使用复合材料的金属部件组件的膨胀减小的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及通过利用聚合物复合材料的策略性并入（例如，通过将聚合物复合材 料并入具有轻质金属部件的机动车轴承组件）来使轻质金属部件的热膨胀差最小化。
【背景技术】
[0002] 本节提供与本发明有关的背景信息，其未必是现有技术。
[0003] 为了车辆中的燃料经济性而减轻重量已激励人们使用各种轻质金属部件，例如铝 和镁。虽然这样的轻质金属的使用用来减轻总重量并大体上提高燃料效率，但这些金属相 比传统的钢或陶瓷材料也具有相对高的线性热膨胀系数。在部件组件中，使用这样的轻质 金属可造成在某些热操作条件下相对于具有较低线性热膨胀系数的相邻部件（如钢或陶 瓷材料）的不均匀的热体积膨胀。
[0004] 对于某些应用来说，尤其是在动力传动系单元和轴承组件中，在轴承组件内的合 适的预加载和间隙保持性能的效率，而不均匀的热膨胀会造成自旋损失并因此减弱性能和 燃料效率。在过去，轴承组件中的各种部件（包括外壳和轴承本身）由如钢或陶瓷的类似 材料形成，这些材料共享类似的线性热膨胀系数。因此，对于具有线性热膨胀系数类似的材 料的常规系统来说，车辆操作期间温度中的波动不导致影响轴承组件或其它部件组件中的 预加载或间隙的显著的体积变化。
[0005] 虽然使用轻质金属部件有可能减小归因于重量减小的燃料经济性增益，但由于线 性热膨胀系数中的显著差异导致的轴承间隙的波动性和不一致性可潜在地导致显著的自 旋损失和其它降低的性能效率。因此，用于减小具有包括轻质金属（具有相对高的线性热 膨胀系数）和传统材料（具有较低线性热膨胀系数）的部件的机动车系统中的热膨胀的系 统和方法将是期望的，以控制这样的热膨胀并进一步提高操作的效率和燃料经济性。
【发明内容】
[0006] 本节提供本发明的总体概述，而不是对本发明的完整范围或其全部特征的全面公 开。
[0007] 在某些方面，本公开提供了使在具有至少两个部件的用于车辆的部件组件中的热 膨胀最小化的方法，所述至少两个部件具有显著不同的线性热膨胀系数。该方法可包括将 具有第一线性热膨胀系数（CLTE)和大于或等于约40GPa的模量的聚合物复合材料结构联 接到具有第二CLTE的第一金属部件的第一表面。第一金属部件还限定与第一表面相对的 第二表面。第二表面设置成与具有第三CLTE的第二部件紧邻。第二CLTE超过第三CLTE 大于或等于约25%，而第一 CLTE小于或等于第三CLTE。联接到第一表面的聚合物复合材料 结构减小第一金属部件的径向热膨胀并且使第一金属部件的第二表面与第二部件的分离 最小化。
[0008] 在其它方面，本公开提供了一种具有至少两个部件的用于车辆的部件组件，所述 至少两个部件具有显著不同的线性热膨胀系数。部件组件包括联接到第一金属部件的第一 表面的聚合物复合材料结构。聚合物复合材料结构具有小于或等于约ioxio6/°c的第一 线性热膨胀系数（CLTE)和大于或等于约40GPa的模量。第一金属部件限定第一表面和相 对的第二表面。第一金属部件具有大于或等于约20X 10 6/°C的第二CLTE。第二部件设置 成紧邻相对的第二表面并且具有小于或等于约20X 10 6/°C的第三CLTE。联接到第一表面 的聚合物复合材料结构减小第一金属部件的径向热膨胀并且使第一金属部件的第二表面 与第二部件的分离最小化。
[0009] 在某些方面，本公开提供了使在具有至少两个部件的用于车辆的预加载的轴承组 件中的热膨胀最小化的方法，所述至少两个部件具有显著不同的线性热膨胀系数。该方法 可包括将具有第一线性热膨胀系数（CLTE)和大于或等于约40GPa的模量的聚合物复合材 料结构联接到由具有第二CLTE的轻质金属形成的外壳的第一表面。外壳还限定与第一表 面相对的第二表面。第二表面设置成与具有第三CLTE的轴承部件紧邻。轴承部件以静态 预负载抵靠第二表面设置。第二CLTE超过第三CLTE大于或等于约25%。第一 CLTE小于或 等于第三CLTE。联接到第一表面的聚合物复合材料结构减小外壳的径向热膨胀并且使外壳 的第二表面与轴承部件的分离最小化。
