本發(fā)明涉及通過使用聚合復(fù)合材料的策略結(jié)合、例如通過將聚合復(fù)合材料結(jié)合到具有輕型金屬部件的汽車軸承組件中來使得情形金屬部件沿至少一個線性方向的熱膨脹最小化。

背景技術(shù)：

本部分提供與本

技術(shù)實現(xiàn)要素：
相關(guān)的背景信息，卻不一定是現(xiàn)有技術(shù)。

用于車輛中燃料經(jīng)濟(jì)性的重量減小已刺激了各種輕型金屬部件、例如鋁和鎂的使用。雖然這些輕型金屬的使用用于減小總體重量并且通常改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性，但與傳統(tǒng)的鋼或陶瓷材料相比，這些金屬還具有相對較高的線性熱膨脹系數(shù)。在部件組件中，這些輕型金屬的使用可致使相對于具有較低線性熱膨脹系數(shù)的相鄰部件、類似于鋼或陶瓷材料的某些熱操作條件下不均勻的熱膨脹。

對于某些應(yīng)用而言，尤其是在動力系單元和軸承組件中，軸承組件內(nèi)的合適預(yù)加載和間隙維持性能的效率，同時不均勻的熱膨脹會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)損失并且由此降低性能以及燃料效率。過去，軸承組件中的各種部件、包括殼體和軸承自身由諸如鋼或陶瓷的類似材料形成，其共享類似的線性熱膨脹系數(shù)。因此，在車輛對于帶有具有類似線性熱膨脹系數(shù)的材料的傳統(tǒng)系統(tǒng)的操作期間的溫度波動不會導(dǎo)致顯著的容積變化，這會影響軸承組件或其它部件組件中的預(yù)加載或間隙。

雖然輕型金屬部件的使用具有減小可有助于重量減輕的燃料經(jīng)濟(jì)性增益的可能性，但軸承間隙由于線性熱膨脹系數(shù)中的顯著差異引起的可變性及不一致性會潛在地導(dǎo)致顯著的旋轉(zhuǎn)損失和其它降低的性能效率。具體地說，汽車系統(tǒng)具有各種平面部件，包括鄰近于包括傳統(tǒng)材料(具有較低線性熱膨脹系數(shù))的其它部件的輕型金屬(具有相對較高的線性熱膨脹系數(shù))，由此導(dǎo)致各種平面部件在整個汽車系統(tǒng)中的不均勻線性熱膨脹。因此，期望這樣的系統(tǒng)和方法，其用于減小具有包括輕型金屬和包括傳統(tǒng)材料的其它部件兩者的各種平面部件的汽車系統(tǒng)中、沿至少一個線性方向的熱膨脹，以控制此類線性熱膨脹并且進(jìn)一步改進(jìn)操作效率和燃料經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容

本節(jié)提供本發(fā)明的的一般概述，并且并不是其完整范圍或其所有特征的全部公開。

在某些方面中，本發(fā)明提供生產(chǎn)部件組件的方法，該部件組件具有在線性方向上的減小熱膨脹并且具有至少兩個部件，這兩個部件具有基本上不同的線性熱膨脹系數(shù)。該方法可包括形成一個或多個機(jī)械互鎖特征件，這些機(jī)械互鎖特征件沿著第一平面金屬部件中的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置，該第一平面金屬部件限定第一表面和相對的第二表面并且具有第一線性熱膨脹系數(shù)(clte)。第一平面金屬部件的第二表面設(shè)置在具有第二clte的第二部件附近。該方法可進(jìn)一步包括經(jīng)由一個或多個形成在第一平面金屬部件中的機(jī)械互鎖特征件將具有第三clte的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)附連于第一平面金屬部件。第一clte大于第二clte，同時第三clte小于或等于第二clte。附連于第一平面金屬部件的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小第一平面金屬部件沿至少一個線性方向的熱膨脹，并且使得第一平面金屬部件的第二表面從第二部件分開程度最小。

在某些方面中，本發(fā)明提供使得車輛中部件組件沿線性方向的熱膨脹最小的方法，該部件組件具有至少兩個部件，這兩個部件具有基本上不同的線性熱膨脹系數(shù)。該方法可包括將聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)附連于一個或多個機(jī)械互鎖特征件，這些機(jī)械互鎖特征件沿著在第一平面金屬部件中形成的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置。第一平面金屬部件限定第一表面和相對的第二表面。第一平面金屬部件的第二表面設(shè)置在第二部件附近。第一平面金屬部件具有第一clte，第二部件具有第二clte，而聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有第三clte。第一clte大于第二clte，同時第三clte小于或等于第二clte。附連于第一平面金屬部件的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小第一平面金屬部件沿至少一個線性方向的熱膨脹，并且使得第一平面金屬部件的第二表面從第二部件分開程度最小。

在其它方面中，本發(fā)明提供用于車輛的部件組件，該部件組件具有至少兩個部件，這兩個部件具有基本上不同的線性熱膨脹系數(shù)。該復(fù)合部件包括聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，該聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)附連于一個或多個機(jī)械互鎖特征件，這些機(jī)械互鎖特征件沿著在第一平面金屬部件中形成的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置。第一平面金屬部件限定第一表面和相對的第二表面。第二部件設(shè)置在相對的第二表面附近。第一平面金屬部件具有大于或等于約20×10^-6/℃的第一線性熱膨脹系數(shù)(clte)。第二部件具有小于或等于約20×10^-6/℃的第二clte。聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有小于或等于約10×10^-6/℃的第三clte和大于或等于約40gpa的模量。附連于沿著第一平面金屬部件中的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置的一個或多個機(jī)械互鎖特征件的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小第一平面金屬部件沿至少一個線性方向的熱膨脹，并且使得第一平面金屬部件的第二表面從第二部件分開程度最小。

