当涉及到接口零件时，通过采用复合材料来减轻重量是一大挑战，原因在于平面外负荷的影响。为了避免成本增加，功能集成必不可少。SKF解决方案有助于实现这些目标，这要归功于两项面向未来的主要技术 —— SKF黑色设计和SKF轴承集成。

1. SKF黑色设计是指使用纤维增强材料制造高性能、承受平面外负荷的零件。复合材料技术一旦能够成熟地应用于接口零件中，通过这种轴承的功能集成，它将开创一个新的应用领域。

2. SKF轴承集成可高效地将轴承嵌入复合材料部件中，采用的方法是为滚动轴承外圈提供功能强大的接口，或将球面滑动轴承集成到复合材料轴承座中。

复合材料技术能够解决多种问题：

• 将现有金属部件整合成一个复合材料解决方案，从而减轻其重量
• 实现传感器解决方案等新功能的功能集成
• 解决周期性承载零件的疲劳问题
• 使用耐受腐蚀性环境的材料，以避免腐蚀
• 通过提高刚度、转移重心或嵌入减振系统，从设计上降低噪音和振动

重点之一：采用SKF黑色设计，开发复合材料结构件

SKF黑色设计挑战重力

借助此技术，能够设计和制造嵌入复合材料的结构接口零件。在飞机制造业中，复合材料的用量急剧增加，然而传统的设计技术只能带来结构性能上的有限改进。这限制了可以使用复合材料解决方案的应用场合。SKF成功克服技术挑战，制造出轻量化、高性能的复合材料零件，替代传统的金属结构接口零件。多年研发取得的这项成果被称为SKF黑色设计。SKF改变了复合材料零件工程设计的范式，从而取得了这一卓越成果。

在复合材料而非金属中采用传统零件设计（“黑色金属”方法）只会使性能略有改善，零件仍存在易于开折和分层的缺陷。而在SKF黑色设计中，将基底（树脂）材料用于能发挥其最佳性能的条件下，即处于压缩状态下。为了实现这一点，SKF工程师开发出全新形式、形状和零件几何形状，旨在确保在承受平面外负荷的区域，树脂在整个层压厚度上保持压缩状态。

这提高了抗剪切应力，消除了开折效应。使用半球形垫圈以避免复合材料的任何穿孔倾向，同时实现了压缩状态，这是实践证明可以显著提高零件强度的一个出色解决方案范例。

这些设计还加入了复杂的波纹形状，并仔细平衡了散状和连续增强材料的使用。SKF复合材料中心运用这些工程知识，为合作伙伴提供帮助。

飞机减重的目的是降低油耗和对环境的影响，最新一代商用飞机中复合材料的用量增加了50%。然而，复合材料零件采用传统设计得到的结构性能制约了这种材料在飞机中的更广泛应用。SKF黑色设计将现有碳纤维增强复合材料（CFRP）与创新设计技术相结合，从而获得了所需的结构性能。SKF黑色设计拓展了复合材料解决方案的应用范围，使其适用于一些结构件，与当前的金属解决方案相比，其质量成本比颇具竞争力。

航空航天业中最常用的复合材料通过堆叠预浸碳纤维层而制成。树脂能够传递纤维之间的负荷并确保各层之间的黏合。这项技术适用于机身、机翼、机架和桁条，因为层压板主要承受平面内负荷。

对于这些几何形状，碳纤维在纤维方向上提供了较高的强度和刚度。然而，在垂直于纤维平面的方向上，材料的机械性主要由树脂决定。树脂是粘合剂，与碳纤维相比强度较差（约是碳纤维强度的1/50）。因此复合材料的使用仅限于承受平面外负荷的结构件，如T形配件和夹板等结构接口零件（图1）。采用传统几何形状，金属配件和夹板容易出现折叠/开折现象。在形状相同的复合材料配件中，由于树脂中存在层间应力，相同的负荷模式可导致90˚角处的碳纤维增强复合材料层分离。这种现象称为分层，在非常低的负荷水平下发生，可导致零件不可用。