專(zhuān)利名稱(chēng)：制造包括加強(qiáng)軛的復(fù)合材料制成的連桿的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造包括主體的由復(fù)合材料制成的連桿的方法，主體的一部分(諸如一端)被加強(qiáng)以經(jīng)受機(jī)械應(yīng)力集中。
背景技術(shù)：
圖I示出一個(gè)這樣的連桿1，該 連桿包括在其每個(gè)端部處由雙軛3、4延伸的大致管狀中空主體2。每個(gè)雙軛3、4包括兩個(gè)臂3a、3b、4a和4b，所有的雙軛都由比連桿的其余部分的復(fù)合材料的名義厚度大的復(fù)合材料厚度構(gòu)成。每個(gè)軛的兩個(gè)臂平行于中空主體的總體方向AX放置，且每個(gè)臂包括孔，孔中安裝有金屬軸承。在從專(zhuān)利文獻(xiàn)FR2893532得知的方法中，該連桿由切成圖2所示形狀的一件加強(qiáng)纖維組織制成。該形狀包括用于中空主體2的中心部分和用于每個(gè)對(duì)應(yīng)于雙軛臂的延伸部。所使用的組織是2. 5D型的具有恒定厚度的碳纖維組織，即包括多個(gè)重疊的編織纖維層，這些編織纖維層通過(guò)連接纖維(也稱(chēng)為橫向纖維)而彼此連接。該連桿的制造包括通過(guò)對(duì)其施加芯棒等來(lái)折疊圖2中的組織件，然后將樹(shù)脂注入到加強(qiáng)纖維組織并固化該組合物以聚合該樹(shù)脂。在成形該組織之前，通過(guò)在軛的水平面處切除2. 組織的基層的連接纖維，從而將這些基層彼此局部分離以增加軛的厚度。然后在所分離的基層之間局部地插入交錯(cuò)層，這能夠局部地增加厚度。在添加交錯(cuò)層后，所謂的橫向纖維穿過(guò)該組件以將所有層固定在一起。每個(gè)軛的諸臂的厚度由此顯著大于連桿的其余部分的厚度以提高軛抵抗沿方向AX施加在其上的力的機(jī)械阻力。這些力來(lái)自當(dāng)連桿的軛安裝在圖中未示出的軸上時(shí)在連桿上的正常負(fù)載。實(shí)踐中，可實(shí)現(xiàn)的增加的厚度受到難以在所使用的2. 組織的每個(gè)層與下一層之間添加多于一個(gè)交錯(cuò)層的因素限制?？僧a(chǎn)生的厚度增加上的限制體現(xiàn)在軛的機(jī)械強(qiáng)度和由此作為整體的連桿的機(jī)械強(qiáng)度的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種進(jìn)一步增加連桿的一部分的機(jī)械強(qiáng)度的解決方案。為此，本發(fā)明提供一種制造包括適于接納機(jī)械軸的軛的復(fù)合材料連桿的方法，該軛包括垂直于所述機(jī)械軸的定向(AZ)的兩個(gè)平行臂，該方法包括以下步驟-制造芯棒，該芯棒形成足夠的整體剛性以接納纖維層；-在軛的水平面處對(duì)該芯棒施加構(gòu)成連桿的加強(qiáng)纖維基層和在基層之間交錯(cuò)的附加層，以在該處構(gòu)成增加的厚度；-在軛的每個(gè)臂的水平面處，根據(jù)該軛所要安裝在其上的機(jī)械軸的定向?qū)⒔泳€片插入穿過(guò)交錯(cuò)層和基層；-將樹(shù)脂注入到基層并注入到交錯(cuò)層并聚合該樹(shù)脂。通過(guò)該解決方案，平行于軛所要安裝在其上的機(jī)械軸定向的接線片通過(guò)縱向定向的力看上去提高了軛的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明還提供了如上所限定的方法，其中，基層是圍繞芯棒編織的加強(qiáng)纖維層，且每個(gè)交錯(cuò)層由圍繞芯棒纏繞的加強(qiáng)纖維捆綁物和芯棒承載的一個(gè)或多個(gè)基層形成。本發(fā)明還提供了如上所限定的方法，其中，用于交錯(cuò)層的捆綁物是加強(qiáng)纖維組織帶。本發(fā)明還提供了如上所限定的方法，其中，插入的接線片由振動(dòng)支承承載。本發(fā)明還提供了如上所限定的方法，其中，振動(dòng)支承包括基板，該基板的一面承載 短柱，且具有比這些短柱的長(zhǎng)度大的厚度的可壓縮材料墊片附連抵靠承載短柱的該面，使這些柱部分地穿過(guò)墊片，并且每個(gè)接線片由振動(dòng)支承承載，面向相應(yīng)短柱插入在墊片中。


