使用復(fù)合材料的金屬部件組件的膨脹減小的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)涉及通過(guò)利用聚合物復(fù)合材料的策略性并入（例如，通過(guò)將聚合物復(fù)合材 料并入具有輕質(zhì)金屬部件的機(jī)動(dòng)車(chē)軸承組件）來(lái)使輕質(zhì)金屬部件的熱膨脹差最小化。
【背景技術(shù)】
[0002] 本節(jié)提供與本發(fā)明有關(guān)的背景信息，其未必是現(xiàn)有技術(shù)。
[0003] 為了車(chē)輛中的燃料經(jīng)濟(jì)性而減輕重量已激勵(lì)人們使用各種輕質(zhì)金屬部件，例如鋁 和鎂。雖然這樣的輕質(zhì)金屬的使用用來(lái)減輕總重量并大體上提高燃料效率，但這些金屬相 比傳統(tǒng)的鋼或陶瓷材料也具有相對(duì)高的線性熱膨脹系數(shù)。在部件組件中，使用這樣的輕質(zhì) 金屬可造成在某些熱操作條件下相對(duì)于具有較低線性熱膨脹系數(shù)的相鄰部件（如鋼或陶 瓷材料）的不均勻的熱體積膨脹。
[0004] 對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，尤其是在動(dòng)力傳動(dòng)系單元和軸承組件中，在軸承組件內(nèi)的合 適的預(yù)加載和間隙保持性能的效率，而不均勻的熱膨脹會(huì)造成自旋損失并因此減弱性能和 燃料效率。在過(guò)去，軸承組件中的各種部件（包括外殼和軸承本身）由如鋼或陶瓷的類似 材料形成，這些材料共享類似的線性熱膨脹系數(shù)。因此，對(duì)于具有線性熱膨脹系數(shù)類似的材 料的常規(guī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，車(chē)輛操作期間溫度中的波動(dòng)不導(dǎo)致影響軸承組件或其它部件組件中的 預(yù)加載或間隙的顯著的體積變化。
[0005] 雖然使用輕質(zhì)金屬部件有可能減小歸因于重量減小的燃料經(jīng)濟(jì)性增益，但由于線 性熱膨脹系數(shù)中的顯著差異導(dǎo)致的軸承間隙的波動(dòng)性和不一致性可潛在地導(dǎo)致顯著的自 旋損失和其它降低的性能效率。因此，用于減小具有包括輕質(zhì)金屬（具有相對(duì)高的線性熱 膨脹系數(shù)）和傳統(tǒng)材料（具有較低線性熱膨脹系數(shù)）的部件的機(jī)動(dòng)車(chē)系統(tǒng)中的熱膨脹的系 統(tǒng)和方法將是期望的，以控制這樣的熱膨脹并進(jìn)一步提高操作的效率和燃料經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本節(jié)提供本發(fā)明的總體概述，而不是對(duì)本發(fā)明的完整范圍或其全部特征的全面公 開(kāi)。
[0007] 在某些方面，本公開(kāi)提供了使在具有至少兩個(gè)部件的用于車(chē)輛的部件組件中的熱 膨脹最小化的方法，所述至少兩個(gè)部件具有顯著不同的線性熱膨脹系數(shù)。該方法可包括將 具有第一線性熱膨脹系數(shù)（CLTE)和大于或等于約40GPa的模量的聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)聯(lián) 接到具有第二CLTE的第一金屬部件的第一表面。第一金屬部件還限定與第一表面相對(duì)的 第二表面。第二表面設(shè)置成與具有第三CLTE的第二部件緊鄰。第二CLTE超過(guò)第三CLTE 大于或等于約25%，而第一 CLTE小于或等于第三CLTE。聯(lián)接到第一表面的聚合物復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)減小第一金屬部件的徑向熱膨脹并且使第一金屬部件的第二表面與第二部件的分離 最小化。
[0008] 在其它方面，本公開(kāi)提供了一種具有至少兩個(gè)部件的用于車(chē)輛的部件組件，所述 至少兩個(gè)部件具有顯著不同的線性熱膨脹系數(shù)。部件組件包括聯(lián)接到第一金屬部件的第一 表面的聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有小于或等于約ioxio6/°c的第一 線性熱膨脹系數(shù)（CLTE)和大于或等于約40GPa的模量。第一金屬部件限定第一表面和相 對(duì)的第二表面。第一金屬部件具有大于或等于約20X 10 6/°C的第二CLTE。第二部件設(shè)置 成緊鄰相對(duì)的第二表面并且具有小于或等于約20X 10 6/°C的第三CLTE。聯(lián)接到第一表面 的聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小第一金屬部件的徑向熱膨脹并且使第一金屬部件的第二表面 與第二部件的分離最小化。
[0009] 在某些方面，本公開(kāi)提供了使在具有至少兩個(gè)部件的用于車(chē)輛的預(yù)加載的軸承組 件中的熱膨脹最小化的方法，所述至少兩個(gè)部件具有顯著不同的線性熱膨脹系數(shù)。該方法 可包括將具有第一線性熱膨脹系數(shù)（CLTE)和大于或等于約40GPa的模量的聚合物復(fù)合材 料結(jié)構(gòu)聯(lián)接到由具有第二CLTE的輕質(zhì)金屬形成的外殼的第一表面。外殼還限定與第一表 面相對(duì)的第二表面。第二表面設(shè)置成與具有第三CLTE的軸承部件緊鄰。軸承部件以靜態(tài) 預(yù)負(fù)載抵靠第二表面設(shè)置。第二CLTE超過(guò)第三CLTE大于或等于約25%。第一 CLTE小于或 等于第三CLTE。聯(lián)接到第一表面的聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小外殼的徑向熱膨脹并且使外殼 的第二表面與軸承部件的分離最小化。
