复合扭矩管端部接头附接方法技术

本发明专利技术提供了一种制造具有连接到金属端部接头的复合纤维管的复合管组件的低成本方法，所述方法包括：将至少一个端部接头放置在芯轴上，所述端部接头包括具有多个外表面的夹持区域；将纤维束包裹在每个端部接头的所述夹持区域周围和所述芯轴周围以形成纤维包裹组件；固化所述纤维束；以及移除所述芯轴以制成完整的管组件。所述方法可包括在一些所述纤维束已包裹在所述夹持区域周围之后，将多个压缩嵌入件定位在所述夹持区域周围，以及将另外的纤维束包裹在所述压缩嵌入件和所述夹持区域周围。所述压缩嵌入件可具有圆形外表面，使得卷绕在所述压缩嵌入件周围的所述管的端部部分具有圆形外横截面形状。

End connection connection method of composite torque tube

The present invention provides a low-cost method for manufacturing a composite pipe assembly with a composite fiber tube connected to a metal end joint. The method comprises: placing at least one end joint on a mandrel, the end joint comprising a clamping area having a plurality of external surfaces, and wrapping a fiber bundle around a place at each end joint. The fiber wrapping assembly is formed around the clamping area and the core shaft; the fiber bundle is solidified; and the core shaft is removed to make a complete tube assembly. The method may include positioning a plurality of compression inserts around the clamping area after some of the fiber bundles have been wrapped around the clamping area, and wrapping another fiber bundle around the compression insert and the clamping area. The compression insert may have a circular outer surface such that the end portion of the tube wound around the compression insert has a circular outer cross section shape.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合扭矩管端部接头附接方法
本专利技术整体涉及用于航空设施或飞行控制传动系上或者用于任何需要扭矩管传递扭矩的传动系上的扭矩管(有时称为扭矩轴)。
技术介绍
扭矩管在电力传输应用中传递静态和动态的扭转负载。例如，扭矩管常用于航空器，以便为飞行控制表面(例如，襟翼和缝翼)的致动和制动以及航空器门闩的致动提供电力传输。扭矩管的每个端部可设置有被构造用于将扭矩管机械联接到传动系中的另一个传输机构的端部接头。通过将碳纤维束卷绕在芯轴周围而制成的所谓“复合”扭矩管被广泛用于航空工业，在一定程度上，这是因为其比金属扭矩管轻且满足临界强度要求。复合扭矩管还具有更好的抗弯刚度和抗扭刚度。复合扭矩管制造中公认的挑战涉及将金属端部接头附接到复合材料管部分。将金属端部接头附接到复合管使得复合材料与各端部接头之间的接合可靠且不易在负载下断开，这一点非常重要。已经提出了各种将端部接头附接到复合扭矩管的方案。美国专利7,335,108(Lin等人)描述了具有复合管和一对固定在复合管两端的端部接头的传动轴组件。该组件可通过以下方式制成：将预浸渍的(“预浸”)纤维束卷绕在芯轴和端部接头上，将所述部件包封在真空袋中并对真空袋内部空间进行抽真空，固化预浸纤维束，并移除真空袋和芯轴。