已經(jīng)描述的圖I是已知的具有兩個(gè)雙軛的復(fù)合材料連桿的總體視圖；已經(jīng)描述的圖2是用于通過(guò)已知方法制造圖I的連桿的加強(qiáng)纖維組織件在攤平時(shí)的視圖；圖3示出通過(guò)本發(fā)明的方法制造的連桿軛的穿過(guò)其縱向軸線的剖面立體圖；圖4示出通過(guò)本發(fā)明的方法制造的連桿軛的穿過(guò)其縱向軸線的剖面?zhèn)纫晥D；圖5是可用于使用本發(fā)明的方法來(lái)制造連桿的芯棒的立體圖；圖6是示意性示出圍繞圖5中的芯棒堆積加強(qiáng)纖維編織層的操作的立體圖；圖7是示意性示出圍繞承載編織加強(qiáng)纖維層的芯棒纏繞加強(qiáng)纖維層的操作的立體圖；圖8至14示出將接線片插入本發(fā)明的軛臂的操作步驟。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明在于實(shí)現(xiàn)其上安裝有軛的機(jī)械軸在其上施加沿連桿的縱向軸線定向的力，但這導(dǎo)致軛臂的應(yīng)力垂直于該縱向軸線定向，這在該組件處于負(fù)載下時(shí)通過(guò)分層開(kāi)始損壞軛。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)加強(qiáng)將構(gòu)成每個(gè)臂的平行層緊固在一起的連接來(lái)提高每個(gè)軛臂的強(qiáng)度，而不是增加構(gòu)成這些臂的增加的厚度。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)連桿處于負(fù)載下時(shí)，連桿承受縱向負(fù)載，該縱向負(fù)載通過(guò)主要沿縱向定向的機(jī)械應(yīng)力反映在連桿本體中。在軛的水平面處，由每個(gè)軸傳遞的力與每個(gè)臂中不均勻分布的沿多向體現(xiàn)的應(yīng)力相反。這些多向應(yīng)力非?？赡軐?gòu)成每個(gè)軛臂的層分層，并從而增加橫向接線片使得能夠增加這些層之間的內(nèi)聚力，這意味著機(jī)械強(qiáng)度的增加，特別是沿縱向方向的機(jī)械強(qiáng)度的增加。圖3和圖4所示的本發(fā)明的連桿6包括構(gòu)成彼此平行定向的兩個(gè)臂7a和7b、沿連桿的縱向(由軸線AX表示)延伸的雙軛7。
該連桿由以套筒形式圍繞芯棒11的加強(qiáng)纖維基層8a至Se的組件構(gòu)成。在該連桿的端部，即在對(duì)應(yīng)于臂7a和7b的區(qū)域7中，已經(jīng)將另外的交錯(cuò)層9a至9d局部地插入在連續(xù)基層8a至Se之間。每個(gè)臂7a、7b由厚度相當(dāng)于構(gòu)成連桿6的加強(qiáng)纖維的名義厚度的基本上兩倍的加強(qiáng)纖維構(gòu)成，特別是在其中心區(qū)域中，即管狀本體中。每個(gè)臂7a、7b還包括孔(沒(méi)有附圖標(biāo)記)，孔中配合有相應(yīng)的金屬環(huán)。這些環(huán)12a和12b構(gòu)成與垂直于軸線AX的軸線AZ對(duì)準(zhǔn)并圍繞軛所要安裝在其上的機(jī)械軸的軸承，以在臂中分布由該機(jī)械軸施加的力。重疊以構(gòu)成每個(gè)臂7a和7b的、位于垂直于軸線AZ的平面中的加強(qiáng)碳纖維層8a-8e和9a_9d具有穿過(guò)其平行于方向AZ并將重疊層固定在一起的碳接線片。如可從圖中看到的，接線片13a穿過(guò)臂7a的纖維層，而接線片13b穿過(guò)臂7b的纖維層。通過(guò)在這些接線片13a和13b干燥時(shí)，即在注入樹(shù)脂之前，通過(guò)將這些接線片13a和13b插入加強(qiáng)纖維層而安裝這些接線片13a和13b。接線片有利地使用承載將要插入接線片的、朝向接線片插入其中的軛臂的外表面逐漸移動(dòng)的振動(dòng)支承插入軛臂中，如下文更詳細(xì)描述的那樣。