CN108999883B - 具有集成旋转接头的连接器 - Google Patents

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Abstract

一种连接两个构件的连接器(1)，包括：具有复合材料的本体(2)，该复合材料包括嵌在树脂塑料基体(6b)中的增强纤维，用于将两个构件连接在一起，并具有壳体(4)，安装环(7)，安装在壳体(4)中，旋转接头(3)，安装在安装环(7)中，通过在安装环内旋转，能允许要被连接的两个构件之间的关节连接，该旋转接头起到用于两个构件之一的紧固区域的作用，其特征在于：增强纤维通过树脂形成层片(6a)，所述层片(6a)堆叠时形成层压结构，以及安装环(7)紧固在连接器(1)的本体(2)的壳体(4)内，以防止安装环(7)相对于连接器(1)的本体(2)有任何移动。

Description

具有集成旋转接头的连接器
技术领域
本发明涉及一种连接器，包括复合材料本体，如连接配件，用于将两个构件相互连接。
背景技术
通常，在航空领域，使用金属连接配件，例如由铝、钛或钢制成，包括金属球旋转接头，用于将两个构件连接在一起，同时允许一个构件相对于另一个构件转动。例如，用于连接航空涡轮机反推器的连接配件就是这种情况。
然而，复合材料的连接配件的使用(即用碳纤维这样的纤维增强的塑料材料制成的复合材料)在重量影响至关重要的领域(如航空领域)尤其有帮助。
此外，JP60151414A公开了一种用纤维增强的塑料臂的产品，该产品包括球旋转接头，将连续几层预浸渍织物堆放在两个半模内和旋转体周围而制成。然而，这个部件的安装复杂且耗时，并且需要大量的手工操作.
因此，仍有改进的余地。
发明内容
本发明旨在提出一种连接器，包括：具有复合材料的本体，该复合材料包括嵌在树脂塑料基体中的增强纤维，用于将两个构件连接在一起，同时通过集成到连接器本体中的旋转接头实现构件之间的旋转。
根据本发明，连接体的纤维是连续的，通过树脂形成层片或薄板，所述层片或薄板以平行层堆叠而形成层压结构。所述连接器本体还包括用于接收安装环的壳体，在所述安装环中形成可在安装环中旋转的旋转接头。
根据本发明，将安装环固定在连接器本体的壳体内，以防止安装环相对于连接器本体有任何移动。
由于本发明，连接器可以在由连接器连接的两个构件之间提供较佳的力传递，同时避免由于拉拔效应造成的层压结构的层片层离而带来的连接器本体过早毁坏。
根据本发明的有利但非强制性的其他方面，所述连接器可包括下列一项或多项特征：
所述安装环在其内周缘包括球形表面，所述球形表面与旋转接头的外周的球形表面形状相匹配
安装环能抵抗旋转接头的旋转所产生的拉拔应力。
固体润滑剂被放置在或被集成于安装环的球形表面中，以有助于旋转接头在安装环内的旋转。
所述安装环在连接器的本体的第一部分和第二部分上施加挤压力，以保持纤维和基体之间的机械内聚力，从而防止连接器的本体的层离。
安装环在其外周上具有肩部和螺纹表面，该肩部承靠连接器的本体的第一部分，以及该螺纹表面接收紧固螺母，所述紧固螺母通过紧固到连接器的本体的第二部分而能够产生挤压力。
安装环包括在与连接器本体的壳体相接触的中心部分以外的两个侧向法兰，这两个侧向法兰承靠于本体的所述部分，以便在所述部分上施加保持力。
安装环采用自润滑织物的形式，该自润滑织物通过经粘合剂浸润的织物形成，并含有润滑纤维和结构纤维，以承受传递给连接器的外部载荷，特别是拉拔应力。
安装环包括由BMC材料制成的实心环，并通过粘合或包覆成型紧固在连接器本体的壳体中。
安装环包括两个倾斜部分，这两个倾斜部分在略微凹陷的圆柱中心部分以外，该圆柱中心部分与连接器的本体的壳体的略微凸起的圆柱部分相接触，所述两个倾斜部分分别位于该中心部分的两侧的各一侧，并且还承载在连接器的本体的壳体中。
