CN112638691A - 用于传动轴的管体及传动轴 - Google Patents
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Abstract
一种用于传动轴(1)的管体(2)，其中传动轴(1)由纤维增强塑料制成。管体(2)具有筒状的主体部(10)、与主体部(10)相比直径缩小且用于接合短轴(4)的第二连接部(30)、外径随着从主体部(10)靠向第二连接部(30)而缩小的倾斜部(40)。在倾斜部(40)上形成有脆弱部(50)，当沿轴线方向输入的载荷超过规定值时所述脆弱部破损。在该结构中，能实现管体(2)的低成本化，并且当规定的载荷沿轴线方向输入管体(2)时管体(2)可靠地破损。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于传动轴(power transmission shaft)的管体及传动轴。
背景技术
搭载于车辆上的传动轴(动力传动轴)沿车辆的前后方向延伸，将由原动机产生并由变速器减速后的动力传递至最终减速装置。作为这种传动轴，存在由纤维增强塑料形成的传动轴。
作为由纤维增强塑料制成的筒状的传动轴，其具有主体部、比主体部扩径的连接部和形成于主体部与连接部之间的倾斜部，在连接部上嵌入有万向接头的轴部(例如，参照专利文献1)。
在上述的传动轴中，当车辆被从前方碰撞且超过规定值的碰撞载荷输入传动轴时，轴部相对于连接部滑动而与倾斜部的内表面抵接，据此倾斜部产生破损。据此，搭载于车身前部的发动机、变速器迅速后退，从而碰撞能量被车身的前部吸收。
另外，作为传动轴的其他结构，存在以下结构：将连接部的周壁部形成为多层，当超过规定值的碰撞载荷输入传动轴时，连接部的内层部与轴部一起剥离并移动(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本发明专利公开公报特开平9-175202号
专利文献2：日本发明专利公开公报特开平7-208445号
发明内容
[发明所要解决的技术问题]
对于上述的现有的传动轴而言，在轴部仅在输入大于规定值的碰撞载荷时相对于连接部滑动的结构中，需要精度良好地设定连接部与轴部的接合力。因此，由于需要高精度地成型连接部和轴部的尺寸，因此存在制造成本增加的问题。
另外，对于上述的现有的传动轴而言，在连接部的内周部在碰撞时与轴部一起剥离的结构中，由于将连接部的周壁部形成为多层，因此存在制造成本增加的问题。
本发明的课题在于，提供一种解决上述问题来实现低成本化且当沿轴线方向输入规定的载荷时可靠地破损的用于传动轴的管体及传动轴。
[用于解决技术问题的技术方案]
为了解决上述技术问题，第一技术方案涉及一种用于传动轴的管体，所述传动轴由纤维增强塑料制成，通过旋转来传递动力。所述管体具有筒状的主体部、连接部和倾斜部，其中，所述主体部以轴线为中心；所述连接部与所述主体部相比直径缩小，用于接合连接部件；所述倾斜部形成于所述主体部与所述连接部之间，且外径随着从所述主体部靠向所述连接部而缩小。在所述倾斜部上形成有脆弱部，当沿轴线方向输入的载荷超过规定值时所述脆弱部破损。
为了解决上述技术问题，第二技术方案涉及一种用于传动轴的管体，所述传动轴由纤维增强塑料制成，通过旋转来传递动力。所述管体具有筒状的主体部、连接部和倾斜部，其中，所述主体部以轴线为中心；所述连接部与所述主体部相比直径增大，用于接合连接部件；所述倾斜部形成于所述主体部与所述连接部之间，且随着从所述主体部靠向所述连接部而直径增大。在所述倾斜部上形成有脆弱部，当沿轴线方向输入的载荷超过规定值时所述脆弱部破损。
为了解决上述技术问题，第三技术方案涉及一种传动轴，该传动轴具有所述的用于传动轴的管体和与所述连接部相接合的所述连接部件。
[发明效果]
