用于復(fù)合輪的端面與輪輞連接部的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及復(fù)合輪的端面部與輪輞部之間的連接部。本發(fā)明具體可應(yīng)用于車輛和/或飛機(jī)的復(fù)合碳纖維輪，下文將結(jié)合該示例性應(yīng)用方便地公開本發(fā)明。但是，應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明不限于所述應(yīng)用并且可用于連接各種輪子的端面部和輪輞部。
【背景技術(shù)】
[0002]下面對本發(fā)明背景的討論是為了便于理解本發(fā)明。但是，應(yīng)該認(rèn)識到，該討論并不是承認(rèn)或認(rèn)同任何所引用的材料在本申請的優(yōu)先權(quán)日為止都已出版、已知或是公知常識的一部分。
[0003]復(fù)合輪總體上包括兩個主要區(qū)段:輪輞部和端面部。輪輞部包括構(gòu)造用于接納和安置輪胎的環(huán)面結(jié)構(gòu)。端面部包括用于將輪子固定到車輛上的輪轂以及連接結(jié)構(gòu)，例如在輪轂和輪輞之間延伸并使輪轂與輪輞互相連接的一系列輪輻或圓盤。橫向、豎向和扭轉(zhuǎn)負(fù)荷通過輪胎傳遞到輪子的輪輞部，然后所述負(fù)荷在連接結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。
[0004]本發(fā)明的申請人已制造出一體式復(fù)合輪，例如在國際專利公開W02010/024495A1中描述了該復(fù)合輪。生產(chǎn)一體式復(fù)合輪一般需要使用分開的輪輞部模具和相關(guān)加強(qiáng)件以及端面部模具和相關(guān)加強(qiáng)件。然后，將分開的輪輞模具部分和端面模具部分在最后的成型工序中互相連接，這允許一體地形成整個復(fù)合輪。需要輪輞部與端面部之間的連接部，特別是輪輻和輪輞之間的連接部剛性、穩(wěn)固，以提供具有剛性和強(qiáng)度并且還能經(jīng)由輪輞和輪輻有效地傳遞輪胎與道路之間產(chǎn)生的負(fù)荷的機(jī)械有效結(jié)構(gòu)。
[0005]之前提出的復(fù)合輪的輪輞部與端面部結(jié)構(gòu)之間的連接部使用螺栓連接或粘接劑粘合來使所述連接結(jié)構(gòu)與輪輞互相連接。但是，這些形式的連接會顯著增加輪子的質(zhì)量、需要能在輪子結(jié)構(gòu)和構(gòu)型中提供應(yīng)力點(diǎn)的結(jié)合結(jié)構(gòu)、和/或會在輪子的相鄰部分之間形成弱粘合。申請人意識到，當(dāng)在正常道路狀況下測試時，大量這些類型的連接部都是機(jī)械故障的原因。
[0006]因此希望提供一種復(fù)合輪的輪輞部與端面部之間的改進(jìn)的或替代的連接部。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的第一方面提供了一種復(fù)合輪的輪輞部與端面部之間的連接部。所述輪輞部包括第一組纖維。所述端面部包括第二組纖維。所述連接部包括過渡區(qū)，在所述過渡區(qū)中所述第一組纖維和所述第二組纖維以分層結(jié)構(gòu)布置。所述分層結(jié)構(gòu)的各個層包括具有第一組纖維排列結(jié)構(gòu)和第一連接端的第一區(qū)段以及具有第二組纖維排列結(jié)構(gòu)和第二連接端的第二區(qū)段。所述第一連接端設(shè)置成鄰近或鄰接所述第二連接端，從而形成層接頭。各相鄰層的層接頭以臺階式構(gòu)型間隔開。
[0008]因此，本發(fā)明提供了一種復(fù)合輪的輪輞部與端面部之間的連接部，其中，來自輪輞部和端面部中每一者的纖維在過渡區(qū)中的層接頭處結(jié)合在一起。相鄰層的層接頭以臺階式構(gòu)型間隔開，以增強(qiáng)接頭結(jié)構(gòu)。該臺階式構(gòu)型使得分層結(jié)構(gòu)的上方層和下方層跨接于中間層的層接頭，由此使該中間層的第一區(qū)段和第二區(qū)段互相連接。臺階式結(jié)構(gòu)還確保一個層的層接頭與另一最接近的層接頭對準(zhǔn)。