在某些其它方面中，本發(fā)明設(shè)想用于車輛的預(yù)加載軸承組件，該預(yù)加載軸承組件具有至少兩個部件，這兩個部件具有基本上不同的線性熱膨脹系數(shù)。該預(yù)加載軸承組件可包括聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，該聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)附連于一個或多個機(jī)械互鎖特征件，這些機(jī)械互鎖特征件沿著形成在由輕質(zhì)金屬形成的平面殼體中的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置。軸承部件設(shè)置在平面殼體的與第一表面相對的第二表面附近的靜態(tài)預(yù)負(fù)載之下。平面殼體具有第一線性熱膨脹系數(shù)(clte)。軸承部件具有第二clte。聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有第三clte以及大于或等于約40gpa的模量。第一clte等于或等于比第二clte大約25％。第三clte小于或等于第二clte。附連于平面殼體的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小平面殼體沿至少一個線性方向的熱膨脹并且使得殼體的第二表面從軸承部件的分開程度最低。

從這里提供的描述中可以得知其它可應(yīng)用領(lǐng)域。在該發(fā)明內(nèi)容中的描述和特定示例僅僅旨在說明的目的并且并不旨在限制本發(fā)明的范圍。

附圖說明

這里描述的附圖僅僅用于所選擇實施例的說明性目的并且并非是所有可能的實施方式，并且并不旨在限制本發(fā)明的范圍。

圖1a示出根據(jù)本發(fā)明的某些方面的用于減小部件組件中輕型金屬的熱膨脹的聚合復(fù)合材料的剖視圖。

圖1b示出根據(jù)本發(fā)明的某些方面的用于減小部件組件中輕型金屬的熱膨脹的聚合復(fù)合材料的替代剖視圖。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的某些方面的用于減小部件組件中輕型金屬的熱膨脹的聚合復(fù)合材料的俯視圖。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的某些方面的用于減小部件組件中輕型金屬的熱膨脹的聚合復(fù)合材料的替代變型的俯視圖。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的某些方面的示例性汽車變速器殼體的一部分，該汽車變速器殼體包括用于減小變速器殼體的熱膨脹的聚合復(fù)合材料。

對應(yīng)的附圖標(biāo)記指示所有若干附圖中的對應(yīng)部件。

具體實施方式

現(xiàn)將參照附圖更完整地描述示例性實施例。

提供示例性實施例，以使得本發(fā)明將是詳盡，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)發(fā)明范圍。闡述了許多特定細(xì)節(jié)，例如特定組合物、部件、裝置以及方法的示例，以提供對本發(fā)明的實施例的詳盡理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，無需采用特定細(xì)節(jié)，而是示例實施例可體現(xiàn)在許多不同形式中并且不應(yīng)被理解成限制本發(fā)明的范圍。在一些示例實施例中，并未詳細(xì)地描述眾所周知的過程、眾所周知的裝置結(jié)構(gòu)以及眾所周知的技術(shù)。

這里使用的術(shù)語僅僅用于描述特定示例實施例并且并不旨在限制。如這里使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”以及“該”可旨在同樣包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有清楚地指示。術(shù)語“包含”、“包括”、“含有”以及“具有”是包含性的并且由此指代所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組群的存在或附加。這里描述的方法步驟、過程以及操作并不理解成必定需要以所討論或所示的具體次序執(zhí)行，除非具體確定為執(zhí)行順序。還可以理解，可采用附加或替代的步驟。

當(dāng)元件或?qū)又复挥诹硪辉驅(qū)印吧稀?、“與其接合”、“與其連接”、“與其附連”或“與其聯(lián)接”時，其可直接地位于另一元件或?qū)由?、與其接合、與其連接、與其附連或聯(lián)接，或者可存在居間元件或?qū)?。相反，?dāng)元件指代位于另一元件或?qū)印罢稀?、“與其直接接合”、“與其直接連接”、“與其直接附連”或“與其直接聯(lián)接”時，可并不存在居間元件或?qū)?。用于描述元件之間關(guān)系的其它詞語應(yīng)以類似的方式解釋(例如，“之間”對于“直接之間”、“相鄰”對于“之間相鄰”等)。如這里所使用地，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)聯(lián)列舉項目的任何和所有組合。

雖然術(shù)語第一、第二、第三等等可在這里用于描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部段，但這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部段不應(yīng)受這些術(shù)語限制。這些區(qū)域可僅僅用于將一個元件、部件、區(qū)域、層或部段與另一區(qū)域、層或部段相區(qū)分。諸如“第一”、“第二”之類的術(shù)語和其它數(shù)值術(shù)語在用在這里時并不暗含順序或次序，除非清楚地由上下文指示以外。因此，下文描述的第一元件、部件、區(qū)域、層或部段可稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或部段，而不會偏離示例實施例的教示。