具有本发明的用于传动轴的管体的传动轴在沿轴线方向被输入载荷时，剪切力作用于倾斜部。而且，当作用于倾斜部的剪切力大于规定值时，倾斜部的脆弱部产生破损。在该结构中，无需精度良好地设定连接部与连接部件的接合力，因此易于连接部的成型。
因此，本发明的用于传动轴的管体和传动轴通过使连接部易于成型，能实现低成本化，并且通过在倾斜部上形成脆弱部，能设定为在沿轴线方向输入的规定的载荷下可靠地产生破损。
另外，第一技术方案的用于传动轴的管体和传动轴由于连接部的外径较小，因此能实现轻量化和低成本化。
附图说明
图1是表示第一实施方式的传动轴的侧视图。
图2是表示第一实施方式的传动轴的倾斜部的侧剖视图。
图3是表示第一实施方式的传动轴中的脆弱部产生破损的状态的侧剖视图。
图4是表示第二实施方式的传动轴的侧视图。
图5是表示第二实施方式的传动轴的倾斜部的侧剖视图。
图6是表示第二实施方式的传动轴中的脆弱部产生破损的状态的侧剖视图。
图7是表示第三实施方式的传动轴的侧视图。
图8是表示第三实施方式的传动轴的倾斜部的侧剖视图。
图9是表示第四实施方式的传动轴的侧视图。
图10是表示第四实施方式的传动轴的倾斜部的侧剖视图。
具体实施方式
接下来，一边参照附图一边说明各实施方式的管体和传动轴。此外，在各实施方式中，列举将本发明的传动轴应用于搭载在FF(Front-engine Front-drive：发动机前置前轮驱动)驱动方式的四轮机动车的传动轴的例子。另外，针对各实施方式中共同的技术要素，标注共同的附图标记，并省略说明。
[第一实施方式]
如图1所示，第一实施方式的传动轴1具有沿车辆的前后方向延伸的大致圆筒状的管体2(管)。另外，传动轴1具有接合于管体2的前端的卡丹接头(Cardan joint)的短节叉3和接合于管体2的后端的恒定速度接头的短轴4(技术方案中的“连接部件”)。
传动轴1通过短节叉3而与搭载于车身的前部的变速器连接，并且通过短轴4而与搭载于车身的后部的最终减速装置连接。
而且，当从变速器向传动轴1传递动力(转矩)时，传动轴1绕轴线O1进行旋转，从而动力被传递至最终减速装置。
管体2由碳纤维增强塑料(CFRP)制成。此外，在本发明中用于纤维增强塑料的增强纤维并不限于碳纤维，也可以为玻璃纤维、芳纶纤维。
在管体2的制造方法中，在未图示的芯棒(mandrel)上缠绕连续碳纤维而形成成型体，之后，在成型体的外周缠绕预浸料坯(使碳纤维浸渍树脂而成的片材)。据此，传动轴1是采用长丝缠绕法(filament winding)和片材缠绕法(sheet winding)这两种加工方法制造而成的。
在此，通过长丝缠绕法制造的成型体由于能保持纤维(碳纤维)的连续性，因此机械强度(尤其扭转强度)高。
另外，根据片材缠绕法，能以沿芯棒的轴线方向延伸的方式配置碳纤维，从而能制造沿轴线O1方向的弹性高的成型体。
即，根据上述的制造方法，在管体102的内部层叠有由绕轴O1卷绕的纤维构成的纤维层和由沿轴线O1方向延伸的纤维构成的纤维层，从而能制造机械强度高，且沿轴线O1方向的弹性高的管体2。
此外，作为沿周向配置的纤维，优选PAN系(Polyacrylonitrile：聚丙烯腈)纤维，作为沿轴线O1方向配置的纤维，优选沥青纤维。
此外，本发明的管体2并不限定于上述的制造方法。作为管体2的制造方法，也可以在芯棒上缠绕预浸料坯而形成成型体，并在该成型体的外周上缠绕连续碳纤维。或者，作为管体2的制造方法，也可以使用单一的制造方法(长丝缠绕法或片材缠绕法)。
管体2具有筒状的主体部10、第一连接部20、第二连接部30和倾斜部40，其中，所述主体部10以轴线O1为中心轴；所述第一连接部20配置于主体部10的前侧；所述第二连接部30配置于主体部10的后侧；所述倾斜部40形成于主体部10与第二连接部30之间。另外，如图2所示，管体2在倾斜部40上形成有脆弱部50。
在用以轴线O1为法线的平面剖切图1所示的主体部10的情况下，主体部10的外周面的剖面形状呈圆形。
另外，主体部10的外径随着从中央部靠向两端部而直径缩小，中央部的外径比两端部的外径大。
