用于连接机械部分的压缩-拉伸部件的制作方法

本发明涉及压缩-拉伸部件，其被用来连接对部件施加张力、压缩或两者的机械部分。这种压缩-拉伸部件被用于车轮结构，例如，作为车轮组件的悬挂臂。然而，本文提供的材料和概念可以应用于任何连接结构，这些结构必须在施加张力和/或压缩应力下执行，其中两个机械部件被连接以将移动从一个部分传递至另一部分。

背景技术：

1、正在努力提高各种类型车辆的燃料性能。在该工作的一个方面，可以通过最小化部件部分的重量同时保持部分的强度和耐久性来提高燃料性能。通常，从钢到铝到塑料部件，特别是纤维增强塑料(frp)的过渡正在被仔细研究。考虑到钢的密度通常在7.75至8.05g/cm3之间，铝的密度为2.7g/cm3，而塑料的密度约为0.6g/cm3至约3.0g/cm3，这令人感兴趣。纤维增强塑料的密度取决于基体塑料、用于增强的纤维以及纤维的含量，并且密度可从1.0g/cm3到3.8g/cm3变化。

2、通过从比钢和铝更低的密度开始，纤维增强塑料可以显著减少部件部分重量。然而，通常，当试图用纤维增强塑料直接替代压缩-拉伸部件中的铝或钢时，frp部分在比原始铝或钢部分更低的压缩和/或拉伸负载下失效。

3、通常，压缩-拉伸部件的结构受形状和几何要求的限制，这进一步加剧了frp部分的更低失效负载。许多这样部分是非笔直的(例如，可能是弯曲的或如下文进一步定义的)且必须适配至被其他部件和结部分所限制的空间中。此外，部分必须包括与其他机械部分联接的组件的要求导致进一步的设计困难。

4、因此，需要一种frp压紧-拉伸部件，例如悬挂臂组件的非笔直部分，其既要满足强度和刚度的要求，同时也符合几何设计约束。

技术实现思路

1、本发明在第一结构实施例中提供了一种用于连接两个机械部分的压缩-拉伸部件，包括：非笔直连接构件，其具有两个端部以及位于连接构件的每个端部处的联接单元；其中，压缩-拉伸部件包括纤维增强塑料，压缩-拉伸部件的平均密度为1.8g/cm3或更小，并且连接构件的至少一部分包括大体u形的横截面几何形状。

2、在该第一结构实施例的一个方面，压缩-拉伸部件的连接构件的至少一部分包括呈对称u形的横截面几何形状。在实施例中，u形可以被描述为"c形"或"c形通道"。

3、在该第一结构实施例的一个方面，压缩-拉伸部件的连接构件的至少一部分包括呈部分对称u形的横截面几何形状。在另一实施例中，该u形可以被认为是不对称的。

4、在第一结构实施例的一个方面，纤维增强塑料包括选自由碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维组成的组的至少一种纤维，其可以包括但不限于选自诸如玄武岩、石墨或zylon和其他各种材料的族的纤维，并且在一个特殊方面，纤维增强塑料包括碳纤维。

5、在第一结构实施例的另一方面，大体u形结构包括水平基底和两个大体竖直直立部分，其中直立部分中的至少一个包括翼片，其在该直立部分的端部以与直立部分的内表面成一定角度向外延伸。在另一特殊方面，两个直立部分都包括翼片。在根据这些方面的构造中，翼片的至少一个从直立部分的端部水平向外延伸。

6、在其他实施例中，至少一个翼片从直立部分的端部以自直立部分在水平方向上方或下方成一定角度向外延伸。

7、在第一结构实施例的另一个方面，大体u形结构包括水平基底和两个大致竖直直立部分，其中直立部分中的至少一个可以包括或不包括翼片。在一个实施例中，如果存在翼片，则翼片可以或不可以在直立部分的端部以与直立部分的内表面成一定角度向外延伸。在一个实施例中，两个直立部分都不具有翼片。