諸如“內(nèi)部”、“外部”、“下方”、“之下”、“下部”、“之上”、“上部”之類的空間相對術(shù)語可在這里用于便于描述，以描述例如附圖中說明的一個元件或特征與另一元件或特征的關(guān)系。除了附圖中示出的定向以外，空間相對術(shù)語可旨在包含裝置在使用或操作中的不同定向。例如，如果附圖中的裝置翻轉(zhuǎn)，則描述為在另一元件或特征“之下”或者“下方”的元件則會定向在其它元件或特征“之上”。因此，示例術(shù)語“之下”可包含之上和之下的定向兩者。該裝置可以其它方式定向(轉(zhuǎn)過90度或以其它定向)，并且在此使用的空間相對描述語言相應(yīng)地解釋。

如這里所使用的，術(shù)語“平面”指代大體二維結(jié)構(gòu)，其通常但不必是剛性的并且無需是扁平的。

應(yīng)理解的是，對于“包括”某些步驟、整體、或特征的方法、組合物、裝置或系統(tǒng)的陳述，在某些替代變型中，還可設(shè)想的是，此類方法、組合物、裝置或系統(tǒng)還可“基本上由如下構(gòu)成”：所枚舉的步驟、整體或特征，以使得會在材料上改變本發(fā)明的基本和新穎特征的任何其它步驟、整體或特征從中排除。

在本發(fā)明中，數(shù)量值表征對于范圍的近似測量或限制，以包含與給定數(shù)值和實施例的微小偏差，其具有所提及的數(shù)值以及精確地具有所提及數(shù)值的那些數(shù)值。除了在詳細(xì)描述結(jié)束時提供的工作示例以外，本說明(包括所附權(quán)利要求書)中的參數(shù)的數(shù)量值(例如，量或條件)應(yīng)理解成在所有情形中由術(shù)語“約”修飾，而不管“約”是否實際地出現(xiàn)在數(shù)量值之前?！凹s”指代所陳述的數(shù)量值允許一定輕微不精確性(采用一些方案來確定數(shù)值的精確性；近似地或相當(dāng)?shù)亟咏鼣?shù)值；幾乎)。如果由“約”提供的不精確性不在本領(lǐng)域中作此通常意義的另外理解，則這里使用的“約”至少指代可能從測量和使用這些參數(shù)的一般方法中產(chǎn)生的變化。

此外，范圍的公開包括所有數(shù)值和整個范圍內(nèi)進(jìn)一步分隔范圍的公開，包括對于這些范圍給出的端點和子范圍。

在車輛、例如汽車中，發(fā)動機(jī)是產(chǎn)生用于推進(jìn)的扭矩的動力源。動力變速器或動力傳遞單元(ptu)將旋轉(zhuǎn)動力(扭矩)選擇性地傳遞至車輛的前和/或后軸或車軸。變速器或ptu是零件的組件，包括將動力從發(fā)動機(jī)傳遞至活車軸的變速齒輪、軸以及軸承。例如，在四輪驅(qū)動或全輪驅(qū)動車輛中，變速器或ptu將扭矩傳遞至前和后車軸。接收旋轉(zhuǎn)扭矩的每個車軸將扭矩傳遞至車輛的相關(guān)聯(lián)車輛以推進(jìn)車輛。

通常，變速器或ptu可包括至少一個軸承組件，其包括組件殼體和多個軸承。多個軸承可與軸接合。這些軸承可以是角形或錐形滾子軸承，它們通常用于支承變速器組件中的可旋轉(zhuǎn)軸或齒輪。滾子軸承通常保持在操作中的一些內(nèi)部間隙，然而，在某些應(yīng)用中，期望提供負(fù)間隙，以將它們保持在內(nèi)部應(yīng)力或“預(yù)加載”下。針對軸承的靜態(tài)預(yù)負(fù)載可使得合適的功能，以通過使得軸向和徑向游隙、旋轉(zhuǎn)損失以及噪聲在各種操作條件下來使得部件的耐久性最大化。預(yù)負(fù)載通常施加于軸承，其中，徑向間隙可在安裝期間調(diào)節(jié)，這些軸承例如是角向接觸球軸承或錐形滾子軸承。通常，兩個軸承(例如，面對面或背靠背安裝以形成雙聯(lián)對軸承)具有預(yù)負(fù)載。這些軸承部件可由鋼合金材料或陶瓷材料形成。軸承部件的外表面可鄰近于組件殼體和/或與該組件殼體相接觸，以限定它們之間的第一界面區(qū)域。軸承部件的相對內(nèi)表面可鄰近于軸和/或與該軸相接觸，以限定它們之間的第二界面區(qū)域。軸可由諸如鋼之類的傳統(tǒng)材料形成。