即，在沿轴线O1剖切主体部10的情况下，主体部10的外周面的剖面形状描绘出平缓的曲线，且呈朝外侧突出的圆弧状。据此，主体部10的外形呈中央部向径向外侧鼓出的桶形(圆筒形状)。
此外，在第一实施方式的管体2中，在沿轴线O1剖切主体部10的情况下，主体部10的外周面的剖面形状呈圆弧状，但在本发明中，也可以将主体部10的外周面的剖面形状形成为台阶状。
另外，也可以构成为，在沿轴线O1剖切主体部10的情况下，主体部10的外周面的剖面形状以随着从中央部靠向两端部而靠近中心侧的方式呈直线状倾斜。即，也可以以侧视观察呈菱形的方式形成主体部10。
在第一连接部20内嵌入有短节叉3的轴部(未图示)。第一连接部20的内周面呈与短节叉3的轴部的多边形的外周面适配的多边形。如此一来，管体2和短节叉3构成为彼此无法相对旋转。
如图2所示，在第二连接部30内嵌入有短轴4的轴部5。
第二连接部30的内周面31呈与短轴4的轴部5的多边形的外周面6适配的多边形。如此一来，管体2和短轴4构成为彼此无法相对旋转。
此外，在第一实施方式中，第二连接部30的内周形状形成为多边形，但在本发明中，该形状并不局限于此，而是与轴部5的外周面6的形状匹配形成。
第二连接部30的外径对应于短轴4的轴部5的外径而形成，且外径比主体部10的后端部小。
此外，由于第二连接部30的小径化会导致扭转强度的下降，因此通过使第二连接部30的板厚大于主体部10的后端部的板厚，而具有规定的扭转强度。
倾斜部40是形成于主体部10与第二连接部30之间的圆筒状的部位。倾斜部40的外径随着从主体部10靠向第二连接部30而逐渐缩径，且呈圆锥台形状。
倾斜部40的板厚随着从第二连接部30侧(后侧)的端部(后端部、一端部)靠向主体部10侧(前侧)的端部(前端部、另一端部)而逐渐变薄。因此，倾斜部40中的前端部的板厚最薄，倾斜部40的前端部构成脆弱部50。脆弱部50是倾斜部40的剪切强度最低的部位。
此外，在传动轴1中，整个倾斜部40的板厚产生了变化，但在本发明中，也可以使倾斜部40的一部分区域的板厚产生变化。
在如以上所述这样的具有第一实施方式的管体2的传动轴1中，当车辆被从前方碰撞，碰撞载荷沿轴线O1方向输入传动轴1时，轴线O1方向的剪切力作用于倾斜部40。而且，当作用于倾斜部40的剪切力大于规定值时，如图3所示，倾斜部40的脆弱部50产生破损。据此，通过在车辆碰撞时传动轴1产生破损，搭载于车身的前部的发动机、变速器迅速地后退，从而碰撞能量被车身的前部吸收。
此外，在图3中，虽然脆弱部50产生破裂，但在本发明中，也可以构成为，当沿轴线O1方向输入传动轴1的载荷大于规定值时，通过使脆弱部50变形，而使传动轴1的轴向上的长度变短。
以上，在第一实施方式的管体2和传动轴1中，由于无需精度良好地设定第二连接部30与短轴4的接合力，因此第二连接部30易于成型。另外，在管体2和传动轴1中，如图2所示，由于倾斜部40的板厚最薄的部位为脆弱部50，因此能够在成型倾斜部40时容易地形成脆弱部50。
因此，在管体2和传动轴1中，通过使第二连接部30易于成型，能够实现低成本化，并且通过在倾斜部40上形成脆弱部50，能够设定为在沿轴线O1方向输入的规定的载荷下可靠地产生破损。
另外，在管体2和传动轴1中，如图2所示，由于第二连接部30的外径较小，因此能实现轻量化和低成本化。
另外，在管体2和传动轴1中，如图1所示，由于弯曲应力易于集中的主体部10的中央部的外径形成为大径，因此具有规定的弯曲强度。
另外，由于管体2由纤维增强塑料形成，因此管体2和传动轴1设计上的自由度较高，且能进一步实现低成本化。
[第二实施方式]
接下来，说明本发明的第二实施方式所涉及的具有管体102的传动轴101。
如图4所示，第二实施方式的传动轴101具有管体102、接合于管体102的前端的短节叉3和接合于管体102的后端的短轴4。