每个端部接头包括通向具有径向突出耳状物的区域的颈部，所述耳状物围绕组件的中心轴线成角度地间隔开。通过复合材料固定该具有径向突出耳状物的区域，以在复合管与端部接头之间传递轴向和扭转负载。该复合材料具有非圆形的横截面轮廓，在此横截面轮廓中，该复合材料包围端部接头的耳状物区域。美国专利7,419,435(Borges等人)公开了一种复合扭矩管组件，该复合扭矩管组件通过以下方式形成：将金属端部接头安装到芯轴上，并用复合材料包裹端部接头和芯轴的一部分，然后固化该复合材料。所述端部接头的特征在于其具有从端部接头的中心轴线径向向外延伸的一对或多对直径上相对的凸角以改善复合材料与端部接头之间的扭矩传递。端部接头包括与由复合材料形成的管的圆柱形轴向通道对准的圆柱形轴向通道，其中管通道的直径大于端部接头通道的直径。因此，成形芯轴必须具有从复合管的主直径过渡到端部接头的较小直径的径向梯级。因此，在固化后，不能从组件轴向抽出芯轴，相反，必须通过用溶解液体冲洗端部接头的通道来溶解芯轴。此过程不仅昂贵而且对端部接头和复合材料有害。美国专利7,682,256(Brace等人)教导了一种复合扭矩管组件，其中金属端部接头设置有具有多个径向突出耳状物的外部联接区域，所述耳状物彼此间隔开以限定各排耳状物之间的通道。这些通道被布置成沿预期的纤维包角延伸以直接接收卷绕的复合材料，从而増强复合材料与端部接头之间的扭矩传递。耳状物具有急剧过渡部分和/或锋利边缘，这可使得将端部接头与其交接的复合材料劣化。此外，扭矩传递在耳状物中分布非常不均匀，前导耳状物接收大部分的传递力。因此，这种扭矩管组件倾向于具有缩短的使用寿命。美国专利7,874,925(Dewhirst)描述了一种通过将内花键端部接头压制到固化复合管的端部区域上来制备扭矩管组件的方法。复合管的端部区域必须精确加工成预定直径，以提供与内花键端部接头的轻微干涉配合。在将端部接头压制到复合管上时引入粘合剂，以改善粘结。此过程不仅昂贵，而且制成可接受的最终产品需要大量的操作技术。美国专利8,025,580(Genot等人)公开了一种具有固定布置在复合管的一部分上的金属接头的复合扭矩管组件。该金属接头具有非圆形的内表面轮廓，该内表面轮廓与金属接头区域中的复合管的互补外表面轮廓配合。通过在接头内设置纤维预成型件并在该纤维预成型件内注入塑料(例如，环氧树脂)以形成基质，从而直接在金属接头内制造由金属接头围绕的复合管部分。该制造方法不涉及在芯轴上卷绕未固化的预浸纤维束。因此，需要一种制造方法比已知复合扭矩管组件更经济且满足指定性能要求的复合扭矩管组件。
技术实现思路
本专利技术提供了一种制造具有连接到金属端部接头的复合纤维管的复合管组件的低成本方法，其中所得管组件仍能满足性能规格要求。在本专利技术的第一实施例中，该方法通常包括将至少一个端部接头放置在芯轴上，所述端部接头包括轴向细长杆、位于杆的远侧端部处的传动联接件以及用于接收芯轴的端部部分并穿过传动联接件和杆的通道，其中杆包括具有多个外表面的夹持区域。该方法还包括将纤维束包裹在每个端部接头的夹持区域周围和芯轴周围以形成纤维包裹组件，固化纤维束，以及移除芯轴以制成完整的管组件。在本专利技术的第二实施例中，上文汇总的方法还包括在将一些纤维束包裹在夹持区域周围之后，将多个压缩嵌入件定位在夹持区域周围，并将另外的纤维束包裹在压缩嵌入件和夹持区域周围。压缩嵌入件可具有圆形外表面，使得卷绕在压缩嵌入件周围的管的端部部分具有圆形外横截面形状。本专利技术还包括通过本专利技术方法实施例所制造的复合管组件。附图说明本专利技术的实质和操作模式现在将结合附图在本专利技术的以下具体实施方式中更全面地描述，其中：图1是示出了根据本专利技术的第一实施例形成的复合扭矩管组件的一个端部部分的纵向剖面图，其中扭矩管组件被示出在成形芯轴上；图2是示出了图1所示的复合扭矩管组件的端部接头的透视图；图3是大致沿图1中的线3-3截取的横截面图；图4是大致沿图1中的线4-4截取的另一个横截面图；图5是类似于图3的视图，其示出了具有凸形外表面的端部接头的夹持部分的另选构型；图6是示出了端部接头的另选构型的透视图，其中端部接头的夹持部分的外表面相对于端部接头的颈部区域凹陷；图7是示出了根据本专利技术的第一实施例形成的复合扭矩管组件并结合了图6所示的另选端部接头的纵向横截面图；图8是类似于图3的视图，但其示出了根据本专利技术的第二实施例形成且其特征在于压缩嵌入件的复合扭矩管组件；图9是示出了图8所示的复合扭矩管组件的压缩嵌入件的透视图；图10是类似于图8的视图，其示出了具有凹形外表面的端部接头的夹持部分的另选构型；图11是示出了图10所示的复合扭矩管组件的压缩嵌入件的透视图；图12是示出了制备第一实施例的复合扭矩管组件的方法的流程图；以及图13是示出了可用于改进图10所示方法以制备第二实施例的复合扭矩管组件的另选方法步骤的流程图。