具有金属孔眼的全复合转矩管制造技术

本发明专利技术提供一种制造全复合转矩管的低成本方法，所述方法包括围绕圆柱形心轴和由所述心轴上的端部固定装置保持的多个孔眼型体卷绕纤维丝束，从而形成凸缘化端部联接件。所述方法可包括使用被构造成用于限定所述凸缘化端部联接件的预织造复合纤维端部套筒。在单个步骤中，将所述卷绕纤维和所述端部套筒固化在一起。金属孔眼可安装在所述螺栓孔中。

Full composite torque tube with metal holes

The invention provides a low cost method for manufacturing a fully composite torque tube, which comprises winding a fiber bundle around a cylindrical mandrel and a plurality of hole-shaped bodies maintained by an end fixing device on the mandrel, thereby forming a flanged end connection. The method may include the use of a pre-woven composite fiber end sleeve configured to define the flanged end connector. In a single step, the winding fiber and the end sleeve are solidified together. Metal holes can be installed in the bolt holes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有金属孔眼的全复合转矩管
本专利技术整体涉及用于飞机通用或飞行控制传动轴系的转矩管(有时称为转矩轴)，或用于需要转矩管来传递转矩的任何传动轴系。
技术介绍
转矩管在能量传输应用中传输静态和动态扭转负荷。例如，飞机中通常使用转矩管来传输能量，用于致动和制动飞行控制表面例如翼片和缝翼，以及用于致动飞机门和门闩锁。转矩管的每一端可具有被构造成用于将转矩管机械联接到传动轴系中的另一个传输机构的联接特征结构。例如，转矩管的一个或两个端部可包括具有用于联接的螺栓孔阵列或图案的凸缘。通过用碳纤维丝束螺旋卷绕或包裹圆柱形心轴而制成的所谓“复合材料”转矩管广泛用于航空业中，部分原因在于这种转矩管比金属转矩管轻但仍满足严苛的强度要求。复合转矩管还提供改善的抗弯刚度和抗扭刚度。然而，由于转矩管端部处的联接特征结构不同于转矩管端部之间的直线长度并且更为复杂，因此联接特征结构不能由包裹型复合材料形成。相反，已知的是，制造包括联接特征结构的金属端头配件，然后将转矩管形成为由包裹型复合材料直管连接一对金属端头配件的混合组件。就这一点而言，请参见美国专利No.7,335,108(Lin等人)；7,419,435(Borges等人)；7,682,256(Brace等人)；7,874,925(Dewhirst)；和8,025,580(Genot等人)。金属端头配件増加了重量，并且难以确保复合材料与每个金属端头配件之间具有可靠的接合，也难以确保所述接合在承载负荷时不失效。美国专利No.3,651,661(Darrow)教导了通过在圆柱形心轴上交替叠置复合织物层片来制造具有典型螺栓孔凸缘的复合转矩管。凸缘通过折叠设置在织物层片中的指状物或条状物制成。本专利不教导卷绕纤维丝束。美国专利No.5,397,272(Smiley等人)描述了全复合转矩管，该全复合转矩管教导围绕柄轴包裹纤维，并且在管的端部处一体形成万向接头的两个轭式耳片。耳片在转矩管的轴线方向上平行于彼此延伸并且包括沿直径轴线彼此对齐的相应孔用于接纳万向接头的联接构件。在转矩管领域之外，美国专利No.8,118,958(Lunin等人)教导了通过将复合纤维长丝卷绕在一对金属孔眼和金属齿轮插件上来制造旋转致动器的输出臂。在卷绕期间，孔眼和齿轮插件支撑在固定装置上。然后向卷绕的长丝注入树脂并且使树脂固化。移除固定装置以得到成品致动臂。仍然需要具有凸缘的全复合转矩管，在该凸缘的相对端部处具有螺栓孔，其中该转矩管制造成本低廉且无需金属端头配件。
