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CN104736326A - 整体式连杆和其制造方法 - Google Patents

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CN104736326A CN201380052955.5A CN201380052955A CN104736326A CN 104736326 A CN104736326 A CN 104736326A CN 201380052955 A CN201380052955 A CN 201380052955A CN 104736326 A CN104736326 A CN 104736326A
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Abstract

本发明涉及一种用于通过纤丝卷绕制造连杆(1)的制造方法，所述制造方法包括特别是：通过围绕芯棒(8)卷绕预浸渍纤维(17)制造第一构件(6)和取出芯棒(8)来制造内部主体(5)；将第一构件与第二构件(7，22)进行组装；通过围绕所述内部主体卷绕预浸渍纤维来制造外部主体(14)，所述预浸渍纤维与在制造第一构件时所使用的预浸渍纤维是相同的；通过使由内部主体和外部主体形成的组件的聚合来制造整体式主体(18)；在整体式主体的一端部机加工固定元件(19)。

Description

整体式连杆和其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造复合连杆的制造方法。本发明更为特别地不过并不仅仅涉及一种用于制造在航空航天领域中可使用的连杆的制造方法。本发明还涉及这样的连杆。
背景技术
已知连杆是这样一种组成件，所述组成件或者是硬质的组成件，或者是运动传递组成件。由连杆传递的作用力主要是基于在连杆端部的抗转矩的拉力、压力和弯曲力。
在航空领域中，使用大量的连杆。可列举在用于控制飞行、起落架、开门等的控制机构中使用的连杆。作为示例，图1是连杆——在端部具有不同的固定部件——的一般简图；这些部件保证将连杆固定在连杆应将运动传递到其上或连杆应从其接收运动或保证固定的机构上。
连杆是应满足多个标准的组成件。连杆应耐抗较大的热力变化，连杆经历在-55℃到120℃之间变化的温度。连杆还应具有尽可能高的机械强度/重量比。
在最为常见的设计中，连杆以铝或以不锈钢制成，不过在连杆市场上也存在复合材料制成的连杆。
专利文献WO 2010/149768 A2描述了一种通过纤丝卷绕制造复合连杆的制造方法。根据这种制造方法，通过围绕可取出的芯棒卷绕预浸渍的纤维来制造内部主体。用于接纳固定部件的接头继而附接在内部主体的端部。然后通过围绕内部主体和接头进行纤丝卷绕来制造外部主体。最后，两个主体被聚合以形成整体式主体，借助于对于制造内部主体和外部主体使用相同的预浸渍纤维，而在接口处无间断和孔隙。根据专利申请WO2010/149768A2的方法所获得的连杆在图2上示出，在图2上可以看见整体式连杆的主体，在端部夹紧接头，接头被攻丝扣以允许固定部件在之后的旋紧。
在根据专利文献WO 2010/149768 A2的连杆的主体中的材料的均匀性允许制造在热力变化时没有任何差别膨胀问题的一种主体。不过，这种方法具有这样的弊端：接头在制造时进行附接，从而并不成为连杆主体的整体组成部分。其结果是会在使用时在连杆主体和接头之间出现差别膨胀问题。这通过在接口处出现裂缝和剥离体现。此外，在以具有不同树脂的复合材料制造接头和连杆主体的情形下，还会出现污染和老化问题。
专利文献EP 0 626 250 A1描述了一种用于制造集成有固定部件的由复合材料制成的整体式连杆的制造方法。所述制造方法包括通过纤丝卷绕和通过覆布成形来布置预浸渍纤维的步骤。该方法具有多个弊端。首先，需要可熔性芯棒，和从而对于每个连杆都制造新的芯棒。此外，由于可熔性芯棒的机械强度不高，不可能制造具有直径/长度比小和具有孔距较小的分叉部的连杆。然后，在一定的纤维层之间需要胶水膜和玻璃纤维，因此结构不是均匀的。最后，还具有的这样的缺点：所述制造方法要求压缩和高压聚合步骤。
