包括两个基部片7和8以及给予附图标记9和10的两个加固片。
两个基部片7和8呈关于包含连杆纵向轴线AX的平面P相对于彼此大致对称的形状，仅其倒角边缘倒置以便互补。类似地，两个加固片9和10同样呈关于平面P相对于彼此大致对称的形状。
如图3中可看到的，连杆包括大致管状中心体12，该大致管状中心体12在其每端延伸有相应两个凸耳U形夹。这些U形夹给予附图标记13和14，且每个具有给予相应附图标记13a、13b、14a和14b的两个凸耳。
如图4所示，每个基部片7、8由三维织物片制成，该三维织物片具有由适当轮廓限定的平面形状。片7具有两个大致直线相对的边缘7a和7b，而片8具有两个大致直线相对的边缘8a和8b。每个加固片9、10由平面的三维织物片制成，该平面的三维织物片由大致矩形或长形的轮廓限定。
一旦得到织物片7、8、9和10，首先将它们彼此组装。具体地，矩形加固片9抵靠基部片7施加并定位在基部片7上，从而覆盖其中心区域，该中心区域从对应于凸耳7a的区域延伸到对应于凸耳7b的区域。
然后将这样形成的组件保持就位并使用穿过三维织物两个厚度的加固纤维借助于专用机器缝合到一起，从而将加固片9固定到基部片7。
对于在将加固片10和基部片8彼此固定之前将加固片10定位在基部片8上的程序是类似的，同样通过用穿过三维织物两个厚度的加固纤维进行缝合。
一旦这两个构件自身组装好，就将它们在支承件上放置就位以赋予它们对应于连杆的圆形。
一旦两个组件就位，则基部片7和8的边缘7a和8a定位成接触，且以类似的方式使边缘7b和8b同样接触，但符合对应于如图3中所示连杆的布置。
在该阶段，每对接触边缘缝合在一起，这通过缝合加固纤维首先将边缘7a和8a固定在一起、然后将边缘7b和8b固定在一起来完成。
一般而言，预制组件中的每一个可相对于另一个定位在心轴上，然后进行单次缝合操作用以将各片组装在一起。
在该阶段，已经制成由彼此固定的基部片7和8以及加固片9和10构成的预制件。加固片位于形成连杆的壁的内侧，每个加固片从一个U形夹凸耳沿轴线AX延伸到相对端的另一U形夹凸耳。
如图5的剖视图中可见，加固片9通过一组交叉纤维12紧固到基部片7。类似地，加固片10通过另一组加固纤维13紧固到基部片8。
边缘7a和8a通过一组交叉纤维14彼此固定，而边缘7b和8b通过另一组加固纤维15彼此固定。
可采用各种缝合方案用以将各边缘彼此固定。在图5的实例中，各边缘具有倒角形状，使得它们在就位时彼此叠置。在这些情况下，缝合通过沿相对于连杆轴线AX的径向方向延伸的纤维形成，每根缝合纤维交叉穿过对应于片7的倒角三维织物的厚度并穿过对应于片8的倒角三维织物的厚度。
一旦已制成预制件，就将其安装在新的心轴上，该新的心轴不同于用于缝合操作的心轴，并具有对应于连杆内部形状的形状。然后将组件放入适当的注塑模具。在该阶段，将树脂注入整个预制件内，然后通过例如加热预定时长使树脂聚合。
一旦以该方式制成未完成的部分，就进行各种加工操作，具体是给予U形夹凸耳以其最终形状，并穿过这些U形夹凸耳，然后将承载件形成金属环安装在其中。
具体可如图3中所示，以该方式形成的连杆在其侧腹具有显著厚度，使得该大厚度用于不仅对连杆整体而且对其U形夹的凸耳提供相当大的加固，由此有助于减小由U形夹构成的力插入区域内的应力。
可有利地构想除了图3至5中所示的技术之外用于通过缝合将各三维织物片组装在一起以组成预制件的技术。
为此，图6的实例示出根据本发明的另一连杆，其具有两个基部片7'和8'以及两个加固片9'和10'。正确地讲，该连杆的制造不包括将每个加固片固定到相应基部片的步骤。
在图6的实例中，基部片的相对边缘布置成通过缝合彼此固定，如图3至5的实例中那样，但在该实例中，加固片9'和10'具有用于通过缝合彼此固定的倒角相对边缘。
一旦将各片相对于彼此放置就位使得它们处于它们在成品连杆中呈现的布置，则通过缝合固定在一起的基部片7'和8'的成对边缘中的一对边缘在沿其延伸的通过缝合彼此固定的加固片9'和10'的成对边缘中的一对边缘上径向延伸，如图6的顶部中所示。
类似地，用于彼此固定的基部片7'和8'的另一对边缘在彼此固定的加固片9'和10'的另一对边缘上径向延伸，如图6的底部中所示。
然后进行如剖视图中所示在预制件顶部内将四个边缘都缝合在一起的单次操作，并进行如剖视图中所示在预制件底部内将四个边缘都缝合在一起的另一单次操作，由此用于将组成预制件的各片彼此固定且同时还将各边缘彼此固定。
类似地，还能够将加固片绕连杆的纵向轴线成角度偏移，如图7中示意性示出。
