CN108472882B - 具有金属孔眼的全复合转矩管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造全复合转矩管的低成本方法，所述方法包括围绕圆柱形心轴和由所述心轴上的端部固定装置保持的多个孔眼型体卷绕纤维丝束，从而形成凸缘化端部联接件。所述方法可包括使用被构造成用于限定所述凸缘化端部联接件的预织造复合纤维端部套筒。在单个步骤中，将所述卷绕纤维和所述端部套筒固化在一起。金属孔眼可安装在所述螺栓孔中。

Description

具有金属孔眼的全复合转矩管
技术领域
本发明整体涉及用于飞机通用或飞行控制传动轴系的转矩管(有时称为转矩轴)，或用于需要转矩管来传递转矩的任何传动轴系。
背景技术
转矩管在能量传输应用中传输静态和动态扭转负荷。例如，飞机中通常使用转矩管来传输能量，用于致动和制动飞行控制表面例如翼片和缝翼，以及用于致动飞机门和门闩锁。转矩管的每一端可具有被构造成用于将转矩管机械联接到传动轴系中的另一个传输机构的联接特征结构。例如，转矩管的一个或两个端部可包括具有用于联接的螺栓孔阵列或图案的凸缘。
通过用碳纤维丝束螺旋卷绕或包裹圆柱形心轴而制成的所谓“复合材料”转矩管广泛用于航空业中，部分原因在于这种转矩管比金属转矩管轻但仍满足严苛的强度要求。复合转矩管还提供改善的抗弯刚度和抗扭刚度。然而，由于转矩管端部处的联接特征结构不同于转矩管端部之间的直线长度并且更为复杂，因此联接特征结构不能由包裹型复合材料形成。相反，已知的是，制造包括联接特征结构的金属端头配件，然后将转矩管形成为由包裹型复合材料直管连接一对金属端头配件的混合组件。就这一点而言，请参见美国专利No. 7,335,108(Lin等人)；7,419,435(Borges等人)；7,682,256(Brace等人)；7,874,925(Dewhirst)；和8,025,580(Genot等人)。金属端头配件増加了重量，并且难以确保复合材料与每个金属端头配件之间具有可靠的接合，也难以确保所述接合在承载负荷时不失效。
美国专利No.3,651,661(Darrow)教导了通过在圆柱形心轴上交替叠置复合织物层片来制造具有典型螺栓孔凸缘的复合转矩管。凸缘通过折叠设置在织物层片中的指状物或条状物制成。本专利不教导卷绕纤维丝束。
美国专利No.5,397,272(Smiley等人)描述了全复合转矩管，该全复合转矩管教导围绕柄轴包裹纤维，并且在管的端部处一体形成万向接头的两个轭式耳片。耳片在转矩管的轴线方向上平行于彼此延伸并且包括沿直径轴线彼此对齐的相应孔用于接纳万向接头的联接构件。
在转矩管领域之外，美国专利No.8,118,958(Lunin等人)教导了通过将复合纤维长丝卷绕在一对金属孔眼和金属齿轮插件上来制造旋转致动器的输出臂。在卷绕期间，孔眼和齿轮插件支撑在固定装置上。然后向卷绕的长丝注入树脂并且使树脂固化。移除固定装置以得到成品致动臂。
仍然需要具有凸缘的全复合转矩管，在该凸缘的相对端部处具有螺栓孔，其中该转矩管制造成本低廉且无需金属端头配件。
发明内容
本发明提供以低成本制造轻质全复合转矩管的方法，该方法包括单一结构固化步骤。所得的转矩管在复合材料与金属之间没有转矩传递接头，并且高度可靠。
在本发明的实施方案中，制造方法包括提供圆柱形心轴并将端部固定装置定位在心轴上，其中端部固定装置包括相对于心轴外表面径向扩大的背衬表面以及穿过背衬表面的多个开口。该方法还包括将多个孔眼型体分别插入端部固定装置的多个开口，以及围绕心轴和多个孔眼型体卷绕纤维丝束。如果使用干纤维丝束而不是预先浸渍的纤维丝束，则要向经卷绕的纤维丝束中注入树脂基质。该方法接着将经卷绕的纤维丝束固化至C固化阶段，从而得到包括具有多个螺栓孔的一体式端部凸缘的复合管。该方法可通过从复合管中移除孔眼型体、端部固定装置和心轴来完成。任选地，可安装金属孔眼以增强凸缘的螺栓孔。
上述基本方法的变型包括提供织造端部套筒，该织造端部套筒包括轴向延伸杆、在杆的远侧端部处沿径向扩大的凸缘层、穿过凸缘层和杆以接纳心轴端部部分的通道以及穿过凸缘层的多个螺栓孔。端部套筒放置在心轴上，使得端部套筒的凸缘层邻接端部固定装置的背衬表面，并且多个孔眼型体分别插入穿过多个端部套筒的螺栓孔并进入端部固定装置的多个开口。端部套筒可为预先浸渍的纤维丝束的织造织物，或者为干纤维丝束的织造织物并且随后注入树脂。将基本方法的卷绕步骤经过修改以包括围绕端部套筒的杆卷绕纤维丝束。在单个固化步骤中将端部套筒和经卷绕的纤维丝束固化在一起。