第二实施方式的管体102具有主体部110、配置于主体部110的前侧的第一连接部20、配置于主体部110的后侧的第二连接部30、和位于主体部110与第二连接部30之间的倾斜部140。另外，如图5所示，在倾斜部140上形成有脆弱部150。
在用以轴线O1为法线的平面剖切图4所示的第二实施方式的主体部110的情况下，主体部110的外周面的剖面形状呈圆形。主体部110的外径从前端部至后端部均等。即，第二实施方式的主体部110的外形呈直圆筒体。
如图5所示，第二实施方式的倾斜部40的板厚随着从主体部10侧(前侧)的端部(前端部、另一端部)靠向第二连接部30侧(后侧)的端部(后端部、一端部)而逐渐变薄。因此，倾斜部40中的后端部的板厚最薄，倾斜部40的后端部构成脆弱部150。
在如以上所述这样的具有第二实施方式的管体102的传动轴101中，当车辆被从前方碰撞，而作用于倾斜部140的剪切力大于规定值时，如图6所示，倾斜部140的脆弱部150产生破损。然后，搭载于车身的前部的发动机、变速器迅速地后退，从而碰撞能量被车身的前部吸收。
以上，在图5所示的第二实施方式的管体102和传动轴101中，与第一实施方式的传动轴1(参照图2)同样地，第二连接部30易于成型，而且主体部110也易于成型，因此能实现低成本化。
另外，在第二实施方式的管体102和传动轴101中，通过在倾斜部140上形成脆弱部150，能设定为在沿轴线O1方向输入的规定的载荷下可靠地产生破损。
[第三实施方式]
接下来，说明本发明的第三实施方式所涉及的具有管体202的传动轴201。
如图7所示，第三实施方式的传动轴201具有管体202、接合于管体202的前端的短节叉3、接合于管体202的后端的短轴4。
第三实施方式的管体202具有主体部210、配置于主体部210的前侧的第一连接部20、配置于主体部210的后侧的第二连接部30、和位于主体部210与第二连接部30之间的倾斜部240。另外，如图8所示，在倾斜部240上形成有脆弱部250。
在用以轴线O1为法线的平面剖切图7所示的第三实施方式的主体部210的情况下，主体部210的外周面的形状呈圆形。
主体部210的外径从前端部至中央部形成为相同，并且随着从中央部靠向后端部而缩径。据此，主体部210的前端部和中央部的外径比后端部的外径大。
在沿轴线O1剖切主体部210的情况下，主体部210的外周面的剖面形状从前端部至中央部呈直线状，并且从中央部至后端部描绘出平缓的曲线而呈圆弧状。
如图8所示，第三实施方式的倾斜部240的板厚为，除了形成有脆弱部250的部位以外，从主体部210侧(前侧)的端部至第二连接部30侧(后侧)的端部均等地形成。
在倾斜部240的外周面241上形成有脆弱部250。第三实施方式的脆弱部250是以遍及倾斜部240的外周面241的整周的方式形成的环状的槽。这样，通过在倾斜部240的外周面241上形成脆弱部250，而使倾斜部240的局部的板厚变薄。
此外，第三实施方式的管体202和传动轴201的管体202在倾斜部240的外周面241上形成有环状的脆弱部250，但也可以在倾斜部240的外周面241上形成凹进状的脆弱部。在该情况下，优选在倾斜部240的外周面241的周向上配置多个脆弱部。
在如以上所述这样的具有第三实施方式的管体202的传动轴201中，当车辆被从前方碰撞，而作用于倾斜部240的剪切力大于规定值时，倾斜部240的脆弱部250产生破损。然后，搭载于车身的前部的发动机、变速器迅速地后退，从而碰撞能量被车身的前部吸收。
以上，在图7所示的第三实施方式的管体202和传动轴201中，与第一实施方式的传动轴1(参照图2)同样地，第二连接部30易于成型，因此能实现低成本化。
另外，在第三实施方式的管体202和传动轴201中，通过在倾斜部240上形成脆弱部150，能设定为在沿轴线O1方向输入的规定的载荷下可靠地产生破损。
[第四实施方式]
接下来，说明本发明的第四实施方式所涉及的具有管体302的传动轴301。
