針對金屬界面的復合管軸的制作方法
【專利摘要】復合管軸包括由第一表面和第二表面限定的復合基片以及具有至少兩個齒部的金屬基片。金屬基片的齒部與復合基片接合，使得至少一個齒部定位在第一表面之上并且至少一個齒部定位在第二表面之上。
【專利說明】針對金屬界面的復合管軸
【技術領域】
[0001]本公開總體上涉及具有復合管軸(composite tubeshaft)、并且更具體地包括金屬基片的類型的驅動系統(tǒng)，該金屬基片連接至復合基片以形成復合管軸。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的傳動系統(tǒng)(driveline system)通常包括管軸組件,用于將扭矩從諸如馬達或發(fā)動機的驅動系統(tǒng)傳遞至諸如輪或動力設備的從動系統(tǒng)。通常這些軸已由鋼、鋁或復合材料制成，這些軸具有附接至其的諸如等速接頭(constant velocity joint)或其他接合端安裝件的連接裝置。
[0003]與金屬驅動軸相比，復合驅動/軸提供了優(yōu)良的強度-重量比(strength_to—weight ratio)矛口 硬度一重量比(stiffness_to—weight ratio)。它 7[門的熱膨脹系數(shù)總體上是低的，這降低了由熱偏移(thermal excursion)引起的在聯(lián)軸器(coupling)和懸掛軸承(hanger bearing)上的負載。這些驅動軸在今日的航空和汽車傳動系工業(yè)中發(fā)揮日益重要的作用，其不斷地尋求提高強度同時降低車輛的總重量的方式。復合驅動軸已在傳動系統(tǒng)的設計中獲得了許多應用，用于降低磨損并改善強度。
[0004]然而，復合驅動軸需要用于與其他軸部件交界的金屬適配器來傳輸負載。一般而言，復合管軸通常是通過繞著軸芯棒(shaft mandrel)交織(weave)復合線、添加樹脂并固化而制成的。所產生的管隨后被機加工以產生期望的互鎖構造，并且接合端滑入軸的端部中且通過固定環(huán)(securing collar)或繞著接合端纏繞更多的復合物并重復固化處理而鎖定就位。另一種普通的方法是將復合線繞著軸芯棒纏繞以使接合端就位，或將接合端插入至制成的復合軸的端部上并且將附加的復合材料繞著接合端纏繞以將其固定至復合軸?？傮w上，多種類型的復合適配器接合端系統(tǒng)用于復合驅動軸:有切口的(在軸的端部處的切口，其中對應的凸起特征在接合端上)、帶保持環(huán)的有切口的、壓配的(內部或外部)、凸出的(lugged)(接合端包括由隨后固化就位的復合物環(huán)繞的凸出部)、結合接頭(接合端放置在管中并且卷繞(wrap around)附加的復合物以在固化之后產生結合部)以及帶肋部的結合接頭(接合端在固化之前放置在管中)。這些設計受限于它們的結構完整性、重量或制造成本及復雜性。
[0005]因此，需要的是用于管軸金屬界面端部的一體制造的封裝連接，以及用于提供低成本、重量輕且高強度的上述封裝連接的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]現(xiàn)參考附圖，已詳細地示出了示意性的實施例。盡管這些附圖描繪了一些實施例，但這些附圖不一定按比例繪制，并且某些特征可能被放大、去除或部分地切開以更好地圖示并解釋本發(fā)明。進一步地，本文中闡述的實施例是示例性的，并且并非意在為窮舉的或相反將權利要求限制或限定至在附圖中示出并且在下文的詳細描述中公開的精確形式和構造。[0007]圖1圖示了示例性傳動系統(tǒng)的俯視圖；
圖2圖示了在滾卷(roll)之后產生了具有一體化金屬端部的管軸的復合基片和金屬基片的等距視圖(isometric view)；
圖3圖示了在第一端部接合之前的復合基片和金屬基片的等距視圖；
圖4圖示了在第一端部接合期間的復合基片和金屬基片的等距視圖；
圖5圖示了在第一端部處完全接合的復合基片和金屬基片的等距視圖；
圖6圖示了在第二端部接合期間的復合基片和有倒鉤的金屬基片的等距視圖；并且 圖7圖示了在第一和第二端部處接合的復合基片和兩個金屬基片的等距視圖。
【具體實施方式】
[0008]以下描述了示例性的舉例說明。為了清楚的目的，并非實際實施方式(implementation)的全部特征都在本說明書中描述。當然，將意識到的是，在任何此類實際舉例說明的研制中，必須做出大量【具體實施方式】的(implementation-specific)決定以達到研制者的具體的目標，諸如符合從一個實施方式變化至另一個的與系統(tǒng)相關并與商業(yè)相關的約束。此外，將意識到的是，這樣的研制工作(development effort)可能是復雜并且耗時的，然而毫無疑問將是受益于本公開的本領域的普通技術人員從事的常規(guī)工作。
