專利名稱：復(fù)合桿、制造方法及工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了復(fù)合桿、復(fù)合桿的制造方法以及在該過(guò)程中所涉及的工具。本發(fā)明屬于纖維增強(qiáng)塑性結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域，所述纖維增強(qiáng)塑性結(jié)構(gòu)用于保持兩個(gè)元件分開(kāi)既定的距離、承載在所述兩個(gè)元件之間的載荷的目的。
背景技術(shù)：
桿是如下結(jié)構(gòu)，S卩，通常被工程師使用以保持兩個(gè)元件分開(kāi)既定的(固定的或可變的)距離、承載在所述兩個(gè)元件之間的載荷。金屬桿和支柱是多數(shù)設(shè)計(jì)中的主要元件，其支撐結(jié)構(gòu)性元件或系統(tǒng)元件并且確保在結(jié)構(gòu)內(nèi)的均一載荷分布。通常，連接結(jié)構(gòu)配備有球軸承以避免力矩載荷的傳遞。作為示例，僅在空客A380上就使用了多于300種的不同桿。在這些桿中，將主起落架艙門(mén)(MLGD)配件連接到機(jī)身結(jié)構(gòu)的桿是相當(dāng)重要的。包括門(mén)的連接路徑作為這些門(mén)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，要服從于另外的安全需求。另外，在每個(gè)降落和起飛操作中，所述桿的支撐載荷是門(mén)的每次打開(kāi)/關(guān)閉的循環(huán)載荷，因此，疲勞載荷是關(guān)鍵的。此外，MLGD和機(jī)腹整流罩被確定為雷擊的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。雷擊的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域包括形成飛行器外殼或外部表面的所有導(dǎo)電部件或組件。為此，門(mén)必須與主結(jié)構(gòu)電接地。因?yàn)殚T(mén)通過(guò)配件和桿與機(jī)身連接，所以桿必須能夠傳輸所需的電流。目前這通過(guò)借助于金屬夾附接到桿的銅搭接片來(lái)完成。主要的技術(shù)問(wèn)題在于，對(duì)于所述目的來(lái)說(shuō)，當(dāng)前的桿是非常重的。此外，一旦合成的兩個(gè)金屬體被獨(dú)立地制造，則對(duì)于當(dāng)前通過(guò)將所述合成的兩個(gè)金屬本體擰到一起而產(chǎn)生的制造方法存在要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
借助于根據(jù)權(quán)利要求1的保持兩個(gè)元件分開(kāi)預(yù)定距離的復(fù)合桿、根據(jù)權(quán)利要求13的用于獲得中空桿結(jié)構(gòu)的 單次制造方法以及根據(jù)權(quán)利要求15的要在單次制造方法中使用的工具，本發(fā)明目的得以實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中限定本發(fā)明的具體實(shí)施例。本發(fā)明的用途的范圍不限于飛行器并且一般化為需要將兩個(gè)元件分開(kāi)預(yù)定距離、承載在所述兩個(gè)元件之間的載荷的任何其它的用途，諸如鐵軌、工業(yè)廠房等，本發(fā)明在第一方面陳述了一種復(fù)合桿，其中所述桿包括:兩個(gè)中空的本體，外本體和內(nèi)本體，所述兩個(gè)本體中的每一個(gè)均能夠承受載荷，從而提供雙路徑承載；一個(gè)套著另一個(gè)的這兩個(gè)中空的本體向整體結(jié)構(gòu)提供故障安全設(shè)計(jì)，以便滿足在所述本體中的一個(gè)由于腐蝕、疲勞或意外損害而導(dǎo)致無(wú)法承受載荷的情況下具備雙路徑承載的需求；兩個(gè)桿端，在由所述兩個(gè)本體組成的所述結(jié)構(gòu)的每個(gè)端部處均具有一個(gè)桿端；桿設(shè)計(jì)有充足的裝備能力，以吸收在通過(guò)桿附接的兩個(gè)元件中的界面點(diǎn)的位置公差。取決于由所述桿制成的物件的用途，這些桿必須能夠借助于兩個(gè)可調(diào)整的端部在長(zhǎng)度上容易地調(diào)節(jié)若干毫米；在結(jié)構(gòu)的大致中心的內(nèi)本體的內(nèi)徑比在邊緣中的內(nèi)本體的內(nèi)徑大；所提出的桿的概念是如下的中空結(jié)構(gòu):與在邊緣中相比，在中心中具有更大內(nèi)徑(以提供足夠的慣性)。其特征在于:兩個(gè)本體由復(fù)合結(jié)構(gòu)制成，為了實(shí)現(xiàn)更輕的桿的目的，本發(fā)明通過(guò)合成結(jié)構(gòu)來(lái)替代現(xiàn)存的金屬結(jié)構(gòu)。