CN107636332B - 具有fkv构造的联轴部件的爪式联轴装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半联轴器(1)，具有多个联轴部件(3)，其中，每个联轴部件(3)分别包括一个在轴向上自由突出的爪区域(4)和一个轴区域(5)。联轴部件(3)设置为分布在圆周上，其中，至少一个联轴部件(3)由纤维‑塑料复合材料制成。特别是，联轴部件(3)由多层纤维复合材料半成品形成，其中，轴区域(5)的层数小于爪区域(4)的层数。该联轴部件(3)由夹紧环(7)束紧。

Description

具有FKV构造的联轴部件的爪式联轴装置
技术领域
本发明涉及一种半联轴器以及由两个半联轴器形成的联轴装置,特别是以爪式联轴器的形式。
背景技术
联轴器，特别是形状配合的联轴器，如爪式联轴器是已知的。爪式联轴器用于借助形状配合的、可在需要时分离的连接传递旋转运动或扭矩。也可能的是，在两个半联轴器的彼此相对的爪之间插入弹性体部件，从而允许半联轴器之间的一定程度的相对移动性和阻尼。这种联轴器因此也称为弹性体联轴器。
爪式联轴器可以与轴相连接地例如用于动力总成中。爪式联轴器也用于例如测试马达或整个动力总成的试验台中。其中，试样和负载机(例如测力计)通过轴相互连接。轴的联接主要可以通过爪式联轴器实现。通过这种轴连接产生了弹性联接的多质量系统，其具有对应于系统阶数的多个固有频率，该固有频率能够由不同的事件激发。这正可能在实验台中导致测量信号的干扰，或导致试样的不真实负载。
因此，在设计试验台时，应力求通过选择具有规定刚度和机械阻尼的合适的轴连接，使固有频率推移至非关键的工作范围。固有频率的变化是可能的，特别是通过改变所涉及的质量。因此力求减小相关轴连接中的质量。这对于轴本身可以通过选择合适的材料实现。相反，对于轴连接部，特别是联轴器，却无法轻易实现质量的减小。
由DE 10 2011 112 708A1已知一种轴连接，其中轴体和连接凸缘由纤维复合材料制成。
由DE 20 2007 011 014U1已知一种联轴部件，包括一个具有轴接收部分的轴毂。该轴毂具有可在分割表面上组装的壳段，其中分割表面是构成至少两个断裂位置的断裂面。
发明内容
本发明的任务在于提供一种联轴装置以及形成该联轴装置的一部分的半联轴器，其中，与常规联轴器，特别是标准弹性体联轴器相比，重量减轻。
根据本发明，该任务通过具有本发明的特征的半联轴器以及联轴装置来解决。
半联轴器具有多个联轴部件，其中，每个联轴部件分别具有一个在轴向上自由突出的爪区域和一个轴区域，该联轴部件设置为分布在圆周上，并且至少一个联轴部件由纤维-塑料复合材料(FKV)制成。
当至少一个联轴部件由纤维-塑料复合材料制成时，半联轴器的质量可以显著减小，由此也改变了自然谐振，这对于动力总成的运转，特别是例如在具有高度敏感的测量仪器的试验台中，是有利的。
纤维-塑料复合材料(FKV)也可以理解为例如纤维增强塑料或纤维复合塑料。在此涉及一种由增强纤维和塑料基质组成的材料。该基质围绕通过黏附力或凝聚力与基质结合的纤维。通过使用纤维材料，纤维-塑料复合材料具有方向依赖的弹性特性。
作为纤维适用的是无机增强纤维，例如玻璃纤维，或特别是有机增强纤维，例如芳纶纤维、碳纤维、聚酯纤维等。FKV材料是已知的，因而此处不作进一步说明。
联轴部件的爪区域的最大径向厚度可以大于轴区域的最大径向厚度。在此，径向厚度应理解为在径向上所测量的厚度。由于爪区域的径向厚度较大，爪区域能够可靠地吸收由相对的半联轴器或其爪区域施加的压力。此外可以在爪区域形成足够大的压力表面，该压力表面可以支撑例如插入其间的弹性体部件。
联轴部件的轴区域可以比爪区域在圆周方向上延伸更大的角度。因此，轴区域可以形成一种环形区段，以便将力流可靠地引导至邻接轴区域的轴部件上。
在圆周上彼此相邻的联轴部件的轴区域可以相互接触。以这种方式，当联轴部件的轴区域在圆周上相互接触并由此形成一个闭合的环时，分布在圆周上的该联轴部件能够相互支撑。
在相应的设计中，轴区域由此承载各自对应的爪区域，从该爪区域的方面来看，其在一侧在轴向上自由突出，即在另一侧被固定。
由纤维-塑料复合材料制成的联轴部件可以由多层纤维半成品形成。在这种情况下，轴区域的层数可以小于或等于爪区域的层数。