8、在第一个结构实施例的一个方面，u形结构包括一个水平基底和两个大体竖直直立部分。这些直立部分可以彼此相等或不相等。此外，直立部分中的至少一个包括翼片，其在直立部分的端部处以与直立部分的线成一角度向外延伸，并且在该方面的特殊形式中，两个直立部分均包括翼片，其在直立部分的端部处以与直立部分的内表面成一定角度向外延伸。根据这些方面，翼片中的一个或两个可以以与直立部分的内表面水平地向外延伸。

9、在第一结构实施例的另一个方面，纤维增强塑料包括连续纤维，并且在该方面的特殊形式中，连续纤维可以是单向的或者织造成织物或其组合。在该方面的另一种特殊形式中，连续纤维可以在整个压缩-拉伸部件的结构中以基本均匀微结构设置。根据这些方面，连续纤维的束可以从1k到80k。

10、在第一结构实施例的更详细方面，压缩-拉伸部件的连接构件的横截面几何形状随着从连接构件的内部的区域朝每个联接单元延伸而独立变化，包括基本u形结构的横截面几何形状存在于该区域中。

11、在第一结构实施例的这些更详细方面的进一步描述中，翼片的水平向外延伸部在连接构件的内部区域中最大并且在朝向非笔直连接构件的每个端部的每个方向上减少。

12、在第一结构实施例的这些更详细方面的进一步描述中，连接构件靠近联接单元的横截面几何形状可以包括水平基底，其具有与连接构件的内部的基本u形结构不同的至少一个竖直部分。

13、在一个明确实施例中，本发明提供一种用于车辆的悬挂臂。

14、在该明确实施例的进一步方面，悬挂臂包括位于连接构件中的至少一个附接单元，并且另外，该至少一个附接单元包括用于插入紧固装置的腔体。

15、在第一结构实施例的另一个方面，连接构件使得在拉伸或压缩分析下确定的轴向应力的符号变化最小化。

16、在第一实施例的另一个方面，压缩-拉伸部件是采用主流复合材料技术制成的模制结构，该技术可以包括但不限于片状模塑料(smc)技术、预浸料(纤维-树脂组合)技术和/或液体模制技术(rtm或各种其他类型)。

17、在其他明确实施例中，本发明包括一种悬挂构件，包括：具有两个端部以及位于臂的每个端部处的开口的非笔直臂；其中，悬挂构件包括纤维增强塑料，悬挂构件的平均密度为1.8g/cc或更小，并且悬挂构件包括基本u形的横截面几何形状。

18、进一步包括一种汽车悬挂构件，包括：具有两个端部以及位于臂的每个端部处的开口的非笔直臂；其中，汽车悬挂构件包括碳纤维增强塑料，并且臂通过压缩模制工艺制成，并且臂包括基本u形的横截面几何形状。

19、进一步包括一种悬挂构件，包括：具有两个端部以及位于臂的每个端部处的开口的弯曲或非笔直臂；其中，悬挂构件包括纤维增强塑料并且非笔直臂通过低流量smc模制工艺制成，悬挂构件包括基本u形的横截面几何形状。

20、上述段落是以一般介绍的方式提供的并不意图限制以下权利要求的范围。参照以下结合附图的详细描述，可以最好地理解所描述的实施例以及进一步的优点。

技术特征：

1.一种用于连接两个机械部分的压缩-拉伸部件，包括：

2.根据权利要求1所述的压缩-拉伸部件，其中，所述连接构件的至少一部分包括具有对称u形的横截面几何形状。

3.根据权利要求1或2所述的压缩-拉伸部件，其中，所述纤维增强塑料包括选自由碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维组成的组中的至少一种纤维。

4.根据权利要求3所述的压缩-拉伸部件，其中，所述纤维增强塑料包括碳纤维。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的压缩-拉伸部件，其中，基本u形结构包括水平基底以及两个大体竖直直立部分，其中，所述直立部分中的至少一个的端部包括以与所述直立部分成一定角度向外延伸的翼片。

6.根据权利要求5所述的压缩-拉伸部件，其中，两个直立部分的端部均包括以与所述直立部分成一定角度向外延伸的翼片。

7.根据权利要求5所述的压缩-拉伸部件，其中，所述翼片的顶部表面与所述水平基底的顶部表面基本平行。

8.根据权利要求6所述的压缩-拉伸部件，其中，两个翼片的顶部表面均与所述水平基底的顶部表面基本平行。

9.根据权利要求2-8中任一项所述的压缩-拉伸部件，其中，对称u形结构包括水平基底以及相等的两个大体竖直直立部分，其中，所述直立部分中的至少一个的端部包括以与所述直立部分成一定角度向外延伸的翼片。