在不同實(shí)施例中纖維增強(qiáng)塑性復(fù)合材料通常有兩種或更多種相異的材料制成:嵌入在聚合物基體中的高強(qiáng)度低密度的纖維(諸如玻璃、碳以及芳綸纖維)。所述基體具有如下任務(wù):在單個(gè)纖維之間提供應(yīng)力傳遞、維持結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性并且保護(hù)纖維免受環(huán)境影響，同時(shí)所述纖維是承重組分。長(zhǎng)纖維復(fù)合材料是在不同方向上具有不同特性的高度各向異性的復(fù)合材料。復(fù)合材料由若干層制成，所述每個(gè)層均包括纖維和基體組分。這些層包括彼此平行地延伸的長(zhǎng)纖維，并且因此所述層本身再一次是高度各向異性的。這些單獨(dú)層在嵌入在基體中并且例如在爐中固化的同時(shí)結(jié)合在一起。因?yàn)樗鰧拥娜∠颉⒉牧虾皖愋湍軌虮舜瞬煌?，所以能夠在?yōu)選實(shí)施例中針對(duì)最佳的強(qiáng)度/硬度來(lái)使纖維(層)的取向適合。纖維復(fù)合材料的剛性和強(qiáng)度性能很大程度上由纖維材料和層取向例如從非定向?qū)訅喊?所有纖維順著相同的方向)到準(zhǔn)各項(xiàng)通向?qū)訅喊?在每個(gè)方向上延伸相同量的纖維)的選擇來(lái)決定。需要詳細(xì)的分析以確保這些材料的完全的性能益處被并入在桿的任何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。在單個(gè)方向上的加載越占優(yōu)勢(shì)，用于桿的復(fù)合材料的適用性就越好；并且在所述兩個(gè)本體之間，所述桿包括導(dǎo)體材料，優(yōu)選地至少一層銅箔。為了滿足必須和金屬制結(jié)構(gòu)一樣有效地將電能傳導(dǎo)過(guò)纖維結(jié)構(gòu)的需求，在不同實(shí)施例中，所述桿借助于導(dǎo)體材料諸如銅箔層而設(shè)有良好的電流返回路徑。在第二方面中，本發(fā)明陳述了用于獲得中空桿結(jié)構(gòu)的單次制造方法，所述方法包括下列步驟:在心軸上進(jìn)行內(nèi)本體的繞絲；繞絲是用于制造復(fù)合材料的制造技術(shù)，該復(fù)合材料通常呈圓柱形結(jié)構(gòu)的形式。該工藝涉及在改變陽(yáng)模或心軸上的張力的量的情況下的繞絲。能夠應(yīng)用的繞絲的通用工藝包括心軸，所述心軸在托架或繞絲機(jī)水平移動(dòng)的同時(shí)旋轉(zhuǎn)，將纖維鋪在所期望的圖案中。需要知道結(jié)構(gòu)的量級(jí)，并且具有所需的板層數(shù)量、取向、材料性質(zhì)等、所謂的堆疊次序的粗略想法。所述制造方法的第一步包括將復(fù)合材料纏繞在心軸或工具上以便建立所述復(fù)合桿的內(nèi)本體。復(fù)合材料被細(xì)絲成形；在內(nèi)本體和外本體之間放置導(dǎo)體材料，優(yōu)選地至少一層銅箔；一旦鋪上內(nèi)本體的內(nèi)層壓板，就施加覆蓋整個(gè)內(nèi)層壓板的銅箔。該導(dǎo)體材料提供最終的復(fù)合桿的所需的導(dǎo)電性；在內(nèi)本體上進(jìn)行外本體的繞絲；利用在繞絲的通用工藝中的繞絲機(jī)，順著針對(duì)外本體的堆疊次序的限定方向圍繞內(nèi)層壓板和銅箔鋪上外層壓板的纖維。在先前步驟中的所得結(jié)構(gòu)上纏繞細(xì)絲狀的復(fù)合材料；在所述兩個(gè)本體上纏繞熱收縮帶；
—旦兩個(gè)本體和鋪在所述兩個(gè)本體之間的導(dǎo)體材料被纏繞在心軸或工具上，就將熱收縮帶纏繞在整個(gè)結(jié)構(gòu)上以提供所需的壓力；并且在爐中固化所得的結(jié)構(gòu)；將從先前步驟中獲得的所有元件放置在用于固化的爐中。包括內(nèi)本體和外本體兩者的最終桿在單個(gè)步驟中被固化，并且因此，與外本體和內(nèi)本體被單獨(dú)地建立并且然后固定在一起的以前的技術(shù)相比，該方法被稱為“單次”。本發(fā)明的最后一方面是在用于獲得中空的桿結(jié)構(gòu)的單次制造方法中使用的工具，所述工具包括:能夠在先前提到的方法中使用的心軸或工具在下文中描述，所述心軸或工具提高了制造本發(fā)明的復(fù)合桿的簡(jiǎn)易性并且還包括對(duì)工具與完成后的桿的分離的改善；中央心軸，所述中央心軸被冠狀部件包圍，所述冠狀部件使得桿的內(nèi)本體的至少中心部分在大致中心中比在邊緣中寬，其中所述冠狀部件足夠短以在固化之后被移除；所述冠狀部件是被組裝的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)形成圓柱狀的結(jié)構(gòu)，該圓柱狀的結(jié)構(gòu)在工具的中心中具有比在邊緣中的直徑更大的直徑。