用于复合材料连结的半球形连结件的制作方法
【专利摘要】一种组件包括纤维强化复合结构、轴衬和紧固件。复合结构包括在第一侧的复合面板，其中复合面板限定半球形井状部。结构进一步包括在第二侧上的多个强化肋，所示强化肋固定到复合面板。复合面板限定在半球形井状部中心处的第一孔，其延伸通过结构。轴衬具有半球形端部和平坦端部，且限定从半球形端部的中心到平坦端部中心的第二孔。轴衬的半球形端部配置为嵌套在通过复合结构限定的半球形井状部中，从而轴衬的平坦端部与周围的复合面板齐平。紧固件配置为在第一孔和第二孔中延伸。
【专利说明】用于复合材料连结的半球形连结件
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及用于复合材料的紧固件。
【背景技术】
[0002]复合材料通常通过让高拉伸强度的纤维材料悬于固化的环氧材料/树脂基体中而形成。复合材料因其高强度和轻重量的性能而在一些制造场合希望被使用。具体说，它们在嵌入的纤维被置于张力下时显著地很强。但是，在被应用非拉伸力时，通常易碎的环氧材料/树脂倾向于在低应力下破裂。易碎的特点在期望将复合材料紧固到刚性结构时存在问题，因为紧固载荷通常是沿垂直于材料的方向施加的压缩载荷。
【发明内容】
[0003]一种连结组件，包括纤维强化复合结构、轴衬和紧固件。纤维强化复合结构具有第一侧和与第一侧相反的第二侧，且包括设置在结构的第一侧上的复合面板，和设置在结构的第二侧且固定到复合面板的多个强化肋。复合面板限定朝向复合结构的第二侧延伸的圆形井状部，其具有第一曲率半径。复合面板进一步限定在圆形井状部的中心处的第一孔，其延伸通过复合结构。
[0004]轴衬通常具有圆形端部和与圆形端部相反的平坦端部。圆形端部具有第二曲率半径，所述第二曲率半径可以等于第一曲率半径。轴衬限定在圆形端部中中心定位且延伸穿过平坦端部中心的第二孔。
[0005]轴衬的圆形端部配置为嵌套在通过复合结构限定的圆形井状部中，从而轴衬的平坦端部与周围的复合面板齐平。紧固件随后配置为在第一孔和第二孔两者中延伸，和配置为施加抵靠轴衬的平坦端部的压缩载荷。
[0006]在一种构造中，多个强化肋每一个取向为使得它们从第一孔径向地向外延伸。同样，环形肋绕第一孔设置且可以部分地限定第一孔。
[0007]紧固件可以包括本体和头部，其中本体配置为在第一孔和第二孔中延伸。一旦被安装，头部被配置为接触轴衬的平坦表面。
[0008]在一种构造中，轴衬的平坦端部限定接收部分，所述接收部分配置为接收紧固件的头部，从而紧固件的外表面与轴衬的平坦端部齐平。以这种方式，紧固件的头部可以不从轴衬的平坦端部过度突出。
[0009]在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是用于复合材料的球形连结组件的示意性分解透视图。
[0011]图2是图1所示的示意性分解透视图的反转视图。
[0012]图3是用于复合材料的球形连结组件的示意性截面图。【具体实施方式】
[0013]参见附图，其中在各种附图中，相同的附图标记用于表示相同的部件，图1示意性地示出了连结组件10的分解透视图,其用于将复合结构(composite structure)12固定到第二构件(未示出)。在汽车的情况下，例如，连结组件可以用于将复合结构12固定到车辆框架的一部分。
[0014]连结组件10可以包括纤维强化的复合结构12、轴衬14和紧固件16，它们都可以协作以将复合结构12固定到第二元件(未示出)。本发明的目的是使得在将复合结构12进行固定时或在随后的使用过程中复合结构12中会非常接近紧固件16存在的应力最小化。
[0015]复合结构12可以包括第一侧20和与第一侧20相反的第二侧22。结构12可以进一步包括面板部分24和肋部分26，所述面板部分24可以设置在第一侧20处或其附近，所述肋部分26可以设置在第二侧22处或附近。面板部分24可以通过复合面板(compositepanel) 28限定，所述复合面板具有通常一直面向外的表面。肋部分26可以包括多个强化肋30，其可以被固定到复合面板28，且可以为面板28提供对横向弯折的增强抗性。