在该方法的另一变型中，端部套筒经过织造，使得其完全形成联接转矩管的凸缘化端部，并且转矩管的直管部分通过围绕圆柱形心轴以及端部套筒杆的一部分卷绕纤维丝束而形成。在单个固化步骤中，将经卷绕的纤维丝束和端部套筒固化在一起。
附图说明
本发明的实质和操作模式现在将结合附图在本发明的以下具体实施方式中更全面地描述，其中：
图1为大致体现本发明的复合转矩管的正交视图；
图2为示出根据本发明第一实施方案形成的复合转矩管的端部部分的纵向剖面图；
图3为示出用于制造图2所示的复合转矩管的制造设置的纵向剖面图；
图4为图3所示制造设置的一端的视图，示出了用于制造图2所示复合转矩管的方法的螺旋卷绕步骤；
图5A是朝向制造设置的端部固定装置从轴向看的视图，其示出了制造方法的第一孔眼卷绕步骤；
图5B为类似于图5A的视图，示出了制造方法的第二孔眼卷绕步骤；
图5C为类似于图5A的视图，示出了制造方法的第三孔眼卷绕步骤；
图5D为类似于图5A的视图，示出了制造方法的第四孔眼卷绕步骤；
图6为类似于图4的视图，示出了制造方法的反向螺旋卷绕步骤；
图7为示出制造图1所示复合转矩管的方法的流程图；
图8为示出根据本发明第二实施方案形成的复合转矩管的端部部分的纵向剖面图；
图9为示出制造图8所示复合转矩管的方法的流程图；
图10为示出根据本发明第三实施方案形成的复合转矩管的端部部分的纵向剖面图；和
图11为示出制造图10所示复合转矩管的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了由本发明的方法形成的复合转矩管10。复合转矩管10一般包括由中间管部分12连接的一对端部联接件14。参考字符A代表转矩管10的纵向轴线。每个端部联接件14包括：相对于管部分12的外部圆柱形表面径向朝外延伸的凸缘16，以及穿过凸缘16用于将端部联接件14附接到传输驱动系统的另一部分的多个螺栓孔18。在本文所述的实施方案中，每个端部联接件14具有四个螺栓孔18，然而可根据具体的最终用途应用和设计要求提供更多或更少的螺栓孔。可任选地在每个螺栓孔18中布置两件式金属孔眼20，以加固并保护螺栓孔的内表面免受螺栓夹紧力的影响。转矩管10完全由纤维増强型复合材料形成(任选的金属孔眼20除外)。
图2更详细地示出了复合转矩管10的一个端部部分，以例示本发明的第一实施方案。如下文将描述的那样，第一实施方案的转矩管10使用每个端部处的预织造端部套筒22并且将纤维丝束卷绕物30与每个端部套筒22合并而形成。端部套筒22的组成纤维和纤维丝束卷绕物30驻留在热固性树脂基质中，该热固性树脂基质通过经受不可逆的化学反应在高温下完全固化，在该不可逆的化学反应中，树脂分子的交联将树脂转变成稳定的固体(C 阶段)，由此固化将端部套筒22和纤维丝束卷绕物30整合成固体结构复合材料。用于织造端部套筒22的纤维以及纤维丝束卷绕物30中的纤维可用热固性树脂基质预浸渍，该热固性树脂基质被部分固化至固化B阶段，以提供相比于未固化的“湿”层铺材料更厚且有些许粘性的复合纤维材料。作为使用“预浸渍”纤维材料的替代型体，可使用干纤维丝束来形成端部套筒22和卷绕物30，并且可在织造和卷绕热固性树脂基质之后真空注入组成纤维。纤维可包括例如碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维和/或陶瓷纤维。
每个端部套筒22被构造成包括轴向延伸的杆24、在杆的远侧端部处沿径向扩大的凸缘层26、穿过凸缘层26和杆24以接纳心轴M(参见图3)的端部部分的通道27以及穿过凸缘层26的多个螺栓孔28。
现在将参照图7的流程图并另外参照图3至图6来描述根据第一实施方案制造转矩管 10的方法。在初始步骤50中，提供至少一个预织造端部套筒22。在步骤54中，将端部套筒22放置在圆柱形心轴M上。接下来，根据步骤58，将端部固定装置F定位在心轴M上，邻接端部套筒22的凸缘层26。端部固定装置F包括多个分别与端部套筒22的多个螺栓孔 28对齐的开口FO。制造设置还包括步骤62：将多个孔眼型体E分别插入穿过端部套筒22 的多个螺栓孔28并进入端部固定装置F的多个开口FO。此排布结构可例如在图3中看到。