所述冠狀部件在已用于制造所述桿之后被拆除。這些冠狀部被組裝在中央心軸上。引用詞“足夠短”表示的是所述冠狀部件的周長(zhǎng)是短的，并且在已移除中央心軸之后，所述冠狀部件配合在留下的間隙中并且因此也能夠被移除；兩個(gè)螺紋套筒，在所述中央心軸的每個(gè)端部處均具有一個(gè)螺紋套筒，以保持螺紋完全地對(duì)準(zhǔn)，以便允許擰入桿端；所述螺紋套筒是附接到擴(kuò)大所述結(jié)構(gòu)的中央心軸的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)，并且所述螺紋套筒的直徑比所述中央心軸加上所述冠狀部件-結(jié)構(gòu)的直徑小，以便使得在邊緣中的桿的直徑比在中心中的桿的直徑小；以及兩個(gè)端部工具，在每個(gè)套筒的每個(gè)自由端處均具有一個(gè)端部工具，所述端部工具是所述工具的最后的部件并且所述端部工具封閉整個(gè)結(jié)構(gòu)；其中工具的所有元件被布置成在桿的制造期間保持被組裝、而在固化之后被拆除。在桿的固化之后，例如，在爐中，所述工具的不同元件能夠一個(gè)接一個(gè)地從正在被拆除的整體結(jié)構(gòu)分離，優(yōu)選地，首先是至少一個(gè)端部工具，然后，對(duì)應(yīng)的螺紋套筒，接著中央心軸。當(dāng)間隙是空的時(shí)，還能夠拆除冠狀部件并且通過(guò)由中央心軸和至少一個(gè)螺紋套筒留下的剩余間隙一個(gè)接一個(gè)地移除所述冠狀部件。在排除了相互排斥的特征和/或步驟的這種組合的情況下，能夠以任何組合方式來(lái)組合在本發(fā)明(包括權(quán)利要求、說(shuō)明書(shū)以及附圖)中描述的所有特征和/或所描述的方法的所有步驟。


參考附圖，根據(jù)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明書(shū)將清楚地理解本發(fā)明的這些和其它特征以及優(yōu)點(diǎn)，從僅作為示例給出而不限于此的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例可明白所述本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明書(shū)。圖1:在該圖中，以透視圖顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的桿的示例。
圖2:在該圖中，以透視圖顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的桿的示例。在該實(shí)施例中，示出附接有桿端的桿。圖3:該圖以截面圖示出了本發(fā)明的具有在外本體中的嵌件的實(shí)施例。在該視圖中，已移除了桿端并且圖示兩個(gè)本體、導(dǎo)體材料以及金屬嵌件。圖4:在該圖中，示出了具有電接合凸起的先前實(shí)施例的詳圖。圖5:在該圖中，示出了本發(fā)明的先前實(shí)施例的圖3的截面A的詳圖。圖6:在該圖中，示出了本發(fā)明的實(shí)施例的另一視圖以及不同的詳圖；圖6A示出了在沒(méi)有桿端的情況下本發(fā)明的桿的實(shí)施例的側(cè)視圖；圖6B示出了在圖6A中的切斷BB的截面圖；圖6C示出了在圖6A中的切斷CC的截面圖；圖6D示出了在圖6A中的切斷DD的截面圖。圖7:在該圖中，示出了在具有附接到桿的桿端的情況下，本發(fā)明的實(shí)施例的又一局部視圖。圖8:該圖示出了在制造過(guò)程中所使用的工具的實(shí)施例。圖8A示出了整個(gè)工具的透視分解視圖；圖8B示出了能夠區(qū)分已組裝工具的不同部件的側(cè)視圖。圖9:該圖示出了從桿的截面圖(觀察)的工具的元件的拆卸過(guò)程。圖9A示出了在所有冠狀部件已組裝的情況下過(guò)程的開(kāi)始的截面圖；圖9B示出了從其它部件拆卸的第一冠狀部件的截面圖。圖10:該圖以桿的截面圖的方式示出了在制造桿的時(shí)候的合成的工具-桿。圖11:該圖是圖10的部分E的詳圖。