第四实施方式的传动轴301具有管体302、接合于管体302的前端的短节叉3、接合于管体302的后端的短轴4。
如图9所示，第三实施方式的管体302具有主体部10、配置于主体部10的前侧的第一连接部20、配置于主体部10的后侧的第二连接部330、和位于主体部10与第二连接部330之间的倾斜部340。另外，如图10所示，在倾斜部340上形成有脆弱部350。
如图9所示，第四实施方式的主体部10的外形呈中央部向径向外侧鼓出的桶形(圆筒形状)。
如图10所示，第四实施方式的第二连接部330的外径比主体部10的后端部的外径大。
第四实施方式的倾斜部340的外径随着从主体部10靠向第二连接部330而逐渐扩径，且呈圆锥台形状。
倾斜部340的板厚随着从主体部10侧(前侧)的端部(前端部、另一端部)靠向第二连接部330侧(后侧)(后端部、一端部)的端部而逐渐变薄。因此，倾斜部340的前端部的板厚最薄，倾斜部340的前端部构成脆弱部350。
此外，也可以使倾斜部340的板厚随着从主体部10侧靠向第二连接部330侧而变薄。
在如以上所述这样的具有第四实施方式的管体302的传动轴301中，当车辆被从前方碰撞，而作用于倾斜部340的剪切力大于规定值时，倾斜部340的脆弱部350产生破损。然后，搭载于车身的前部的发动机、变速器迅速地后退，从而碰撞能量被车身的前部吸收。
以上，在第四实施方式的管体302和传动轴301中，与第一实施方式的传动轴1(参照图2)同样地，第二连接部30易于成型，因此能实现低成本化。
另外，在第四实施方式的管体302和传动轴301中，通过在倾斜部340上形成脆弱部350，能设定为在沿轴线O1方向输入的规定的载荷下可靠地产生破损。
以上，说明了各实施方式，但本发明并不限定于各实施方式中说明的例子。
例如，在各实施方式的传动轴中，在主体部与第二连接部之间设置倾斜部，并在该倾斜部上形成有脆弱部，但也可以在主体部与第一连接部之间设置倾斜部，并在该倾斜部上形成有脆弱部。
[附图标记说明]
1、101、201、301：传动轴；2、102、202、302：管体；3：短节叉；4：短轴(连接部件)；10、110、210：主体部；20：第一连接部；30、330：第二连接部；40、140、240、340：倾斜部；50、150、250、350：脆弱部；O1：轴线。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于传动轴的管体，所述传动轴由纤维增强塑料制成，通过旋转来传递动力，
所述用于传动轴的管体的特征在于，
具有筒状的主体部、连接部和倾斜部，其中，
所述主体部以轴线为中心；
所述连接部与所述主体部相比直径缩小，用于接合连接部件；
所述倾斜部形成于所述主体部与所述连接部之间，且外径随着从所述主体部靠向所述连接部而缩小，
在所述倾斜部上形成有脆弱部，当沿轴线方向输入的载荷超过规定值时所述脆弱部破损，
所述倾斜部的板厚随着从所述连接部侧靠向所述主体部侧而变薄，
所述脆弱部是所述倾斜部的板厚最薄的部位。
2.一种用于传动轴的管体，所述传动轴由纤维增强塑料制成，通过旋转来传递动力，
所述用于传动轴的管体的特征在于，
具有筒状的主体部、连接部和倾斜部，其中，
所述主体部以轴线为中心；
所述连接部与所述主体部相比直径增大，用于接合连接部件；
所述倾斜部形成于所述主体部与所述连接部之间，且随着从所述主体部靠向所述连接部而直径增大，
在所述倾斜部上形成有脆弱部，当沿轴线方向输入的载荷超过规定值时所述脆弱部破损，
所述倾斜部的板厚随着从所述连接部侧靠向所述主体部侧而变薄，
所述脆弱部是所述倾斜部的板厚最薄的部位。