在图7中，连杆同样由两个基部片7"和8"以及两个加固片9"和10"组成，但各部件借助于四组缝合进行组装，每组缝合用于将两边缘固定在一起并将这两边缘固定到第三构件。
如图7中可以看到的，该组件包括位于连杆剖视图中左部并交叉穿过基部片7"以及加固片9"和10"的两个相邻边缘的缝合12"。类似地，位于图7右部的另一缝合13"交叉穿过基部片8"以及加固片9"和10"的另两个相邻边缘。
此外，位于剖视图顶部的缝合14"交叉穿过基部片7"和8"的两个相邻边缘并还穿过加固片10"。位于剖视图底部的另一缝合15"交叉穿过基部片7"和8"的另两个相邻边缘并还穿过加固片9"。
可易于理解，在该实例中，将各部件组装在一起在于在进行缝合14"和15"之前开始进行缝合12"和13"，从而组成准备接纳心轴的预制件，用以安装在注塑模具内，将树脂注入注塑模具内并然后进行聚合。
在图3至5的实例中，加固片布置成使它们能够通过增加其厚度而加固连杆的U形夹的凸耳。
应观察到U形夹凸耳的厚度可通过将附加织物层插入其中而进一步增加。换言之，本发明并不以任何方式排除在每个U形夹内具有三维织物的不互连织物层的可能性，以能够在通过使用横向加固纤维将它们都缝合固定在一起之前在将两维织造织物层插入其中。
如上所述，且如各图的实例所示，缝合在一起的边缘有利地具有互补的倒角形状，从而当它们彼此抵靠就位时，它们共同形成织物的一部分，该织物具有大致恒定且对应于它们所制成的三维织物的标称厚度的厚度。
此外，用于组装在一起的边缘的该倒角形状便于缝合操作，因为其仅在于通过彼此叠置的倒角部分形成缝线。
在又一实施例中，从不同的三维织物切出织物片7、8、9和10或者7'、8'、9'和10'或者7"、8"、9"和10"。这使得能够使用具有最适合特性的材料。
例如，可以提到片7和8由具有承受撞击的特定特性的织物制成，而片9和10取自具有优异压缩特性的织物。
在各图所示的实例中，进行缝合使得缝合纤维相对于连杆的总体方向径向延伸。换言之，每根缝合纤维沿着在纤维缝合的区域中垂直于连杆外表面的方向延伸。
有利地，各纤维也可沿相对于径向倾斜的一个或两个方向缝合，以对抗连杆自身受到应力时各层之间可能出现的剪切应力。在这些情况下，缝合纤维则相对于缝合区域中外表面的法向倾斜。
图8中示出实施用于布置图5的各片的技术。在该实例中，连杆6"′具有紧固到基部片7"′的加固片9"′，且类似地，加固片10"′固定到另一基部片8"′。
如图8中可清楚地看到，各构件通过沿不同倾斜方向缝合的纤维12"′、13"′、14"′和15"′彼此紧固，从而有效地对抗各层之间的相对滑移，尤其是连杆受到扭转应力时。

Claims (5)

1.一种由织造加固纤维的三维织物制造复合材料连杆(6-6"′)的方法，所述连杆(6-6"′)沿主方向(AX)延伸，且该方法包括以下操作：
·从一个或多个不同的三维织物切割出至少两个基部片；
·从一个或多个不同的三维织物切割出至少两个加固片；
·将所述各片安装在支承件上，以将它们成形为所述基部片和所述加固片叠置的构造；
·通过用加固纤维缝合而将所述各片彼此固定，从而构成加固纤维预制件；
·将所述预制件安装在心轴上；以及
·将树脂注入所述预制件并使所述树脂聚合，
其中，所述各片借助于将沿所述主方向(AX)延伸的一对边缘(7a,8a,7b,8b)缝合在一起以将两个基部片彼此固定的至少一次操作彼此固定，所述边缘属于两个不同的基部片，
其中，所述各片借助于将加固片抵靠基部片缝合以将它们彼此固定的至少一次操作彼此固定。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少两个基部片和所述至少两个加固片用于组成所述预制件，且其中，所述各片通过将沿所述主方向(AX)延伸的两对叠置边缘缝合在一起的至少一次操作而彼此固定，所述两对边缘中的一对边缘属于两个不同的基部片，且另一对边缘属于两个不同的加固片，且其中，这两对叠置边缘共同缝合在一起。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过缝合组装在一起的所述边缘在它们缝合在一起的区域内具有互补的倒角形状。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行单次缝合操作以将两个基部片的两个边缘彼此固定并固定到加固片。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用单次缝合操作以将两个加固片的两个边缘彼此固定并固定到基部片。
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