CN105308342B - 扭矩传递装置以及包括联节轴的车辆 - Google Patents

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Abstract

一种扭矩传递装置，其包括外管(2)和内管(3)，该内管以一段距离插入外管中，其中，外管仅通过粘合连接(5)在扭矩传递方向上和在该外管的纵向上与内管连接，使得在碰撞事故中，若超过一个沿内管或者说外管的纵向作用的力，粘合连接便失效，使得内管能够以至少一段距离插入外管中。

Description

扭矩传递装置以及包括联节轴的车辆
技术领域
本发明涉及一种扭矩传递装置以及一种包括联节轴的车辆。
背景技术
由DE 43 27 908 C1已知一种同种类型的扭矩传递装置。在此文献中，纤维复合管与连接法兰和联节轴相粘合。
发明内容
本发明的目的是，提供一种扭矩传递装置，该扭矩传递装置能够实现可靠的扭矩传递并且该扭矩传递装置在碰撞事故中具有确定的失效特性(Versagenverhalten)。
此目的通过一种扭矩传递装置实现，该扭矩传递装置包括：外管和内管，该内管以一段距离插入外管中，其特征在于：所述外管仅通过粘合连接在扭矩传递方向上和在该外管的纵向上与所述内管连接，使得在碰撞事故中，若超过一个沿内管或者说外管的纵向作用的力，粘合连接便失效，使得内管能够以至少一段距离插入外管中。
另外，此目的通过一种车辆实现，该车辆包括联节轴，该联节轴具有按本发明的扭矩传递装置。
本发明的出发点为一种扭矩传递装置，其包括外管和内管，该内管以一段距离插入外管中。外管和内管可以是车辆的联节轴的组成部分。在此，所说“联节轴”的概念应该一般性理解为这样一种装置，通过该装置，传动机构(变速器)输出端与主传动器(轴减速器)的输入端耦联。
在按照本发明的扭矩传递中，外管通过粘合连接在扭矩传递方向上与内管连接而且只通过所述粘合连接。也就是说，外管并不附加地例如通过形状锁合的扭矩连接或类似方式与内管旋转耦联，而是仅仅以材料接合方式通过粘合连接，这一点是比较经济的。
粘合层使得扭矩传递装置成为一种“Crashelement”(碰撞溃散元件)。在碰撞事故中，若超过一个沿内管或者说外管的纵向作用的力，粘合连接便失效，使得内管可以以至少一段距离“缩进”外管中，也就是说可以插入外管中。
对于这种扭矩传递装置的耐久性(疲劳强度)来说有益的是：外管的抗扭刚度与内管的抗扭刚度大致处于“相同的数量级”。所说“抗扭刚度”的概念应理解为相应管材料的抗剪模数G与有关的管件的扭转惯性矩之乘积。
例如可以规定：外管的抗扭刚度在内管的抗扭刚度+/-10％的范围内，或者在内管的抗扭刚度+/-5％的范围内。优选的是，外管的抗扭刚度与内管的抗扭刚度精确相等。可以通过材料选择以及通过相应管的管径和壁厚来“调节”两管的抗扭刚度。
如果管的抗扭刚度接近，则在负载相同的情况下对于两管产生类似的扭转角。因此，在所述粘合连接中便产生扭转剪切应力的近似线性的曲线。由此，粘合连接在其整个长度上均等地受载。如果不考虑管彼此间的刚性的话，将会在粘合材料中产生应力集中。如果这样的应力集中超过了粘合材料的允许的扭转应力/剪切应力的话，则可以预期整个粘合层发生失效。
对于功能来说，除了粘合材料的性能之外，几何关系也是起决定性作用的。对可承受的轴向力的几何影响在理论上仅仅限于粘合面。此外，对可传递的扭矩的几何影响在粘合面保持不变的情况下由于M＝F*d/2是与管径相关的。从某一确定的轴内径起，由扭矩合成得到的切向力小于可传递的轴向力。这个关系有利于实现对轴向失效力(Versagenskraft)的调节并且由此有利于将粘接部用作碰撞溃散元件。
根据本发明的一种发展设计规定：在预定的沿内管或外管纵向测量的粘合长度上，内管在其整个外周上与外管的内周粘接。
高质量的粘合连接要求一定的最小厚度。为了实现这一点，例如可以在内管的外侧上设置有环绕的(槽状)凹部，该凹部被完全填充粘合剂。作为此外的可选或补充方案，可以在外管的内侧上设置有环绕的凹部，该凹部被完全填充粘合剂。