具体实施方式图1示出了根据本专利技术的第一实施例形成的复合扭矩管组件10的端部部分。复合扭矩管组件10通常包括由卷绕纤维増强复合材料形成的管12以及至少一个由卷绕复合材料保持的金属端部接头14。如扭矩管领域的技术人员所理解的那样，可在复合扭矩管组件10的相对端设置另一个端部接头(未示出)。在图1的视图中，其还示出了扭矩管组件10的成形芯轴M和纵向轴线A。另外参考图2和图3。端部接头14包括轴向细长杆16、位于杆16的远侧端部处的传动联接件18以及轴向延伸穿过杆16和传动联接件18的内部通道20。杆16包括具有多边形外横截面形状的夹持区域22，所述多边形外横截面形状限定多个平坦外表面24，每个平坦外表面均由一对拐角边缘26界定。复合管12的端部部分卷绕在杆16的夹持区域22周围。如所理解的那样，传动联接件18可采用由适用传动系统中的配合元件的构型所决定的形式。例如，联接件18可为具有螺栓孔阵列的凸缘、万向接头凸耳、内花键或外花键，或者一些其他联接元件。在附图中，夹持区域22的外横本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造复合管组件的方法，所述方法包括以下步骤：将至少一个端部接头放置在芯轴上，所述端部接头包括轴向细长杆、位于所述杆的远侧端部处的传动联接件、以及用于接收所述芯轴的端部部分并穿过所述传动联接件和所述杆的通道，其中所述杆包括具有围绕所述杆的轴线布置的多个外表面的夹持区域；将纤维束包裹在所述至少一个端部接头的所述夹持区域周围和所述芯轴周围，以形成纤维包裹组件；固化所述纤维束；以及移除所述芯轴。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.31 US 14/985,4931.一种制造复合管组件的方法，所述方法包括以下步骤：将至少一个端部接头放置在芯轴上，所述端部接头包括轴向细长杆、位于所述杆的远侧端部处的传动联接件、以及用于接收所述芯轴的端部部分并穿过所述传动联接件和所述杆的通道，其中所述杆包括具有围绕所述杆的轴线布置的多个外表面的夹持区域；将纤维束包裹在所述至少一个端部接头的所述夹持区域周围和所述芯轴周围，以形成纤维包裹组件；固化所述纤维束；以及移除所述芯轴。2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在一些所述纤维束已包裹在所述夹持区域周围之后，将多个压缩嵌入件定位在所述至少一个端部接头的所述夹持区域周围；以及将另外的纤维束包裹在所述压缩嵌入件和所述夹持区域周围。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述杆还包括所述夹持区域与所述传动联接件之间的颈部区域，所述颈部区域具有圆形外横截面形状，其中所述方法还包括将所述纤维束包裹在所述至少一个端部接头的所述颈部区域周围，使得所述纤维束与所述传动联接件邻接。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个外表面为平坦表面。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个外表面为凸形弯曲表面。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个外表面为凹形弯曲表面。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维束为预浸纤维束。8.根据权利要求1所述的方法，其中移除所述芯轴的所述步骤包括沿轴向方向从所述管组件抽出所述芯轴。9.一种复合管组件，包括：管，所述管由卷绕的纤维増强复合材料形成；金属端部接头，所述金属端部接头包括杆以及位于所述杆的远侧端部处的传动联接件；所述杆包括具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：洛厄尔·范·伦德·拉森，
申请(专利权)人：穆格公司，
类型：发明
国别省市：美国,US