具體實(shí)施例方式在已概述了本發(fā)明的目的后，在下文中描述具體的非限制性實(shí)施例。在圖1中，以透視圖顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的桿的示例。桿是金屬的，并且外本體和內(nèi)本體被獨(dú)立地制造，然后組裝。這里，桿端被附接到桿。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，桿必須是電導(dǎo)體，夕卜金屬嵌件(5)設(shè)有一體的突起(6)以與優(yōu)選地由銅制成的導(dǎo)體搭接片(在圖中未示出)連接。這些突起(6)將電傳導(dǎo)到整體結(jié)構(gòu)的外側(cè)。在圖2中，示出了根據(jù)本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的透視圖，其中，不同的功能部件為:桿的外本體(I);桿端(3)，桿端(3)在桿的一側(cè)處具有雙孔的突起并且在桿的另一側(cè)處具有單孔的突起；以及突起(6),突起(6)與未在該圖中示出的外金屬嵌件(5) —體形成。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，復(fù)合桿被制造，其特征在于，在外本體(I )、內(nèi)本體(2)以及桿端(3)之間的裝配是雙線螺紋的，并且所述桿包括與導(dǎo)體材料(4)(在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的情況下，銅箔)連接的外金屬嵌件(5)。這些外金屬嵌件(5)被應(yīng)用在銅箔
(4)上并且用于將提供所需的裝備能力的桿端(3)連接。必須確保在內(nèi)本體(2)和外金屬嵌件(5)之間的螺紋的正確對(duì)準(zhǔn)，從而使桿端(3)能夠同時(shí)被擰緊到內(nèi)本體(2)和外金屬嵌件(5)上。此外，通過(guò)旋轉(zhuǎn)桿本體來(lái)調(diào)節(jié)裝備長(zhǎng)度，這導(dǎo)致兩個(gè)桿端被同時(shí)擰入或擰出(螺絲扣原理)。這意味著即使在兩個(gè)桿端(3)處的金屬嵌件(5)的幾何形狀是相同的，金屬嵌件(5)也必須在一個(gè)桿端(3)中具有右旋螺紋而在另一個(gè)桿端中必須具有左旋螺紋。
在更優(yōu)選的實(shí)施例中，內(nèi)本體(2)包括內(nèi)金屬嵌件(7)。內(nèi)金屬嵌件(7)和外金屬嵌件(5)彼此獨(dú)立，以便提供完全獨(dú)立的載荷路徑。內(nèi)金屬嵌件(7)設(shè)計(jì)有斜面以便通過(guò)倒角來(lái)降低峰值張力，并且內(nèi)金屬嵌件(7)比外金屬嵌件(5)長(zhǎng)以允許桿端(3)在裝備期間完全地?cái)Q入和擰出。在圖3、4和5中，看到具有內(nèi)金屬嵌件(7)和帶有一體的突起(6)的外金屬嵌件(5)的桿的不同詳圖，其中，不同的部件被區(qū)分為:桿的外本體(I);桿的內(nèi)本體(2);銅箔(4);外金屬嵌件(5);—體形成到外金屬嵌件(5)的突起(6);以及內(nèi)金屬嵌件(7)。在該圖中，已移除了桿端并且圖示了兩個(gè)本體(1、2)、導(dǎo)體材料(4)以及金屬嵌件(5、7)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中成形外金屬嵌件(5)和內(nèi)金屬嵌件(7),以避免牽拉出來(lái)或牽拉通過(guò)的結(jié)果。在優(yōu)選實(shí)施例中，金屬嵌件(5、7)由鈦制成，由于該材料的適應(yīng)性而避免腐蝕問(wèn)題。需求之一是要具有良好的腐蝕性能，并且例如，在電流腐蝕方面，CFRP-Ti組合(碳纖維增強(qiáng)塑料-鈦)是最好的一種，這是由于相似的電勢(shì)以及因此導(dǎo)致的降低的電偶。該形狀在嵌件區(qū)域中提供了本體(1、2)的額外的厚度。在不同實(shí)施例中，本發(fā)明的桿具有金屬的或由復(fù)合材料制成的桿端(3 )。在圖6中，看到在沒(méi)有桿端(3)的情況下同一個(gè)桿的不同的詳細(xì)截面圖(BB、CC、DD)中的不冋部件。圖6B不出在圖6A中的切斷BB的截面圖。在代表?xiàng)U的中心的該圖中，僅能夠看到外本體(I)、導(dǎo)體材料(4)和內(nèi)本體(2)。圖6C示出在圖6A中的切斷CC的截面圖。在該圖中能夠看到外本體(I)、內(nèi)本體(2)、導(dǎo)體材料(4)以及內(nèi)金屬嵌件(7)。還能夠看到的是，內(nèi)本體(2)的在結(jié)構(gòu)的大致中心(剖面線BB)中的內(nèi)徑比在邊緣(剖面線CC)中的內(nèi)徑大。圖6D示出在圖6A中的切斷DD的截面圖。在該圖中僅能夠看到外本體(I)、導(dǎo)體材料(4)以及外金屬嵌件(5)。這是因?yàn)樵谠搶?shí)施例中，內(nèi)本體(2)未到達(dá)外本體(I)的端部，這還能夠在圖5的視圖中更好地理解。在圖7中 ，看到本發(fā)明的具有一體形成的突起(6)和所包括的桿端(3)的實(shí)施例的詳細(xì)局部視圖。在該圖中，示出了具有桿端(3)的實(shí)施例，該桿端(3)帶有單孔突起。在又一更優(yōu)選的實(shí)施例中，復(fù)合結(jié)構(gòu)包括準(zhǔn)各向同性的層壓板。纖維復(fù)合材料的剛性和強(qiáng)度表現(xiàn)很大程度上由纖維材料和從非定向的層壓板(所有纖維順著相同的方向)到準(zhǔn)各向同性的層壓板(在每個(gè)方向上延伸相同量的纖維)的層取向的選擇來(lái)決定。