CN106460890A - 摩擦连接装置 - Google Patents
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Abstract
一种包括接收件(11)和接合件(12，12')的摩擦连接装置(10)。接收件(11)具有设置有碳纤维复合材料层的压力腔。
Description
技术领域
本发明涉及一种摩擦连接装置，例如，用于连接两个部件的摩擦连接装置，并且特别地，涉及一种包括复合材料的摩擦连接装置。
背景技术
如今，不同类型的摩擦连接件已经广为人知并广泛使用。US4,362,411公开了摩擦连接件的一个示例，其描述了一种单面摩擦连接件，该单面摩擦连接件设置为通过压力介质将第一部件压向第二部件。压力介质设置为通过活塞被挤压到多个腔体中，所述腔体彼此分开地设置在第一部件的钻孔的壁中。当压力介质被压入腔体中时，设置在腔体中的部件径向移动，将钻孔的可成形的内壁压向第二部件，从而产生摩擦连接。这种已知的摩擦连接件的缺点是难以提供压力介质的均匀分布，并由此沿着整个第一部件和第二部件提供均匀的压力，这会产生引起不必要磨损的扭曲摩擦连接。
其他已知的摩擦连接件在摩擦连接的部件即将连接在一起时使用诸如粘合和咬紧(clenching)这样的技术。这些技术的主要缺点是不能获得理想的刚性或强度-重量比。此外，如果使用咬紧件，则部件必须具有接收咬紧件的凹槽，这可能改变并恶化材料的特性。
在许多其他设计中，复合材料之间的连接是结构中最薄弱的环节，一个可能的原因是现今使用的材料(例如，钢材)较重，引起连接破裂。
发明内容
本发明的目的是提供对现有技术的改进。该目的通过独立权利要求中限定的技术实现，从属权利要求中描述了某些实施方式。
根据本发明的第一个方面，提供了一种摩擦连接装置的接收件，该摩擦连接装置包括接收件和接合件。所述接收件设置为通过摩擦将所述接合件的位置固定到所述接收件上，其中，所述接收件包括：至少一个压力腔，该至少一个压力腔具有设置为包含压力介质的至少一个加压空间；至少部分设置在所述压力腔的一侧上的至少一个第一碳纤维复合材料层，其中，该层设置为在来自所述压力腔的预定压力的作用下沿着离开所述压力腔的方向膨胀，从而在所述接收件和所述接合件之间产生摩擦接合。这种摩擦连接是有益的，因为它能在不改变部件特征或增加不必要重量的情况下实现部件的接合，同时保持已连接部件的理想刚性和耐用性。
在一种实施方式中，所述碳纤维复合材料层设置为至少部分地围绕所述压力腔。当所述连接装置被激活时，该碳纤维复合材料形成摩擦连接。
优选地，处于闲置状态的所述压力腔具有圆形或椭圆形的横截面，当压力增大时，该横截面径向膨胀，迫使所述碳纤维复合材料层径向膨胀。在具有非刚性圆形或椭圆形横截面的情况下，所述压力腔及其相关的接收件能够插入相应的接合件中或滑到相应的接合件上。
所述接收件还可以包括至少一个第二碳纤维复合材料层，该至少一个第二碳纤维复合材料层相对于所述第一碳纤维复合材料层至少部分地设置在所述压力腔的相反侧上，其中，第一层和/或第二层设置为在预定压力的作用下沿着离开所述压力腔的方向膨胀，从而在接收件和接合件之间形成摩擦接合。当所述连接装置被激活时，该碳纤维复合材料形成摩擦连接。
在优选实施方式中，所述第一碳纤维复合材料层和所述第二碳纤维复合材料层连接为一个整体。当所述连接装置被激活时，所述第一碳纤维复合材料层和所述第二碳纤维复合材料层一起形成摩擦连接。
可以在所述第一碳纤维复合材料层的一侧或者所述第二碳纤维复合材料层的一侧上设置碳纤维复合材料外皮。该外皮是有益的，因为它沿着所需的方向引导来自所述压力腔的力。
在一种实施方式中，所述压力介质是液压流体。
