用于復合輪的中心鎖定安裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】用于復合輪的中心鎖定安裝結(jié)構(gòu)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年8月30日提交的澳大利亞臨時專利申請N0.2013903314的優(yōu)先權(quán)，該申請的公開內(nèi)容應理解為被并入本說明書。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明整體涉及用于將一個或多個復合輪安裝到安裝件上的中心鎖定結(jié)構(gòu)。本發(fā)明特別地適于用于碳纖維輪的安裝結(jié)構(gòu)，并且在下文中對于這種示例性應用適宜地公開本發(fā)明。
【背景技術(shù)】
[0004]以下對【背景技術(shù)】進行討論的意圖在于方便本發(fā)明的理解。然而，應當理解的是:這樣的討論不等于承認所提及的任何內(nèi)容都是到本申請的優(yōu)先權(quán)日為止已公開、已知的或公知常識的一部分。
[0005]將復合結(jié)構(gòu)安裝到其他部件或結(jié)構(gòu)上具有挑戰(zhàn)性。諸如碳纖維部件等復合結(jié)構(gòu)通常在纖維方向上極其強而剛硬，但在與纖維垂直的方向上可能具有較低的剛度和強度。用于螺栓接合連接件的安裝孔通常形成為與纖維方向垂直。因此，通過由這些孔形成的接合部施加的壓縮載荷與纖維垂直而不與纖維成一條直線。在與纖維垂直方向上，材料的剛度很低。因此，在螺栓或墊圈的頭部和待與該頭部連接的安裝件之間需要小的夾持壓力以避免損傷。大的夾持力可能損壞預成型的安裝孔處或緊鄰安裝孔處的復合材料，導致安裝孔的邊緣處或緊鄰安裝孔的邊緣處的脫層。這使得難以利用常規(guī)的安裝緊固結(jié)構(gòu)實現(xiàn)結(jié)實的接合部。
[0006]墊圈可以用于將載荷分布在較大的區(qū)域上。然而，常規(guī)的扁平墊圈在安裝孔周圍提供不均勻的載荷分布。在大多數(shù)情況下，在較接近于螺栓的頭部的區(qū)域內(nèi)的載荷較大，從而形成接近安裝孔邊緣的不合乎需要的高壓縮區(qū)。
[0007]因此，可以將特別的緊固件組合應用于復合結(jié)構(gòu)。例如，由本申請人提交的國際專利申請N0.PCT/AU2012/000598描述了用于以多個螺栓接合的復合輪的安裝結(jié)構(gòu)，復合輪具有圍繞輪的旋轉(zhuǎn)軸線均勻排列的沿徑向取向的安裝孔。該安裝結(jié)構(gòu)包括:緊固墊圈，其具有構(gòu)造為面向復合輪的位于安裝孔周圍的表面的基部;緊固側(cè)部，其具有構(gòu)造為當緊固螺母組裝到細長緊固件元件上時與緊固螺母的互補部分可操作地接合的接合表面。緊固結(jié)構(gòu)還包括套管，該套管構(gòu)造為延伸到復合輪的安裝孔內(nèi)，并且被接納在位于安裝件中的形狀互補的套管孔內(nèi)或者被接納在位于安裝件附近的元件內(nèi)。
[0008]單中心安裝特征常常用于高性能車輛，尤其是應用于賽車中。這通常被稱作中心鎖定安裝系統(tǒng)(centre-1 ock attachment system) 101^112012/000598中描述的安裝結(jié)構(gòu)可能不能理想地適合于中心鎖定安裝系統(tǒng)，因為該結(jié)構(gòu)的適合于中心鎖定系統(tǒng)的放大形式可能不能有效地將夾持力從中心鎖定安裝孔分散到足夠大的接觸區(qū)域。因此，該結(jié)構(gòu)的中心鎖定形式仍然在接近復合輪的中心鎖定安裝孔的邊緣設置有不合乎需要的高壓縮區(qū)。