在開(kāi)始制造之前，需要知道結(jié)構(gòu)的數(shù)量級(jí)、板層的數(shù)量、取向(或堆疊次序)、所需的材料特性等。為此，執(zhí)行預(yù)先定型的操作。因?yàn)樗械挠?jì)算都是解析的并且不存在有限元模型(FEM)計(jì)算，所以預(yù)先定型和定型兩者都只考慮桿本體的中心部分(除在最大直徑和螺紋區(qū)域之間的過(guò)渡區(qū)域以外)來(lái)進(jìn)行，并且將所述桿本體的中心部分近似成均勻的圓柱體。僅考慮在0°方向(即桿的縱向方向)上的層的百分比時(shí)，能夠利用如下來(lái)估計(jì)CFRP層壓板的楊氏模量:El Φ0.E1，其中:E:本體的楊氏模量。El:與纖維方向平行的單層(CFRP)的楊氏模量。Φ0:順著層壓板的0°方向的層的百分比。對(duì)于該實(shí)施例來(lái)說(shuō)，考慮Φ 0=60%的順著0° (即桿的縱向方向)的纖維的載荷集中取向來(lái)執(zhí)行預(yù)先定型。考慮使用在該實(shí)施例中的材料的類型，CFRP層壓板，則層壓板的楊氏模量為E1609ffil=109200，00MPa。因?yàn)樵谠撚?jì)算中使用金屬嵌件(5、7)，所以所考慮的內(nèi)徑要大15%以便為這些嵌件提供空間。在這些假設(shè)的情況下，對(duì)于外層壓板即用于外本體(I)的層壓板需要19層(其中的11層在0°處)，并且對(duì)于內(nèi)層壓板即用于內(nèi)本體(2)的層壓板需要29層(其中的17層在0°處)。這些厚度導(dǎo)致了 1051，9g的重量。并且這意味著相對(duì)于本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)的先前的金屬設(shè)計(jì)，在重量上設(shè)計(jì)節(jié)省了 46%。該結(jié)果是更為有利的，并且示出了執(zhí)行最優(yōu)化的鋪疊以及制造最多的纖維特性的益處。在本發(fā)明的新實(shí)施例中，在預(yù)先定型計(jì)算的粗略估計(jì)的情況下，執(zhí)行更為詳細(xì)的計(jì)算。新的內(nèi)本體(2)的內(nèi)徑(Ril)考慮嵌件的厚度和幾何形狀。1^=1^(^=29,91mm。并且在兩個(gè)層壓板之間，外本體(I)和內(nèi)本體(2 )存在兩層銅箔(4 )以提供在兩個(gè)桿端(3)之間的電連續(xù)性。在該實(shí)施例中，這些層具有&=76μπι的總厚度。如已解釋的，在預(yù)先定型中使用考慮CFRP層壓板的楊氏模量的方法，所述CFRP層壓板的楊氏模量?jī)H通過(guò)在0°方向上的層的百分比來(lái)評(píng)估，El Φ0.Ε1。為了改善計(jì)算，現(xiàn)在針對(duì)各向異性材料使用經(jīng)典層壓板理論，并且使用多層復(fù)合材料的胡克定律。根據(jù)預(yù)先定型，結(jié)果示出的是，優(yōu)選地19層用于外本體(I)其中至少11層在0°上，29層用于內(nèi)本體(2)其中至少17層在0°上。將所述層壓板理論應(yīng)用到這些層壓板時(shí)，得到比通過(guò)預(yù)先選型方法的值(El Φ0.E1=60%E1=109, 2GPa)大的值的楊氏模量，用于內(nèi)本體(2)和外本體
(I)兩者。為此，在該示例中，對(duì)于內(nèi)本體(2)，將板層的數(shù)目減小到27，這是因?yàn)榇嬖谧顑?yōu)化的空間。存在許多方法來(lái)布置板層以獲得具有所期望的板層數(shù)量的層壓板。為了確定最優(yōu)的堆疊次序、最優(yōu)化層壓板以及考慮受限制設(shè)計(jì)的需要，考慮如下堆疊規(guī)則:規(guī)則1 ，對(duì)稱:堆疊次序繞著中間軸線應(yīng)是對(duì)稱的。對(duì)于在中間平面的距離Zi處在方向+ Qi上的每個(gè)板層，存在在距離-Zi處在+ Θ i方向上的一個(gè)板層，θ i是相對(duì)于主載荷方向Z的角度。如果不能夠完美的對(duì)稱，則應(yīng)將“不對(duì)稱”保持成盡可能接近中間平面。規(guī)則2，平衡:應(yīng)平衡層壓板:對(duì)于在+ Θ i方向上的每個(gè)板層來(lái)說(shuō)，存在在-Θ i方向上的一個(gè)板層。如果不能夠完美的平衡，則應(yīng)將“不平衡”保持成盡可能接近中間平面。規(guī)則3，板層取向百分比:對(duì)于固體層壓板部分來(lái)說(shuō)，在每個(gè)方向上鋪疊的板層的百分比應(yīng)包括在8%和67%之間。規(guī)則4，額外的板層:額外的板層不應(yīng)在主載荷的方向上。推薦為層壓板的外板層使用45° /135°的對(duì)。然而，在某些應(yīng)用中，使用90°的額外板層。