相同地，专利文献WO 2010/084286 A1公开了一种用于通过纤丝卷绕制造复合构件的制造方法，该制造方法需要可熔性型芯。
还从专利文献WO 2008/066606 A1已知一种用于通过覆布成形来制造连杆的制造方法。所述覆布成形的方法具有这样的缺点：其并不允许如在纤丝卷绕的情形中同样精确的纤维布置。因此，在连杆的缩小截面的端部，需要进行切割，以能够尽可能接近要覆盖的部分来定位皱褶。同样地，在压缩皱褶时，会观察到纤维的移动。这种纤维的不佳布置将在使用时在树脂和纤维之间的作用力的分布上具有负面影响。覆布成形也是一种主要地手动的操作，不能够保证纤维置位和从而不能保证机械特性在连杆之间是完全相同的；这种机械特性的可重复性的缺失在航空领域是极其不利的。
发明内容
本发明旨在制造这样的整体式连杆，其中，固定部件集成在连杆主体上。
本发明从而在于这样的连杆：所述连杆具有完全均匀的结构，没有任何孔隙或间断，并且响应机械强度和耐热性的标准。
本发明此外旨在基于不需要可熔性型芯的方法和通过纤丝卷绕来制造连杆。
本发明涉及一种用于制造连杆的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
－布置芯棒；
－通过以下步骤制造内部主体：
－通过围绕所述芯棒卷绕预浸渍纤维来制造第一构件；
－取出芯棒；
－将第一构件与第二构件进行组装，
－通过围绕所述内部主体卷绕预浸渍纤维来制造外部主体，所述预浸渍纤维与在制造第一构件时所使用的预浸渍纤维是相同的；
－通过使由内部主体和外部主体形成的组件的聚合来制造整体式主体；
－在整体式主体的一端部机加工固定元件。
根据本发明的具体实施方式，所述制造方法包括至少一以下特征或以下特征的至少一合适的组合：
－第二构件也通过围绕所述芯棒卷绕预浸渍纤维来制造，所述预浸渍纤维与在制造第一构件和外部主体时所使用的预浸渍纤维是相同的；
－所述方法包括在第二构件中制造凸肩的一步骤，所述凸肩在第二构件与第一构件进行组装时用于进行支撑；
－在第二构件中插入一管体以形成凸肩，使用与对于内部主体和外部主体所使用的预浸渍纤维相同的预浸渍纤维通过纤丝卷绕方法来制造所述管体；
－在插入在第二构件中前，管体覆有一层树脂，所述树脂与在制造内部主体和外部主体时所使用的预浸渍纤维的树脂是相同的；
－至少第一构件在组装前部分地被聚合；
－在制造外部主体时，预浸渍纤维的附加层在内部主体的一端部上或两端部上卷绕；
－所述制造方法包括在整体式主体的另一端部上机加工固定元件的机加工步骤；
－第二构件是配有凸肩的一接头，所述凸肩在第二构件与第一构件进行组装时用于支撑；
－在制造外部主体时，纤丝卷绕的角度沿着内部主体是变化的；
－芯棒包括圆柱形部分，所述圆柱形部分通过一连接部分连接到具有矩形截面的部分。
本发明还涉及这样一种连杆，所述连杆包括连杆主体，所述连杆主体连接两个连杆头部，这两个连杆头部中的一个是一固定元件，其特征在于，所述连杆主体和固定元件形成以单一的和唯一的复合材料制成的整体式组件。
根据本发明的具体实施方式，所述连杆包括至少一以下特征或以下特征的至少一合适的组合：
－另一个连杆头部也是一固定元件，连杆主体和两个连杆头部形成以单一的和唯一的复合材料制成的所述整体式组件；
－另一个连杆头部包括接头；
－所述接头以金属、碳或塑料材料制成；
－所述连杆在所述整体式组件的整个横截面中和整个纵截面中没有间断和孔隙。
附图说明
图1，已被述及，是根据现有技术的具有连杆的不同固定部件的金属连杆的总体简图。
图2，已被述及，是根据现有技术的复合连杆(无固定部件)的纵向剖视图。
图3是根据本发明的复合连杆的正视图。
图4是根据本发明的连杆的内部主体的组成构件的纵向剖视图以及该构件的一端部的视图。
图5a和图5b分别地是被使用于制造根据本发明的连杆的内部主体的芯棒的俯视图和正视图。
图6示出根据本发明的连杆的内部主体的组成构件之一与一管体进行组装，用以形成凸肩，以及组装件的半视图。
图7是根据本发明的连杆的内部主体的不同组成构件在组装后的纵向剖视图。
图8示出轴颈在根据本发明的连杆的内部主体的端部的布置。
图9示出钳口在图8的轴颈上的布置。
