复合成型旋转部件制造技术

本教导通常包括一种复合转子组件，所述复合转子组件包含轴和安装到轴上的转子本体。所述转子本体可以包括芯结构，所述芯结构包括固化的聚合物材料且完全或部分地限定通过相邻的根部部分连接的多个突齿。所述转子本体还可以包括连续地延伸所述芯结构的长度以向所述转子本体提供额外的结构完整性的支撑结构。所述支撑结构可以完全或部分地嵌入在所述芯结构内，并且还可以缠绕在所述芯结构的外部上。在一个实例中，所述芯结构包括环氧树脂，并且所述支撑结构包括碳纤维材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合成型旋转部件相关申请的交叉引用本申请于2015年9月25日作为PCT国际专利申请提交，并且要求于2014年9月25日提交的美国专利申请序列号62/055,373的权益，所述美国专利申请的公开内容通过引用全部并入到本文中。
本公开涉及可用于旋转设备应用(例如体积膨胀压缩装置、齿轮系、泵和混合装置)中的旋转部件和由旋转部件构成的组件。
技术介绍
转子通常用于需要压缩或移动流体的应用中以及期望从流体中去除能量的应用中。在一个实例中，压缩机或增压器利用一对转子来增加进入到内燃机进气口的气流。在另一个实例中，体积流体膨胀器包括一对转子，所述一对转子使工作流体膨胀以在输出轴处产生有用功。在其它应用中，例如在齿轮系、泵和混合装置中，也利用旋转部件。在许多此类应用中，已知提供具有带固体横截面积的单体构造的机加工的或铸造的旋转部件。典型的根式装置具有围绕相应轴线旋转的两个转子。所述转子包括彼此相互啮合的突齿。转子的旋转被定时，使得转子不会彼此接触。典型的转子由被精加工成所需形状的挤压铝制成。可以在转子上使用可磨耗涂层，以提供转子与其相应的转子壳体之间的紧密公差。使用铝制造根式转子存在许多问题。例如，铝相对较重，这导致发动机的响应时间和寄生损失减小。另外，与铝转子相关的重量可能存在离合器耐久性的问题。此外，挤出然后精加工铝可能是相当昂贵的工艺。与铝相关的优势包括制造极其精密的零件的能力。另外，铝构造在根式转子的根部提供很大的强度。
技术实现思路
本教导通常包括一种复合转子组件，所述复合转子组件包含轴和安装到所述轴上的转子本体。所述转子本体可以包括芯结构，所述芯结构包括固化的聚合物材料，其中芯结构可以限定第一长度、轴穿过其延伸的中央开口和远离中央开口延伸的多个突齿。在一方面，所述突齿中的每一个可以通过相邻的根部部分连接并且具有与中央开口的中心相交的纵向轴线。转子本体还可以包括连续地延伸芯结构的长度的支撑结构。支撑结构可以完全或部分地嵌入在芯结构内，并且还可以缠绕在芯结构的外部上。在一方面，支撑结构可以包括多根纤维。本教导还包括用于制造复合转子组件的方法。一个步骤可以包括提供支撑结构和用于芯结构的一种或多种材料。另一个步骤可以是将支撑结构插入到模具中，而另一个步骤可以是将轴插入到模具中。其它步骤可以包括将用于芯结构的一种或多种材料引入到模具中，并且然后使用于芯结构的一种或多种材料的可固化部分固化。然后，可以从模具中取出复合转子。轴可以设置有将轴与复合转子本体更好地接合的各种表面特征。所述方法还可以包括向转子施加可磨耗涂层并且使转子平衡。根据本教导可以使用许多材料。例如，可以提供热塑性材料。热塑性材料可以设置在与加强纤维一体形成的螺纹中。热塑性纤维通常在加热过程中熔化。也可以利用热固性材料。在热固性材料的情况下，通常将热固性材料注入到纤维加强纤维中以将它们润湿。以这种方式，纤维形成加强材料的织物类型层。在其它实例中，可以铺设或以其它方式施加短切纤维以向转子提供加强。许多不同的构造也是可能的，只要它们适合于提供适当的根部强度和热稳定性。优选地，变型中的每一个使用净形模制工艺制造，使得在成型之后不需要进一步精加工。