继续执行该方法的步骤66：围绕心轴M、端部套筒22的杆24以及多个孔眼型体E卷绕纤维丝束30。卷绕步骤66通过图4至图6示出。纤维丝束30以螺旋方式围绕心轴M卷绕，以便在轴线方向上接近端部套筒22，如图4所示。继续执行螺旋卷绕，直至纤维丝束 30围绕杆24卷绕并到达凸缘层26。然后，纤维丝束30围绕多个孔眼型体E中的两个卷绕，如图5A所示。更具体地讲，纤维丝束30脱离杆24，部分地围绕孔眼型体E1的第一个卷绕。如图中可见，纤维丝束30可具有接近第一孔眼型体E1的外切线。纤维丝束30脱离第一孔眼型体E1，部分地围绕孔眼型体E2中的第二个卷绕并继续回到端部套筒22的杆24。如图5A所示，纤维丝束30可具有接近第二孔眼型体E2的内切线，离开第二孔眼型体E2 的纤维丝束在朝向凸缘层26的轴线方向上观察时可与接近第二孔眼型体E2的纤维丝束相交。在远离凸缘层26的轴线方向上围绕杆24和心轴M卷绕纤维丝束30，继续进行卷绕步骤66。
如可理解的那样，另一端部套筒22可设置在心轴M上与转矩管10的相对端部对应的位置处，并且随着纤维丝束30接近相对的端部套筒，可以镜像方式重复上述卷绕模式。继续朝向第一端部套筒22螺旋绕回。纤维丝束30到达凸缘层26之后，对第二孔眼型体E2 和第三孔眼型体E3重复上文针对第一孔眼型体E1和第二孔眼型体E2所述的孔眼卷绕模式，如图5B所示。纤维丝束30脱离杆24，部分地围绕第二孔眼型体E2卷绕。纤维丝束 30可具有接近第二孔眼型体E2的外切线。纤维丝束30脱离第二孔眼型体E2，部分地围绕第三孔眼型体E3卷绕并继续回到端部套筒22的杆24。如图5B所示，纤维丝束30可具有接近第三孔眼型体E3的内切线，离开第三孔眼型体E3的纤维丝束在朝向凸缘层26的轴线方向上观察时可与接近第三孔眼型体E3的纤维丝束相交。
螺旋卷绕沿着杆24和远离所示出的端部套筒22的心轴M继续沿轴向进行，并且可在纤维丝束30再次围绕心轴M朝向所示出的端部套筒22螺旋绕回之前于相对端部处形成镜像卷绕模式。纤维丝束30返回到凸缘层26之后，对第三孔眼型体E3和第四孔眼型体E4 重复上述孔眼卷绕模式，如图5C所示。纤维丝束30脱离杆24，部分地围绕第三孔眼型体 E3卷绕。纤维丝束30可具有接近第三孔眼型体E3的外切线。纤维丝束30脱离第三孔眼型体E3，部分地围绕第四孔眼型体E4卷绕，然后返回端部套筒22的杆24。纤维丝束30 可具有接近第四孔眼型体E4的内切线，离开第四孔眼型体E4的纤维丝束在朝向凸缘层26 的轴线方向上观察时可与接近第四孔眼型体E4的纤维丝束相交。
纤维丝束30朝向相对端部螺旋地卷绕，其中孔眼型体卷绕模式可以镜像方式重复，然后朝向所示出的端部套筒22螺旋绕回。纤维丝束30返回到凸缘层26后，对第四孔眼型体 E4和第一孔眼型体E1重复上述孔眼卷绕模式，如图5D所示。纤维丝束30脱离杆24，部分地围绕第四孔眼型体E4卷绕。纤维丝束30可具有接近第四孔眼型体E4的外切线。纤维丝束30脱离第四孔眼型体E4，部分地围绕第一孔眼型体E1卷绕，然后返回杆24。纤维丝束30可具有接近第一孔眼型体E1的内切线，并且离开第一孔眼型体E1的纤维丝束在朝向凸缘层26的轴线方向上观察时可与接近第一孔眼型体E1的纤维丝束相交。
如将要理解的那样，继续以重复方式进行上述卷绕模式，直至积累的材料形成端部联接件14和管部分12。本领域的技术人员将认识到，在卷绕步骤期间，纤维丝束30的螺旋卷绕角度可变化，以实现期望的强度和弯曲特性。纤维丝束的卷绕可使用常规机器工具来执行，该工具的操作方式为通过车床来使心轴M和端部固定装置F围绕其共同的纵向轴线 A旋转，同时纤维丝束馈送机在轴线方向上来回往复运动以将纤维丝束馈送至旋转组件，随着旋转组件接纳纤维丝束而实现预定的卷绕模式。完成纤维丝束包裹步骤66之后，即形成纤维包裹组件，该组件包括：心轴M、包括孔眼型体E1至E4的端部固定装置F、端部套筒22以及经包裹的纤维丝束30。
步骤70代表对流程进行分支的决策块，具体取决于是否使用预浸渍的纤维丝束。如果使用预浸渍纤维丝束，则经卷绕的纤维丝束30和端部套筒22已经包括处于部分固化的B 阶段状况的基质树脂。在这种情况下，制造方法直接前进至固化步骤78。如果使用干纤维丝束，则必须通过执行复合材料制造领域中已知的树脂注入步骤74将树脂基质添加到经卷绕的纤维丝束30和经包裹的端部套筒22，然后流程行前进至固化步骤78。
下一步骤78：固化包括经卷绕的纤维丝束30和织造纤维端部套筒22的树脂基质，直至树脂被完全固化至C阶段状况。在固化之前，可如复合材料制造领域中已知的那样用收缩包裹带收缩包装或用真空袋真空包装复合组件以去除挥发成分和滞留空气。可通过将组件放置在烘箱中以在高温下执行固化。另选地，可在高压釜中执行固化。固化方案将取决于转矩管10的尺寸和构型以及所用树脂和纤维丝束的类型。完全固化树脂和纤维丝束材料之后，从烘箱或高压釜中取出组件，并且去除收缩包裹物或真空袋。