接線片還可通過(guò)其它已知方法插入，通常稱(chēng)為“z銷(xiāo)連接(z-pinning)”方法。通常采用每個(gè)平方厘米3至5個(gè)接線片量級(jí)的接線片密度。一旦已經(jīng)插入接線片13a和13b，由芯棒11與芯棒11所承載的纖維基層8a_8e、在臂7a和7b的水平面處在這些基層之間交錯(cuò)的附加層9a_9d、以及接線片13a和13b構(gòu)成的組件被安裝在模具中。然后將樹(shù)脂注入到所有層中，并通過(guò)加熱聚合該樹(shù)脂。在完成的部件中，通過(guò)聚合樹(shù)脂并通過(guò)接線片共同地提供基層8a_8e與交錯(cuò)層9a_9d之間的連接。接線片13a和13b通過(guò)提供沿方向AZ的牽引阻力來(lái)抵抗加強(qiáng)纖維層的分層，同時(shí)聚合的樹(shù)脂將力從一層傳遞到另一層，沿平行于與軸線AZ垂直的平面的方向提供剪切強(qiáng)度。圖3和圖4所示的連桿可通過(guò)結(jié)合圖I和2描述的方法，S卩，使用2. 5D碳加強(qiáng)纖維組織件進(jìn)行制造。如上所指出的，在對(duì)應(yīng)于軛臂的區(qū)域內(nèi)切除連接該組織基層的橫向纖維，并在臂的水平面處在局部分離的基層之間設(shè)置附加的交錯(cuò)層。以此方式改變的組織件然后被安裝在芯棒上，其中，在軛臂的水平面處插入接線片，此后，于是整體安裝在模具中用以注射并聚合樹(shù)脂。連桿也可有利地通過(guò)圍繞芯棒進(jìn)行編織而產(chǎn)生構(gòu)成連桿的基層(即層8a_8e)的方法進(jìn)行制造，且其中在每個(gè)軛臂的水平面處交錯(cuò)的各附加層通過(guò)纏繞施加在織造加強(qiáng)纖維帶上。該情形中，在軛臂的水平面處局部地沿方向AZ施加接線片13a和13b以將基層8a-8e連接到交錯(cuò)層9a_9d，基層8a_8e于是成為編織層，交錯(cuò)層于是成為纏繞層。如可從圖5中看到的，芯棒11沿縱向軸線AX延伸，采用具有圍繞該軸線旋轉(zhuǎn)的總體形狀的大致中空套筒形式。芯棒11的橫截面在中心區(qū)域14或多或少是圓形，而在第一和第二端16、17處，該截面具有大致矩形形狀。、
兩個(gè)桿18和19剛性地固定到芯棒11的端部16和17，沿方向AX延伸，以使得能夠操作芯棒而不必通過(guò)芯棒外表面保持芯棒。用于支承加強(qiáng)纖維層和賦予完工部件外部形狀的芯棒11可由預(yù)灌注碳纖維組織層進(jìn)行制造，然后整體被預(yù)聚合以賦予芯棒所需的機(jī)械剛性。如圖6所示，一旦已經(jīng)完成芯棒11，則芯棒配合在編織機(jī)器21中以圍繞芯棒編織加強(qiáng)碳纖維構(gòu)成的第一基層8a。機(jī)器21主要包括對(duì)中在軸線AX中并承載一系列碳纖維線軸23的環(huán)22。當(dāng)通過(guò)控制裝置沿軸線AX將芯棒11移動(dòng)通過(guò)環(huán)22時(shí)，圍繞芯棒11的外表面織造碳纖維“襪”。如可從圖7中看到的，第一編織碳纖維基層8a在整個(gè)芯棒11長(zhǎng)度上圍繞芯棒11并延伸越過(guò)芯棒的端部16和17。當(dāng)已經(jīng)施加第一編織層8a時(shí)，圍繞芯棒11的第一端16在該第一基層8a上方纏繞第一帶9a，以構(gòu)成加強(qiáng)雙軛7的臂的局部增加的厚度。 連桿的第一端與芯棒11的第一端16重合，連桿的中心區(qū)域與芯棒11的中心區(qū)域14重合，而連桿的第二端與芯棒11的第二端17重合。根據(jù)具有大致矩形基部的螺旋總體形狀，符合纏繞帶9a所圍繞的芯棒11的端部16的截面設(shè)置該纏繞帶9a。在圖7中，帶9a以彼此間隔開(kāi)的三匝螺旋圍繞端部16?！矫?，螺旋匝可以是連續(xù)的而不是彼此間隔開(kāi)，而另一方面，可以添加兩個(gè)編織層之間以此方式引入的增加厚度的方式圍繞該第一端連續(xù)地纏繞多層帶?？墒謩?dòng)地、自動(dòng)地或半自動(dòng)地施加該帶。