在另一种实施方式中，所述压力介质是液态的塑性材料，该塑性材料在预定温度时固化，形成永久状态。
所述接收件还可以包括压力装置，该压力装置设置为通过将所述压力介质挤压到所述压力腔中对所述压力腔增压。
优选地，所述第一层和第二层使用的碳纤维复合材料具有编织纹理。编织纹理的一个优点是只将所述压力腔的力导向结构的某些部分。
在一种实施方式中，所述压力腔包括塑性材料。
根据本发明的第二个方面，提供一种摩擦连接装置，该摩擦连接装置包括接收件和至少一个接合件，该至少一个接合件至少部分被所述接收件包围，或者封闭在所述接收件中。
在一种实施方式中，所述接合件为第二接收件，其中所述压力腔的增压与第一接收件和第二接收件的第一层和/或第二层的膨胀同时发生。这是有益的，因为它在相同的摩擦连接装置中形成两个摩擦连接。
根据本发明的第三个方面，提供一种用于组装接收件的方法，该方法包括以下步骤：提供具有至少一个加压空间的至少一个压力腔；将至少一个第一碳纤维复合材料层至少部分地设置在所述压力腔的一侧上；以及提供与所述压力腔连接的压力装置，从而通过迫使或推动压力介质进入所述压力腔对所述压力腔增压。
根据本发明的第四个方面，提供一种用于组装接收部件的方法，该方法包括以下步骤：提供具有至少一个加压空间的至少一个压力腔；将至少一个第一碳纤维复合材料层至少部分地设置在所述压力腔的一侧上；提供与所述压力腔连接的压力装置，从而通过迫使或推动压力介质进入压力腔对压力腔增压；以及将至少一个第二碳纤维复合材料层至少部分地设置在所述压力腔的相反侧上。
根据本发明的一个方面，提供一种包括碳纤维复合材料的摩擦连接装置。
根据本发明的另一个方面，提供一种双部件组件，其中，第一部件部分地接收在第二部件的凹槽中，并且其中，至少部件之间的接口或接合区域包括设置在所述部件之一或两个部件上的碳纤维复合材料。
附图说明
接下来参考附图描述本发明的实施方式，附图显示了如何实现本发明思想的非限制性实施例。
图1示出了根据本发明的第一种实施方式的摩擦连接装置；
图1A示出了图1所示摩擦连接装置的横截面；
图2示出了根据本发明的第二种实施方式的摩擦连接装置；
图2A示出了图2所示摩擦连接装置的横截面；
图3示出了根据本发明的第三种实施方式的摩擦连接装置；
图3A示出了图3所示摩擦连接装置的横截面；
图4示出了根据本发明的第四种实施方式的摩擦连接装置；
图5是图3中的接收部件的透视图；
图6示出了图3中的接收部件的横截面；
图7是图8中的接收件的横截面；
图8示出了图7所示的接收件，其属于本发明的第五种实施方式；
图9示出了根据本发明的第六种实施方式的摩擦连接装置；
图9A示出了沿图9中的线IXA-IXA截取的横截面；
图10示出了根据本发明的第七种实施方式的摩擦连接装置；
图11是沿图10中的线XI-XI截取的横截面视图；
图12示出了放大的图10中的摩擦连接装置；
图13示出了分离状态的根据本发明的第八种实施方式的摩擦连接装置；
图14示出了连接状态的图13所示的摩擦连接装置；以及
图15示出了放大的图13所示的摩擦连接装置。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更充分地描述某些实施方式。但是，对于本领域技术人员来说，本发明可以通过许多不同形式实现，不应理解为本发明局限于在此所描述的实施方式，相反地，这些实施方式仅作为示例提供，从而使本公开彻底和完整，并且更完整地表达本发明的范围，该范围由权利要求限定。