在步骤82中，移除孔眼型体E1至E4以及端部固定装置F，并且通过轴向滑动心轴M将其从组件中抽出。保留的结构包括全复合转矩管10。全复合转矩管可呈螺栓孔18中没有金属孔眼的成品型体。另选地，如果希望用金属孔眼20来保护并加固螺栓孔18，则可在可选步骤86中安装孔眼20。孔眼20可为被定位成穿过螺栓孔18并且使用压接工具压接的两件式金属孔眼。
现在注意图8和图9，示出了根据本发明第二实施方案的转矩管110和制造方法。转矩管110以大致类似于第一实施方案的转矩管10的方式形成，不同之处在于在形成端部联接件14时未使用预织造端部套筒22。而是完全通过直接围绕心轴M并且围绕由固定装置F保持的孔眼型体E卷绕纤维丝束130来形成包括端头配件14的转矩管110的整个复合结构。如同在第一实施方案中一样，可提供该金属孔眼20来保护螺栓孔18。
图9的流程图示出了制造根据第二实施方案的转矩管110的方法。在初始步骤150中，将至少一个端部固定装置F定位在心轴M上。步骤154涉及将多个孔眼型体E分别插入端部固定装置F中的多个开口FO。接下来，在步骤158中，围绕心轴M和孔眼型体E卷绕纤维丝束130。可在第二实施方案中使用上述与第一实施方案的步骤66有关的相同卷绕模式。如果纤维丝束130为预浸渍的纤维丝束，则决策步骤162将流程推进至固化步骤170。如果纤维丝束130为干纤维丝束，则决策步骤162将流程导向至树脂注入步骤166，然后流程前进至固化步骤170。完成固化之后，在步骤174中移除孔眼型体E、端部固定装置F和心轴M。保留的结构包括全复合转矩管110。全复合转矩管可呈没有孔眼20的成品型体，或者可在可选的步骤178中安装金属孔眼20以保护和加固螺栓孔18。
图10和图11示出了根据本发明第三实施方案的转矩管210和制造方法。转矩管210以大致类似于第一实施方案的转矩管10的方式形成，不同之处在于预织造端部套筒22由经修改的端部套筒222替代，该经修改的端部套筒具有径向增长的杆224并且杆与轴向增厚的凸缘226合并以形成端部联接件14。因此，在转矩管210中，每个端部联接件14完全由预织造端部套筒222形成，并且管部分12通过围绕心轴M和杆224的一部分卷绕纤维丝束230而形成。
图11的流程图示出了制造根据第三实施方案的转矩管210的方法。在初始步骤250中，提供至少一个预织造端部套筒222。在步骤254中，将端部套筒222放置在圆柱形心轴M上。步骤258代表将金属孔眼20安装在螺栓孔228中的可选步骤。接下来，在步骤262中，围绕心轴M和端部套筒222的杆224卷绕纤维丝束230。对于第三实施方案，卷绕步骤262 相对于先前实施方案有所简化，并且该步骤涉及沿着心轴M来回进行螺旋卷绕。如果纤维丝束230为预浸渍纤维丝束，则决策步骤266将流程推进至固化步骤274。如果纤维丝束 230为干纤维丝束，则决策步骤266将流程导向至树脂注入步骤270，然后流程前进至固化步骤274。完成端部套筒222和卷绕纤维丝束230的固化之后，在步骤278中移除心轴M。剩余的结构包括具有任选金属孔眼20的全复合转矩管210。
虽然已结合示例性实施例描述了本发明，但具体实施方式并不旨在将本发明的范围限制于所述的特定形式。本发明旨在涵盖可包括在本发明的范围内的所述实施例的此类替代形式、修改形式和等同形式。

Claims (11)

1.一种制造复合转矩管的方法，所述方法包括以下步骤：
提供圆柱形心轴；
将端部固定装置定位在所述心轴上，所述端部固定装置包括相对于所述心轴的外表面径向扩大的背衬表面以及穿过所述背衬表面的多个开口；
分别将多个孔眼型体插入所述端部固定装置的所述多个开口；
围绕所述心轴和所述多个孔眼型体卷绕纤维丝束；
向所述卷绕纤维丝束注入树脂基质，或使用预先浸渍有处于B固化阶段的树脂基质的纤维丝束作为用于所述卷绕步骤的纤维丝束；
将所述卷绕纤维丝束固化至C固化阶段，从而得到包括具有多个螺栓孔的一体式端部凸缘的复合管；和
从所述复合管中移除所述孔眼型体、所述端部固定装置和所述心轴，
其中卷绕所述纤维丝束的所述步骤包括依次执行如下操作：
在朝向所述背衬表面的轴线方向上围绕所述心轴螺旋地卷绕所述纤维丝束；
部分地围绕所述孔眼型体中的第一个卷绕所述纤维丝束；
部分地围绕所述孔眼型体中的第二个卷绕所述纤维丝束，并且回到所述心轴，使得当在朝向所述背衬表面的所述轴线方向上查看时，离开所述第二孔眼型体的所述纤维丝束与接近所述第二孔眼型体的所述纤维丝束相交；和