例如，可通過(guò)包括圍繞芯棒11的環(huán)、適于圍繞芯棒轉(zhuǎn)動(dòng)并承載加強(qiáng)纖維帶線軸的纏繞機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)該纏繞。環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和芯棒沿軸線AX的向前移動(dòng)使得能夠以可調(diào)整為所要求的節(jié)距進(jìn)行纏繞。一旦已經(jīng)圍繞第一端纏繞該第一帶9a，具有第一編織基層8a和第一纏繞帶9a的整個(gè)芯棒11再次出現(xiàn)在環(huán)22內(nèi)部以圍繞該組件編織加強(qiáng)纖維的另一基層Sb。一旦已經(jīng)編織該第二基層Sb，則圍繞第一端16纏繞第二帶，并連續(xù)地進(jìn)行編織層和纏繞帶的施加操作以施加最后的編織基層。當(dāng)已經(jīng)施加所有的層時(shí)，在每個(gè)軛臂的水平面處插入接線片以增加將編織基層和纏繞交錯(cuò)層連接在一起的連接的機(jī)械強(qiáng)度。如圖8至14所示意性示出的，使用承載接線片13b并朝向臂7b的外表面降低的振動(dòng)支承將接線片插入軛臂7b中。以類(lèi)似方式將接線片插入另一臂7a中。振動(dòng)支承24包括基板26，基板26裝備有從基板的表面之一突出且各自位于所要插入的接線片的位置處的一組短柱27。聚丙烯、聚苯乙烯等材料構(gòu)成的墊片28具有大于這些短柱27的長(zhǎng)度的厚度，該墊片28被施加到承載這些短柱的表面，從而支承抵靠基板26的相應(yīng)表面并使短柱27局部穿過(guò)墊片。所要插入軛臂7b的每個(gè)接線片13b首先“植入”在墊片28的自由面中，面向相應(yīng)短柱27，從而接線片13b的端部支承抵靠短柱27的端部。一般來(lái)說(shuō)，墊片28由足夠柔性的材料制成，以使一方面短柱27、另一方面接線片13b都穿過(guò)墊片。在該階段，如圖8所示意性示出，承載還沒(méi)有被插入的接線片13b的振動(dòng)支承24定位在軛臂7b的外表面上方。然后在整體朝向軛臂降低、承受由圖中箭頭F所示出的力的同時(shí)啟動(dòng)用于振動(dòng)該振動(dòng)支承的裝置。隨著振動(dòng)支承降低，振動(dòng)支承所承載的接線片13b配合穿過(guò)構(gòu)成臂7b的基層和交錯(cuò)層，如圖9所示，直到墊片28與該臂7b的外表面接觸，這對(duì)應(yīng)于圖10所示的情形。由于墊片28由柔性和/或可壓縮材料制成，振動(dòng)支承24的向下移動(dòng)可仍然由于在力F的作用下繼續(xù)，這壓縮墊片28，由此減少其厚度。在該階段，如圖11所示意性示出，剛性短柱27通過(guò)臂7b的外表面局部地刺穿第一纖維層。接線片13b的端部然后被嵌入臂7b中，而不是從臂7b的外表面突出。換言之，裝備有可壓縮材料墊片28的振動(dòng)支承24的使用使得能夠完成將接線片13b嵌入在軛臂7b的厚度中，如圖12示意性地示出。接線片13b嵌入在臂的厚度中的事實(shí)有利于由芯棒和芯棒所承載的層形成的組 件安裝入模具中，以便注射并聚合樹(shù)脂用來(lái)粘接該組件。實(shí)踐中，構(gòu)成連桿的加強(qiáng)纖維層沿徑向具有一定壓縮性，且這些層在安裝在模具中時(shí)就被壓縮，這又進(jìn)一步提高了整個(gè)部件的纖維密度。因?yàn)榻泳€片13b完全嵌入在加強(qiáng)纖維層的厚度中，在該組件安裝在注塑模中之后，接線片不構(gòu)成對(duì)這些纖維層徑向壓縮的障礙。如圖12和13示意性地示出，軛臂7b在安裝在模具中之前具有厚度e，而在安裝在模具中之后，軛臂7b的厚度減少到值e’。—旦樹(shù)脂已經(jīng)注入并聚合，則雙軛被加工，且可在每個(gè)軛臂中形成孔，用于在其中安裝相應(yīng)的環(huán)，如圖14示意性地示出。雙軛7在包含軸線AX并沿垂直于軸線AZ的方向定向的平面中可例如經(jīng)過(guò)金屬切割鋸越過(guò)原料部分的第一端進(jìn)行加工。經(jīng)過(guò)該金屬切割鋸形成將雙軛7的兩個(gè)臂或分枝7a和7b彼此分離的溝槽，以使它們隔開(kāi)與金屬切割鋸的厚度對(duì)應(yīng)的距離。