規(guī)則5，層取向的規(guī)則分布:具有相同取向的層應(yīng)遍及堆疊次序來(lái)均勻地分布，以最小化耦合效應(yīng)并且確保遍及層壓板的均勻應(yīng)力分布。規(guī)則6，最大分組:在相同方向上聚集在一起的板層的最大數(shù)量是受限的。該最大數(shù)量取決于板層的厚度，使用nmax.=4板層或tmax=l.0mm中的較低者。然而,推薦最大值為三板層。在層壓板特別厚并且與應(yīng)力以及制造達(dá)成一致的情況下，能夠增加nmax。規(guī)則7，改善屈曲表現(xiàn):在壓縮載荷的情況下，將0°方向?qū)臃胖脼楸M可能遠(yuǎn)離對(duì)稱線以增加可允許的屈曲。采用證實(shí)先前規(guī)則的這些堆疊次序:[90/0/0/0/45/135/0/0/0/135/45/0/0/90/0/0/135/45/0/0/0/45/135/0/0/0/90]用于內(nèi)本體(2)的內(nèi)層壓板，并且[45/135/0/0/90/0/0/90/0/0/0/90/0/0/90/0/0/135/45]用于外本體(I)的外層壓板。
在本發(fā)明的更優(yōu)選實(shí)施例中，為增加獨(dú)立載荷路徑的效果，還能夠在內(nèi)本體(2 )和銅箔(4)之間使用一層防粘膜(在圖中未示出)。在定型中已不考慮該防粘膜。銅箔(4)必須與外金屬嵌件(5)接觸，以提供在銅箔(4)與外金屬嵌件(5)之間的電連續(xù)性。為了確保在銅箔(4)與外金屬嵌件(5)之間的正確傳導(dǎo)性，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中使用專用的密集地加載的環(huán)氧樹(shù)脂，例如由Kemtron有限責(zé)任公司生產(chǎn)的KembondEpoxy SE-002,所述環(huán)氧樹(shù)脂填充微小尺寸的高導(dǎo)電性的顆粒。該類型的樹(shù)脂已能夠在市場(chǎng)中獲得并且已改善了其電傳導(dǎo)性。銅箔(4)能夠被放干并且鋪在所應(yīng)用的樹(shù)脂之后，或只是預(yù)先鋪在所述樹(shù)脂上。最后，為了在最后的實(shí)施例中在最優(yōu)化方面更進(jìn)一步，提出了使用更好的材料并且選擇最方便的幾何形狀參數(shù)來(lái)定型。因?yàn)楦纳屏怂鰲U，所以將當(dāng)前的外徑用作輸入。對(duì)于材料，考慮高模量纖維，例如來(lái)自東麗株式會(huì)社(Toray Industries Inc)的M46JB-6000和普通樹(shù)脂，例如來(lái)自Hexcel Corporation的丨LxF1wU1 RTM6-2的組合。應(yīng)用混合物的規(guī)則時(shí)，(假定Φ0=60%的纖維體積含量)獲得對(duì)于單層來(lái)說(shuō)El=262，76GPa的楊氏模量，以及對(duì)于層壓板來(lái)說(shuō)Ε=Φ0.El=157656, OOMPa的楊氏模量。假定該材料的單板層厚度為t=0.2mm，則優(yōu)選12層(其中7層在0°處)用于外本體(I)的外層壓板，并且需要16層(其中10層在0°處)用于內(nèi)本體(2)的內(nèi)層壓板。在通過(guò)混合物的規(guī)則提供的這些厚度和密度的情況下，結(jié)構(gòu)的重量為674，4g，僅為原金屬結(jié)構(gòu)的重量的41%。利用該桿，獲得了減輕59%的總量的優(yōu)秀值。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供單次制造方法。該方法的實(shí)施例包括在放置導(dǎo)體材料
(4)之前將防粘膜放置在內(nèi)本體(2)上的額外步驟，所述防粘膜如已在先前描述的。本發(fā)明的又一實(shí)施例提供用于制造所述桿的工具。該工具的具體實(shí)施例包括至少兩個(gè)銷，以便促進(jìn)從機(jī)器到中央心軸(8)的運(yùn)動(dòng)的傳遞。圖8示出了工具的實(shí)施例，其中不同的部件區(qū)分為:中央心軸(8)、冠狀部件(9)、螺紋套筒(10)、端部工具(11)。圖8A示出了整個(gè)工具的透視分解圖。圖8B示出了能夠區(qū)分已組裝工具的不同部件的側(cè)視圖。在該圖中，當(dāng)在工具上完成了纏繞時(shí)，冠狀部件使得在內(nèi)桿的中心中的纏繞比在邊緣中的纏繞寬。為示出一旦桿已在爐中固化，如何將冠狀部件(9)從整體結(jié)構(gòu)抽取，在圖9中示出了當(dāng)已拆卸一個(gè)冠狀部件(9)時(shí)過(guò)程的第一部分。圖9從桿截面圖示出了工具的元件的拆卸過(guò)程。為了便于拆卸和脫模，能夠在組裝期間在一個(gè)實(shí)施例中使用釋放劑。為了相同的目的，中央心軸(8)不應(yīng)是圓柱形的而應(yīng)是圓錐形的，并且應(yīng)設(shè)法明確地限定部件必須從其拆卸的側(cè)部(防呆設(shè)計(jì))。該圓錐形原理還將防止錯(cuò)誤的金屬嵌件(5、7)在錯(cuò)誤的桿側(cè)中的安裝(利用錯(cuò)誤的螺紋旋向插入)。圖9A示出了在除中央心軸(8)移除外所有的冠狀部件