通过以下结合附图对用于实施本教导的最佳模式的详细描述，本教导的以上特征和优点以及其它特征和优点是显而易见的。附图说明图1是根据本教导的原理的复合转子本体的第一实例的正视图。图2是根据本教导的原理的复合转子本体的第二实例的正视图。图3是根据本教导的原理的复合转子本体的第三实例的正视图。图4是根据本教导的原理的复合转子本体的第四实例的正视图。图5是根据本教导的原理的复合转子本体的第五实例的正视图。图6是根据本教导的原理的复合转子本体的第六实例的正视图。图7是图1至图6的转子本体可以安装到其上的轴的透视图。图8是利用图1至图3的转子本体中的任何一个和图7的轴的组装式转子的透视图。图9是利用图4至图6的转子本体中的任何一个和图7的轴的组装式转子的透视图。图10是具有流体膨胀器和压缩机的车辆的示意图，其中可以包括图8和图9中所示类型的转子组件。图11是描述一种用于制造图8和图9的转子的第一方法的流程图。具体实施方式将参考附图详细描述各个实例，其中在整个几幅视图中相同的附图标记表示相同的零件和组件。对各个实例的引用并不限制所附权利要求的范围。另外，在本说明书中阐述的任何实例不旨在进行限制，而是仅仅阐述了所附权利要求的许多可能实例中的一些。参考附图，其中在整个几幅附图中相同的附图标记对应于相同或相似的部件。转子构造本教导的第一实例包括一种可用于形成图1至图3所示的转子30的复合转子本体100。如图所示，转子本体100可以具有沿着纵向轴线105-1、105-2、105-3、105-4延伸远离中央轴线X到达相应的尖端部分103-1、103-2、103-3、103-4(统称为尖端103)的四个径向隔开的突齿102-1、102-2、102-3、102-4(统称为突齿102)。在图1至图2的实例中，纵向轴线105-1和105-3是同轴的，而纵向轴线105-2和105-4也是同轴的。如图所示，突齿102以第一间隔角a1等距隔开。在所示的实例中，间隔角a1约为90度，使得轴线105-1/105-3与轴线105-2/105-4正交。尽管示出了四个突齿，但是根据本公开应当理解，可以提供具有相应的间隔角的更少或更多的突齿，例如具有180度的间隔角的两个突齿、如图4至图6所示的具有120度的间隔角的三个突齿(稍后讨论)、具有72度的间隔角的五个突齿，以及具有60度的间隔角的六个突齿。当被模制形成转子30时，转子本体100的中央轴线X可以与轴线X1或转子30同轴。如图所示，突齿102通过相邻的根部部分104-1、104-2、104-3、104-4(统称为根部部分104)连接在一起。在所示的特定实例中，突齿102可以在最接近尖端103处具有或限定凸形轮廓或周边，并且根部部分104具有或限定凹形轮廓或周边。合起来看，突齿102和根部部分104可以限定转子本体100的外周边106。应当注意到的是，突齿102不限于被限定为凸形，而是可以具有由直线或凹线限定的形状。同样地，根部部分104不限于被限定为凹形，而是可以具有由直线或凸线限定的形状。在一个实例中，突齿102处的转子本体100、200的外周边106被限定为渐开线形状，使得相邻的旋转部件30可以作为协作齿轮运转。在一个实例中，转子本体100可以形成有用于接收转子轴的中央开口112。可选地，转子本体100可以被模制到轴上，使得中央开口112全部或部分地由转子轴限定。如图所示，中央开口112可以以中央轴线X为中心。在一方面，转子本体100可以包括支撑结构114和芯结构116。芯结构116可以为转子本体100提供本体100所需体积的大部分，而不会对转子本体100增加过度的质量和旋转惯性。支撑结构114可以为转子本体100提供额外的结构支撑和稳定性，从而为转子本体100提供适当的环向强度和热稳定性。在一个实例中，支撑结构114可以包括布置成编织、针织、捻绳缝合、捻绳制造或其它类型构造的连续纤维。