[0009]在連接部中使用的包括第一纖維和第二纖維在內(nèi)的纖維優(yōu)選是柔性的，更優(yōu)選是柔性且柔順的。纖維的柔性和柔順性使得輪輞部和端面部能夠組裝起來，然后將連接部的構(gòu)件移回到適當(dāng)?shù)奈恢?，以在?fù)合輪的輪輞部與端面部之間形成連接部。
[0010]過渡區(qū)優(yōu)選與復(fù)合輪的輪輞部和端面部相遇的位置/部位間隔開。該布置允許輪輞部和端面部之間的連接部與相關(guān)聯(lián)的層接頭形成在如下位置:該位置與端面部的結(jié)構(gòu)和輪輞部的結(jié)構(gòu)相遇的部位間隔開。這是有利的，因為在某些工作負(fù)荷狀態(tài)下，端面部和輪輞部相遇的部位是結(jié)構(gòu)中應(yīng)力高的區(qū)域。
[0011]應(yīng)該理解，術(shù)語“復(fù)合”在文中表示任何類型的復(fù)合材料，包括固化或未固化的纖維，而不考慮結(jié)構(gòu)是否分層。此外，預(yù)制件和固化或未固化的預(yù)固結(jié)預(yù)制件是復(fù)合材料和主體的重要亞組。
[0012]過渡區(qū)具有分層結(jié)構(gòu)。根據(jù)連接部的設(shè)計以及復(fù)合元件的尺寸和類型，可以顯著地改變層的數(shù)量。在一些實施例中，僅使用少數(shù)層，例如2、3、4、6或10層。在其它實施例中，需要更多數(shù)量例如20、30、50、100或更多的層，以獲得具有期望質(zhì)量和/或特性的連接部。
[0013]在分層結(jié)構(gòu)中，鄰近層的層接頭可以以任何相對取向間隔開。例如，當(dāng)層包括夾角、曲線或彎曲時，一個或多個層接頭可以相對于鄰近的層接頭以特定的角度間隔開。在其它實施例中，例如平坦的層，各個層的層接頭與各相鄰層的相應(yīng)層接頭橫向間隔開?？蛇x擇層接頭之間的間距，以適應(yīng)特定的構(gòu)型、應(yīng)用或幾何形狀。在一些實施例中，各相鄰層的層接頭在各層接頭的一些或全部之間以不同的橫向間距間隔開。在其它實施例中，各相鄰層的層接頭以基本上相同的橫向間距間隔開。
[0014]在一些實施例中，連接部形成在復(fù)合輪中的輪輞部與端面部之間的幾何形狀的拔模方向發(fā)生改變的位置。在其它實施例中，連接部在輪輞的內(nèi)側(cè)邊緣附近形成。優(yōu)選地，連接部的第一纖維從復(fù)合輪的輪輞部的邊緣部分以一角度延伸。類似地，連接部的第二纖維優(yōu)選從復(fù)合輪的端面部的區(qū)段以一角度延伸。該角度優(yōu)選在60°至110°之間，更優(yōu)選在75°至100°之間，再優(yōu)選地為約90°。然后，輪輞部和端面部可以在過渡區(qū)互相連接。
[0015]在一些實施例中，復(fù)合輪繞中心輪軸線形成。端面部包括相對于中心輪軸線基本沿徑向取向的第二纖維，輪輞部由相對于中心輪軸線基本沿軸向取向的第一纖維形成。連接部由從端面部相對于中心輪軸線沿軸向取向而延伸的第二纖維以及從輪輞部相對于中心輪軸線沿軸向取向而延伸的第一纖維形成。優(yōu)選地，輪輞部包括相對于軸線以一角度延伸的邊緣凸緣部或唇部。在一些實施例中，連接部的第一纖維從輪輞部的邊緣凸緣部延伸。
[0016]為了在輪輞部、端面部和連接部之間形成穩(wěn)固的纖維結(jié)，優(yōu)選的是，至少一些來自過渡區(qū)的第一纖維延伸到輪輞部，并且至少一些過渡區(qū)的第二纖維延伸到復(fù)合輪的端面部。在一些實施例中，過渡區(qū)中第二纖維的至少一部分包括延伸到復(fù)合輪的端面部的前部中的第一組第二纖維和延伸到端面部的后部中的第二組第二纖維。