[0009]參考附圖，圖1圖示了示例性的車輛(未示出)的傳動系10?？傮w上,傳動軸(propeller shaft)是管軸36。該管軸36通過扭矩傳輸元件將扭矩從驅動構件(未示出)傳輸至差動器(differential)(未示出)。然而，復合管軸36可用于任何已知的扭矩傳輸軸，例如用于將旋轉力傳輸至輪的半軸或驅動構件。
[0010]圖2圖不了不例性的管軸36。該管軸36由復合板基片50、固定介質(未不出)和金屬基片60組成。
[0011]圖3圖示了未加工的預滾卷(pre-rolled)和預接合的管軸36組件,其包括總體上平的鋸齒形(serrated)金屬基片60和總體上平的復合基片50?？傮w上平的鋸齒形金屬基片60包括至少兩個鋸齒形齒部62和64以及扭矩傳輸元件附接區(qū)域68。金屬基片60可由鋼、鐵或其他材料制成。金屬基片60的附接區(qū)域68可通過任何已知的附接方法(諸如螺紋連接(threading)、粘結、焊接或熔融)而連接至在扭矩傳輸元件附接區(qū)域68處的諸如節(jié)叉(yoke)(未示出)或等速接頭(未示出)等扭矩傳輸元件。
[0012]鋸齒形齒部62和64與復合基片50接合。通過將壓縮力(未不出)同時施加至復合基片50的第一表面56和第二表面58 二者上,這種接合產生了齒部62、64和復合基片50之間的鎖定界面。這些力(未示出)是交織在每一個齒部62和64之間的復合基片50在交替的齒部62、64之間產生壓力的結果。復合基片50和金屬基片60的接合可以是諸如嚙合或交織的任何已知的類型，只要該接合在兩個基片50、60之間產生了鎖定界面。盡管示出為具有總體上三角形的形狀，應理解的是齒部62和64可以以其他形狀構造。
[0013]圖3的總體上平的復合基片50可以由任何聚合物復合基體材料(polymercomposite matrix material)制成，諸如碳/環(huán)氧(epoxy)、玻璃/環(huán)氧、碳/玻璃/環(huán)氧或石墨。總體上平的復合基片50可以是復合材料領域中的技術人員已知的交織的、層壓的或其他形式的承載(load bearing)復合材料。在裝配期間并且在固化處理之前，復合基體材料總體上是易彎的。此易彎性允許在固定介質硬化之前在復合基片50和鋸齒形齒部62、64之間的相容卩齒合(consistent meshing)。一旦施加固定介質并且裝配管軸36,該組件隨后滾卷并且硬化以產生管軸36。硬化是固化環(huán)氧樹脂的結果，以此為復合基體材料提供了剛性并且使復合基體材料結合。固化處理可通過施加熱來進行，或通過允許將組件安置在受控的環(huán)境中保持一段受控的時間來進行。一旦聚合發(fā)生，管軸36復合基片50完全結合至自身并且結合至金屬基片60，并因此而準備用于傳動系10中。
[0014]圖4圖示了部分接合的管軸36組件，其包括帶鋸齒形齒部62和64的總體上平的鋸齒形金屬基片60,鋸齒形齒部62和64與總體上平的復合基片50部分接合。接合在第一端部52處發(fā)生。
[0015]圖5圖示了完全接合的管軸36組件，其包括帶鋸齒形齒部62的總體上平的鋸齒形金屬基片60，該鋸齒形齒部62與總體上平的復合基片50完全接合，該總體上平的復合基片50嚙合至扭矩傳輸附接區(qū)域68的基部66。該舉例說明表示了當鋸齒形齒部62在復合基片50的第一表面56上隔開,并且鋸齒形齒部64(圖5中未不出)在復合基片50的第二表面58上時，復合基片50是如何與金屬基片60交錯編織(threaded)的。盡管示出為相等地隔開，應理解的是齒部62和64可以以各期望的鋸齒形齒部形狀之間的任何距離構造。
[0016]圖6圖示了部分接合的管軸36組件，其包括總體上平的復合基片50，該總體上平的復合基片50與總體上平的鋸齒形金屬基片60’部分嚙合，其中孔69和倒鉤67 —體形成至鋸齒形齒部62、64中并且形成在鋸齒形齒部62、64上。金屬基片60’與復合基片50部分接合，并且定位在第二端部54處。倒鉤67可具有任何尺寸或角度，以在復合基片50和金屬基片60滾卷以形成管軸36時，允許與復合基片50的多層鎖定接合。進一步地，孔69也可具有任何大小或尺寸，以在管軸36的裝配和固化期間，允許復合基片50穿透這些孔并且結合至已滾卷的層。