[0016]面板部分24和肋部分26中之一或两者可以用纤维强化的复合材料形成，所述复合材料可以包括设置在环氧材料或树脂基体/基板中的多个单方向或多方向纤维。例如，肋结构的每一个肋30可以包括沿肋30纵向地设置的多个纤维。在一种构造中，纤维可以包括细纺玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维或其他合适的高拉伸强度纤维材料。每一个纤维可以具有例如大约5 - 10 μ m的厚度/直径。但是，在其他构造中，具有更大或小厚度的纤维也可以被使用。
[0017]复合面板28可以限定朝向复合结构12的第二侧22延伸的圆形井状部32。圆形井状部32可以具有基本一致的曲率半径34，所述曲率半径源于单个中心点36。在一种构造中，中心点36可以位于通过复合面板28的外表面38限定的平面上。从而，圆形井状部32可以是近似半球形的。在另一构造中，中心点36可以位于通过复合面板28的外表面38限定的平面以上。在该例子中，圆形井状部32可以类似球形的一部分。
[0018]复合面板28可以进一步在圆形井状部32的中心限定孔40。孔40可以延伸穿过整个复合结构12 (即从第一侧20到第二侧22)，且可以尺寸设定为接收紧固件16。在一个实施例中，肋部分26可以与复合面板28协作，以限定孔40。例如，环形肋42可以绕孔40设置，且可以部分地限定孔40。另外，多个强化肋44可以配置为从孔向外径向地延伸。具体说，每一个肋44可以沿结构12中的预定载荷路径定位。替换地，每一个肋44可以以辐射形式的结构或以某种其他同中心径向延伸类型的结构向外延伸。
[0019]轴衬14可以配置为嵌套在通过复合结构12限定的圆形井状部32中。如在本文使用的，术语“嵌套”意味着，在轴衬14插入到圆形井状部32中时，轴衬的表面与限定了井状部32的表面成表面接触(如与点接触不同)。以这种方式，轴衬可以具有圆形端部52和平坦端部54。圆形端部52可以具有基本上等于井状部32的曲率半径34的曲率半径。在插入到井状部中时，在一个构造中，轴衬14的平坦端部54可以基本上与复合面板12的外表面38齐平。
[0020]轴衬14可以限定第二孔56，所述第二孔与圆形端部52同中心且延伸通过平坦端部54的中心。第二孔56可以定位为使得,在轴衬14被插入圆形井状部32中时,轴衬14的孔56可以轴向与复合结构12的孔40对准。类似于第一孔40，第二孔56也可以被设定尺寸为接收紧固件16。在完全组装时，例如通常在图3的截面图60示出的，紧固件16可以经过第一孔40和第二孔56每一个，且紧固件16的一部分62可以从第二侧22突出(即“突出部分62”)。
[0021]紧固件16可以通常包括头部部分64和本体部66。本体部66可以设定尺寸为在第一孔40和第二孔56中延伸，而头部部分64可以相对地比本体部66更宽(即使得其可以不经过第二孔56)。在完全组装时，紧固件16的头部部分64可以接触且可以向轴衬14的平坦端部54施加压缩载荷。该载荷可以足以确保轴衬14的圆形端部54和复合结构12的圆形井状部32之间的持续接触。压缩载荷可以进一步有助于将复合结构固定到第二构件，所述第二构件最终可以绕紧固件16的突出部分62设置。
[0022]通常如图3所示的，在一个构造中，紧固件16可以是铆钉，其进一步限定中央孔68。如可以理解的，为了将铆钉紧固到第二构件，突出部分62的一部分可以径向地向外变形，以防止铆钉被拉回通过第一孔40。在其他构造中，紧固件例如可以是螺钉、螺栓或销。
[0023]轴衬14的平坦端部54可以进一步限定接收部分70，其可以尺寸设定为接收紧固件16的头部部分64。一旦组装，则紧固件16的一部分或整个头部部分64可以设置在接收部分70中且在轴衬14的平坦端部54的向表面下方。在一种构造中，接收部分70可以尺寸设定为使得，在紧固件插入第二孔56时，紧固件16的头部部分64的外表面与轴衬14的平坦端部54的周围表面齐平。