[0017]如上文所述，連接部中使用的包括第一纖維和第二纖維在內(nèi)的纖維優(yōu)選是柔性的，更優(yōu)選是柔性且柔順的。纖維的柔性和柔順性以及纖維的優(yōu)選定位/構(gòu)型(如上文所述)使得能夠組裝輪輞部和端面部，然后將連接部的構(gòu)件移回到適當(dāng)?shù)奈恢?，以在輪輞部和端面部之間提供結(jié)構(gòu)優(yōu)良的連接部。因此，連接部可以利用織物的柔順性實現(xiàn)鋪放過程中的柔性，并且還用于在與輪轂部和端面部接合的部位不一致的區(qū)域形成結(jié)構(gòu)優(yōu)良的連接部。這是有利的，因為在某些工作負(fù)荷狀態(tài)下，該連接部是結(jié)構(gòu)中應(yīng)力高的區(qū)域。
[0018]臺階式構(gòu)型可以具有任何期望的構(gòu)型。在一些情況下，臺階式構(gòu)型具有曲線輪廓。在其它實施例中，臺階式構(gòu)型具有漸進(jìn)式構(gòu)型。在又一些其它實施例中，臺階式構(gòu)型具有振蕩式和/或正弦式構(gòu)型。在優(yōu)選的實施例中，臺階式構(gòu)型包括線性臺階式布置。
[0019]層結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括多個堆疊的層。在層結(jié)構(gòu)的各個層中優(yōu)選包括共面布置的第一區(qū)段和第二區(qū)段。
[0020]在本發(fā)明中可以使用各種纖維，包括但不限于選自如下群組的纖維，該群組包括碳纖維，玻璃纖維，芳族聚酰胺纖維，例如丙烯酸、聚酯、PAN、PET、PE、PP或PBO纖維等合成纖維，例如大麻、黃麻、纖維素纖維等生物纖維，例如巖棉等礦物纖維，例如鋼、鋁、黃銅、紫銅等金屬纖維，硼纖維或這些纖維的任何組合。在優(yōu)選實施例中，第一組纖維和第二組纖維包括碳纖維。
[0021 ] 在過渡區(qū)中，纖維可以以任何期望的取向設(shè)置，例如單向的、雙軸向的、或隨機(jī)的、或這些取向的組合。在一些實施例中，過渡區(qū)中的各個層包括有取向的纖維，優(yōu)選單向纖維和/或雙軸向纖維。但是，纖維優(yōu)選取向成用于減小過渡區(qū)與復(fù)合元件之間的應(yīng)力和/或用于減小復(fù)合元件之間的應(yīng)力并且用于對在使用過程中會受到較高應(yīng)力的最終結(jié)構(gòu)中的區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)。在過渡區(qū)中的所有包括纖維的層中，纖維的取向可以相同或不同。例如，如果應(yīng)力分析建議多軸向纖維取向，則一個或多個層的纖維可以以與其它層不同的方式取向。但是，在其它實施例中，在所有層的纖維中，纖維可以以基本相同的方式取向。
[0022]—旦成型并形成復(fù)合輪，包括過渡區(qū)的連接部、輪輞部和端面部包括基質(zhì)材料，例如樹脂、金屬和纖維。纖維可以以任何合適的形式提供，這些形式包括預(yù)浸料、半浸料、紡織物或非紡織物、墊子、預(yù)制件、預(yù)固結(jié)預(yù)制件、單根或成組的纖維、絲束、絲束浸料等。在連接部的鋪放(直到基質(zhì)材料的固結(jié)和/或凝結(jié)、固化等之前的準(zhǔn)備)過程中，基質(zhì)材料不需要被包括在包含纖維(例如預(yù)浸料或半浸料)的層中或包含纖維的層之間。但是，基質(zhì)材料在發(fā)生凝結(jié)后應(yīng)該形成連續(xù)的基質(zhì)。
[0023]基質(zhì)材料不需要被包括在包含纖維的兩個鄰近層中或之間。在優(yōu)選實施例中，可以在這種情況下在至少一些這種成對的層之間設(shè)置粘合劑，以至少臨時地和至少局部地固定包含纖維的鄰近層。
[0024]應(yīng)該理解，預(yù)浸料是指基本或完全浸漬的纖維、纖維絲束、紡織物或非紡織物等的集合。類似地，應(yīng)該理解，半浸料是指部分浸漬的纖維或纖維絲束的集合。部分浸漬允許改善在固結(jié)和/或固化過程中對穿過或沿干燥纖維的氣體的去除。半浸料的實例是部分浸漬的纖維層。
[0025]應(yīng)該理解，紡織物和非紡織物是基本干燥(即沒有被例如樹脂等基質(zhì)材料浸漬)的單根纖維或纖維絲束的集合。還應(yīng)該理解，纖維絲束是成束的