技术实现思路
本专利技术提供以低成本制造轻质全复合转矩管的方法，该方法包括单一结构固化步骤。所得的转矩管在复合材料与金属之间没有转矩传递接头，并且高度可靠。在本专利技术的实施方案中，制造方法包括提供圆柱形心轴并将端部固定装置定位在心轴上，其中端部固定装置包括相对于心轴外表面径向扩大的背衬表面以及穿过背衬表面的多个开口。该方法还包括将多个孔眼型体分别插入端部固定装置的多个开口，以及围绕心轴和多个孔眼型体卷绕纤维丝束。如果使用干纤维丝束而不是预先浸渍的纤维丝束，则要向经卷绕的纤维丝束中注入树脂基质。该方法接着将经卷绕的纤维丝束固化至C固化阶段，从而得到包括具有多个螺栓孔的一体式端部凸缘的复合管。该方法可通过从复合管中移除孔眼型体、端部固定装置和心轴来完成。任选地，可安装金属孔眼以增强凸缘的螺栓孔。上述基本方法的变型包括提供织造端部套筒，该织造端部套筒包括轴向延伸杆、在杆的远侧端部处沿径向扩大的凸缘层、穿过凸缘层和杆以接纳心轴端部部分的通道以及穿过凸缘层的多个螺栓孔。端部套筒放置在心轴上，使得端部套筒的凸缘层邻接端部固定装置的背衬表面，并且多个孔眼型体分别插入穿过多个端部套筒的螺栓孔并进入端部固定装置的多个开口。端部套筒可为预先浸渍的纤维丝束的织造织物，或者为干纤维丝束的织造织物并且随后注入树脂。将基本方法的卷绕步骤经过修改以包括围绕端部套筒的杆卷绕纤维丝束。在单个固化步骤中将端部套筒和经卷绕的纤维丝束固化在一起。在该方法的另一变型中，端部套筒经过织造，使得其完全形成联接转矩管的凸缘化端部，并且转矩管的直管部分通过围绕圆柱形心轴以及端部套筒杆的一部分卷绕纤维丝束而形成。在单个固化步骤中，将经卷绕的纤维丝束和端部套筒固化在一起。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为大致体现本专利技术的复合转矩管的正交视图；图2为示出根据本专利技术第一实施方案形成的复合转矩管的端部部分的纵向剖面图；图3为示出用于制造图2所示的复合转矩管的制造设置的纵向剖面图；图4为图3所示制造设置的一端的视图，示出了用于制造图2所示复合转矩管的方法的螺旋卷绕步骤；图5A是朝向制造设置的端部固定装置从轴向看的视图，其示出了制造方法的第一孔眼卷绕步骤；图5B为类似于图5A的视图，示出了制造方法的第二孔眼卷绕步骤；图5C为类似于图5A的视图，示出了制造方法的第三孔眼卷绕步骤；图5D为类似于图5A的视图，示出了制造方法的第四孔眼卷绕步骤；图6为类似于图4的视图，示出了制造方法的反向螺旋卷绕步骤；图7为示出制造图1所示复合转矩管的方法的流程图；图8为示出根据本专利技术第二实施方案形成的复合转矩管的端部部分的纵向剖面图；图9为示出制造图8所示复合转矩管的方法的流程图；图10为示出根据本专利技术第三实施方案形成的复合转矩管的端部部分的纵向剖面图；和图11为示出制造图10所示复合转矩管的方法的流程图。具体实施方式图1示出了由本专利技术的方法形成的复合转矩管10。复合转矩管10一般包括由中间管部分12连接的一对端部联接件14。参考字符A代表转矩管10的纵向轴线。每个端部联接件14包括：相对于管部分12的外部圆柱形表面径向朝外延伸的凸缘16，以及穿过凸缘16用于将端部联接件14附接到传输驱动系统的另一部分的多个螺栓孔18。在本文所述的实施方案中，每个端部联接件14具有四个螺栓孔18，然而可根据具体的最终用途应用和设计要求提供更多或更少的螺栓孔。可任选地在每个螺栓孔18中布置两件式金属孔眼20，以加固并保护螺栓孔的内表面免受螺栓夹紧力的影响。转矩管10完全由纤维増强型复合材料形成(任选的金属孔眼20除外)。