附图说明
现借助附图为例对本发明进行描述，其对本发明的主题没有限制。在附图中：
图1示出了第一实施例的透视图，以连接配件的形式示出。
图2示出了图1的连接配件的附接区域处的放大图，是沿包括壳体轴线平面截取的纵剖面。
图3示出了第二实施例。
图4示出了第三实施例。
图5示出了第四实施例。
图6示出了第五实施例。
具体实施方式
图1和图2示出了连接器1，其包括具有复合材料的本体2，复合材料包括嵌在塑料基体6b中的增强纤维。这些纤维有利地由碳纤维制成，但也可以由另一种材料(如玻璃)制成。塑料基体6b由热固性树脂(例如环氧树脂)制成，但可以使用其他材料，例如PA 66这样的热塑性树脂。
连接器1还包括用于要被连接的第一构件(未示出)的紧固区域，其例如是基座5的形式。将第一构件紧固到连接器1的器件(未示出)可采用螺钉或铆钉的形式。
连接器1的本体2包括具有轴线X1的壳体4，该壳体接收安装环7。安装环7在其孔内承载具有轴线X2的旋转接头3。
旋转接头3作为紧固区域，以用于将第二构件(未示出)与连接器1连接。
旋转接头3被卡在安装环7内，但留有永久的间隙，使它可以在安装环7内旋转。这使得两个构件能够刚性地连接，同时通过旋转接头在安装环7中旋转，允许要被连接的两个构件之间的关节连接(articulation)。
旋转接头3包括位于其外周上的球形表面3a和在其内周上的孔3b，孔3b以旋转接头的轴线X1为其轴线，可通过该孔连接第二构件。
连接器本体的纤维是连续的，通过树脂形成层片或薄板6a，层片6a堆叠形成层压结构，如图2所示，其显示了纵截面，该截面是沿包括壳体4的轴线X1且平行于层片6a的平面、经连接器1截取的。有利地，为了简化连接器1的本体2的制造过程，层片6a彼此平行。此外，层片6a延伸超过本体2的全长，但是在壳体4的一区域除外，在该区域中层片被部分中断(例如通过移除材料)以提供壳体4。
为了提供较佳的拉伸和压缩强度，层片6a垂直于壳体4的轴线X1，至少本体2的在壳体4周围延伸几毫米或几十毫米的区域中。
安装环7固定在连接器1的本体2的壳体4内，以防止安装环7相对于连接器1的本体2有任何移动。
安装环7包括在其内周上的球形表面7a，该球形表面与旋转接头3的外周的球形表面3a形状相匹配。
如果旋转接头3与连接器1的本体2及其层片6a直接接触，则在旋转接头的旋转过程中产生的反复力最终可能导致形成连接器1的本体2的复合材料的层离(delamination)，特别是在旋转接头3周围的区域。特别地，最具破坏性的力量是拉拔力，该拉拔力被限定为旋转接头和与之附接的第二构件之间的、沿壳体4的轴线X2的合力。
因此，抵抗拉拔力的是安装环7，而不是本体2本身。
有利地，为了有助于旋转接头3在安装环7中旋转，润滑剂(例如油脂)被放置在旋转接头和安装环7之间。可选地或附加地，被放置在或被集成于安装环7的球形表面7a上的固体润滑剂被有利地用于进一步有助于旋转接头在安装环7内的旋转。这种固体润滑剂可以采用例如PTFE(聚四氟乙烯)材料的沉积物的形式或微粒形式。
在图1和图2的实施例中，安装环7采取环的形式，在其外周上有肩部8和螺纹表面，该肩部支承于连接器1的本体2的第一部分2a，该螺纹表面可以安装紧固螺母9。通过弹性垫圈10将螺母9抵靠连接器1的本体2的第二部分2b进行紧固，从而产生挤压力F1。有利的是，产生了挤压力F1的本体2的第一部分2a和第二部分2b是平的且彼此平行，并且平行于层压结构的层片6a。
本体2的第一部分2a和第二部分2b通过两个边缘2c和2d连接到本体2的壳体4。
由于在连接器1的本体2的第一部分2a和第二部分2b上施加的挤压力F1，进一步增强了对本体2的层离或对塑料基体6b的断裂的抗力，特别是在边缘2c和2d上，这两个边缘是连接器1的本体2最脆弱的区域。