纤维-塑料复合材料(FKV)可以作为半成品以各种形式提供。例如可以是用于纤维复合材料的预浸材料，即所谓的“预浸料(Prepreg)”。预浸料(Prepreg)是英语“preimpregnated fibers”的缩写，即预浸渍纤维。预浸料半成品是与反应性树脂预浸渍的纺织半成品，其在温度和压力下硬化，以制造构件。反应性树脂由通常为高粘度但尚未聚合的热固性塑料基质形成。所含的纤维可以作为纯单向层、作为机织物或作为无屈曲织物存在。无规纤维半成品也同样适合。
预浸料例如幅状地绕在卷轴上或单件供应。
纤维半成品的各层或各叠具有相对较小的厚度，因此必须多层相互叠加，以达到所需的体积，特别是所需的壁厚。在制造半联轴器时，纤维半成品可以叠加不同数量的层，从而可以实现不同的厚度。以这种方式，能够实现上述在爪区域的较大径向厚度，而在轴区域的厚度可以较小，因此在该处较少的层数就足够。
在爪区域和轴区域之间可以设置过渡区域，在该过渡区域中，径向厚度从爪区域向轴区域逐渐减小。在该过渡区域中，纤维半成品的层数也可以相应地从爪区域向轴区域逐渐减少。
径向厚度的减小可以例如是线性的，或者也可以根据其它规律。层数相应地随着径向厚度的连续减小而减少。通过适当地叠加层，可以获得实现准线性过程的层次变化。
纤维半成品的层可以设置为，一层的纤维相对于相邻层的纤维成一角度。以这种方式可以实现目标纤维角度。不同层的纤维因此不须彼此平行延伸，而是可以以不等于0°的角度延伸。这特别是有利的，因为预浸料半成品中的纤维通常单向延伸，因此通过不同层相对于彼此的扭转来实现所需的纤维角度。以这种方式，可以在一定程度上定向纤维，以便最优地将导入半联轴器或爪区域的力进一步引导。半联轴器和设置其中的联轴部件因此可以十分有针对性的进行设计，以实现各向异性的工件特性，由此在保持最小重量的同时实现高强度。
联轴部件的轴区域可以至少部分地由夹紧环包围。可以在外部轴向地推上该夹紧环，并可以覆盖轴区域的轴向延伸的一部分。夹紧环用于在轴区域的外侧固定该轴区域，并由此也使联轴部件相对于彼此固定，以便将连轴部件保持在所期望的位置。
同样，联轴部件的爪区域也可以至少部分地由支撑环包围。在此，该环，即支撑环也可以例如在外部轴向地推上联轴部件，并包围联轴部件的外圆周的一部分。
夹紧环和支撑环当然也可以从外部完全地围绕轴区域或爪区域，即完全覆盖外侧。
轴区域可以围绕轴部件设置，其中，轴区域与轴部件形成过盈配合连接，特别是纵向过盈配合连接。
例如，联轴部件可以以其轴区域插入夹紧环中。接着将轴部件在轴向上压入圆形设置的轴区域中，该轴部件的直径具有一定程度上的过盈尺寸，因此与外部的夹紧环共同作用而产生了过盈配合连接。该连接也确保了动态负载下的安全的扭矩传递。
轴部件本身也可以由FKV制成。这种构造例如由DE 10 2011 112 708A1已知。
根据本发明的联轴装置具有两个彼此相对且彼此同轴设置的半联轴器，该半联轴器可以以上述方式设计，其中，在不同的半联轴器的分别在圆周上彼此相邻的爪区域之间可以设置弹性体部件。
联轴装置尤其可以是爪式联轴器，或者在爪式联轴器的一个特定实施方案中，可以是弹性体联轴器。
这种半联轴器的制造作为挤压部分进行，随后组装形成过盈配合连接。为此，半联轴器旋转对称地分成多个联轴部件(例如四个联轴部件)，从而能够低成本且高质量地在挤压工艺中制造各个具有爪区域的联轴部件。
该挤压工艺使用上述FKV半成品，例如无规纤维半成品或单向预浸料。该半成品必须对应所需的纤维取向预先切割。如上所述，在径向上具有不同厚度的三个区域为轴区域、爪区域和位于其间的过渡区域。过渡区域中的层次变化通过来自爪区域的层的逐渐终止来实现。
附图说明
以下借助示例参照附图详细说明本发明的以上和其他的优点和特征。其中：
图1示出了半联轴器和轴部件；
图2示出了彼此啮合的、构成联轴装置的两个半联轴器；
图3以立体视图示出了具有四个联轴部件的半联轴器的内部视图；
图4示出了一个联轴部件的立体视图；
图5示出了图4中联轴部件的截面图；
图6示出了图4中联轴部件中的FKV半成品的层的分解图。
具体实施方式
图1至图6分别示出了根据本发明的联轴装置的分部件。因此，相同的部件也使用相同的附图标记。
图1示出了半联轴器1和即将与该半联轴器1组装的轴部件2。
半联轴器1也在图3中示出。
半联轴器1具有四个联轴部件3，该联轴部件分布在圆周上，设置成圆弧形。
单个联轴部件在图4中示出，其具有爪区域4、轴区域5以及延伸其间的过渡区域6。