如上所述，在根據(jù)本教示的某些方面中，殼體組件可由如下材料形成：與在第一界面區(qū)域處形成與殼體的軸承交界的材料的比較線性熱膨脹系數(shù)(α)相比，該材料具有基本上不同的線性熱膨脹系數(shù)(α)。在某些較佳變型中，殼體可由諸如鋁或鎂之類的輕型材料形成。在某些方面中，在組件、尤其是用于車輛的軸承組件中的相鄰材料之間存在線性熱膨脹系數(shù)(α)(clte)上的顯著差異或失配的情形下，本教示是可用的。clte中的此種“顯著失配”或差異可大于或等于約10％、可選地大于或等于約25％、可選地大于或等于約50％、可選地大于或等于約75％、可選地大于或等于約100％、可選地大于或等于約125％、可選地大于或等于約150％、可選地大于或等于約175％，并且在某些變型中大于或等于約200％。在這些情況中，軸承組件中各種相鄰材料之間的失配會導(dǎo)致熱膨脹差異。具體地說，熱膨脹中的這些差異會導(dǎo)致相鄰材料沿一個或多個線性方向分開。值得注意的是，除了僅僅軸承組件以外，本發(fā)明的原則也可寬泛地適用于其它系統(tǒng)，其中彼此相關(guān)聯(lián)的材料具有顯著的clte失配或差異或者尺寸公差和預(yù)負(fù)載是重要的。

雖然組件結(jié)構(gòu)尤其適用于汽車或其它車輛(例如，摩托車、船舶、牽引機(jī)、公交車、摩托、房車、野營車以及坦克)的部件中，但它們也可用在各種各樣其它工業(yè)和應(yīng)用中，借助非限制的示例，包括航空航天部件、消費品、辦公設(shè)備以及家具、建筑、工業(yè)設(shè)備和機(jī)械、農(nóng)用設(shè)備、或者重型機(jī)器?？捎僧?dāng)前技術(shù)制造的車輛的非限制示例包括汽車、牽引機(jī)、公交車、摩托車、船舶、房車、野營車以及坦克。具有能由當(dāng)前技術(shù)制造的框架的其它實施例結(jié)構(gòu)包括建筑物、例如房屋、辦公室、棚屋、倉庫以及裝置。

借助示例，鋁(al)具有大約24×10^-6/℃的線性熱膨脹系數(shù)(clte)。應(yīng)注意的是，詳細(xì)描述中所描述的任何列舉參數(shù)或測得數(shù)值可以10％來改變。此外，例如本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到的是，此類數(shù)值通常是表征性的但非限制性的，因為各種金屬的合金可包含不同的合金成分且因此可在一定程度上與純金屬或基礎(chǔ)合金測量相區(qū)分。鎂(mg)具有大約26×10^-6/℃的代表性clte。通過比較，作為軸承部件用于這些應(yīng)用的鋼合金通常具有大約12×10^-6/℃至13×10^-6/℃的平均clte。因此，在殼體包括鋁或其它輕型金屬且軸承的對應(yīng)表面包括鋼合金的情形下，與殼體由傳統(tǒng)鋼(而非由新的輕質(zhì)鋁金屬)制成的比較系統(tǒng)相比，clte中的差異是至少約85％增長。類似地，如果殼體包括鎂且軸承的對應(yīng)表面包括鋼合金，則與殼體由傳統(tǒng)鋼制成的比較系統(tǒng)相比，clte中的差異是至少約100％增長。通常，汽車系統(tǒng)包括輕質(zhì)金屬殼體，其具有各種平面表面并且可鄰近于包括更多傳統(tǒng)金屬(例如，鋼)的其它金屬部件。在這些情形中，這些各種平面表面由于clte中的此種差異而易受到沿一個或多個線性方向的膨脹。clte中的此種差異會在較高的操作溫度下導(dǎo)致顯著的問題，尤其是在軸承上的預(yù)負(fù)載量可能由于相鄰材料沿至少一個線性方向的不均勻膨脹率而減小的軸承組件中，這會潛在地導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)損失和較低的效率性能。

根據(jù)本發(fā)明的某些方面，提供生產(chǎn)部件組件的方法，這些部件組件抵消并減小與較低clte材料相關(guān)聯(lián)的較高clte材料沿至少一個線性方向的熱膨脹量(例如，有助于在典型操作溫度的范圍內(nèi)維持具有clte失配材料的軸承系統(tǒng)中的預(yù)定量預(yù)負(fù)載)。這些方法可有利地允許更穩(wěn)定的軸線預(yù)負(fù)載。考慮到車輛部件，這些穩(wěn)定軸承預(yù)負(fù)載可由于軸承中的減小阻力損失而導(dǎo)致改進(jìn)的燃料經(jīng)濟(jì)性。附加地，由于減小的有效占空比，可有利地利用較小的軸承，這會減小質(zhì)量并且可進(jìn)一步減小阻力損失。此外，更一致且穩(wěn)定的預(yù)負(fù)載可導(dǎo)致增大齒輪的剛度，以允許更一致的齒輪型式，這總之可導(dǎo)致更精細(xì)地齒輪嚙合，用于減小反沖并且改進(jìn)噪聲、振動以及粗糙度。

因此，本發(fā)明設(shè)想生產(chǎn)部件組件(例如，用于車輛)的方法，該部件組件具有在線性方向上的減小熱膨脹并且具有至少兩個部件，這兩個部件具有基本上不同的線性熱膨脹系數(shù)。在某些變型中，此種方法可包括形成一個或多個機(jī)械互鎖特征件，這些機(jī)械互鎖特征件沿著第一平面金屬部件中的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置，該第一平面金屬部件限定第一表面和相對的第二表面并且具有第一線性熱膨脹系數(shù)(clte)。第一平面金屬部件的第二表面可設(shè)置在具有第二clte的第二部件附近。該方法可進(jìn)一步包括經(jīng)由一個或多個機(jī)械互鎖特征件將具有第三clte的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)附連于第一平面金屬部件，這些機(jī)械互鎖特征件形成在第一平面金屬部件中，例如形成在第一平面金屬部件的第一表面和/或第二表面中。

