Узел конструктивных компонентов транспортного средства и их соединение
Группа изобретений относится к области транспортного машиностроения. Узел конструктивных компонентов транспортного средства содержит первый и второй компоненты и соединительный компонент. Первый и второй компоненты прилегают друг к другу. Один из компонентов содержит неметаллический материал. Компоненты соответственно включают в себя перекрывающиеся отверстия. Соединительный компонент проходит сквозь отверстия и имеет опорную и наружную части. Наружная часть содержит фланцы снаружи отверстий и полимерный материал. Наружная часть облицовывает опорную часть на или внутри наружной поверхности соединительного компонента, и зажимает первый и второй компоненты между фланцами. Опорная часть проходит в одно из отверстий и имеет пассивную конфигурацию относительно зажима первого и второго компонентов между. Соединение конструктивных компонентов транспортного средства содержит упомянутый узел конструктивных компонентов. Достигается повышение прочности соединения конструктивных компонентов транспортного средства. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 10 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Транспортные средства, такие как автомобили, грузовые автомобили малой грузоподъемности, транспортные средства для активного отдыха, пассажирские минифургоны, фургоны и другие пассажирские транспортные средства, традиционно использовали сталь для своей конструкции. Однако, необходимость в более эффективных транспортных средствах привела к рассмотрению многообразия конструкционных материалов и материалов кузова в зависимости от конкретных технических требований на проектирование транспортного средства. Например, чтобы помочь удовлетворить целевые значения или требования эффективности использования топлива, например, нормы среднего показателя экономии топлива (CAFE), транспортные средства могут включать в себя неметаллические, пластмассовые, композитные и/или армированные материалы, например, такие как армированные волокнами пластмассы, вместо и/или в дополнение к традиционным металлическим компонентам для снижения веса, тем временем, сохраняя пригодные эксплуатационные показатели прочности и жесткости. Целостность и устойчивость креплений таких компонентов и материалов оказывают влияние на рабочие характеристики транспортного средства многообразием способов, в том числе, на прочность транспортного средства и характеристики шума, вибрации и неплавности движения (NVH) транспортного средства. Однако, традиционные способы производства могут не быть применимы к нуждам альтернативных материалов. Например, армированные композитные материалы не могут подвергаться сварке, и они могут заставлять ржаветь металлические крепежные детали. Другие технологии соединения не подходят к временам цикла рынка товаров массового производства. В еще одном примере, если материалы транспортного средства и крепежные детали имеют значимо разные свойства теплового расширения, целостность соединений может компрометироваться вследствие циклического температурного воздействия. По существу, на данный момент трудно обеспечить крепление для неметаллических, пластмассовых, композитных и/или армированных материалов, например, таких как армированные волокнами пластмассы, достаточно прочное, чтобы применяться в пассажирских транспортных средствах рынка товаров массового производства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящей заявке предлагается узел компонентов транспортного средства, содержащий первый и второй компоненты, прилегающие друг к другу, по меньшей мере один из первого и второго компонентов включает в себя неметаллический материал, первый и второй компоненты соответственно включают в себя перекрывающиеся первое и второе отверстия; и соединительный компонент, продолжающийся сквозь первое и второе отверстия, соединительный компонент имеет опорную часть и наружную часть, по меньшей мере частично облицовывающую опорную часть, наружная часть включает в себя полимерный материал, соединительный компонент зажимает первый и второй компоненты между первым и вторым фланцами наружной части, опорная часть продолжается в по меньшей мере одно из первого и второго отверстий. Причем неметаллический материал по меньшей мере одного из первого и второго компонентов является композитным материалом. Причем композитный материал является армированным волокнами полимерным материалом. Армированный волокнами пластмассовый материал включает в себя материал углеродного волокна. Первый и второй компоненты имеют по существу идентичные составы материала. Опорная часть имеет по существу цилиндрическую форму. Опорная часть включает в себя стопорный