图2更详细地示出了复合转矩管10的一个端部部分，以例示本专利技术的第一实施方案。如下文将描述的那样，第一实施方案的转矩管10使用每个端部处的预织造端部套筒22并且将纤维丝束卷绕物30与每个端部套筒22合并而形成。端部套筒22的组成纤维和纤维丝束卷绕物30驻留在热固性树脂基质中，该热固性树脂基质通过经受不可逆的化学反应在高温下完全固化，在该不可逆的化学反应中，树脂分子的交联将树脂转变成稳定的固体(C阶段)，由此固化将端部套筒22和纤维丝束卷绕物30整合成固体结构复合材料。用于织造端部套筒22的纤维以及纤维丝束卷绕物30中的纤维可用热固性树脂基质预浸渍，该热固性树脂基质被部分固化至固化B阶段，以提供相比于未固化的“湿”层铺材料更厚且有些许粘性的复合纤维材料。作为使用“预浸渍”纤维材料的替代型体，可使用干纤维丝束来形成端部套筒22和卷绕物30，并且可在织造和卷绕热固性树脂基质之后真空注入组成纤维。纤维可包括例如碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维和/或陶瓷纤维。每个端部套筒22本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造复合转矩管的方法，所述方法包括以下步骤：提供圆柱形心轴；将端部固定装置定位在所述心轴上，所述端部固定装置包括相对于所述心轴的外表面径向扩大的背衬表面以及穿过所述背衬表面的多个开口；分别将多个孔眼型体插入所述端部固定装置的所述多个开口；围绕所述心轴和所述多个孔眼型体卷绕纤维丝束；向所述卷绕纤维丝束注入树脂基质，或使用预先浸渍有处于B固化阶段的树脂基质的纤维丝束作为用于所述卷绕步骤的纤维丝束；将所述卷绕纤维丝束固化至C固化阶段，从而得到包括具有多个螺栓孔的一体式端部凸缘的复合管；和从所述复合管中移除所述孔眼型体、所述端部固定装置和所述心轴。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.15 US 14/996,9221.一种制造复合转矩管的方法，所述方法包括以下步骤：提供圆柱形心轴；将端部固定装置定位在所述心轴上，所述端部固定装置包括相对于所述心轴的外表面径向扩大的背衬表面以及穿过所述背衬表面的多个开口；分别将多个孔眼型体插入所述端部固定装置的所述多个开口；围绕所述心轴和所述多个孔眼型体卷绕纤维丝束；向所述卷绕纤维丝束注入树脂基质，或使用预先浸渍有处于B固化阶段的树脂基质的纤维丝束作为用于所述卷绕步骤的纤维丝束；将所述卷绕纤维丝束固化至C固化阶段，从而得到包括具有多个螺栓孔的一体式端部凸缘的复合管；和从所述复合管中移除所述孔眼型体、所述端部固定装置和所述心轴。2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：提供织造端部套筒，所述织造端部套筒包括轴向延伸杆、在所述杆的远侧端部处沿径向扩大的凸缘层、穿过所述凸缘层和所述杆以接纳所述心轴的端部部分的通道以及穿过所述凸缘层的多个螺栓孔；将所述端部套筒放置在所述心轴上，使得所述端部套筒的所述凸缘层与所述端部固定装置的所述背衬表面邻接，其中所述多个孔眼型体分别插入穿过所述端部套筒的所述多个螺栓孔并进入所述端部固定装置的所述多个开口；和向所述端部套筒注入树脂基质，或使用预先浸渍有处于B固化阶段的树脂基质的纤维丝束来织造所述端部套筒；其中所述卷绕步骤包括围绕所述端部套筒的所述杆卷绕所述纤维丝束；其中所述固化步骤包括使所述端部套筒与所述卷绕纤维丝束一起固化至C固化阶段。3.根据权利要求1所述的方法，还包括分别在所述一体式端部凸缘的所述多个螺栓孔中安装多个金属孔眼的所述步骤。4.根据权利要求2所述的方法，还包括分别在所述一体式端部凸缘的所述多个螺栓孔中安装多个金属孔眼的所述步骤。5.根据权利要求1所述的方法，其中卷绕所述纤维丝束的所述步骤包括依次执行如下操作：在朝向所...

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