在其它方面中，本發(fā)明還設(shè)想使得部件組件(例如，用于車輛)的沿線性方向的熱膨脹最小的方法，該部件組件具有至少兩個部件，這兩個部件具有基本上不同的線性熱膨脹系數(shù)。在某些變型中，此種方法可包括將聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)附連于一個或多個機(jī)械互鎖特征件，這些機(jī)械互鎖特征件沿著在第一平面金屬部件中形成的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置。第一平面金屬部件限定第一表面和相對的第二表面。此文，第一平面金屬部件的第二表面可設(shè)置在第二部件附近。

在各種方面中，一個或多個互鎖特征件可形成在第一平面金屬部件的第一表面、第二表面或者第一表面和第二表面兩者中。

在各種方面中，這里描述的第一平面金屬部件具有第一clte，這里描述的第二部件具有第二clte，而這里描述的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有第三clte。

附加地或替代地，具有第三clte的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)還可具有大于或等于約40gpa的模量。在某些變型中，聚合復(fù)合材料的拉伸模量大于或等于約50gpa、可選地大于或等于約60gpa、可選地大于或等于約64gpa、可選地大于或等于約70gpa、可選地大于或等于約75gpa、可選地大于或等于約100gpa、可選地大于或等于約150gpa、可選地大于或等于約200gpa，并且在某些變型中可選地大于或等于約250gpa。用于聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的此種相對較高拉伸模量提供所需的剛度和結(jié)構(gòu)，以保持第一平面金屬部件沿至少一個線性方向和可選地兩個線性方向的線性膨脹。

在某些方面中，第一平面金屬部件的第一clte大于第二clte，可選地大于或等于高于第二部件的第二clte約25％、可選地大于或等于約40％、可選地大于或等于約100％或者在基本上不同的clte(clte失配)的上下文中上文所討論的任何數(shù)值。

如上所述，第一clte以之前在上文列舉的任何數(shù)值不同于第二clte。在某些方面中，第一平面金屬部件的第一clte大于或等于高于第二部件的第二clte約40％。在其它方面中，第一clte可大于或等于高于第二部件的第二clte約100％。

在某些變型中，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可具有小于或等于約10×10^-6/℃的第三clte和大于或等于約40gpa的模量。在某些方面中，第三clte可選地小于或等于約8×10^-6/℃、可選地小于或等于約6×10^-6/℃、可選地小于或等于約4×10^-6/℃，并且在某些變型中可選地小于或等于約2×10^-6/℃。第一平面金屬部件限定第一表面和相對的第二表面。第一平面金屬部件具有第一clte，該第一clte大于或等于約20×10^-6/℃、可選地大于或等于約24×10^-6/℃，并且在某些變型中可選地大于或等于約26×10^-6/℃。該部件組件還包括第二部件，該第二部件設(shè)置在相對的第二表面附近并且具有第二clte，該第二clte小于或等于約20×10^-6/℃、可選地小于或等于約15×10^-6/℃、可選地小于或等于約12×10^-6/℃、可選地小于或等于約10×10^-6/℃、可選地小于或等于約7×10^-6/℃、可選地小于或等于約5×10^-6/℃、并且在某些變型中可選地小于或等于約4×10^-6/℃。附連于第一平面金屬部件的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小第一金屬部件沿至少一個線性方向、可選地兩個線性方向的熱膨脹并且使得第一平面金屬部件的第二表面從第二部件的分開程度最低。在某些變型中，第一平面金屬部件的第一clte大于或等于約20×10^-6/℃，第二部件的第二clte小于或等于約20×10^-6/℃，并且聚合復(fù)合材料的第三clte較佳地小于或等于約10×10^-6/℃。

根據(jù)本教示的某些方面，表1提供針對可根據(jù)本發(fā)明的原理使用的合適材料的不同clte和拉伸模量數(shù)值的非限制列舉。

表1

因此，根據(jù)本發(fā)明的某些方法，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)附連于第一平面金屬部件，用于減小第一平面金屬部件沿至少一個線性方向、可選地兩個線性方向的熱膨脹，并且使得第一平面金屬部件的第二表面從第二部件分開程度最小。在第一平面金屬部件和第二部件具有熱失配、但仍期望在寬范圍的操作溫度下維持在預(yù)負(fù)載應(yīng)力下以增強(qiáng)性能的情形下，這是尤其有利的。

例如，在圖1a中的詳細(xì)視圖中最佳地示出，提供附連于軸承組件(例如，用在車輛中)的殼體1的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4。至少一個機(jī)械互鎖特征件5形成在殼體1中。聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4經(jīng)由機(jī)械互鎖特征件5附連。殼體1具有第一表面2和相對的第二表面3。機(jī)械互鎖特征件5可存在于第一表面2(如圖1a中所示)、第二表面3(未示出)或者第一表面2和第二表面3(例如在圖1b中所示)中。第二表面3可在第二部件(未示出)附近。應(yīng)注意的是，雖然在第二表面3和第二部件(未示出)之間可能存在縫隙或間隙，但在軸承組件處于靜態(tài)預(yù)負(fù)載的情形下，會建立較佳地接觸(理想地通過所有操作條件溫度范圍)。殼體1可包括多個機(jī)械互鎖特征件5，它們在第一表面2、第二表面3或者第一表面2和第二表面3兩者上限定空隙。