элемент, выступающий из наружной поверхности опорной части в наружную часть. Стопорный элемент сформирован в качестве одного из ребра и резьбы. Соединительный компонент по существу центрирован относительно по меньшей мере одного из первого и второго отверстий. Соединительный компонент по существу центрирован относительно по меньшей мере одного из первого и второго отверстий, в которое продолжается опорная часть. Опорная часть по существу центрирована относительно по меньшей мере одного из первого и второго отверстий, в которое продолжается опорная часть. Первый фланец зацепляется непосредственно с первым компонентом. Второй фланец зацепляется непосредственно со вторым компонентом. Непосредственное зацепление первого фланца и первого компонента включает в себя адгезионную связь. Наружная часть включает в себя один из термопластичного материала и термореактивного материала. Наружная часть включает в себя армирующий материал. Армирующий материал включает в себя по меньшей мере одно из углеродных, стеклянных и арамидных волокон. Армирующий материал включает в себя по меньшей мере одно из следующего слюдяных, металлических и стеклянных частиц. Соединение конструктивных компонентов транспортного средства, содержащее: первый и второй компоненты, непосредственно перекрывающие друг друга, по меньшей мере один из первого и второго компонентов включает в себя армированный композитный материал, первый и второй компоненты соответственно включают в себя первое и второе отверстия, по существу выровненные друг с другом; и соединительный компонент, продолжающийся сквозь первое и второе отверстия, причем соединительный компонент имеет опорный стержень и пластичную часть, по меньшей мере частично облицовывающую опорный стержень, причем пластичная часть включает в себя армирующий материал и один из термопластичного материала и термореактивного материала, соединительный компонент непосредственно зажимает первый и второй компоненты первым и вторым фланцами пластичной части, соответственно, опорный стержень продолжается в первое и второе отверстия. Причем армирующий материал пластичной части включает в себя по меньшей мере одно из углеродных волокон, стеклянных волокон, арамидных волокон, слюдяных чешуек, металлических чешуек и стеклянных бусин.
ЧЕРТЕЖИ
Фиг. 1 - вид в поперечном разрезе примерного узла из компонентов транспортного средства согласно принципам настоящего раскрытия.
Фиг. 2 - вид в поперечном разрезе примерных конструктивных элементов транспортного средства, расположенных с перекрывающимися отверстиями сквозь них, соответственно.
Фиг. 3A--3C - виды в поперечном разрезе примерных крепежных компонентов для узла согласно принципам настоящего раскрытия, крепежные компоненты включают в себя армированную наружную пластичную часть, облицовывающую опорную часть.
Фиг. 4 - вид в поперечном разрезе еще одного примера опорной части для примерного крепежного компонента для узла согласно принципам настоящего раскрытия.
Фиг. 5A--5C - виды в поперечном разрезе системы для формирования узла согласно принципам настоящего раскрытия.
Фиг. 6 иллюстрирует примерную последовательность операций для формирования узла согласно принципам настоящего раскрытия.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Фиг. 1 - примерный вид в поперечном разрезе примерного узла 10 из компонентов транспортного средства согласно принципам настоящего раскрытия. Примерный узел 10 включает в себя первый и второй конструктивные компоненты 12 и 14. В одном из примеров, первый и второй компоненты 12 и 14 являются компонентами кузова для транспортного средства, такого как пассажирский автомобиль, транспортное средство для активного отдыха, пассажирский минифургон, и т.д. В этой примерной реализации, первый и второй компоненты 12 и 14 прилегают друг к другу. Должно быть понятно, что принципы настоящего раскрытия могут быть применимы к многообразию узлов транспортного средства, в том числе, узла с более чем двумя компонентами.
Согласно принципам настоящего раскрытия, по меньшей мере один из первого и второго компонентов 12 и 14 сформирован из и/или включает в себя неметаллические, пластмассовые, композитные и/или армированные материалы, например, такие как армированные волокнами пластмассы. В одном из примеров, один из первого и второго компонентов 12 и 14 может быть сформирован из армированного углеродным волокном пластмассового материала, а другой также может быть сформирован из армированного углеродным волокном пластмассового материала, другого неметаллического, пластмассового, композитного и/или армированного материала или металлического материала. Первый и второй компоненты 12 и 14 могут иметь по существу идентичные составы материала.