合适的纤维的非限制性实例是碳纤维(低、中和高模量)、硼纤维、玻璃纤维纤维、芳族聚酰胺纤维(例如)及其组合。也可以使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合转子组件，其包含：a.轴；以及b.安装到所述轴上的转子本体，所述转子本体包括：i.包括固化的聚合物材料的芯结构，所述芯结构限定第一长度、所述轴穿过其延伸的中央开口以及远离所述中央开口延伸的多个突齿，所述突齿中的每一个通过相邻的根部部分连接并且具有与所述中央开口的中心相交的纵向轴线；ii.支撑结构，其连续地延伸所述芯结构的长度并且至少部分地嵌入在所述芯结构内，所述支撑结构包括多根纤维。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.25 US 62/055,3731.一种复合转子组件，其包含：a.轴；以及b.安装到所述轴上的转子本体，所述转子本体包括：i.包括固化的聚合物材料的芯结构，所述芯结构限定第一长度、所述轴穿过其延伸的中央开口以及远离所述中央开口延伸的多个突齿，所述突齿中的每一个通过相邻的根部部分连接并且具有与所述中央开口的中心相交的纵向轴线；ii.支撑结构，其连续地延伸所述芯结构的长度并且至少部分地嵌入在所述芯结构内，所述支撑结构包括多根纤维。2.根据权利要求1所述的复合转子组件，其中，所述支撑结构的所述多根纤维是碳纤维，并且其中所述芯结构的所述固化的聚合物材料是环氧树脂。3.根据权利要求2所述的复合转子组件，其中，所述支撑结构的所述碳纤维采用聚合材料预浸渍。4.根据权利要求2所述的复合转子组件，其中，所述支撑结构被设置为编织碳纤维套筒。5.根据权利要求1所述的复合转子组件，其中，所述芯结构另外包括至少一个插入件结构，所述至少一个插入件结构由泡沫材料形成。6.根据权利要求1所述的复合转子组件，其中，所述支撑结构形成为圆柱形内套筒。7.根据权利要求6所述的复合转子组件，其中，所述圆柱形内套筒被安置在所述中央开口与所述突齿之间的所述根部部分之间。8.根据权利要求7所述的复合转子组件，其中，所述支撑结构进一步包括围绕所述芯结构的外周边安置的外加强套筒，所述外周边由所述多个突齿和根部部分限定。9.根据权利要求8所述的复合转子组件，其中，所述外加强套筒和所述圆柱形内套筒靠近所述芯结构的所述根部部分而固定在一起。10.根据权利要求9所述的复合转子，其中，所述外加强套筒和所述圆柱形套筒通过缝合固定在一起。11.根据权利要求1所述的复合转子，其中，所述支撑结构完全嵌入在所述芯结构内。12.根据权利要求11所述的复合转子，其中，所述支撑结构形成有芯加强部分和远离所述芯加强部分延伸的多个径向延伸部，其中所述芯加强部分位于所述芯结构的所述中央开口与所述根部部分之间，其中每个径向延伸部延伸到所述芯结构的所述多个突齿中的一个中。13.根据权利要求12所述的复合转子，其中，所述支撑结构被设置为形成到所述芯加强部分和所述径向延伸部中的单个编织套筒。14.根据权利要求13所述的复合转子，其中，所述支撑结构设置有缝合以限定所述径向延伸部的形状。15.根据权利要求11所述的复合转子，其中，所述支撑结构进一步包括多个端部部分，其中所述多个端部部分中的每一个与所述径向延伸部中的一个连接。16.根据权利要求15所述的复合转子，其中，所述多个端部部分中的每一个限定内部体积，所述芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯利·安·威廉姆斯，威廉·尼古拉斯·艾伯根，贾韦德·阿卜杜拉扎克·曼普卡，小布兰得利·卡尔·莱特，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：美国,US