3.根据权利要求1或2所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述纤维增强塑料是碳纤维增强塑料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述连接部的内周形状被形成为多边形。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述主体部的外径随着从中央部靠向两端部而缩小，
所述主体部的外周面从所述两端部的一端部到另一端部沿所述轴线方向形成为圆弧状。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述主体部的外径从一端部至另一端部均等。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述主体部的外径随着从中央部靠向所述连接部侧的一端部而缩小，并且从中央部至另一端部均等，
所述主体部的从中央部至一端部的外周面沿所述轴线方向形成为曲线状。
8.一种传动轴，其特征在于，
具有：
权利要求1至7中任一项所述的用于传动轴的管体；和
与所述连接部相接合的所述连接部件。
Claims (10)
1.一种用于传动轴的管体，所述传动轴由纤维增强塑料制成，通过旋转来传递动力，
所述用于传动轴的管体的特征在于，
具有筒状的主体部、连接部和倾斜部，其中，
所述主体部以轴线为中心；
所述连接部与所述主体部相比直径缩小，用于接合连接部件；
所述倾斜部形成于所述主体部与所述连接部之间，且外径随着从所述主体部靠向所述连接部而缩小，
在所述倾斜部上形成有脆弱部，当沿轴线方向输入的载荷超过规定值时所述脆弱部破损。
2.一种用于传动轴的管体，所述传动轴由纤维增强塑料制成，通过旋转来传递动力，
所述用于传动轴的管体的特征在于，
具有筒状的主体部、连接部和倾斜部，其中，
所述主体部以轴线为中心；
所述连接部与所述主体部相比直径增大，用于接合连接部件；
所述倾斜部形成于所述主体部与所述连接部之间，且随着从所述主体部靠向所述连接部而直径增大，
在所述倾斜部上形成有脆弱部，当沿轴线方向输入的载荷超过规定值时所述脆弱部破损。
3.根据权利要求1或2所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述倾斜部的板厚随着从所述连接部侧靠向所述主体部侧而变薄，
所述脆弱部是所述倾斜部的板厚最薄的部位。
4.根据权利要求1或2所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述倾斜部的板厚随着从所述主体部侧靠向所述连接部侧而变薄，
所述脆弱部是所述倾斜部的板厚最薄的部位。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述纤维增强塑料是碳纤维增强塑料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述连接部的内周形状被形成为多边形。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述主体部的外径随着从中央部靠向两端部而缩小，
所述主体部的外周面从所述两端部的一端部到另一端部沿所述轴线方向形成为圆弧状。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述主体部的外径从一端部至另一端部均等。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的用于传动轴的管体，其特征在于，
所述主体部的外径随着从中央部靠向所述连接部侧的一端部而缩小，并且从中央部至另一端部均等，
所述主体部的从中央部至一端部的外周面沿所述轴线方向形成为曲线状。
10.一种传动轴，其特征在于，
具有：
权利要求1至9中任一项所述的用于传动轴的管体；和
与所述连接部相接合的所述连接部件。
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