С дополнительной ссылкой на фиг. 2, первый и второй компоненты 12 и 14 включают в себя первое и второе отверстия 16 и 18 соответственно. Первый и второй компоненты 12 и 14 расположены с первым и вторым отверстиями 16 и 18, перекрывающими друг друга. В некоторых реализациях, как показано в примерной иллюстрации по фиг. 2, первый и второй компоненты 12 и 14 могут быть расположены, чтобы центрировать, то есть, концентрически выравнивать, первое и второе отверстия 16 и 18.
Узел 10 дополнительно включает в себя крепежную деталь или соединительный компонент 20, продолжающийся сквозь первое и второе отверстия 16 и 18 первого и второго компонентов 12 и 14. Соединительный компонент 20 включает в себя пластичную наружную часть 22, по меньшей мере частично облицовывающую относительно жесткий опорный стержень или часть 24. Должно быть понятно, что описание в материалах настоящей заявки наружной части «по меньшей мере частично облицовывающей» опорную часть заключает в себе, в некоторых реализациях, те случаи, когда часть или части опорной части или стержня, или их признак, может выступать сквозь наружную часть на наружную поверхность соединительного компонента, но наружная часть продолжается вокруг опорной части в достаточной мере, чтобы поддерживать опорную часть закрепленной относительно наружной части. Более того, в качестве используемого в материалах настоящей заявки, «пластичный» указывает ссылкой как на материалы, которые, в определенных условиях, могут быть повторно деформированы и оплавлены, например, материалы термопластичных полимеров, так и материалы, например, материалы термореактивных полимеров, который могут по существу необратимо отверждаться или иным образом химически меняться вследствие примененных условий деформации, то есть, тепла, давления, и т.д. Соответственно, наружная часть 22 может включать в себя один из термопластичного материала, например, нейлон, и термореактивного материала, например, эпоксидную смолу или полиэфир. В дополнение к такому пластичному материалу, наружная часть 22 может включать в себя армирующий материал 32.
Со ссылкой на фиг. 3A-C, дополнительные соединительные компоненты 20' и 20'', наряду с соединительным компонентом 20, все проиллюстрированы в примерном предварительно деформированном состоянии, например, в по существу цилиндрической форме. Дополнительные соединительные компоненты 20' и 20'' имеют наружные части 22' и 22'', соответственно, которые включают в себя меняющиеся армирующие материалы 32' и 32'', соответственно. Например, армирующие материалы 32, 32' и 32'' могут включать в себя один или более из многообразия материалов из волокон и/или частиц, например, углеродные, стеклянные, арамидные или другие натуральные волокна, слюдяные и металлические чешуйки; и стеклянные бусины. Должно быть понятно, что, помимо изменения армирующих материалов, описание в материалах настоящей заявке соединительного компонента 20 равным образом применяется к соединительным компонентам 20' и 20''.
Как проиллюстрировано на фиг. 1 и 3A-C, опорные части 24, 24' и 24'', соответственно, по меньшей мере частично облицованы пластичными наружными частями 22, 22' и 22'', и каждый может иметь по существу цилиндрическую форму. Со ссылкой на фиг. 4, еще одна опорная часть 24''' включает в себя ребристые стопорные элементы 34''', выступающие из его радиально наружной поверхности. Стопорные элементы 34''' помогают механически закреплять опорную часть 24''' относительно пластичной наружной части соответственного соединительного компонента в узле из компонентов транспортного средства согласно принципам настоящего раскрытия. Например, стопорные элементы 34''' обеспечивали бы дополнительное сопротивление продольному перемещению опорной части 24''' относительно по меньшей мере частично облицовывающей наружной части. Должно быть понятно, что опорная часть или стержень согласно принципам настоящего раскрытия может включать в себя многие геометрии, в том числе, выступающие стопорные элементы, в многообразии конфигураций, таких как расположенные на определенном расстоянии выпуклости или резьба. Такие признаки могут оказывать значительное влияние на площадь поперечного сечения опорной части или стержня. Также должно быть понятно, что, помимо включения стопорных элементов в опорную часть 24''', описание в материалах настоящей заявки опорных частей 24, 24', 24'' и 24''' равным образом применимо от одного к другому.