[0010] 在某些其它方面，本公开设想出一种具有至少两个部件的用于车辆的预加载的轴 承组件，所述至少两个部件具有显著不同的线性热膨胀系数。预加载的轴承组件可包括联 接到由轻质金属形成的外壳的第一表面的聚合物复合材料结构。聚合物复合材料结构具有 第一线性热膨胀系数（CLTE)和大于或等于约40GPa的模量。外壳具有第二CLTE。轴承部 件以静态预负载紧邻与第一表面相对的外壳的第二表面设置。轴承部件具有第三CLTE。第 二CLTE超过第三CLTE大于或等于约25%。第一 CLTE小于或等于第三CLTE。联接到第一 表面的聚合物复合材料结构减小外壳的径向热膨胀并且使外壳的第二表面与轴承部件的 分离最小化。
[0011] 本发明包括如下方案： 一种使在具有至少两个部件的用于车辆的部件组件中的热膨胀最小化的方法，所述至 少两个部件具有显著不同的线性热膨胀系数，所述方法包括： 将具有第一线性热膨胀系数（CLTE)和大于或等于约40GPa的模量的聚合物复合材 料结构联接到具有第二CLTE的第一金属部件的第一表面，其中，所述第一金属部件还限定 设置成紧邻具有第三CLTE的第二部件的与所述第一表面相对的第二表面，其中，所述第二 CLTE超过所述第三CLTE大于或等于约25%，而所述第一 CLTE小于或等于所述第三CLTE，使 得联接到所述第一表面的所述聚合物复合材料结构减小所述第一金属部件的径向热膨胀 并且使所述第一金属部件的所述第二表面与所述第二部件的分离最小化。
[0012] 2.根据方案1所述的方法，其中，所述第一 CLTE小于或等于约10X106/°C，所述 第二CLTE大于或等于约20 X 10 6/°C，并且所述第三CLTE小于或等于约20 X 10 6/°C。[0013] 3.根据方案1所述的方法，其中，所述联接包括通过一个或多个机械互锁特征将 所述聚合物复合材料结构附接到所述第一金属部件。
[0014] 4.根据方案1所述的方法，还包括通过机加工而在所述第一金属部件的所述第 一表面中形成机械互锁特征。
[0015] 5.根据方案1所述的方法，其中，所述联接包括将预浸渍复合材料施加到所述第 一金属部件的所述第一表面，然后使所述预浸渍复合材料固化以形成所述聚合物复合材料 结构。
[0016] 6.根据方案1所述的方法，其中，所述第一金属部件的所述第一表面为周向的， 并且所述聚合物复合材料结构是围绕所述第一表面设置的带或环形结构。
[0017] 7.根据方案1所述的方法，其中，所述聚合物复合材料结构沿着所述第一表面的 分立的不连续区域设置。
[0018] 8.根据方案1所述的方法，其中，所述第一金属部件包括选自由下列项所组成的 组的金属：铝、镁、以及它们的合金，所述第二部件包括选自由下列项所组成的组的材料： 钢和陶瓷，并且所述聚合物复合材料结构包括热塑性树脂和选自由下列项所组成的组的多 种增强材料：碳纤维、玻璃纤维、以及它们的组合。
[0019] 9.根据方案1所述的方法，其中，所述第一金属部件为轴承组件外壳，并且所述 第二部件是预加载的轴承部件的一部分。
[0020] 10. -种使在具有至少两个部件的用于车辆的预加载的轴承组件中的热膨胀最 小化的方法，所述至少两个部件具有显著不同的线性热膨胀系数，所述方法包括： 将具有第一线性热膨胀系数（CLTE)和大于或等于约40GPa的模量的聚合物复合材 料结构联接到由具有第二CLTE的轻质金属形成的外壳的第一表面，其中，所述外壳还限定 设置成紧邻具有第三CLTE的轴承部件的与所述第一表面相对的第二表面，其中，所述第二 CLTE超过所述第三CLTE大于或等于约25%，而所述第一 CLTE小于或等于所述第三CLTE，使 得联接到所述第一表面的所述聚合物复合材料结构减小所述外壳的径向热膨