[0010] 在某些其它方面，本公開(kāi)設(shè)想出一種具有至少兩個(gè)部件的用于車(chē)輛的預(yù)加載的軸 承組件，所述至少兩個(gè)部件具有顯著不同的線性熱膨脹系數(shù)。預(yù)加載的軸承組件可包括聯(lián) 接到由輕質(zhì)金屬形成的外殼的第一表面的聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有 第一線性熱膨脹系數(shù)（CLTE)和大于或等于約40GPa的模量。外殼具有第二CLTE。軸承部 件以靜態(tài)預(yù)負(fù)載緊鄰與第一表面相對(duì)的外殼的第二表面設(shè)置。軸承部件具有第三CLTE。第 二CLTE超過(guò)第三CLTE大于或等于約25%。第一 CLTE小于或等于第三CLTE。聯(lián)接到第一 表面的聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小外殼的徑向熱膨脹并且使外殼的第二表面與軸承部件的 分離最小化。
[0011] 本發(fā)明包括如下方案： 一種使在具有至少兩個(gè)部件的用于車(chē)輛的部件組件中的熱膨脹最小化的方法，所述至 少兩個(gè)部件具有顯著不同的線性熱膨脹系數(shù)，所述方法包括： 將具有第一線性熱膨脹系數(shù)（CLTE)和大于或等于約40GPa的模量的聚合物復(fù)合材 料結(jié)構(gòu)聯(lián)接到具有第二CLTE的第一金屬部件的第一表面，其中，所述第一金屬部件還限定 設(shè)置成緊鄰具有第三CLTE的第二部件的與所述第一表面相對(duì)的第二表面，其中，所述第二 CLTE超過(guò)所述第三CLTE大于或等于約25%，而所述第一 CLTE小于或等于所述第三CLTE，使 得聯(lián)接到所述第一表面的所述聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小所述第一金屬部件的徑向熱膨脹 并且使所述第一金屬部件的所述第二表面與所述第二部件的分離最小化。
[0012] 2.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述第一 CLTE小于或等于約10X106/°C，所述 第二CLTE大于或等于約20 X 10 6/°C，并且所述第三CLTE小于或等于約20 X 10 6/°C。[0013] 3.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述聯(lián)接包括通過(guò)一個(gè)或多個(gè)機(jī)械互鎖特征將 所述聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)附接到所述第一金屬部件。
[0014] 4.根據(jù)方案1所述的方法，還包括通過(guò)機(jī)加工而在所述第一金屬部件的所述第 一表面中形成機(jī)械互鎖特征。
[0015] 5.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述聯(lián)接包括將預(yù)浸漬復(fù)合材料施加到所述第 一金屬部件的所述第一表面，然后使所述預(yù)浸漬復(fù)合材料固化以形成所述聚合物復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)。
[0016] 6.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述第一金屬部件的所述第一表面為周向的， 并且所述聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是圍繞所述第一表面設(shè)置的帶或環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0017] 7.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沿著所述第一表面的 分立的不連續(xù)區(qū)域設(shè)置。
[0018] 8.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述第一金屬部件包括選自由下列項(xiàng)所組成的 組的金屬：鋁、鎂、以及它們的合金，所述第二部件包括選自由下列項(xiàng)所組成的組的材料： 鋼和陶瓷，并且所述聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括熱塑性樹(shù)脂和選自由下列項(xiàng)所組成的組的多 種增強(qiáng)材料：碳纖維、玻璃纖維、以及它們的組合。
[0019] 9.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述第一金屬部件為軸承組件外殼，并且所述 第二部件是預(yù)加載的軸承部件的一部分。
[0020] 10. -種使在具有至少兩個(gè)部件的用于車(chē)輛的預(yù)加載的軸承組件中的熱膨脹最 小化的方法，所述至少兩個(gè)部件具有顯著不同的線性熱膨脹系數(shù)，所述方法包括： 將具有第一線性熱膨脹系數(shù)（CLTE)和大于或等于約40GPa的模量的聚合物復(fù)合材 料結(jié)構(gòu)聯(lián)接到由具有第二CLTE的輕質(zhì)金屬形成的外殼的第一表面，其中，所述外殼還限定 設(shè)置成緊鄰具有第三CLTE的軸承部件的與所述第一表面相對(duì)的第二表面，其中，所述第二 CLTE超過(guò)所述第三CLTE大于或等于約25%，而所述第一 CLTE小于或等于所述第三CLTE，使 得聯(lián)接到所述第一表面的所述聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)減小所述外殼的徑向熱膨