[发明专利]复合空心体

说明书

本发明涉及一种用于承受扭矩与/或张力、压力或弯曲力的复合空心体。

复合空心体由于例如欧洲专利0    212    130成为公知，其中，一个加强的圆筒附加在一个管件上，使管件保持一个预压力而加强圆筒保持一个预张力。此处的加强圆筒最好由纤维增强材料制成，并且两部分的相互插接是通过将加强圆筒弹性变形地扩张及将管件径向压缩来实现的，在平衡时通过相互作用力的作用形成锁固连接。

本发明的目的是提供各种复合空心体形式的构件，这些构件结构简单，具有显著的高强度，而且容易制造。

实现此目的的方案是，通过内支撑装置沿径向承受压力，在外面材料层中、基本上沿整个轴向长度建立一个持续存在的周向均匀的预张力。根据各轴向区域的壁厚的分布、局部加压的大小和加压的时间顺序，设定在外面的材料层内、需要时也同时在轴向上持续存在着一个均匀的或不均匀的预压力。

第一种有利的实施例提供一种环贴着外层的、由一种屈服点较低的材料制成的塑性扩张的内层构成的支撑装置。通过这个方案可以提供制造简便的空心体，它们由于内部预应力而具有较高的抗弯和抗扭强度，用作例如曲轴、传动轴或凸轮轴是有利的。通过按照本发明对各种材料的屈服点进行协调，可以按公知的方式通过内部加压而取得所需的应力状态。

第二种有利的实施例提供一种通过多个紧贴外层的部分周边的、由一种屈服点较低的材料制成的塑性扩张的环状件或衬套件特定地跟位于这些环状件之间的成型件结合而构成的支撑装置。用这种方式制造的构件适用于空心体截面并非圆形的场合，连杆即可视为一种可推荐的实例。在确定外部轮廓的构件内嵌入多个随后以公知的方式加以塑性扩张的圆形衬套。外层与内衬套之间的中间空间应以多个成型件来填充，这些成型件具有带相对于回缩力方向起自锁作用的角度的滑动接合面，在相应最外面的相对设置的衬套可以考虑直接用作连杆孔。这样，在扩张时使支撑装置变形的力较小，而扩张后的支撑作用很大。在这里的确定外部轮廓的外层中也形成一个均匀的预张力，而内衬套则处于预压力下。空心体的经受预应力的材料结构简单并具有高的形状稳定性。

第三种有利的实施例可能涉及圆形截面的和非圆形截面的复合空体，在外层与一个或多个位于其内的衬套之间设有通过自锁作用而相互支撑着的卡紧件，内层或内衬套的塑性变形材料的屈服点要比外层的小。在此处，通过塑性扩张，卡紧件向外相对滑动推移、向内则通过自锁并从而防止了回滑而相互支撑着，这样来改变其相互之间的位置使卡紧件由于具有高的抗压强度而决定性地参与维持外层的预应力。其内的塑性变形的材料层将卡紧件可靠地固定在扩张后的位置上。

外层应优先采用具有较高的抗张强度及较高的屈服点的材料，例如调质钢、弹簧钢、钛或纤维增强材料。用于必须能够塑性变形的内层或衬套的材料则建议采用相应挑选的结构钢、碳素钢或非铁金属。外层与内层或内衬套可分别由强度自内向外增大的多个分层构成。中间空间的卡紧件最好采用陶瓷或抗压的紧硬材料，也可用脆性的材料。由于外层和内层之间持续存在着预应力，在各分层之间也建立了附着连接。通过这种附着连接作用，使外层与/或内层或内衬套可分别由多个轴向分立节段构成，当内层及外层出现分离接缝时，这些接缝应当是在轴向上足够远地错开。这样，复合空心体就可以用较短的衬套件构成。

由分立节段轴向组合而成的空心体的复合层的壁厚以及强度参数可以在纵向上分级，这样，依次施加不同的扩张压力，或同时施加相同的扩张压力，可以得出不同的轴向和径向的预应力，后者在各横截面上大致是均匀的。

各内层或内衬套的塑性扩张可通过准静态方式或脉动方式、或爆炸方式产生的内压力进行，最好是靠一个外模从外面支撑住。在这种模具里设有扩张余隙，外层在达到弹性极限以前应贴在非常稳定的模壁上，这样，扩张压力就不一定要限制得很严。

在内层或内衬套内可压入横隔板或类似形式的附加支撑装置，或将这些附加支撑装置做在内衬套里，这些附加支撑装置在横截面发生变化的部位提高径向强度。

在内层及外层分别保持着的预应力也可通过其它的接合方法、特别是热接合（收缩、扩张）、或通过单纯轴向压力连接而产生，此时，内层和外层材料的屈服点的比例的意义下降了。

本发明推荐的实施例在附图中示出。

图1a是本发明的复合空心体的第一实施例的横剖面图，

图1b是图1a的空心体的纵剖面图，

图2a是本发明的复合空心体的第二实施例的在扩张前的横剖面图，

图2b是本发明的复合空心体的第三实施例的在扩张前的横剖面图，

图2c是图2a的空心体在扩张后的横剖面图，