这种永久的挤压力F1使纤维和基体6b之间能够保持机械内聚力。
这种挤压力F1被施加在垂直于层片6a的平面的方向上。
在图1和2的实施例中，安装环7的外周包括与本体的壳体4中形成的圆柱面的形状相匹配的圆柱面。
图3示出了第二实施例，与图1和图2所示的第一实施例相同的元件具有相同的附图标记。第二实施例不同于第一实施例之处在于，安装环7采用了自润滑织物。自润滑织物可通过任何适当的方式固定在连接器1的本体2的壳体4中，优选是通过粘合方式。
自润滑织物包括粘合剂浸润的织物，并含有润滑纤维和结构纤维，以承受传递给连接器1的外部载荷，特别是上述的拉拔应力。这种自润滑织物在EP2955400A1文件中进行了描述，其内容在此通过引用并入本文。
自润滑织物在旋转接头3的旋转作用下可在与壳体4的轴向X1平行的轴向方向上的某些点处被拉长，以防止在壳体4处的拉拔应力向层压结构的层片6a传输。
图4示出了第三实施例，其中安装环7包括在与连接器1的本体2的壳体4相接触的中心部分11以外的两个侧向法兰12和13，二者承载于本体2的第一部分2a和第一部分2b上。两个法兰12和13在本体2的部分2a和2b上施加保持力F2。例如，通过使用适当的工具，可以通过法兰12和13的塑性变形来获得这种保持力F2。
在本实施例中，安装环7可以由金属材料或结构复合材料或两者的混合物制成。保持力F2垂直于层压结构6a的层片6a。
在未示出的另一实施例中，针对第二实施例如上所述的自润滑织物7可与针对第三实施例如上所述的安装环7相关联，自润滑织物被紧固在安装环7的孔内。
图5示出了与上述实施例不同的第四实施例，不同之处在于安装环7包括BMC(BulkMoulding Component：团状模塑料)材料制成的实心环。这种BMC材料是通过将增强纤维(优选是碳纤维或玻璃纤维)与热固性树脂(优选是聚酯或环氧树脂)混合而制成的。增强纤维是长纤维，也就是说，它们每条长度至少为1毫米。如PTFE(聚四氟乙烯)这样的固体润滑剂的纤维或结节(nodule)也可并入材料中，以便有助于旋转接头3在安装环7中的旋转。
安装环7中的BMC材料通过模压成型直接生产，必要时按加工阶段进行加工，使其具有复杂的形状。替代地，BMC安装环7可以通过注射成型来生产。
在本实施例中，安装环7的外周由圆柱面构成，该圆柱面的形状与形成在本体的壳体4中的圆柱面的形状相匹配。
此外，安装环7有利地通过任何适当的方式固定在连接器本体2的壳体4中，优选通过粘合或包覆成型。
图6示出了从图5所示的第四实施例中得到的第五实施例。安装环7包括两个倾斜部分14和15，这两个倾斜部分在略微凹陷的圆柱中心部分11以外，该圆柱中心部分11与连接器1的本体2的壳体4的略微凸起的圆柱部分相接触，所述两个倾斜部分14和15分别位于连接器11的中心部分11两侧的各一侧。在本体2的外壳4中，两个倾斜部分也与具有匹配形状的部分相承靠。每个部分14和15具有在垂直于壳体4的轴线X2的方向上的厚度，该厚度朝向壳体4以外增加。这种几何特性不仅可以增强本体2在旋转接头3的安装区域中的轴向强度，而且还可以通过楔形效应将闭合力传递到层压结构。
本发明已被描述为用于将例如用于安装在飞机上的两个构件进行连接的连接配件。举例来说，这种连接配件可将喷气发动机反推器与喷气发动机舱连接起来。
本发明已被描述为一种连接两个构件的连接配件，但完全可以使用它将三个或更多构件彼此连接。
本发明还可应用于除连接件之外的一种连接器，例如杆端或曲柄端，并且可以同样地用于航空领域或任何其他技术领域中的应用。
此外，本发明各个实施例的技术特征可全部或部分地相互结合。因此，连接器可以适应其所使用的应用场合的特定要求。
附图标记说明