图10示出围绕内部主体的纤丝卷绕步骤。
图11示意性地示出围绕内部主体的纤丝层与在内部主体的端部的附加层的堆叠。
图12是在后焙烧前根据本发明的连杆的内部主体和外部主体的纵向剖视图。
图13和图14是在后焙烧后根据本发明的连杆的整体式主体的纵向剖视图(分别地在取出轴颈之前和之后)。
图15是在对固定部件进行机加工后根据本发明的连杆的一端部的立体图。
图16是在连杆主体和连杆头部之间的纤维的连续性的立体图。
图17以两纵向剖视图示出，根据本发明的一变型，接头与根据图4的构件的一端部的组装步骤。
具体实施方式
图例
(1)连杆
(2)连杆的圆柱形部分
(3)连杆头部
(4)基本上锥形的部分
(5)内部主体
(6)第一构件
(7)第二构件
(8)芯棒
(9)芯棒的圆柱形部分
(10)芯棒的连接部分
(11)芯棒的具有矩形截面的部分
(12)凸肩
(13)管体
(14)外部主体
(15)轴颈
(16)钳口
(17)预浸渍纤维
(18)整体式主体
(19)固定元件
(20)棱面
(21)附加层
(22)接头
本发明涉及一种复合连杆。根据本发明的复合连杆1包括凹空的圆柱形部分2，所述圆柱形部分连接两个连杆头部3，如在图3上所示。两个连杆头部3通过基本上锥形的部分4连接到圆柱形部分2，所述基本上锥形的部分的截面是递增的并且其壁体厚度从头部3向圆柱形部分2变薄，基本上锥形的部分4和圆柱形部分2形成连杆主体。
根据本发明，两个连杆头部中的一个或这两个连杆头部以与连杆主体相同的材料制成且呈固定元件的形式，例如是分叉部类型的固定元件。圆柱形部分2、锥形部分4和连杆头部3的组件从而形成整体式连杆1。整体式表示整个连杆以单一的和唯一的复合材料制成，而不添加其它材料，如胶水、黏合剂或玻璃纤维。这意味着结构在连杆的整个竖直或纵向截面上是均匀的(无间断)，而无论执行切割的位置如何。均匀的结构从而没有接合面，没有接合缺陷或接口缺陷。通过延伸，整体式连杆还表示这样一种连杆，其中，仅仅一连杆头部是连杆的一整体组成部分和从而以与连杆主体相同的材料制成，另一连杆头部包括附接接头，如在专利申请WO2010/149768A2中所述。在此情形下，固定元件可作为附接接头的整体组成部分，或嵌接接头可被攻丝扣以在之后接纳固定元件。所述方法的这种变型也在本说明书中进行描述。
根据本发明的方法首先在下文示意以制造整体式连杆，所述整体式连杆包括以与连杆主体相同的材料制成的两个连杆头部。
第一步骤a)在于制造一内部主体，也被称为可熔失芯棒，所述内部主体——如其名称所指出的——在最终产品中将被熔失。内部主体通过两构件6、7的组装制造，所述两构件如下所述进行制造。通过传统的纤丝卷绕的方法制造第一构件6，如图4所示，所述纤丝卷绕方法在于在芯棒上卷绕预浸渍纤维(在附图上未显示卷绕)，在于通过部分聚合进行加固和继而取出芯棒。在图5a和图5b上所示的芯棒8具有形状基本上对应连杆的形状的圆柱形部分9，该圆柱形部分通过一连接部分10延长，所述连接部分对应连杆的基本锥形的部分4且通过一具有矩形截面的部分11终止，所述具有矩形截面的部分用于以固定元件的形式制造连杆头部。连接部分10在其上表面和下表面上具有棱面20，所述棱面在三个连续的平面中延伸(见图5a)。
第二构件7也通过围绕芯棒8的纤丝卷绕制造和部分地被聚合，芯棒在部分聚合后被取出。将明确的是，两构件6和7可具有圆柱形部分，所述圆柱形部分的长度根据需要是可变的。例如，第一构件可包括圆柱形部分，所述圆柱形部分的长度大于第二构件的长度。
继而在第二构件7的圆柱形部分处布置凸肩12。凸肩12通过在圆柱形部分内部添加管体13直到挡靠在锥形部分上来形成，如图6所示，管体当然具有略小于圆柱形部分的内径的外径。根据本发明，管体预先地通过纤丝卷绕方法进行制造和部分地被聚合。为了制造本发明涵义上的整体式主体，被使用于制造管体的预浸渍纤维与被使用于构件6和7的预浸渍纤维是相同的。此外，在插入在第二构件中前和与第一构件进行组装前，管体优选地被覆盖有与预浸渍纤维的树脂相同的一层树脂。该覆层的目的在于避免在构件6和7以及管体13之间形成孔隙，从而允许获得本发明涵义上的整体式连杆。
作为变型，凸肩12可在第二构件7中进行机加工，而非通过插置管体形成。