(9)已組裝的情況下過(guò)程的開(kāi)始的截面圖。圖9B示出了正被從其它部件拆除的第一冠狀部件(9)的截面圖。在這些截面圖中，示出了外本體(I)、內(nèi)本體(2)、導(dǎo)體材料(4)以及一體形成的突起(6)。此外，在另一個(gè)實(shí)施例中，中央心軸(8)設(shè)有至少一個(gè)槽(8.1 )，并且冠狀部件(9)中的至少一個(gè)設(shè)有至少一個(gè)配合在所述槽(8.1)中的凸脊(9.1)，從而使中央心軸(8)的旋轉(zhuǎn)傳遞到冠狀部件(9)并且使冠狀部件(9)推動(dòng)除凸脊(9.1)以外的所有剩余的冠狀部件。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，中央心軸(8)設(shè)有與規(guī)則分布的冠狀部件(9) 一樣多的略微圓錐形的槽(8.1)，并且每個(gè)冠 狀部件(9)均設(shè)有配合在槽(8.1)中的略微圓錐形的凸脊(9.1)。該槽(8.1)和凸脊(9.1)的概念允許旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)從中央心軸(8)傳遞到冠狀部件(9)，同時(shí)槽(8.1)和凸脊(9.1)兩者的圓錐形形狀除允許沿著與工具方向平行的方向滑動(dòng)冠狀部件
(9)的中央心軸(8)的拆除外，還允許了工具的防止冠狀部件(9)掉落在最低位置處的適當(dāng)
預(yù)先組裝。最后，圖10和圖11示出了如何將用于制造所述桿的工具放置在形成合成的桿-工具的整體結(jié)構(gòu)中的示例。一旦桿在爐中固化，就將該工具的整個(gè)合成體從完成的桿拆卸。圖10示出了在桿的截面圖中的制造桿的時(shí)候的合成的工具-桿。圖11是圖10的部分E的詳圖。在該詳圖中，內(nèi)本體(2)在中心中的內(nèi)徑比在邊緣中的內(nèi)徑大，但是在該實(shí)施例中，將內(nèi)金屬嵌件(7)剛好放置在冠狀部件(9)的開(kāi)始部分上。還能夠看到的是，在該實(shí)施例中，工具的螺紋套筒(10)是中空的，并且端部工具(11)被放置在螺紋套筒(10)內(nèi)部。
權(quán)利要求
1.復(fù)合桿，所述復(fù)合桿用于將兩個(gè)元件保持分開(kāi)預(yù)定距離并承載在所述兩個(gè)元件之間的載荷，其中，所述桿包括: 兩個(gè)中空的本體，外本體(I)和內(nèi)本體(2)，所述兩個(gè)本體中的每一個(gè)均能夠承受載荷，從而提供雙路徑承載； 兩個(gè)桿端(3)，在由所述兩個(gè)本體(1、2)組成的結(jié)構(gòu)的每個(gè)端部處均具有一個(gè)桿端(3)； 在所述結(jié)構(gòu)的大體中心的所述內(nèi)本體的內(nèi)徑比在邊緣中的所述內(nèi)本體的內(nèi)徑大， 其特征在于: 所述兩個(gè)本體由復(fù)合結(jié)構(gòu)制成；并且 在所述兩個(gè)本體之間，所述桿包括導(dǎo)體材料(4)，優(yōu)選地至少一層銅箔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿，其特征在于，在本體(1、2)與所述本體(1、2)的端部(3)之間的裝配是雙線螺紋的，其中 所述桿包括在所述外本體中的外金屬嵌件(5)，并且 所述外金屬嵌件(5)與所述導(dǎo)體材料(4)接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的桿，其特征在于，所述外金屬嵌件(5)提供了一體形成的突起(6)，以與導(dǎo)體搭接片相連接， 優(yōu)選地所述導(dǎo)體搭接片由銅制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2至3中的任一項(xiàng)所述的桿，其中所述內(nèi)本體(2)包括內(nèi)金屬嵌件(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的桿，其特征在于，所述桿端(3)是金屬的，或者由復(fù)合材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中的任一項(xiàng)所述的桿，其特征在于，所述金屬嵌件(5、7)被成形為使得避免牽拉出來(lái)或牽拉通過(guò)的結(jié)果，并且所述金屬嵌件(5、7)優(yōu)選地由鈦制成，并且所述本體(1、2 )的復(fù)合結(jié)構(gòu)在嵌件區(qū)域中至少包括額外的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的桿，其特征在于，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括準(zhǔn)各向同性層壓板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的桿，還包括在所述內(nèi)主體和所述導(dǎo)體材料之間的一層防粘膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中的任一項(xiàng)所述的桿，包括專用的密集地加載的填充微小尺寸高導(dǎo)電性顆粒的環(huán)氧樹(shù)脂，優(yōu)選地Kembond EpoxySE-002,以用于建立在所述導(dǎo)體材料(4)和所述外金屬嵌件(5)之間的接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至19中的任一項(xiàng)所述的桿，其特征在于，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括層壓板，該層壓板具有60%的順著0°取向的纖維，并且，所述外本體包括19層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的桿，其特征在于，用于所述外本體的準(zhǔn)各向同性層壓板包括19層，并且，用于所述內(nèi)本體的準(zhǔn)各向同性層壓板包括27層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的桿，其特征在于，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括高模量纖維，所述高模量纖維提供具有157656，OOMPa的楊氏模量的整體結(jié)構(gòu)，所述桿由用于所述外本體(I)的12層和用于所述內(nèi)本體(2)的16層組成。
13.用于獲得中空桿結(jié)構(gòu)的單次制造方法，所述方法包括下列步驟: 在心軸上進(jìn)行內(nèi)本體(2)的繞絲；在所述內(nèi)本體(2)和外本體(I)之間放置導(dǎo)體材料(4)，優(yōu)選地至少一層銅箔； 在所述內(nèi)本體(2)上進(jìn)行外本體(I)的繞絲； 在所述兩個(gè)本體(1、2)上進(jìn)行熱收縮帶的纏繞；以及 在爐中固化所得的結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，在放置所述導(dǎo)體材料(4)之前，所述方法還包括將防粘膜放置在所述內(nèi)本體(2)的層壓板上的額外步驟。
15.要在用于獲得中空桿結(jié)構(gòu)的根據(jù)權(quán)利要求13或14中的任一項(xiàng)所述的單次制造方法中使用的工具，所述工具包括: 中央心軸(8)，所述中央心軸(8)被冠狀部件(9)包圍，所述冠狀部件(9)使得桿的內(nèi)本體(2)的至少中心部分在大體中心比邊緣寬，其中，所述冠狀部件(9)足夠短以便在固化之后移除； 兩個(gè)螺紋套筒(10)，在所述中央心軸(8)的每個(gè)端部處均具有一個(gè)螺紋套筒(10)，用于保持螺紋完全地對(duì)準(zhǔn)，以便允許擰入桿端(3);以及 兩個(gè)端部工具(11 )，在每個(gè)套筒(10)的每個(gè)自由端處均具有一個(gè)端部工具(11)， 其中，所述工具的所有元件被布置成在桿制造期間保持組裝并且在固化之后被拆除。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工具，其特征在于，所述工具包括至少兩個(gè)銷，以便促進(jìn)從機(jī)器到所述心軸(8)的運(yùn)動(dòng)的傳遞。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工具，其特征在于，所述中央心軸(8)設(shè)有至少一個(gè)槽(8.1)，并且所述冠狀部件(9)中的至少一個(gè)設(shè)有至少一個(gè)凸脊(9.1)，所述凸脊(9.1)配合在所述槽(8.1)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合桿、制造方法及工具。本發(fā)明描述了復(fù)合棒，所述復(fù)合桿保持兩個(gè)元件分開(kāi)既定的距離且承載在所述兩個(gè)元件之間的載荷，所述兩個(gè)元件諸如鐵軌，工業(yè)廠房等。此外，還描述了所述復(fù)合棒的制造方法以及在該過(guò)程中所涉及的工具。
文檔編號(hào)B64C1/14GK103213669SQ20121056754
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者安德烈斯·金塔納·里奧 申請(qǐng)人:空中客車運(yùn)營(yíng)有限公司