本公开涉及一种摩擦连接装置，或摩擦连接件，该摩擦连接装置或摩擦连接件配置为连接至少两个物体，例如管道或梁，如图4所示，或者可以受益于摩擦连接的任何其他部件。摩擦连接件10、10a、10b、10c包括三个管状件，其中两个管状件是接合件12、12a、12a'、12b、12c，例如管道或梁，第三个管状件为接收件11、11a、11b、11c，即连接过程中的活跃部分。接收部件11、11a、11b、11c具有两个环形套接口21、21'、21a、21a'、21b、21b'，它们配置为接收管状接合件各自的末端部分。在图4中，套接口21c、21c'为正方形。因此，接收件设计为通过摩擦与接合件12、12a、12b、12c接合，由此在两个部件之间形成牢固的连接。图2至图4所示的接收件11、11b、11c具有外周凸缘22、22b、22c，该外周凸缘限定将在下面描述的内部空间。
摩擦连接件10、10a、10b、10c的两个部件由复合材料或碳纤维复合材料制成，这种材料能够连接例如玻璃纤维或碳纤维这样的复合材料，以及诸如钢这样的非复合材料。这种材料能在不改变部件特征或增加不必要重量的情况下实现部件的接合，同时保持所连接部件的理想刚性和耐用性。与现今已知的摩擦连接件相比，碳纤维复合材料的使用为摩擦连接件10、10a、10b、10c提供了非常低的重量，而不影响摩擦连接件的其他必要特征。
图1A显示了图1所示相同接收件11a的横截面。还显示了压力腔13a。
图2A显示了图2所示相同摩擦连接装置11b的横截面。该摩擦连接装置11b是双重的，即它包括两个方向相反的压力腔13b、13b'以及两个加压空间16b、16b'。这样就在相同的摩擦连接装置11b中形成两个摩擦连接。还显示了第一碳纤维复合材料层17b和第二碳纤维复合材料层18b，它们形成结实的摩擦连接。层17b、18b将在后面更详细地解释。
图3A显示了图3所示相同摩擦连接装置11的横截面。摩擦连接装置11包括加压空间16、压力腔13、第一碳纤维复合材料层17和第二碳纤维复合材料层18。在本申请中，将在后面对所有这些部件进行彻底解释。图5至图7显示了图3所示的接收件11的不同视图和横截面。接收件11设置有套接口21、压力装置14和压力腔13。在压力装置14内设置有加压空间16，加压空间16包括压力介质和活塞15。压力腔13包括弹性袋，举例来说，该弹性袋可由塑性材料制成，并且压力介质为液态塑性材料。作为替代选择，压力介质包括液压流体。以塑性材料呈现的压力介质在摩擦连接装置10处于闲置状态时为液态，但是在预定温度下压力介质固化。
接收部件11还包括设置在压力腔13的一侧上的第一碳纤维复合材料层17。在一种实施方式中，第二碳纤维复合材料层18可以相对于第一碳纤维复合材料层17至少部分设置在压力腔13的相反侧上。该第二碳纤维复合材料层18以及第一碳纤维复合材料层17设置为在一定压力下沿着离开压力腔13的方向膨胀，从而在接收件11和接合件12之间获得摩擦接合。
当压力介质14提供压力时，活塞15在加压空间16中移动，压缩固化的压力介质。因此，压力被提供给例如填充有液压流体并膨胀的压力腔13。压力腔13压到设置为沿着离开压力腔13的方向膨胀的第一复合材料层17和/或第二复合材料层18上，并压在接合件12上。当这些发生时，获得永久状态，并在接收件11和接合件12之间获得牢固的摩擦连接。
第一碳纤维复合材料层17和第二碳纤维复合材料层18设计有编织结构。这是通过以特定方向放置纤维获得的，这允许摩擦连接件10的某些部分沿着某些预定方向膨胀。连接件10的不包括编织纤维结构的其他部分因此不受膨胀的影响。如图7所示，来自压力腔13的力可以通过外皮19引导，该外皮19设置在第一碳纤维复合材料层17的一侧上，或者设置在第二碳纤维复合材料层18的一侧上。在图7中，第一层17通过被压到接合部件12上而形成摩擦连接件10，外皮19起到加固的作用，防止压力腔13沿着外皮19的方向膨胀。