图5示出了图4中的联轴部件3的垂直截面，并标有各区域的标识。
从图4和图5可以看出，爪区域4具有比轴区域5更大的径向厚度。过渡区域6用于将爪区域4的径向厚度减小到轴区域5的较小的径向厚度。
轴区域5又通过在半径上延伸一定的角度而形成一种环形区段。鉴于半联轴器1分为四部分以及由此产生的四个联轴部件，轴区域5延伸90°的环形区段。
将半联轴器1四分，其中每个部分形成一个联轴部件3，这使得在挤压工艺中简单且低成本地制造各个爪成为可能。
联轴部件3以其轴区域5插入夹紧环7，如图1和图3所示，该夹紧环完全包围轴区域5。
以类似的方式，爪区域4由支撑环8包围，这特别是从图1中可以看出。支撑环8轴向地推上爪区域4，并覆盖该爪区域4的大约一半的轴向延伸。而从图1可见，爪区域4的一部分在轴向上继续突出。由此实现了与相对的半联轴器的啮合，后面还会参照图2进行说明。
轴部件2具有直径较小的缩径轴肩9(图1)，而该缩径轴肩相对于轴区域5的内径具有一定程度上的过盈尺寸。通过将缩径轴肩9从图1所示的位置插入由轴区域5包围的空间，与夹紧环7共同作用而形成纵向过盈配合连接。
图2示出了相互啮合的两个半联轴器1。该半联轴器1构造相同，但相对于彼此旋转45°角，从而使各个爪区域能够相互啮合。在相对的爪区域4之间插入弹性体部件(未示出)。
如已经参照图5所示，有利的是，爪区域4具有比轴区域5大得多的径向厚度。由于联轴部件3由FKV制成，可以特别使用无规纤维半成品或单向预浸料。其以薄层的形式供应，这些层必须以适当的方式切割并叠加在一起。
图6示出了由这种已裁切的FKV半成品制成的特定数量的层叠的示例。
在所示的示例中，轴区域5由五个相互叠加的层10形成，而爪区域4由九个不同剪裁的层10形成。在九个层10中，有几层10在位于爪区域4和轴区域5之间的过渡区域6处逐渐终止，从而能够减小径向厚度。
层10分别在圆周方向上沿着弯曲的平面延伸，其中，如图6所示，层10的区域也可以折弯或可以相对于各个弯曲平面成一定角度延伸。
所示的层10，特别是所示的层数仅仅是说明性的。在实践中也可以使用更多的层。特别是，过渡区域6也可以设计得不同。

Claims (11)

1.一种半联轴器(1)，具有多个联轴部件(3)，其中
-每个联轴部件(3)分别具有一个在轴向上自由突出的爪区域(4)和一个轴区域(5)；
-联轴部件(3)设置为分布在圆周上；
其特征在于，
-至少一个联轴部件(3)由纤维-塑料复合材料制成；
-由纤维-塑料复合材料制成的联轴部件(3)由多层(10)纤维半成品形成；以及
-轴区域(5)中的层数小于或等于爪区域(4)中的层(10)数。
2.根据权利要求1所述的半联轴器，其中，联轴部件(3)的爪区域(4)的最大径向厚度大于轴区域(5)的最大径向厚度。
3.根据前述权利要求任一项所述的半联轴器，其中，轴区域(5)比爪区域(4)在圆周方向上延伸更大的角度。
4.根据权利要求1或2所述的半联轴器，其中，在圆周上彼此相邻的联轴部件(3)的轴区域(5)相互接触。
5.根据权利要求1或2所述的半联轴器，其中，
-在爪区域(4)和轴区域(5)之间设置有过渡区域(6)；
-在过渡区域(6)中，径向厚度从爪区域(4)的径向厚度向轴区域(5)的径向厚度逐渐减小；并且其中，
-在过渡区域(6)中，纤维半成品的层(10)数从爪区域(4)向轴区域(5)逐渐减少。
6.根据权利要求1或2所述的半联轴器，其中，纤维半成品的层(10)设置为，一个层(10)的纤维相对于相邻层(10)的纤维成一角度。
7.根据权利要求1或2所述的半联轴器，其中，联轴部件(3)的轴区域(5)至少部分地由夹紧环(7)包围。
8.根据权利要求1或2所述的半联轴器，其中，联轴部件(3)的爪区域(4)至少部分地由支撑环(8)包围。
9.根据权利要求1或2所述的半联轴器，其中，
-轴区域(5)围绕轴部件(2)设置；并且其中，
-轴区域(5)与轴部件(2)形成过盈配合连接。
10.一种联轴装置，具有两个彼此相对且彼此同轴设置的、根据前述权利要求任一项所述的半联轴器(1)，其中，在分别在圆周方向上彼此相邻的爪区域(4 )之间设置有弹性体部件。
11.根据权利要求10所述的联轴装置，其中，联轴装置是爪式联轴器。
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