Система и последовательность 100 операций для формирования узла 10 с первым и вторым компонентами 12 и 14, и соединительным компонентом 20 проиллюстрированы на фиг. 5A-C и 6. С конкретной ссылкой на фиг. 5A и вершину 102 блок-схемы по фиг. 6, узел 50 прессовой матрицы закрепляет первый и второй компоненты 12 и 14 с перекрывающимися первым и вторым отверстиями 16 и 18, компонентом 52 основания и компонентом 54 наконечника. Компонент 52 основания имеет формовочную выемку 56, а компонент 54 наконечника имеет сквозное отверстие 58, перекрывающееся с формовочной выемкой 56. Первый и второй компоненты 12 и 14 расположены в узле 50 прессовой матрицы с первым и вторым отверстиями 16 и 18, перекрывающимися с формовочной выемкой 56 и сквозным отверстием 58. Как проиллюстрировано на фиг. 5A-C, первое и второе отверстия 16 и 18 могут быть центрированы, то есть, выровнены концентрически, с формовочной выемкой 56 и сквозным отверстием 58.
В частности, со ссылкой на фиг. 5B и вершину 104 блок-схемы по фиг. 6, с первым и вторым компонентами 12 и 14, закрепленными в узле 50 прессовой формы, соединительный компонент 20 может быть протянут через сквозное отверстие 58 компонента 54 наконечника и первое и второе отверстия 16 и 18 и до встречи с формовочной выемкой 56. В примерной проиллюстрированной реализации, соединительный компонент 20 расположен сквозь первый и второй компоненты 12 и 14 в по существу цилиндрической предварительно деформированной конфигурации.
В частности, со ссылкой на фиг. 5C и вершину 106 блок-схемы по фиг. 6, с соединительным компонентом 20, расположенным между первым и вторым компонентами 12 и 14 транспортного средства, элемент 60 пуансона узла 50 прессовой матрицы продолжается в сквозное отверстие 58 компонента 54 наконечника и контактирует с соединительным компонентом 20, как проиллюстрировано на фиг. 5C. Элемент 60 пуансона деформирует пластичную наружную часть 22 соединительного компонента 20 в формовочной выемке 56, первом и втором отверстиях 16 и 18, и области сквозного отверстия 58 между пуансоном 60 и первым компонентом 12 транспортного средства.
Как проиллюстрировано на фиг. 5A-C, устройство 62 управления температурой могут быть термически связано с узлом 50 прессовой матрицы, чтобы обеспечивать нагревание или охлаждение для содействия процессу отверждения и/или деформации пластичной наружной части 22. Например, со ссылкой на вершину 108 блок-схемы по фиг. 6, одна из частей последовательности 100 операций может быть определяющей, необходимо или желательно ли такое управление температурой. Если нет, со ссылкой на вершину 110 блок-схемы по фиг. 6, наружная часть 22 соединительного компонента 20 деформируется благодаря силе, приложенной, главным образом, элементом 60 пуансона, например, когда пластичный материал наружной части 22 является термопластичным материалом.
Вновь со ссылкой на вершину 108 блок-схемы по фиг. 6, если управление температурой узла 50 прессовой матрицы необходимо или желательно, например, пластичный материал наружной части 22 находится в форме термореактивного материала, и тепло требуется для отверждения наружной части 22, или тепло способствует его деформации. Например, устройство 62 управления температурой может включать в себя нагреватель в термодинамической связи с узлом 50 прессовой матрицы, чтобы действовать, как требуется для конкретных материалов и рабочих условий. В еще одном примере, для облегчения производства, например, посредством ускорения процесса 100, устройство 62 управления температурой также может иметь охладитель в термодинамической связи с узлом 50 прессовой матрицы для ускорения отверждения или затвердевания пластичной наружной части 22 в деформированной форме. Соответственно, со ссылкой на вершину 112 блок-схемы по фиг. 6, устройство 62 управления температурой эксплуатируется, как желательно или необходимо, и последовательность 100 операций продолжается на вершине 110 блок-схемы, где происходит деформация благодаря силе и/или управлению температурой.