由于压力腔13均匀膨胀，将在压力腔13的两侧上获得压力。在第一种实施方式中，不设置外皮19，从而提供双重连接。在第二种实施方式中，在压力腔13的外侧上设置外皮19。因此，膨胀的压力腔13产生的力将被向内引导，形成内部连接。在第三种实施方式中，外皮19设置在压力腔13的内侧上。因此，所述力将被向外引导，形成外部连接。
图8显示了根据本发明的一种实施方式的摩擦连接装置110的接收件111。该接收件111包括将插入到接合件中的套接口121，并且其作用方式和参考图5至图7描述的接收件相同，但是压力连接装置114与连接件110同轴设置。当需要融入平坦表面中的摩擦连接件110时，这是有益的。
图9和9A显示了另一种摩擦连接装置210。图9A所示横截面是沿着图9中的直线IXA-IXA截取的。该实施方式的大意和之前描述的摩擦连接装置相同。但是，在该实施方式中，当压力腔213未膨胀时，接收件211滑到或咬到接合件212上。当压力装置214提供压力时，压力腔213膨胀，并对部件211的内壁220施加压力，从而将接收件211沿着所有方向锁定到接合件212上。
图10至图12中显示了根据一种实施方式的摩擦连接件310。图11显示了沿着图10中的直线XI-XI截取的横截面，图12也是如此。
该连接件310使两个平坦表面311、312互相接合。和前面描述的一样，该摩擦连接装置310包括压力腔313，但是在该实施方式中，它包括塑料管而不是塑料袋。
当压力腔313未膨胀时，接收件311可以插入到接合部分312中。这显示在图11中。当压力装置314施加有压力时，压力腔313膨胀，并压到接收件311上，接收件311填充接合件312的空腔，从而形成摩擦连接。因此，接收件311和接合件312通过摩擦连接锁定在一起。图12显示了压力腔313的这种膨胀状态以及锁定在一起的接收件311和接合件312。
图13至图15显示了另一种类型的摩擦连接装置410。该实施方式的原理和参考图10至图12描述的实施方式类似，使用塑料管作为压力腔413。在该实施方式中，部件430、440分别用作接收件411和接合件412。部件411、412都包括压力腔413，部件411、412都包括用于接收相反部件412、411的空腔。在图13中，摩擦连接装置410处于未连接状态，彼此分开。在图14中，摩擦连接装置410互相连接，但是脱离的，即尚未施加压力。在图15中，压力介质被增压，压力腔413膨胀，反过来又使相应的接收件411膨胀。因此，获得摩擦连接装置410之间在所有方向上的牢固连接。该实施方式不局限于摩擦连接装置410的一层，可以提供设置在彼此上方的摩擦连接装置410的组件，从而为连接提供额外的稳定性，并确保获得的工件是平的。
使用碳纤维复合材料的一个优点是纤维可以按特定方向设置，这能够获得摩擦连接件的可膨胀部分的设计，其中，允许可膨胀部分在特定方向上膨胀，从而防止其他部分或者摩擦连接的方向受膨胀的影响。
摩擦连接装置包括具有压力腔的压力空间，该压力腔设置为在压力介质的压力作用下压到接收件的可膨胀部分上，可膨胀部分与接合件接合，从而形成牢固的连接。压力腔可以设计为由塑性材料制成的弹性袋。
在一个方面中，摩擦连接装置包括上述类型的接收件以及至少一个接合件，该接合件设置为至少部分地被接收件包围，或者封闭在接收件中。
摩擦连接件还可以集成在另一个复合部件中使用，该复合部件可以与另一个部件连接。
在一个方面中，包括接收件和接合件的摩擦连接装置中的接收件，其中接收件设置为通过摩擦将接合件的位置固定到接收件上，其中接收件包括压力腔，该压力腔具有设置为包含压力介质的至少一个加压空间，以及至少部分设置在压力腔的一侧上的碳纤维复合材料层。复合层设置为在来自压力腔的预定压力的作用下沿着离开压力腔的方向膨胀，从而在接收件和接合件之间形成摩擦接合。