[0017]圖7圖示了完全接合的管軸36組件，其包括在第一端部52和第二端部54處與總體上平的鋸齒形金屬基片60完全嚙合的總體上平的復合基片50。
[0018]應知曉的是，復合基片50和金屬基片60可以具有能夠被滾卷以產生所制成的管軸36組件的期望長度、厚度和直徑的任何合適的尺寸。復合材料還可以具有期望的厚度，以提供用于各個應用的材料特性的所需強度。
[0019]制造復合管軸36組件的方法包括:定位復合板基片50，以便相對于平面總體上是平的；定位具有齒部62、64的金屬基片60，以便相對于平面總體上是平的并且與復合基片50的至少一個端部52、54相鄰；滑動并嚙合金屬基片60，以將至少一個鋸齒形齒部62接合在復合基片50的第一表面56上并且將至少一個鋸齒形齒部64接合在復合基片50的第二表面58上；在其中金屬基片60定位的一個端部52、54處施加固定介質以浸透(saturate)復合基片的第一表面56和第二表面58 ;將復合基片50和金屬基片60滾卷以產生層壓的管軸36組件。一旦產生了管軸36組件，那么固化或聚合處理就開始了，并且管軸36組件的滾卷的基片50、60結合在一起以產生一體的管軸36組件。
[0020]固定介質的應用可在金屬基片60的接合之前或之后、但在使組件滾卷以產生管軸36之前實施。進一步地，鋸齒形齒部62、64能夠交替地提供，至少一個齒部62、64定位在復合基片50的頂部之上,并且至少一個齒部62、64定位在復合基片50之下。
[0021]呈現(xiàn)前述描述僅用以圖示和描述本發(fā)明的方法及系統(tǒng)的示例性實施例。這并非意在為窮舉的或將本發(fā)明限制成已公開的任何精確形式。本領域的技術人員將理解的是，在沒有脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可做出多種改變并且等同物可代替其中的元件。另外，在沒有脫離實質范圍的情況下，可做出諸多改型以使特定的情形或材料適應于本發(fā)明的教導。因此，所意在的是，本發(fā)明不限于作為構思用于實行本發(fā)明的最佳模式所公開的具體實施例，但是本發(fā)明將包括落在權利要求的范圍內的所有實施例。在沒有脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本發(fā)明可不同于具體所解釋和圖示的而實施。本發(fā)明的范圍僅僅由下文的權利要求限制。
【權利要求】
1.一種復合管軸，其包括: 復合基片，其由第一表面和第二表面限定；以及 金屬基片，其具有至少兩個齒部，其中所述齒部與所述復合基片接合，并且所述至少兩個齒部中的至少一個齒部定位在所述第一表面之上，同時所述至少兩個齒部中的至少一個齒部定位在所述第二表面之上，以使所述金屬基片接合至所述復合基片。
2.根據(jù)權利要求1所述的復合管軸還包括固定介質以將所述金屬基片結合至所述復合基片。
3.根據(jù)權利要求1所述的復合管軸，其中所述金屬基片包括附接區(qū)域用于將所述復合管軸附接至扭矩傳輸元件。
4.根據(jù)權利要求3所述的復合管軸，其中所述附接區(qū)域包括基部，使得所述至少兩個齒部從所述基部延伸并且定位在所述復合基片的所述第一表面和第二表面之上。
5.根據(jù)權利要求1所述的復合管軸，其中所述金屬基片的所述齒部是鋸齒形的。
6.根據(jù)權利要求1所述的復合管軸，其中所述金屬基片包括孔。
7.根據(jù)權利要求1所述的復合管軸，其中所述金屬基片包括倒鉤。
8.根據(jù)權利要求1所述的復合管軸，其中所述齒部是同樣大小的，并且彼此等距離隔開。
9.一種制造復合管軸的方法，其包括: 定位平的復合基片； 定位金屬基片，所述金屬基片具有至少兩個齒部，相對于所述復合基片總體上是平的； 將所述至少兩個齒部中的一個定位在所述復合基片的第一表面上，并且將所述至少兩個齒部中的一個定位在所述復合基片的第二表面上，使得所述復合基片的第一端部嚙合至所述金屬基片的基部； 將固定介質施加至所述金屬基片的齒部和所述復合基片； 將所述復合基片和所述金屬基片滾卷以形成管軸；以及 固化所述管軸。
【文檔編號】B60K17/22GK103596792SQ201180070030
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2011年4月15日 優(yōu)先權日:2011年4月15日
【發(fā)明者】R.金維-海登, L.R.艾麗婭斯, C.A.坎貝爾, A.鮑爾 申請人:Gkn 動力傳動系統(tǒng)北美有限公司