В то время как деформирован элементом 60 пуансона согласно принципам настоящего раскрытия, соединительный компонент 20 включает в себя первый и второй фланцы 72 и 74 наружной части 22, зажимающие вместе первый и второй компоненты 12 и 14. В этом примерной проиллюстрированной реализации, первый фланец 72 непосредственно зацепляется с внешней поверхностью 82 первого компонента 12, а второй фланец 74 зацепляется непосредственно с внешней поверхностью 84 второго компонента 14. В некоторых реализациях, например, в тех случаях, когда пластичный материал наружной части 22 является термореактивным материалом, один или оба из первого фланца 72 и второго фланца 74 могут быть адгезионно связаны с первым и вторым компонентами 12 и 14 транспортного средства соответственно. В такой реализации, первый фланец 72 может иметь связь 86 с внешней поверхностью 82 первого компонента 12, а второй фланец 74 может иметь связь 88 с внешней поверхностью 84 второго компонента 14.
При деформации пластичной наружной части 22, опорная 24 часть расположена, чтобы продолжаться в первом и втором отверстиях 16 и 18. В других реализациях, опорная часть или стержень 24 может продолжаться только в одном из первого и второго отверстий 16 и 18.
Как показано в примерных иллюстрациях, первое и второе отверстия 16 и 18 могут быть по существу центрированы друг относительно друга, а деформированный соединительный компонент 20 и его опорная часть 24 могут быть по существу центрированы относительно первого и второго отверстий 16 и 18. В других реализациях, деформированный соединительный компонент 20 и его опорная часть 24 могут быть по существу центрированы относительно по меньшей мере одного из первого и второго отверстий 16 и 18.
На чертежах, одинаковые номера ссылок указывают идентичные элементы. Кроме того, некоторые или все из этих элементов могли бы быть изменены. Соответственно, должно быть понятно, что вышеприведенное описание подразумевается иллюстративным, а не ограничивающим. Многие варианты осуществления и применения, иные чем предоставленные примеры, были бы очевидны специалистам в материалах настоящей заявки по прочтению вышеприведенного описания. Объем изобретения не должен определяться со ссылкой на вышеприведенное описание, но взамен, должен определяться со ссылкой на прилагаемую формулу изобретения наряду с полным объемом эквивалентов, на которые дано право такой формуле изобретения. Должно быть понятно, что, в качестве используемого в материалах настоящей заявки, примерный указывает ссылкой на служащий в качестве иллюстрации или образца, иллюстративный или типичный. Ожидается и подразумевается, что будущие совершенствования будут происходить в областях техники, обсужденных в материалах настоящей заявки, и что раскрытые системы и способы будут заключены в таких будущих вариантах осуществления. Подводя итог вышесказанному, должно быть понятно, что изобретение является допускающим модификацию и изменение, и ограничено исключительно следующей формулой изобретения.
Все термины, используемые в формуле изобретения, подразумеваются обусловленными своими наиболее свободными расширительными толкованиями и своими обычными значениями в качестве понятных специалистам в данной области техники, если в материалах настоящей заявки не приведено явное указание на иное. В частности, использование форм единственного числа, таких как «упомянутый», и т.д., должно читаться излагающим один или более из указанных элементов, если пункт формулы изобретения не излагает явное ограничение иным.