[0009]因此，希望提供一種用于復合輪的中心鎖定安裝結(jié)構(gòu)來克服上述限制中的一個或多個。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供一種中心鎖定安裝結(jié)構(gòu)，該中心鎖定安裝結(jié)構(gòu)用于使用中心鎖定緊固件和可以緊固到中心鎖定緊固件上的中心鎖定緊固螺母將至少一個復合輪安裝到安裝件上。
[0011]復合輪包括中心安裝區(qū)域，中心安裝區(qū)域具有供中心鎖定緊固件插通的中心安裝孔和圍繞中心安裝區(qū)域的中心安裝孔沿環(huán)向間隔開的多個緊固件孔。
[0012]安裝結(jié)構(gòu)包括前部元件，前部元件具有在使用中與中心鎖定緊固螺母可操作地接合的外接合表面和在使用中與復合輪的中心安裝區(qū)域的外側(cè)可操作地接合的內(nèi)接合表面。前部元件還包括供中心鎖定緊固件插通的安裝孔和圍繞前部元件的該安裝孔沿環(huán)向間隔開的多個緊固件孔。前部元件的緊固件孔與復合輪的中心安裝區(qū)域的緊固件孔互補。
[0013]安裝結(jié)構(gòu)還包括背襯元件，背襯元件具有在使用中面向安裝件并優(yōu)選地與安裝件可操作地接合的外接合表面，并且具有在使用中與復合輪的中心安裝區(qū)域的內(nèi)側(cè)可操作地接合的內(nèi)接合表面。背襯元件還包括供中心鎖定緊固件插通的安裝孔和圍繞背襯元件的該安裝孔間隔開的多個緊固件孔，背襯元件的緊固件孔與復合輪的中心安裝區(qū)域的緊固件孔互補。
[0014]安裝結(jié)構(gòu)還包括多個構(gòu)造為被接納在前部元件和背襯元件的對準的孔中的細長緊固件。在使用中，細長緊固件將前部元件和背襯元件夾持在復合輪的中心安裝區(qū)域上和中心安裝區(qū)域周圍。
[0015]當將本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)組裝到復合輪上時，復合輪的中心安裝區(qū)域大致夾在前部元件和背襯元件之間。前部元件、背襯元件和與之配合的細長緊固件用于在安裝區(qū)域?qū)⒅行逆i定輪安裝件的夾持力分散到較大的區(qū)域中，并且更具體地，讓夾持力遠離復合輪的中心安裝孔的中心和邊緣。因此，當將復合輪安裝到安裝件上時，中心鎖定夾持力和由細長緊固件產(chǎn)生的夾持力的合力在前部元件的匹配表面和輪的前表面之間提供均勻分布的夾持壓力。這確保了輪和安裝件之間的中心鎖定結(jié)構(gòu)在車輛運行期間對安裝系統(tǒng)性能造成最小的損失或不造成損失。
[0016]通過將中心安裝區(qū)域、前部元件和背襯元件各自的緊固件孔構(gòu)造為圍繞各自的安裝孔大致均勻地間隔開，優(yōu)選為均勻地沿環(huán)向間隔開，可以優(yōu)化前部元件和背襯元件間的夾持力的分布。因此，每個單獨的細長緊固件的夾持力作用在大致相等的面積上。
[0017]優(yōu)選地，當在使用中由中心鎖定緊固連接件(尤其是中心鎖定緊固螺母)與前部元件接合所產(chǎn)生的夾持力和各單獨的細長緊固件的夾持力之間的在前部元件中產(chǎn)生的力矩大致為零時，并且更優(yōu)選的是在力矩等于零時，獲得前部元件、背襯元件與復合輪的安裝區(qū)域之間的均勻的夾持力和夾持壓力。
[0018]將載荷分散到遠離復合輪的中心鎖定孔的中心和邊緣的位置部分地取決于緊固件孔與安裝孔(或復合輪的中心安裝區(qū)域的中心)的徑向間隔距離。因此，中心安裝區(qū)域、前部元件和背襯元件各自的緊固件孔優(yōu)選為沿徑向與復合輪的中心安裝區(qū)域的中心(與復合輪的中心同軸)間隔開可以容納特定設計的足夠大的徑向間隔。在大多數(shù)設計中，該徑向間隔將被限制在復合輪的安裝孔的直徑與由背襯元件所抵接的安裝件的尺寸(優(yōu)選為外周/外徑)之間。