两构件6、7继而进行组装，第一构件6支靠在第二构件7的凸肩12上(见图7)。
第二步骤b)在于围绕内部主体5制造外部主体14，如在图12上所示。为此，在在内部主体的端部布置轴颈15和钳口16以将内部主体安装在纤丝卷绕机上之后，在整个内部主体5上卷绕预浸渍纤维17(见图8到图10)。根据本发明，被使用于制造内部主体和外部主体的预浸渍纤维是相同的(相同的纤维，相同的树脂)，以最终制造在两主体之间无间断的产品。为了在连杆头部处获得期望的厚度，可在内部主体5的端部布置附加层21，如在图11上所示。附加层21可被布置在具有矩形截面的连杆头部处和部分地布置在连接部分处。通过沿着内部主体添加连续的纤维层，获得如在图12上所示的连杆主体的最终外部形状。为了加强所获得的连杆的机械特性，卷绕角度可在端部进行修改。
在第三步骤c)中，外部主体14和内部主体5被聚合以获得整体式主体18，其中，内部主体和外部主体仅仅形成一主体，而在两主体之间的接口处没有间断或孔隙(见图13和图14)。因此，在剖视图上，不再可能将外部主体与内部主体区分开。
在第四步骤d)中，固定部件19在每个连杆头部3中和部分地在锥形部分4中进行机加工(见图15)。整个影线区域界定机加工部分，以最终形成整体式连杆，如在前文在图3上所示，在每个端部具有一分叉部。作为变型，仅仅影线间距较大的外部区域可进行机加工，在此情形下，制造另一类型的固定元件。
如上文所述的连杆的制造方法在仅仅连杆头部被机加工以形成固定元件时必须是合适的，另一头部包括附接接头。根据该变型，在第一步骤a)中，配有凸肩12的接头22附接在组成构件6的具有圆形截面的端部(见图17)。接头可以是金属的、以高强度塑料材料制成的、以碳制成的或以对于所针对的应用合适的任何其它材料制成的。如已述及的，接头可被攻丝扣以在之后接纳固定元件或可直接地包括固定元件。
构件6与接头22的组装形成内部主体5，在步骤b)，围绕内部主体卷绕预浸渍纤维用以以与前文所述的方法相似的方式形成外部主体。步骤c)也是等同的。在第四步骤d)中，固定元件如前文所述在单一的具有矩形截面的连杆头部中进行机加工。
将明确的是，在所述方法的两个变型中，芯棒、连杆主体和连杆头部的形状作为示例给出。连杆的所谓“圆柱形”部分的截面可以是除圆形外的其它形状，如椭圆形、正方形等，芯棒的形状因此被修改。这在固定元件进行机加工前对于所谓“基本上锥形的”部分和具有矩形截面的连杆头部是相同的。相同地，连杆头部在机加工后以分叉部的形式示意，不过根据需要，连杆头部可具有其它形状。
根据本发明，纤维优选地是碳纤维，树脂应被选择以保证在后焙烧的步骤c)前对连杆的所有组成构件的足够刚性。例如，其可以是环氧树脂。
根据本发明的方法的优点
－根据本发明，包括该或多个固定元件的连杆组件，以相同的预浸渍纤维制造。使用相同的树脂和相同的纤维允许在步骤c)的后焙烧时制造整体式主体，这将排除各种差别热力膨胀的问题。
－集成有固定元件的连杆的制造允许降低成本，这是因为这不再需要在附加步骤时附接这些固定元件。
－整个以复合材料制造连杆允许相对于具有附接的金属接头的连杆而言减轻重量。
－如在图16上所示，纤维在连杆主体和分叉部之间是连续的。这允许改进耐疲劳性，这是因为在分叉部被机械促动时，是连杆主体的纤维来承受作用力。
－根据本发明的方法是灵活的。所述方法允许制造这样的连杆：所述连杆在一端部包括固定元件而在另一端部包括攻丝扣接头，固定元件在后面在攻丝扣接头中拧紧。这类连杆具有这样的优点：根据需要和根据在飞机中可用的空间，长度可变(借助于旋拧)。
－根据本发明的方法还具有这样的优点：允许通过传统的纤丝卷绕方法制造复杂构件，这使得制造成本较低。增益则在于所述方法的实施中和连杆的自身设计中。
－根据本发明的方法不需要可熔性型芯。这允许：
－降低制造成本；
－制造这样的连杆：具有较低的直径/长度比，而芯棒不断裂和弯曲；
－制造这样的连杆：在分叉部处孔距小，可降低到3mm；
－在连杆内部获得更佳的表面加工，和因此，在超声监测时获得更佳的信号接收。

Claims (16)

1.一种用于通过纤丝卷绕制造连杆(1)的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