这样的凹部例如可以通过对有关管的车削加工或铣削加工来制作。
出于强度或者定心(对中心)考虑，有益的是：内管的外径在其插入外管中的长度上除了设置有凹部的区域之外是与外管的内径相等的。因此内管(“自动地”)在外管中得以定心。
为了制得所述粘合连接，可以在外管中设置至少一个通入凹部的通孔。在制作粘合连接时，粘合剂可以通过通孔被填充到凹部中(填充孔)。
根据本发明的一种发展设计，使用具有小的冲击韧性的粘合剂。这相对于传统的粘合式管连接是一个重要区别。通常，在传统的粘合式管连接中有针对性地使用具有高冲击韧性的粘合剂。所说“小的冲击韧性”的概念应理解为：粘合材料在当碰撞时出现的力梯度的范围内的力梯度(力随时间的(上升)坡度)情况中要比在基于待传递之扭矩而出现的力梯度情况中更易/更早变脆和失效。
作为粘合剂，可以使用相对流态的粘合剂，该粘合剂在供给热量时交联并膨胀。由于粘合剂的膨胀的特性而保障了：在硬化的状态中两个管在一定应力下材料接合地相互连接。
本发明可以结合不同的管材料加以应用。例如，外管可以是钢管、塑料管，特别是由纤维增强塑料材料制成的管，诸如“碳纤维增强的”管。对于内管，也可以考虑采用不同的材料，诸如钢、塑料、纤维增强塑料并且特别是碳纤维增强塑料。
如果外管是纤维增强的塑料管的话，那么可以规定：外管的纤维，特别是位于外管的外部区域中的纤维，类似于绷带那样在外管的圆周方向上或在倾斜于此的方向上沿着外管的圆周延伸。
如已经提及的那样，本发明特别是可以应用于车辆领域。本发明的扭矩传递装置例如可以用于连接车辆的联节轴的两个管或者管段。
附图说明
下文将结合附图进一步详细地阐述本发明。附图中：
图1为传统的扭矩传递装置的力/位移曲线；
图2为本发明的扭矩传递装置的力/位移曲线；和
图3为本发明扭矩传递装置的基本原理的示意图。
具体实施方式
图1示出了传统的联节轴在碰撞事故中的力/位移曲线。在碰撞事故中，沿联节轴的纵向作用的轴向力比较突然地从零或者一个相对较小的轴向力上升到80至150KN的值，这样就在传统的联节轴的情况中导致镦压。该镦压与轴向力的一定的、较小的下降相关。
具有本发明的扭矩传递装置的联节轴在碰撞事故中首先同样显示为轴向力比较突然地上升到80至150KN的水平。在一确定的轴向力情况下，粘合连接便失效，这样就导致轴向力比较剧烈地下降到低于20KN的值。这一点与下述情况有关：根据本发明，联节轴的外管和部分地插入其中的内管是通过粘合连接相互粘接的，该粘合连接的粘合剂具有小的冲击韧性。
图3示出了本发明的扭矩传递装置1。该扭矩传递装置1具有一个外管2和一个内管3，该内管在长度L上插入外管2中。在内管2的外侧上在长度L的区域内设置有一个环绕的槽状凹部4。该凹部4例如可以通过车削或铣削制成。槽状凹部4的沿轴向方向6测量的长度标注为小写l，其相应于粘合连接的长度。
所述凹部被完全填满粘合剂5。外管2通过由粘合剂5所构成的粘合连接在扭矩传递方向(圆周方向)上抗扭地与内管3耦联并且附加地在轴向方向6上与该内管3固定连接。粘合连接构成了在扭矩传递方向上和在轴向方向上的唯一耦联。内管3并不通过附加的形状锁合连接与外管2旋转耦联。
如从图3中可以看出的那样，内管3的外径在其插入外管2中的整个长度L上－除了设置有凹部4的区域之外－与外管2的内径相符。由此，内管3在外管2中得以定心。
在制造这种扭矩传递装置时，首先将内管3插入外管2中。接着，通过至少一个设置在外管2中的、通入凹部4的通孔7给凹部4填充粘合剂。例如可以通过供给热量将粘合剂4硬化，通过这种方式使其交联和膨胀。
作为流态粘合剂以外的可选方案，也可以使用相对固态的粘合剂，在插入内管之前给凹部4填充该粘合剂。通过供给热量也可以使“固态粘合剂”膨胀和硬化。
可以如此地设计所述粘合连接，使得在超过预先给定的轴向力时，该粘合连接精确地在粘合剂5与外管2内周之间的“边界层”上失效。这具有下述优点：获得了一种相对光滑的圆柱状导向，该导向可以在摩擦较小亦即作用力水平较小的情况下(参见图2)允许两个管2、3的“相互套叠伸缩”。