F1 挤压力
F2 保持力
X1，X2 轴线
1 连接器
2 本体
2a，2b 部分
2c，2d 边缘
3 旋转接头
3a 球形表面
3b 孔
4 壳体
5 基座
6a 层片
6b 基体
7 安装环
7a 球形表面
8 肩部
9 螺母
10 垫圈
11 中心部分
12，13 法兰
14，15 倾斜部分

Claims (10)

1.一种连接两个构件的连接器(1)，包括：
具有复合材料的本体(2)，用于将两个构件彼此连接，并具有壳体(4)，该复合材料包括嵌在树脂塑料基体(6b)中的增强纤维，
安装环(7)，安装在壳体(4)中，所述安装环(7)具有中心轴线，
旋转接头(3)，安装在安装环(7)中，通过在安装环内旋转，能允许要被连接的两个构件之间的关节连接，该旋转接头起到用于两个构件之一的紧固区域的作用，
其特征在于：
增强纤维通过树脂形成层片(6a)，所述层片(6a)堆叠时形成层压结构，以及
安装环(7)紧固在连接器(1)的本体(2)的壳体(4)内，以防止安装环(7)相对于连接器(1)的本体(2)有任何移动，
所述层片(6a)的平面完全垂直于所述安装环(7)的中心轴线定位。
2.如权利要求1所述的连接器(1)，其特征在于：所述安装环(7)在其内周上包括球形表面(7a)，所述球形表面(7a)与旋转接头(3)的外周的球形表面(3a)的形状相匹配。
3.如前述权利要求中任一项所述的连接器(1)，其特征在于：安装环(7)抵抗旋转接头(3)的旋转所产生的拉拔应力。
4.如前述权利要求1至2中任一项所述的连接器(1)，其特征在于：固体润滑剂被放置在或被集成于安装环(7)的球形表面(7a)中，以有助于旋转接头(3)在安装环(7)内的旋转。
5.如前述权利要求1至2中任一项所述的连接器(1)，其特征在于：所述安装环(7)在连接器(1)的本体(2)的第一部分(2a)和第二部分(2b)上施加挤压力(F1)或保持力(F2)，以保持纤维和基体(6b)之间的机械内聚力，从而防止连接器(1)的本体(2)的层离。
6.如权利要求5所述的连接器(1)，其特征在于：安装环(7)在其外周缘上具有肩部(8)和螺纹表面，该肩部承靠连接器(1)的本体(2)的第一部分(2a)，以及该螺纹表面能接收紧固螺母(9)，所述紧固螺母(9)通过紧固到连接器(1)的本体(2)的第二部分(2b)而能够产生挤压力(F1)。
7.如权利要求5所述的连接器(1)，其特征在于：安装环(7)包括在与连接器(1)的本体(2)的壳体(4)相接触的中心部分(11)以外的两个侧向法兰(12、13)，这两个侧向法兰(12、13)分别承靠于本体(2)的所述第一部分(2a)和所述第二部分(2b)上，以便在所述第一部分(2a)和所述第二部分(2b)上施加保持力(F2)。
8.如前述权利要求1至2中任一项所述的连接器(1)，其特征在于：安装环(7)采用自润滑织物的形式，该自润滑织物通过经粘合剂浸润的织物形成并含有润滑纤维和结构纤维，以承受传递给连接器(1)的外部载荷，所述外部载荷是拉拔应力。
9.如权利要求1至2中任一项所述的连接器(1)，其特征在于：安装环(7)包括由BMC材料制成的实心环，并通过粘合或包覆成型紧固在连接器(1)的本体(2)的壳体(4)中。
10.如权利要求9所述的连接器(1)，其特征在于：安装环(7)包括两个倾斜部分(14，15)，这两个倾斜部分在凹陷的圆柱中心部分(11)以外，该圆柱中心部分与连接器(1)的本体(2)的壳体(4)的凸起的圆柱部分相接触，所述两个倾斜部分(14，15)分别位于中心部分(11)的两侧的各一侧，并且还承载在连接器(1)的本体(2)的壳体(4)中。
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