1. Узел конструктивных компонентов транспортного средства, содержащий:
первый и второй компоненты, прилегающие друг к другу, причем по меньшей мере один из первого и второго компонентов включает в себя неметаллический материал, первый и второй компоненты соответственно включают в себя перекрывающиеся первое и второе отверстия; и
соединительный компонент, продолжающийся сквозь первое и второе отверстия, причем соединительный компонент имеет опорную часть и наружную часть,
причем наружная часть включает в себя первый и второй фланцы снаружи первого и второго отверстий соответственно, наружная часть облицовывает опорную часть на или внутри наружной поверхности соединительного компонента, при этом наружная часть включает в себя полимерный материал, наружная часть зажимает первый и второй компоненты между первым и вторым фланцами, причем опорная часть продолжается по меньшей мере в одно из первого и второго отверстий,
опорная часть имеет пассивную конфигурацию относительно зажима первого и второго компонентов между первым и вторым фланцами.
2. Узел по п.1, в котором неметаллический материал по меньшей мере одного из первого и второго компонентов является композитным материалом.
3. Узел по п.2, в котором композитный материал является армированным волокнами полимерным материалом.
4. Узел по п.3, в котором армированный волокнами пластмассовый материал включает в себя материал углеродного волокна.
5. Узел по п.1, в котором первый и второй компоненты имеют по существу идентичные составы материала.
6. Узел по п.1, в котором опорная часть имеет по существу цилиндрическую форму.
7. Узел по п.6, в котором опорная часть включает в себя стопорный элемент, выступающий из наружной поверхности опорной части в наружную часть.
8. Узел по п.7, в котором стопорный элемент сформирован в качестве одного из ребра и резьбы.
9. Узел по п.1, в котором соединительный компонент по существу центрирован относительно по меньшей мере одного из первого и второго отверстий.
10. Узел по п.1, в котором соединительный компонент по существу центрирован относительно по меньшей мере одного из первого и второго отверстий, в которое продолжается опорная часть.
11. Узел по п.10, в котором опорная часть по существу центрирована относительно по меньшей мере одного из первого и второго отверстий, в которое продолжается опорная часть.
12. Узел по п.1, в котором первый фланец зацепляется непосредственно с первым компонентом.
13. Узел по п.12, в котором второй фланец зацепляется непосредственно со вторым компонентом.
14. Узел по п.12, в котором непосредственное зацепление первого фланца и первого компонента включает в себя адгезионную связь.
15. Узел по п.1, в котором наружная часть включает в себя один из термопластичного материала и термореактивного материала.
16. Узел по п.15, в котором наружная часть включает в себя армирующий материал.
17. Узел по п.16, в котором армирующий материал включает в себя по меньшей мере одно из углеродных, стеклянных и арамидных волокон.
18. Узел по п.16, в котором армирующий материал включает в себя по меньшей мере одно из слюдяных, металлических и стеклянных частиц.
19. Соединение конструктивных компонентов транспортного средства, содержащее:
первый и второй компоненты, непосредственно перекрывающие друг друга, причем по меньшей мере один из первого и второго компонентов включает в себя армированный композитный материал, первый и второй компоненты соответственно включают в себя первое и второе отверстия, по существу выровненные друг с другом; и
соединительный компонент, продолжающийся сквозь первое и второе отверстия, причем соединительный компонент имеет опорный стержень и пластичную часть,
причем пластичная часть включает в себя первый и второй фланцы снаружи первого и второго отверстий соответственно, пластичная часть облицовывает опорный стержень на или внутри наружной поверхности соединительного компонента, пластичная часть включает в себя армирующий материал и один из термопластичного материала и термореактивного материала,
соединительный компонент непосредственно зажимает первый и второй компоненты первым и вторым фланцами пластичной части соответственно, опорный стержень продолжается в первое и второе отверстия, опорный стержень имеет пассивную конфигурацию относительно зажима первого и второго компонентов между первым и вторым фланцами.
20. Узел по п.19, в котором армирующий материал пластичной части включает в себя по меньшей мере одно из углеродных волокон, стеклянных волокон, арамидных волокон, слюдяных чешуек, металлических чешуек и стеклянных бусин.