Claims (21)

1.扭矩传递装置(1)，其包括：
-外管(2)和
-内管(3)，该内管以一段距离插入外管(2)中，
其特征在于：所述外管仅通过粘合连接在扭矩传递方向上和在该外管(2)的纵向上与所述内管(3)连接，使得在碰撞事故中，若超过一个沿内管或者说外管的纵向作用的力，粘合连接便失效，使得内管能够以至少一段距离插入外管中。
2.如权利要求1所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述外管(2)的抗扭刚度在所述内管(3)的抗扭刚度+/-10％的范围内。
3.如权利要求1所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述外管(2)的抗扭刚度在所述内管(3)的抗扭刚度+/-5％的范围内。
4.如权利要求1所述的扭矩传递装置，其特征在于：在预定的沿内管(3)纵向(6)测量的粘合长度(l)上，所述内管(3)在其整个外周上与所述外管(2)的内周粘接。
5.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述外管(2)的抗扭刚度与所述内管(3)的抗扭刚度相等。
6.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：在所述内管(3)的外侧上设置有环绕的槽状凹部(4)，该凹部被完全填充粘合剂(5)。
7.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：在所述外管(2)的内侧上设置有环绕的凹部，该凹部被完全填充粘合剂。
8.如权利要求6所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述凹部通过车削或铣削制成。
9.如权利要求7所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述凹部通过车削或铣削制成。
10.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述内管(3)的外径在其插入所述外管(2)中的长度(L)上除了设置有凹部(4)的区域之外是与所述外管(2)的内径相等的。
11.如权利要求6所述的扭矩传递装置，其特征在于：在所述外管(2)中设置有至少一个通入所述凹部(4)的通孔(7)，粘合剂(5)通过该通孔已被填充到凹部(4)中。
12.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：粘合剂(5)是一种通过供给热量可膨胀的或实现膨胀的并且可交联的或实现交联的粘合剂。
13.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述外管(2)由钢或塑料组成。
14.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述外管(2)由纤维增强塑料组成。
15.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述外管(2)由碳纤维增强塑料组成。
16.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述内管(3)由钢或塑料组成。
17.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述内管(3)由纤维增强塑料组成。
18.如权利要求1至4之任一项所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述内管(3)由碳纤维增强塑料组成。
19.如权利要求14所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述外管(2)的纤维在所述内管(3)插入该外管(2)中的区域内在外管的圆周方向上或者在倾斜于此的方向上沿着所述外管(2)的圆周延伸。
20.如权利要求15所述的扭矩传递装置，其特征在于：所述外管(2)的纤维在所述内管(3)插入该外管(2)中的区域内在外管的圆周方向上或者在倾斜于此的方向上沿着所述外管(2)的圆周延伸。
21.车辆，其包括联节轴，该联节轴具有如权利要求1至20之任一项所述的扭矩传递装置。
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