[0024]在一种构造中，例如在图1和2中示意性地所示的，紧固件16的头部部分64可以包括带轮廓(即非圆形的)外周72。示例性轮廓可以包括围绕外周的正方形齿或锯齿状突出部和/或椭圆形、三角形或正方形形状的外周。同样，接收部分70的外周74可以具有紧固件周边的相反轮廓。以这种方式，紧固件16可以在组装时与轴衬14互锁。该关键的特点可以在组装和使用期间防止紧固件16相反于轴衬14旋转。
[0025]如上所述，复合结构12可以包括悬在硬化的树脂/环氧材料中的高拉伸强度的纤维。纤维可以设置在面板部分24和肋部分26两者中，且可以包括单方向和多方向的纤维。在一种构造中，紧固件16可以用高强度聚合物或金属(例如铝或钢)形成，且轴衬14可以用聚合物材料(例如尼龙材料、聚氯乙烯(PVC)材料或聚四氟乙烯(PTFE)材料)形成。从而轴衬可以有助于让紧固件与复合结构电绝缘，且可以相应地抵抗结构12中的纤维和紧固件16之间的电连接/腐蚀的发生。
[0026]使用这种圆形轴衬14的一个优点是，与紧固件仅仅插入通过复合材料相比，在使用期间会被赋予紧固件或复合结构的任何横向载荷将被传递经过更大表面面积。表面面积的这种增加将使得任何局部的应力最小化，这种应力将会在没有轴衬的情况下发生。经过复合结构12的更低且更多应力的分布可以保持树脂/环氧材料基质的完整性且延长复合材料的寿命。
[0027]尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。目的是上述和在附图中所示的所有内容应被理解为仅是示例性的而不是限制性的。
【权利要求】
1.一种组件，包括: 纤维强化的复合结构，其具有第一侧和与第一侧相反的第二侧，所述纤维强化的复合结构包括: 复合面板，设置在所述结构的第一侧，复合面板限定朝向复合结构的第二侧延伸的半球形井状部； 多个强化肋，设置在所述结构的第二侧上且被固定到复合面板； 其中，复合面板限定在半球形井状部的中心处的第一孔，所述第一孔延伸穿过复合结构； 轴衬，具有半球形端部和与半球形端部相反的平坦端部，轴衬限定第二孔，所述第二孔在半球形端部中中心定位且延伸穿过平坦端部的中心； 其中，轴衬的半球形端部配置为嵌套在通过复合结构限定的半球形井状部中，从而轴衬的平坦端部与周围的复合面板齐平；和 紧固件，配置为在第一孔和第二孔两者中延伸，且其中紧固件配置为施加抵靠轴衬的平坦端部的压缩载荷。
2.如权利要求1所述的组件，其中多个强化肋每一个从第一孔径向地向外延伸。
3.如权利要求2所述的组件，进一步包括环形肋，绕第一孔设置且部分地限定第一孔。
4.如权利要求1所述的组件，其中紧固件包括本体和头部，本体配置为在第一孔和第二孔中延伸，且头部配置为接触轴衬的平坦表面。
5.如权利要求4所述的组件，其中轴衬的平坦端部限定接收部分，所述接收部分配置为接收紧固件的头部，从而紧固件的外表面与轴衬的平坦端部齐平。
6.如权利要求4所述的组件，其中紧固件是铆钉。
7.如权利要求1所述的组件,其中轴衬用聚合物材料形成。
8.如权利要求1所述的组件，其中纤维强化的复合材料包括多个碳纤维；和 其中多个碳的子组设置在多个强化肋中。
9.如权利要求1所述的组件，其中半球形井状部具有从第一中心点延伸的第一曲率半径，轴衬的半球形端部具有从第二中心点延伸的第二曲率半径；和 其中第一曲率半径等于第二曲率半径。
10.如权利要求9所述的组件，其中在轴衬嵌套在半球形井状部中时，第一中心点与第二中心点重合。
【文档编号】F16B13/04GK103994136SQ201410050915
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2013年2月15日
【发明者】J.M.波尔沃齐克, S.T.D.埃德米森, D.C.科克伦, D.R.伦格肖森 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司