[0019]復合輪的中心安裝孔具有與特定的中心鎖定系統(tǒng)相匹配的尺寸。對于車輪，中心安裝孔的直徑尺寸通常在40mm至10mm之間，優(yōu)選的直徑尺寸在60mm至80mm之間。因此，中心安裝區(qū)域、前部元件和背襯元件各自的緊固件孔優(yōu)選為沿徑向與各自的安裝孔的環(huán)形邊緣間隔開可以容納特定設計的足夠大的徑向間隔。
[0020]另外，如上面提到的，優(yōu)選的是在前部元件中，在由中心鎖定緊固件結(jié)構(gòu)與前部元件接合所產(chǎn)生的夾持力和各單獨的細長緊固件的夾持力之間產(chǎn)生零力矩。相應地，中心安裝區(qū)域、前部元件和背襯元件各自的緊固件孔優(yōu)選為與復合輪的中心安裝區(qū)域的中心沿徑向間隔開并且位于前部元件的內(nèi)徑和外徑的環(huán)形中心(annular center of an inner andouter diameter)與安裝件的外徑之間?？梢岳斫獾氖?，緊固件孔越接近安裝件的外徑，由細長緊固件產(chǎn)生的與中心鎖定緊固件引起的夾持力矩相對抗的力矩就越大。因此，中心安裝區(qū)域、前部元件和背襯元件各自的緊固件孔優(yōu)選為與復合輪的中心安裝區(qū)域的中心沿徑向間隔開，并且更優(yōu)選的是位于接近安裝件的外徑的位置。
[0021]可以通過在將安裝結(jié)構(gòu)組裝到復合輪上時對細長緊固件進行預加載來增強安裝結(jié)構(gòu)的作用。在組裝期間對細長緊固件進行預加載使得在背襯元件和前部元件之間生成預載荷。在細長緊固件中產(chǎn)生的足夠的預載荷力提供了在正常載荷條件下不會松動或斷裂的強而可靠的接合部。
[0022]背襯元件、復合輪的中心安裝區(qū)域和前部元件中的每一個的安裝孔構(gòu)造為沿緊固軸線接納中心鎖定緊固件，該緊固軸線沿軸向延伸穿過復合輪的中心安裝孔的中心。一旦中心鎖定緊固件完全插通各個已對準的安裝孔，則將中心鎖定緊固螺母擰緊在從前部元件的中心安裝孔延伸出來的中心鎖定緊固件的遠端上。通過擰緊緊固螺母，將前部元件和背襯元件夾持在圍繞或靠近安裝孔的中心安裝區(qū)域的重疊部(overlapping sect1ns)的周圍。因此，中心鎖定緊固螺母、中心鎖定緊固件以及細長緊固件協(xié)同地夾持前部元件和背襯元件之間的中心安裝區(qū)域。
[0023]前部元件和背襯元件中的至少一個還可以包括套管，該套管從前部元件或背襯元件的位于安裝孔周圍的內(nèi)接合表面沿緊固軸線軸向地向外延伸。每個套管優(yōu)選地構(gòu)造為延伸到復合輪的安裝孔內(nèi)。套管用于將載荷分布到遠離復合輪的安裝孔中心的位置。每個套管可以具有任何適當?shù)臉?gòu)造，具體地，可以具有任何適當?shù)臋M截面。在優(yōu)選的形式中，套管相對于緊固軸線具有圓形或多邊形的徑向橫截面。
[0024]前部元件或背襯元件的套管還包括遠端，該遠端構(gòu)造為被配合地接納在與前部元件對應的背襯元件或與背襯元件對應的前部元件的配合構(gòu)件(cooperating component)中。然后可以選擇套管的長度以與夾持在前部元件和背襯元件之間的復合輪的中心安裝區(qū)域的厚度相匹配。在一些實施例中，選擇套管的長度以使夾持在前部元件和背襯元件之間的復合材料的壓縮最小化或使該壓縮滿足該復合材料的設計壓縮(d e s i g n e dcompress1n)。
[0025]在其他實施例中，前部元件和背襯元件中的每一個都包括一段所述套管，前部元件的套管包括遠端，該遠端構(gòu)造為被配合地接納在背襯元件的套管的遠端之中或背襯元件的套管的周圍(圍繞背襯元件的套管而被接納)。在一些實施例中，各個套管構(gòu)造為被配合地接納在彼此之中或彼此周圍。套管可以構(gòu)造為在重疊時自由移動。然而，在一些實施例中，前部元件和背襯元件的套管中的至少一個還可包括止擋元件，該止擋元件構(gòu)造為限定前部元件的套管的遠端能被配合地接納在背襯元件的套管的遠端之中或遠端周圍的深度。該止擋元件可以包括任何適當?shù)臉?gòu)型，例如一