在远离所述背衬表面的轴线方向上围绕所述心轴螺旋地卷绕所述纤维丝束。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
提供织造端部套筒，所述织造端部套筒包括轴向延伸杆、在所述杆的远侧端部处沿径向扩大的凸缘层、穿过所述凸缘层和所述杆以接纳所述心轴的端部部分的通道以及穿过所述凸缘层的多个螺栓孔；
将所述端部套筒放置在所述心轴上，使得所述端部套筒的所述凸缘层与所述端部固定装置的所述背衬表面邻接，其中所述多个孔眼型体分别插入穿过所述端部套筒的所述多个螺栓孔并进入所述端部固定装置的所述多个开口；和
向所述端部套筒注入树脂基质，或使用预先浸渍有处于B固化阶段的树脂基质的纤维丝束来织造所述端部套筒；
其中所述卷绕步骤包括围绕所述端部套筒的所述杆卷绕所述纤维丝束；
其中所述固化步骤包括使所述端部套筒与所述卷绕纤维丝束一起固化至C固化阶段。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括分别在所述一体式端部凸缘的所述多个螺栓孔中安装多个金属孔眼的所述步骤。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括分别在所述一体式端部凸缘的所述多个螺栓孔中安装多个金属孔眼的所述步骤。
5.根据权利要求2所述的方法，其中卷绕所述纤维丝束的所述步骤包括依次执行如下操作：
在朝向所述凸缘层的轴线方向上围绕所述心轴和所述套筒的所述杆螺旋地卷绕所述纤维丝束；
部分地围绕所述孔眼型体中的所述第一个卷绕所述纤维丝束；
部分地围绕所述孔眼型体中的所述第二个卷绕所述纤维丝束，并且回到所述套筒的所述杆，使得当在朝向所述凸缘层的所述轴线方向上查看时，离开所述第二孔眼型体的所述纤维丝束与接近所述第二孔眼型体的所述纤维丝束相交；和
在远离所述凸缘层的轴线方向上围绕所述杆和所述心轴螺旋地卷绕所述纤维丝束。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述纤维丝束具有接近所述孔眼型体中的所述第一个的外切线以及接近所述孔眼型体中的所述第二个的内切线。
7.一种由权利要求1所述的方法制成的复合转矩管。
8.一种制造复合转矩管的方法，所述方法包括以下步骤：
提供圆柱形心轴；
提供织造端部套筒，所述织造端部套筒包括轴向延伸杆、在所述杆的远侧端部处沿径向扩大的凸缘、穿过所述凸缘和所述杆以接纳所述心轴的端部部分的通道以及穿过所述凸缘的多个螺栓孔；
将所述端部套筒放置在心轴上；
围绕所述心轴和所述端部套筒的所述杆卷绕纤维丝束；
向所述卷绕纤维丝束和所述端部套筒注入树脂基质，或使用预先浸渍有处于B固化阶段的树脂基质的纤维丝束作为用于所述卷绕步骤的纤维丝束，从而织造所述端部套筒；
将所述纤维丝束和所述端部套筒固化至C固化阶段，从而得到包括具有多个螺栓孔的一体式端部凸缘的复合管；和
移除所述心轴，
其中，将所述端部套筒放置在心轴上的步骤发生在围绕所述心轴和所述端部套筒的所述杆卷绕纤维丝束的步骤之前。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述固化步骤之前将多个金属孔眼分别定位在所述端部套筒的所述多个螺栓孔中的所述步骤。
10.根据权利要求8所述的方法，其中卷绕所述纤维丝束的所述步骤包括依次执行如下操作：
在朝向所述端部套筒的所述凸缘的轴线方向上围绕所述心轴和所述端部套筒的所述杆螺旋地卷绕所述纤维丝束；和
在远离所述端部套筒的所述凸缘的轴线方向上围绕所述端部套筒的所述杆和所述心轴螺旋地卷绕所述纤维丝束。
11.一种由权利要求8所述的方法制成的复合转矩管。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3480479A1 (en) 2017-11-01 2019-05-08 Crompton Technology Group Limited Transmission shaft
EP3608093B1 (en) * 2018-08-10 2024-04-17 Crompton Technology Group Limited Composite connector and method of manufacturing the same
EP3608095A1 (en) 2018-08-10 2020-02-12 Crompton Technology Group Limited Composite connectors and methods of manufacturing the same