在圖5至圖7的示例中，圍繞第一端纏繞的材料是采用織造纖維帶形式的加強(qiáng)纖維捆綁物。還能夠直接纏繞制造加強(qiáng)纖維的加強(qiáng)纖維、帶、油繩或繩。更通常來(lái)說(shuō)，重要的是纏繞由加強(qiáng)纖維制成的捆綁物有利地具有與基層纖維相同的種類(lèi)。此外，在圖中所示示例中，該方法用于加強(qiáng)一個(gè)連桿端。本發(fā)明可具有其它應(yīng)用，但是能夠例如在連桿本體的中心區(qū)域中纏繞一個(gè)或多個(gè)帶，并通過(guò)接線片加強(qiáng)它們。
權(quán)利要求
1.一種制造包括適于接納機(jī)械軸的軛(7)的復(fù)合材料連桿(6)的方法，該軛(7)包括垂直于所述機(jī)械軸的定向(AZ)的兩個(gè)平行臂(7a、7b)，所述方法包括以下步驟 -制造芯棒(11)，所述芯棒(11)形成足夠的整體剛性以接納纖維層(8a-8e、9a_9d)； -在所述軛(7、7a、7b)的水平面處對(duì)該芯棒(11)施加構(gòu)成所述連桿(6)的加強(qiáng)纖維基層(8a-8e)和在所述基層(8a_8e)之間交錯(cuò)的附加層(9a_9d)，以在該處構(gòu)成增加的厚度； -在所述軛(7)的每個(gè)臂(7a、7b)的水平面處，根據(jù)該軛(7)所要安裝在其上的機(jī)械軸的定向(AZ)將接線片(13&、1310插入穿過(guò)所述交錯(cuò)層(9&-9(1)和所述基層(8&-86)； -將樹(shù)脂注入到所述基層(8a_8e)并注入到所述交錯(cuò)層(9a_9d)并聚合該樹(shù)脂。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述基層(8a-8e)是圍繞所述芯棒(11)編織的加強(qiáng)纖維層，且每個(gè)交錯(cuò)層(9a_9b)由圍繞所述芯棒(11)纏繞的加強(qiáng)纖維捆綁物和所述芯棒(11)承載的一個(gè)或多個(gè)基層(8a_8b)形成。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于用于所述交錯(cuò)層(9a-9b)的捆綁物是加強(qiáng)纖維組織帶。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于插入的所述接線片(13a、13b)由振動(dòng)支承(24)承載。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述振動(dòng)支承(24)包括基板(26)，所述基板(26)的一面承載短柱(27)，且具有比這些短柱(27)的長(zhǎng)度大的厚度的可壓縮材料墊片(28 )附連抵靠承載所述短柱(27 )的所述面，使這些柱(27 )部分地穿過(guò)所述墊片(28 )，并且每個(gè)接線片由所述振動(dòng)支承(24)承載，面向相應(yīng)短柱(27 )插入在墊片(26 )中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造由復(fù)合材料制成并包括用于接納機(jī)械軸線的軛(7)的連桿(6)的方法，軛(7)包括垂直于機(jī)械軸線的兩個(gè)平行臂(7a、7b)，該方法包括步驟制造芯棒(11)，芯棒(11)形成為足夠剛性以接納纖維層(8a-8e、9a-9d)的單件；在軛(7、7a、7b)處在所述芯棒(11)上施加纖維層(8a-8e)和在基層(8a-8e)之間交錯(cuò)的其他層(9a-9d)以在軛(7、7a、7b)上形成增加的厚度；插入接線片(13a、13b)延伸穿過(guò)中間層(9a-9d)和基層(8a-8e)；注入樹(shù)脂到基層(8a-8e)和中間層(9a-9d)并聚合所述樹(shù)脂。
文檔編號(hào)F16C7/00GK102741039SQ201080053729
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者P·鄧?yán)锞S, R·梅森 申請(qǐng)人:梅西耶-布加蒂-道提公司