因此，在各種方面中，殼體1的第一表面2和/或第二表面3限定至少一個機(jī)械互鎖特征件5，以與聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4相互作用并且保持該聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

此外，一個或多個機(jī)械互鎖特征件沿著殼體1中的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置。例如圖2中所說明的，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4沿著殼體1的離散不連續(xù)區(qū)域6a設(shè)置，這些區(qū)域?qū)?yīng)于一個或多個機(jī)械互鎖特征件5的區(qū)域。離散不連續(xù)區(qū)域6a可存在于殼體1(未示出)的第一表面2和/或第二表面3上。

機(jī)械互鎖特征件5可理解成用于聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4的燕尾槽配置，以適合于致使聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4保持與殼體1接觸；然而，也可使用其它機(jī)械互鎖形狀和設(shè)計來用于將部件聯(lián)接在一起。例如，可將不同形狀的互補(bǔ)突出的凸緣、溝槽、通道、鎖定翼部用作機(jī)械互鎖特征件。如圖2中所示，一個或多個互鎖特征件限定四邊形形狀的區(qū)域6a。附加地或替代地，如圖3中所示，一個或多個互鎖特征件限定環(huán)面形區(qū)域6b。因此，在某些變型中，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4集成到由輕質(zhì)金屬材料形成的殼體1的第一表面2和/或第二表面3上的燕尾槽、四邊形形狀區(qū)域和/或環(huán)面形區(qū)域中，以使得在服務(wù)中經(jīng)歷的所有溫度下，復(fù)合材料和輕質(zhì)金屬將保持穩(wěn)固地集成。

類似于碳纖維強(qiáng)化聚合物，形成聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4的聚合復(fù)合材料具有例如上文在表1中闡述的低clte以及高拉伸模量。用于形成殼體1的諸如鋁和鎂的輕質(zhì)金屬具有高clte和相對適中的拉伸模量。具體地說，殼體1是平面的。如上所述，汽車系統(tǒng)可包括輕質(zhì)金屬殼體，其具有各種平面表面并且可鄰近于包括更多傳統(tǒng)金屬(例如，鋼)的其它金屬部件。這些各種平面表面易受到沿至少一個線性方向、通常是兩個線性方向的膨脹，這會導(dǎo)致在較高操作溫度下的顯著問題。然而，有利地是，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4可消除由輕質(zhì)金屬殼體1在比相鄰軸承部件高的速率沿至少一個線性方向熱膨脹所引起的效應(yīng)。因此，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4可提供強(qiáng)化并且限制附連于其的相鄰部件(例如，殼體1)沿至少一個線性方向、尤其是兩個線性方向的膨脹，而這在之前是難以實現(xiàn)的。例如，如圖2和3所示，線性方向在這里理解成相對于殼體1的沿著×軸線和/或y軸線的方向。應(yīng)理解的是，沿著×軸線和/或y軸線的線性方向僅僅是示例性的，并且還可以是對角線方向或者以彼此成角度的方向等等。

如上所述，在缺少聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4的情形下，輕質(zhì)金屬和相鄰的鋼或陶瓷軸承之間的熱膨脹差異會導(dǎo)致軸承預(yù)負(fù)載改變。此外，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4可適用于輕質(zhì)金屬殼體的各種可能的平面表面并且并不僅僅局限于殼體的一個部分，由此在殼體上產(chǎn)生總體尺寸穩(wěn)定效應(yīng)。

例如，可設(shè)想的是，這里描述的概念可適當(dāng)?shù)赜糜诘幌抻谟糜谲囕v的鋁變速器殼體。如圖4中所示，提供鋁變速器殼體10的一部分。聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4經(jīng)由機(jī)械互鎖特征件附連于變速器殼體10的一個以上平面部分，這些機(jī)械互鎖特征件如上所述沿著殼體中的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置。機(jī)械互鎖特征件可限定這里描述的任何合適形狀。

在一替代實施例中，第一平面金屬部件(例如，殼體1)的第一表面和/或第二表面是非周向的。如這里所使用的，術(shù)“周向”已知沿垂直于半徑或者平行于周緣的方向定向。因此，非周向形狀并不沿垂直于半徑或者平行于周緣的方向定向，例如第一平面金屬部件(例如，殼體1)可并不是圓柱形形狀或管狀形狀。附加地或替代地，非周向聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)并非是呈圍繞第一平面金屬部件(例如，殼體)的周向表面設(shè)置的條帶或環(huán)形結(jié)構(gòu)的形狀，而是，該部分是扁平的或者僅僅具有平面輪廓。

類似于碳纖維強(qiáng)化聚合物，形成聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4的聚合復(fù)合材料具有例如上文在表1中闡述的低clte以及高拉伸模量。用于形成殼體1的諸如鋁和鎂的輕質(zhì)金屬具有高clte和相對適中的拉伸模量。通過聯(lián)接聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4，復(fù)合材料的材料特性可消除由輕質(zhì)金屬殼體1在比相鄰軸承部件高的速率沿至少一個線性方向熱膨脹所引起的效應(yīng)。如上所述，在缺少聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4的情形下，輕質(zhì)金屬和相鄰的鋼或陶瓷軸承之間的熱膨脹差異會導(dǎo)致軸承預(yù)負(fù)載改變。而且，通過將聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4引入到可鄰近于內(nèi)部鋼軸承的殼體1的第一表面1和/或第二表面2，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4限制熱膨脹。