EP3608091A1 (en) * 2018-08-10 2020-02-12 Crompton Technology Group Limited Composite connector and method of manufacturing the same
EP3608092B1 (en) 2018-08-10 2023-06-28 Crompton Technology Group Limited Composite connector and method of manufacturing the same
US10988243B2 (en) * 2019-03-15 2021-04-27 Bell Textron Inc. Tension-torsion strap
EP3805623B1 (en) 2019-10-07 2023-11-29 Crompton Technology Group Limited Fibre reinforced polymer composite pipes and method of making thereof
EP4001677B1 (en) * 2020-11-19 2022-11-09 AIRBUS HELICOPTERS DEUTSCHLAND GmbH A drive shaft with an integrated flange
CN113232329B (zh) * 2021-03-31 2022-09-20 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种带法兰盘整体化复合材料导管的制备方法
CN115648600B (zh) * 2022-12-13 2023-03-21 太原理工大学 一种多束纤维缠绕自动上丝方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5685933A (en) * 1993-04-26 1997-11-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of manufacturing a drive shaft
US20090282938A1 (en) * 2006-04-28 2009-11-19 Lunin Stepan V Composite ring gear with metallic gear insert, and method of forming same

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3651661A (en) 1970-02-02 1972-03-28 United Aircraft Corp Composite shaft with integral end flange
GB1584151A (en) * 1976-04-15 1981-02-04 Vredestein Nv Highpressure filament reinforced hose having integral filament-bound couplings and method of making same
US4118262A (en) * 1976-05-21 1978-10-03 Brunswick Corporation Longitudinal load carrying method for fiber reinforced filament wound structures
US4851065A (en) 1986-01-17 1989-07-25 Tyee Aircraft, Inc. Construction of hollow, continuously wound filament load-bearing structure
US5091029A (en) 1991-01-15 1992-02-25 United Technologies Corporation Method of manufacturing a unitary, multi-legged helicopter rotor flexbeam made solely of composite materials