应该理解的是，本发明的思想不限于上述实施方式，在所附的权利要求限定的本发明的范围内还存在许多可行的修改。例如，摩擦连接件还可以集成在另一个复合部件中使用，该复合部件可以与另一个部件连接。
Claims (15)
1.一种摩擦连接装置的接收件，所述摩擦连接装置包括所述接收件和接合件，其中，所述接收件设置为通过摩擦将所述接合件的位置固定到所述接收件上，其中，所述接收件包括：
至少一个压力腔，该至少一个压力腔具有设置为包含压力介质的至少一个加压空间；
至少一个第一碳纤维复合材料层，该至少一个第一碳纤维复合材料层至少部分地设置在所述压力腔的一侧上；
其中，所述层设置为在来自所述压力腔的预定压力的作用下沿着离开所述压力腔的方向膨胀，从而在所述接收件和所述接合件之间产生摩擦接合。
2.根据权利要求1所述的接收件，其中，所述层设置为至少部分地围绕所述压力腔。
3.根据权利要求1或2所述的接收件，其中，处于闲置状态的所述压力腔具有圆形或椭圆形的横截面，当压力增大时，所述横截面径向膨胀，迫使所述第一层径向膨胀。
4.根据权利要求1所述的接收件，该接收件还包括：
至少一个第二碳纤维复合材料层，该至少一个第二碳纤维复合材料层相对于所述第一碳纤维复合材料层至少部分地设置在所述压力腔的相反侧上，其中所述第一层和/或所述第二层设置为在预定压力的作用下沿着离开所述压力腔的方向膨胀，从而在所述接收件和所述接合件之间形成摩擦接合。
5.根据权利要求4所述的接收件，所述第一层和所述第二层连接为整体。
6.根据权利要求4或5所述的接收件，其中，在所述第一碳纤维复合材料层的一侧或者所述第二碳纤维复合材料层的一侧上设置有碳纤维复合材料外皮。
7.根据上述权利要求中任意一项所述的接收件，其中，所述压力介质为液压流体。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的接收件，其中，所述压力介质是液态的塑性材料，该塑性材料在预定温度时固化，形成永久状态。
9.根据上述权利要求中任意一项所述的接收件，其中，所述接收件还包括压力装置，该压力装置设置为通过将所述压力介质压到所述压力腔中对所述压力腔增压。
10.根据上述权利要求中任意一项所述的接收件，其中，所述第一层和所述第二层使用的碳纤维复合材料具有编织纹理。
11.根据上述权利要求中任意一项所述的接收件，其中，所述至少一个压力腔包括塑性材料。
12.一种摩擦连接装置，该摩擦连接装置包括：
根据上述权利要求中任意一项所述的接收件；以及
至少一个接合件，该至少一个接合件至少部分地被所述接收件包围，或者封闭在所述接收件中。
13.根据权利要求12所述的摩擦连接装置，其中，所述接合件为第二接收件，其中所述压力腔的增压与所述第一接收件和所述第二接收件的所述第一层和/或所述第二层的膨胀同时发生。
14.一种用于组装根据权利要求1至3或7至11中任意一项所述的接收件的方法，该方法包括以下步骤：
提供具有至少一个加压空间的至少一个压力腔；
将至少一个第一碳纤维复合材料层至少部分地设置在所述压力腔的一侧上；以及
提供与所述压力腔连接的压力装置，从而通过推动压力介质进入所述压力腔对所述压力腔增压。
15.一种用于组装根据权利要求1或4至11中任意一项所述的接收件的方法，该方法包括以下步骤：
提供具有至少一个加压空间的至少一个压力腔；
将至少一个第一碳纤维复合材料层至少部分地设置在所述压力腔的一侧上；
提供与所述压力腔连接的压力装置，从而通过推动压力介质进入所述压力腔对所述压力腔增压；以及
将至少一个第二碳纤维复合材料层至少部分地设置在所述压力腔的相反侧上。
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