[发明专利]复合材料连杆

说明书

连杆包括沿着柄部轴线延伸的柄部和联接到柄部的第一端部。第一端部具有环形形状。连杆还包括联接到柄部的第二端部。第二端部具有环形形状。柄部、第一端部和第二端部中的每一个均包括纤维增强复合材料。纤维增强复合材料包括基体和嵌入基体中的多根纤维。其中至少一根柄部纤维沿着柄部轴线伸长。

技术领域

本发明涉及用于内燃机的复合材料连杆。

背景技术

一些内燃机具有曲轴、多个活塞和多个连杆。每个连杆将其中一个活塞与曲轴相连。

发明内容

本发明公开的方法允许控制纤维取向，以制作具有最佳纤维结构的复合材料连杆。复合材料具有优良的机械性能。控制纤维取向能够形成充分利用复合材料各向异性性能的最佳结构。用于控制纤维铺放和取向的方法可用于大量生产。

连杆包括沿着柄部轴线延伸的柄部和联接到柄部的第一端部。第一端部具有环形形状。连杆还包括联接到柄部的第二端部。第二端部具有环形形状。柄部、第一端部和第二端部中的每一个均包括纤维增强复合材料。纤维增强复合材料包括基体和嵌入基体中的多根纤维。纤维包括布置在柄部内的柄部纤维。至少一根柄部纤维沿着柄部轴线伸长。至少一根柄部纤维相对于柄部轴线以柄部纤维角度取向。柄部纤维角度在0度到25度之间。纤维包括在第一端部内环形延伸的第一端部纤维。第一端部限定第一内表面，第一内表面具有环形形状，第一内表面具有第一圆周，并且第一端部纤维中的至少一根完全且连续地围绕第一内表面的整个第一圆周。连杆进一步包括第一轴承，其中第一内表面限定第一空腔，第一空腔容纳第一轴承。纤维包括在第二端部内环形延伸的第二端部纤维。第二端部限定第二内表面。第二内表面具有环形形状。第二内表面具有第二圆周，且第二端部纤维中的至少一根完全且连续地围绕第二内表面的整个第二圆周。连杆进一步包括第二轴承，其中第二内表面限定第二空腔，第二空腔容纳第二轴承。第二空腔大于第一空腔。第二圆周大于第一圆周。连杆可以进一步包括围绕柄部的覆盖式编织。连杆进一步包括多层。每层均包括纤维，使得纤维堆叠在一起。多层包括第一最外层、与第一最外层相对的第二最外层、以及布置在第一最外层和第二最外层之间的多个中间层，第二轴承包括外座圈、内座圈、以及布置在外座圈和内座圈之间的多个滚子。第一最外层和第二最外层比中间层更靠近内座圈，从而与第二轴承重叠，将第二轴承锁定到位。连杆可以包括联接到第一端部和/或第二端部的轴颈轴承。连杆可以在第一端部或第二端部中具有剖分轴承设计。在剖分轴承设计中，纤维被取向为形成具有富含树脂线的凸缘。然后，环形轴承在机械应力下剖分。

制造连杆的方法包括以预定布置方式铺放多根纤维，然后向多根纤维添加树脂，以将纤维连接在一起并形成连杆的至少一部分。以预定布置方式将多根纤维进行铺放可以包括使用定制纤维铺放过程。定制纤维铺放过程包括将纤维铺放在第一轴承周围和第二轴承周围，使得纤维完全围绕第一轴承和第二轴承。定制纤维铺放过程包括将纤维铺放在第一轴承和第二轴承之间。该方法可以进一步包括通过以预定布置方式将纤维进行铺放来形成连杆的第一半部和连杆的第二半部。具体而言，将干燥的半部与轴承组装在一起，然后注入树脂。也就是说，第一轴承和第二轴承被夹在连杆的第一半部和连杆的第二半部之间以组装连杆。然后，将树脂注入到连杆的第一半部和连杆的第二半部，以预定布置方式将纤维进行铺放，并可以用3D打印工艺添加树脂。以预定布置方式将纤维进行铺放可以包括围绕两个心轴卷绕纤维。

该方法可以包括用可移除材料填充轴承。以预定布置方式将纤维进行铺放可以包括将纤维沿着轴承铺放以形成预成型件。该方法可以进一步包括将预成型件放置在模具中。将树脂添加到多根纤维中包括使用树脂传递模塑成型工艺将树脂灌注到预成型件中，且树脂传递模塑成型工艺包括将树脂传递到模具中以形成工件。然后，例如通过聚合（通常称为“固化”）使树脂凝固。该方法进一步包括从模具中取出工件。该方法进一步包括将可移除材料从轴承上移除以形成连杆。