JPH05269868A (ja) * 1992-03-25 1993-10-19 Sumitomo Metal Ind Ltd 孔明き中空複合材料の製造方法
US5397272A (en) 1993-02-08 1995-03-14 Pressure Technology, Inc. Braided composite shaft with yoke member
JP3230411B2 (ja) * 1995-05-17 2001-11-19 トヨタ自動車株式会社 複合軸の製造方法
GB9622799D0 (en) * 1996-11-01 1997-01-08 Flight Refueling Ltd A rotary power transmission shaft
US20020189749A1 (en) 2000-05-18 2002-12-19 Advanced Materials Corporation Method for making a cover for a roll core having a multiple layer construction and having minimal residual stresses
AU2003223688A1 (en) 2002-04-19 2003-11-03 Bell Helicopter Textron Inc. Composite drive shaft with captured end adapters
GB2435317B (en) 2006-01-17 2008-01-02 Crompton Technology Group Ltd Transmission shaft joint design
US7419435B2 (en) 2006-03-09 2008-09-02 Northrop Grumman Corporation Composite torque tube captured end fitting
US7682256B2 (en) 2006-09-13 2010-03-23 Kop-Flex Inc. Flange design for filament wound composite shaft
FR2917474B1 (fr) 2007-06-18 2009-08-07 Skf Aerospace France Soc Par A Arbre de transmission de mouvements et/ou d'efforts en rotation
JP4263753B2 (ja) * 2007-08-10 2009-05-13 トヨタ自動車株式会社 繊維強化樹脂製筒部材の製造方法
DE102008056018A1 (de) * 2008-11-05 2010-05-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Triebwerkswelle für ein Gasturbinentriebwerk
GB201106794D0 (en) * 2011-04-21 2011-06-01 Rolls Royce Plc A composite flange element

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5685933A (en) * 1993-04-26 1997-11-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of manufacturing a drive shaft
US20090282938A1 (en) * 2006-04-28 2009-11-19 Lunin Stepan V Composite ring gear with metallic gear insert, and method of forming same

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Publication number Publication date
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CN108472882A (zh) 2018-08-31
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