附連聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4可包括經(jīng)由一個或多個機(jī)械互鎖特征件5將預(yù)浸漬復(fù)合材料前體施加于殼體1的第一表面2和/或第二表面3，之后將預(yù)浸漬復(fù)合材料固化來形成聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。聚合復(fù)合材料可通過使用復(fù)合材料前體材料、例如纖維基材料(例如，布料或石墨帶)的帶形成。復(fù)合材料可形成有一個或多個層，其中，每個層可由纖維基材料的帶相接觸和/或交迭來形成。聚合復(fù)合材料(例如，纖維基材料)能以單向的方式或多向的方式施加。聚合復(fù)合材料(例如，纖維基材料)的對準(zhǔn)可確定第一平面金屬部件(例如，殼體1)的哪個線性方向在熱膨脹下受限制。例如，考慮平面殼體的×軸線、y軸線，如果聚合復(fù)合材料的纖維沿著平面殼體中的×軸線在線性方向上對準(zhǔn)，則聚合復(fù)合材料纖維可限制平面殼體沿著×軸線的線性熱膨脹。類似地，如果聚合復(fù)合材料的纖維沿著平面殼體中的y軸線在線性方向上對準(zhǔn)，則聚合復(fù)合材料纖維可限制平面殼體沿著y軸線的線性熱膨脹。

纖維基基底材料還可包括樹脂。樹脂可在纖維基材料施加于工作表面(例如，殼體1的第一表面2和/或第二表面3)之后固化，并且由此可用于將聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4中的單個或多個層粘結(jié)在一起。

通常采用兩個方法將樹脂引入到所浸漬的纖維基基底復(fù)合材料中：濕式卷繞(或?qū)盈B)或者預(yù)先浸漬(稱為“預(yù)浸漬”)。對于濕式卷繞，干纖維強(qiáng)化材料可通常通過浸沒過浴槽而在使用樹脂時由樹脂來潤濕。對于預(yù)先浸漬(預(yù)浸漬)，樹脂事先潤濕到纖維基材料中，并且通常包括使得樹脂部分地固化以具有粘度或粘稠一致性(也稱為b-級部分固化)并且然后卷起預(yù)浸漬的纖維基材料用于之后使用的步驟。預(yù)浸漬復(fù)合材料系統(tǒng)趨于使用熱固樹脂系統(tǒng)，這可通過在從約30分鐘至約2小時范圍內(nèi)的固化時間(取決于固化溫度)內(nèi)通過升高溫度來固化。然而，一些預(yù)浸漬材料可采用樹脂，該樹脂利用光輻射(例如，紫外線輻射(uv))來固化。

在某些其它方面中，本教示還設(shè)想如下附連步驟：其中，例如經(jīng)由在一個或多個機(jī)械互鎖特征件5附近、內(nèi)和/或之上的細(xì)絲卷繞來施加強(qiáng)化材料。該方法可選地包括將未固化樹脂組合物施加或引入到纖維基強(qiáng)化材料中或上。通過施加，這意味著未固化樹脂組合物潤濕到纖維基材料上，并且由此可涂覆到纖維基材料的表面上或者吸入/浸漬到強(qiáng)化纖維基材料中(例如，吸入/浸漬到強(qiáng)化纖維基材料內(nèi)的孔隙或開口中)。在樹脂引入到具有強(qiáng)化材料的區(qū)域之后，隨后通過固化來形成聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4。

在其它變型中，復(fù)合材料前體材料可經(jīng)由一個或多個機(jī)械互鎖特征件5注塑模制或以其它方式施加于殼體1的第一表面2和/或第二表面3，這可隨后通過固化來形成聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4。

在某些方面中，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4的厚度小于或等于約10mm、可選地小于或等于約9mm、可選地小于或等于約8mm、可選地小于或等于約7mm、可選地小于或等于約6mm、可選地小于或等于約5mm、可選地小于或等于約4mm、可選地小于或等于約3mm、可選地小于或等于約2mm、并且在某些變型中可選地小于或等于約1mm。

在某些方面中，取決于殼體1的尺寸，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4以至少約10％、可選地至少約15％、可選地至少約20％、可選地至少約25％、可選地至少約30％、可選地至少約35％、可選地至少約40％、或者可選地至少約45％的重量百分比存在于殼體1中。例如，重量百分比可相對于存在于殼體1的限定平面部分中的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4、并非必須是整個殼體1。替代地，重量百分比可相對于整個殼體1中的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4。具體地說，聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)4以至少約25％的重量百分比存在于殼體1中。

如上所述，在某些變型中，第一平面金屬部件(例如，殼體1)由選自如下的金屬形成：鋁、鎂及其合金，其可容易地機(jī)加工或鑄模。因此，本發(fā)明的方法還設(shè)想通過對表面(例如，第一表面2和/或第二表面3)進(jìn)行機(jī)加工以形成機(jī)械互鎖特征件來形成圖1a和1b中的機(jī)械互鎖特征件5。在這些變型中，第二部件包括選自如下的材料：鋼和陶瓷，而聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(例如，4)可包括熱塑性樹脂和選自如下的多個強(qiáng)化材料：碳、玻璃以及它們的組合。在某些變型中，在第一金屬部件是軸承組件殼體且第二部件是預(yù)加載軸承部件的一部分的情形下，這些方法是尤其有用的。