10.根据权利要求9所述的压缩-拉伸部件，其中，两个直立部分的端部均包括以与所述直立部分成一定角度向外延伸的翼片。

11.根据权利要求9所述的压缩-拉伸部件，其中，所述翼片的顶部表面与所述水平基底的顶部表面基本平行。

12.根据权利要求10所述的压缩-拉伸部件，其中，两个翼片的顶部表面均与所述水平基底的顶部表面基本平行。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的压缩-拉伸部件，其中，所述纤维增强塑料包括连续纤维。

14.根据权利要求13所述的压缩-拉伸部件，其中，所述连续纤维是单向的或织造成织物或其组合。

15.根据权利要求13或14所述的压缩-拉伸部件，其中，所述连续纤维在所述压缩-拉伸部件的整个结构中以基本均匀微结构设置。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的压缩-拉伸部件，其中，所述连续纤维的束为1k至80k。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的压缩-拉伸部件，其中，所述连接构件的所述横截面几何形状随着从位于所述连接构件的内部的区域朝每个联接单元延伸而独立地变化，包括基本u形结构的横截面几何形状存在于所述区域中。

18.根据权利要求8所述的压缩-拉伸部件，其中，所述翼片的水平向外延伸部在所述连接构件的内部区域中最大并在朝所述非笔直连接构件的每个端部延伸的每个方向上减少。

19.根据权利要求12所述的压缩-拉伸部件，其中，所述翼片的水平向外延伸部在所述连接构件的内部区域中最大并在朝所述非笔直连接构件的每个端部延伸的每个方向上减少。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的压紧-拉伸部件，其中，所述连接构件靠近所述联接单元的横截面几何形状包括水平基底，其具有与所述连接构件的基本u形结构不同的至少一个直立部分。

21.根据权利要求1-20中任一项所述的压紧-拉伸部件，其中，所述基本u形结构包括水平基底和两个大体竖直直立部分，

22.根据权利要求21所述的压缩-拉伸部件，其中，所述水平基底的所述顶部表面具有两个结构脊，其各自从所述连接构件的相反端部朝彼此延伸。

23.根据权利要求1-22中任一项所述的压缩-拉伸部件，其中，在压缩负载应力分析下，所述连接构件的基本u形结构不包括压缩-拉伸应力切换点。

24.根据权利要求1-23中任一项所述的压缩-拉伸部件，其中，在压缩或拉伸负载下，所述连接构件的长度的至少80％不包括压缩-拉伸应力切换点。

25.根据权利要求24所述的压紧-拉伸部件，其中，所述压缩或拉伸负载为至少10kn。

26.根据权利要求1-25中任一项所述的压紧-拉伸部件，其中，所述部件是用于车辆的悬挂臂。

27.根据权利要求26所述的压紧-拉伸部件，进一步包括位于所述连接构件中的至少一个附接单元。

28.根据权利要求27所述的压缩-拉伸部件，其中，所述连接构件进一步包括侧附接结构。

29.根据权利要求27或28所述的压紧-拉伸部件，其中。所述至少一个附接单元包括用于插入紧固装置的腔体。

30.根据权利要求1-29中任一项所述的压缩-拉伸部件，其中，所述部件是由片状模塑料(smc)、预浸树脂组合和液体模塑料中的至少一种形成的压缩模制结构。

31.一种悬挂构件，包括：

32.一种汽车悬挂构件，包括：

技术总结
提供了一种用于连接两个机械部分的纤维增强塑料压缩‑拉伸部件。该部件具有连接两个联接单元的弯曲连接构件。弯曲连接构件的一部分具有基本U形横截面几何形状。U形横截面几何形状可以包括具有向外延伸的翼片的直立部分。该压缩‑拉伸部件的几何形状使其能够替换由金属制成且具有不同几何形状的更重压缩‑拉伸部件。

技术研发人员：P·费拉博利,B·韦德
受保护的技术使用者：三菱化学碳纤维及复合材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12