－布置芯棒(8)；
－通过以下步骤制造内部主体(5)：
－通过围绕所述芯棒(8)卷绕预浸渍纤维(17)来制造第一构件(6)；
－取出芯棒(8)；
－将所述第一构件(6)与第二构件(7，22)进行组装，
－通过围绕所述内部主体(5)卷绕预浸渍纤维(17)来制造外部主体(14)，所述预浸渍纤维(17)与在制造所述第一构件(6)时所使用的预浸渍纤维是相同的；
－通过使由所述内部主体(5)和所述外部主体(14)形成的组件的聚合来制造整体式主体(18)；
－在所述整体式主体(18)的一端部机加工固定元件(19)。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第二构件(7)也通过围绕所述芯棒(8)卷绕预浸渍纤维(17)来制造，所述预浸渍纤维(17)与在制造所述第一构件(6)和所述外部主体(14)时所使用的预浸渍纤维是相同的。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括在所述第二构件(7)中制造凸肩(12)的步骤，所述凸肩(12)在与所述第一构件(6)进行组装时用于支撑。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述第二构件(7)中插入一管体(13)以形成凸肩(12)，使用与内部主体(5)和外部主体(14)所使用的预浸渍纤维相同的预浸渍纤维(17)通过纤丝卷绕方法来制造所述管体(13)。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，在插入在所述第二构件(7)中前，所述管体(13)覆有一层树脂，所述树脂与在制造所述内部主体(5)和所述外部主体(14)时所使用的预浸渍纤维的树脂是相同的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，至少所述第一构件(6)在组装前部分地被聚合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，在制造所述外部主体(14)时，预浸渍纤维(17)的附加层(21)在所述内部主体(5)的一端部上或两端部上卷绕。
8.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括在所述整体式主体(18)的另一端部上机加工固定元件(19)的机加工步骤。
9.根据权利要求1或7所述的制造方法，其特征在于，第二构件是配有凸肩(12)的一接头(22)，所述凸肩在与所述第一构件(6)进行组装时用于支撑。
10.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，在制造所述外部主体(14)时，纤丝卷绕的角度沿着所述内部主体(5)是变化的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述芯棒(8)包括圆柱形部分(9)，所述圆柱形部分通过一连接部分(10)连接到具有矩形截面的部分(11)。
12.一种连杆(1)，所述连杆包括连杆主体(2，4)，所述连杆主体连接两个连杆头部(3)，这两个连杆头部中的一个是一固定元件(19)，其特征在于，所述连杆主体(2，4)和所述固定元件(19)形成以单一的和唯一的复合材料制成的整体式组件。
13.根据权利要求12所述的连杆(1)，其特征在于，另一个连杆头部(3)也是一固定元件(19)，所述连杆主体(2，4)和所述两个连杆头部(3)形成以单一的和唯一的复合材料制成的所述整体式组件。
14.根据权利要求12所述的连杆(1)，其特征在于，另一个连杆头部(3)包括接头(22)。
15.根据权利要求14所述的连杆(1)，其特征在于，所述接头(22)以金属、碳或塑料材料制成。
16.根据权利要求12到15中任一项所述的连杆(1)，其特征在于，所述连杆在所述整体式组件的整个横截面中和整个纵截面中没有间断和孔隙。
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