本發(fā)明類似地設(shè)想用于車輛的改進(jìn)部件組件，該改進(jìn)部件組件具有至少兩個部件，這兩個部件具有基本上不同的線性熱膨脹系數(shù)。該部件組件可包括聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，該聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)附連于一個或多個機(jī)械互鎖特征件，這些機(jī)械互鎖特征件沿著形成在第一平面金屬部件(例如，軸承殼體)中的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置。第一平面金屬部件可限定第一表面和相對的第二表面。第二部件(例如，軸承部件)可設(shè)置在相對的第二表面附近。第一平面金屬部件具有第一線性熱膨脹系數(shù)(clte)，該第一線性熱膨脹系數(shù)大于或等于約20×10^-6/℃、可選地大于或等于約24×10^-6/℃，并且在某些變型中可選地大于或等于約26×10^-6/℃。該第二部件具有第二clte，該第二clte小于或等于約20×10^-6/℃、可選地小于或等于約15×10^-6/℃、可選地小于或等于約12×10^-6/℃、可選地小于或等于約10×10^-6/℃、可選地小于或等于約7×10^-6/℃、可選地小于或等于約5×10^-6/℃、并且在某些變型中可選地小于或等于約4×10^-6/℃。聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可具有小于或等于約10×10^-6/℃的第三clte以及大于或等于約40gpa的模量。在某些方面中，第三clte可選地小于或等于約8×10^-6/℃、可選地小于或等于約6×10^-6/℃、可選地小于或等于約4×10^-6/℃，并且在某些變型中可選地小于或等于約2×10^-6/℃。附連于沿著第一平面金屬部件中離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置的一個或多個機(jī)械互鎖特征件的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小第一平面金屬部件沿至少一個線性方向、可選地兩個線性方向的熱膨脹，并且使得第一平面金屬部件的第二表面從第二部件分開程度最小。如上所述，在某些較佳變型中，第一平面金屬部件包括鋁、鎂或它們的合金，第二部件包括鋼或陶瓷，且聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括熱塑性樹脂和多個選自如下的強(qiáng)化材料：碳纖維、玻璃纖維以及它們的組合。

在其它方面中，本發(fā)明設(shè)想用于車輛的預(yù)加載軸承組件，該預(yù)加載軸承組件具有至少兩個部件，這兩個部件具有基本上不同的線性熱膨脹系數(shù)。該預(yù)加載軸承組件可包括聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，該聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)附連于一個或多個機(jī)械互鎖特征件，這些機(jī)械互鎖特征件沿著形成在由輕質(zhì)金屬形成的平面殼體中的離散不連續(xù)區(qū)域設(shè)置。軸承部件可設(shè)置在平面殼體的與第一表面相對的第二表面附近的靜態(tài)預(yù)負(fù)載之下。平面殼體具有第一線性熱膨脹系數(shù)(clte)。軸承部件具有第二clte。聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有第三clte以及大于或等于約40gpa的模量。第一clte大于第二clte，具體地說，第一clte大于或等于高于第二clte約25％，或者可以是之前在上文指定的任何數(shù)值。第三clte小于或等于第二clte。平面殼體可具有第一clte，該第一clte大于或等于約20×10^-6/℃、可選地大于或等于約24×10^-6/℃，并且在某些變型中可選地大于或等于約26×10^-6/℃。該軸承部件可具有第二clte，該第二clte小于或等于約20×10^-6/℃、可選地小于或等于約15×10^-6/℃、可選地小于或等于約12×10^-6/℃、可選地小于或等于約10×10^-6/℃、可選地小于或等于約7×10^-6/℃、可選地小于或等于約5×10^-6/℃、并且在某些變型中可選地小于或等于約4×10^-6/℃。聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可具有小于或等于約10×10^-6/℃的第三clte和大于或等于約40gpa的模量。在某些方面中，第三clte可選地小于或等于約8×10^-6/℃、可選地小于或等于約6×10^-6/℃、可選地小于或等于約4×10^-6/℃，并且在某些變型中可選地小于或等于約2×10^-6/℃。附連于平面殼體的聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小平面殼體沿至少一個線性方向、可選地兩個線性方向的熱膨脹并且使得殼體的第二表面從軸承部件的分開程度最低。

在某些方面中，殼體包括鋁、鎂或其合金。軸承部件可包括鋼或陶瓷。聚合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括熱塑性樹脂和選自如下的多個強(qiáng)化材料：碳纖維、玻璃纖維以及它們的組合。在其它變型中，軸承部件是錐形滾子軸承組件的一部分。在某些方面中，軸承部件是角向接觸球軸承。

出于說明和描述的目的，已提供各實施例的前文描述。但這并不打算是窮盡的或限制本發(fā)明。特定實施例的各個元件或特征通常并不限于特定的實施例，而是在可適用的情形下是可互換的并且可用在所選擇的實施例中，即使并未明確地示出或描述。這也可以許多方式來改變。這些變形并不被認(rèn)為偏離本發(fā)明，且所有這些修改均旨在包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。