CS276669B6

CS276669B6 - Shaft

Info

Publication number: CS276669B6
Application number: CS897597A
Authority: CS
Inventors: Ludek Ing Zamyslicky; Miloslav Ing Csc Hromir; Miroslav Ing Pavlicek; Vera Jelinkova
Original assignee: Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vo
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1992-07-15
Also published as: CS759789A3

Abstract

Řešení se týká hřídelů pro přenos kroutícího momentu a řeší problém spojení kompozicové trubková části (1) hřídele s kovovými díly (2). Podstata řešení spočívá v tom, že ozuby (4), vytvořené ve směru obvodu vedle sebe na spojovacích koncích kovových dílů (2), procházejí stěnou kompozicové trubkové části (1), jejíž výztužná vlákna (3) probíhají mezi spojovacírai konci kovových dílů (2) a procházejí mezerami (5) mezi ozuby (4) a kolem jejich vnějších čel. Řešení je využitelné u všech hřídelů sestávajících z kompozicové trubkové části (1) a k ní připojených kovových dílů (2), zejména u těch, které jsou určeny pro přenos vyšších kroutících momentů.The invention relates to shafts for transmitting torsion torque and solves the problem of composite composition the tubular part (1) of the metal shaft parts (2). The essence of the solution lies in that the claws (4) formed in the direction the circumference side by side at the connecting ends metal parts (2), pass through the composition wall the tubular part (1), the reinforcement of which the filaments (3) run between the joiner end of the metal parts (2) and pass through the gaps (5) between the barbs (4) and around them outer faces. The solution is applicable to all shafts consisting of composite tubular shafts parts (1) and metal attachments attached thereto parts (2), especially those that are intended for transmitting higher torques.

Description

Vynález se týká hřídele sestávajícího z kompozitové trubkové části tvořené plastem a výztužnými vlákny a kovových dílů spojených s kompozitovou trubkovou částí, přičemž kovové díly se nacházejí svými spojovacími konci uvnitř kompozitové trubkové části a spojovací konce mají na povrchu ve směru obvodu vadle sebe vytvořeny ozuby.The invention relates to a shaft consisting of a composite pipe part formed by plastic and reinforcing fibers and metal parts connected to the composite pipe part, the metal parts being located inside the composite pipe part with their connecting ends and the connecting ends having teeth formed on the surface in the circumferential direction.

Jsou známé hřídele pro přenos kroutícího momentu, které jsou tvořeny kompozitovou trubkovou částí, která -je na svých koncích spojena s kovovými díly nutnými pro připojení dalších součástí, například kloubů. Hlavním problémem u těchto hřídelů je spojení kompozitové trubkové části z kovových dílů.Torque transmission shafts are known which are formed by a composite tubular part which is connected at its ends to metal parts necessary for the connection of other components, for example joints. The main problem with these shafts is the connection of a composite tubular part made of metal parts.

U známých řešení jsou tato spojení uskutečněna adhezní silou mezi kompozitem a kovem, přičemž tento spoj se vytváří při výrobě hřídele navíjením vláken nasycených pryskyřicí na trn, na němž jsou upevněny kovové díly.In known solutions, these connections are made by an adhesive force between the composite and the metal, this connection being formed during the manufacture of the shaft by winding the resin-saturated fibers on a mandrel on which the metal parts are fixed.

Hěkdy bývá spojovací plocha na kovových dílech pro zvýšení adhezní síly opatřena obvodovým rýhováním. Toto řešení má hlavní nedostatek v tom, že přenášený kroutící moment je omezen a je dán v podstatě adhezní silou mezi kompozitem a kovem. Dalším nedostatkem tohoto řešení je to, že pro vytvoření polární plochy, nutné pro výrobu hřídele navíjením vláken, je třeba zúžit průměr kovových dílů. To vede k tomu, že po zhotovení hřídele nelze vyjmout trn.In some cases, the connecting surface on the metal parts is provided with a circumferential groove to increase the adhesive force. This solution has the main disadvantage that the transmitted torque is limited and is given essentially by the adhesive force between the composite and the metal. Another disadvantage of this solution is that in order to create the polar surface necessary for the production of the shaft by winding the fibers, it is necessary to narrow the diameter of the metal parts. This means that the mandrel cannot be removed after the shaft has been made.

Jiná známá řešení používají kovové díly v podobě mnohostěnů, na které se při výrobě navíjejí vlákna nasycená pryskyřicí. Také toto řešení nedovoluje přenos větších kroutících momentů. Kroutící moment je dán v podstatě pevností vrstvy kompozitu..Other known solutions use metal parts in the form of polyhedra, on which resin-saturated fibers are wound during production. Also, this solution does not allow the transmission of larger torques. The torque is essentially determined by the strength of the composite layer.

Cílem vynálezu je vytvořit hřídel sestávájící z kompozitové trubkové části a kovových dílů, který umožňuje přenos vyšších kroutících momentů.The object of the invention is to provide a shaft consisting of a composite tubular part and metal parts, which allows the transmission of higher torques.

Uvedeného cíle se dosahuje hřídelem sestávajícím z kompozitové trubkové části tvořené plastem s výztužnými vlákny a kovových dílů spojených s kompozitovou trubkovou částí, přičemž kovové díly se nacházejí svými spojovacími konci uvnitř kompozitové trubkové části a spojovací konce mají na povrchu ve směru obvodu vedle sebe vytvořeny ozuby podle vynálezu tím, že ozuby procházejí stěnou kompozitové trubkové části, jejíž výztužná vlákna probíhají mezi spojovacími konci kovových dílů a procházejí mezerami mezi ozuby a kolem jejich vnějších čel. Výztužná vlákna probíhají mezi spojovacími konci kovových dílů bud všechna ve šroubovicích, nebo alespoň některá ve šroubovácích a zbývající rovnoběžně s podélnou osou hřídele.This object is achieved by a shaft consisting of a composite pipe part consisting of plastic with reinforcing fibers and metal parts connected to the composite pipe part, the metal parts being located inside the composite pipe part with their connecting ends and the connecting ends having teeth formed side by side on the surface in the circumferential direction. of the invention in that the teeth pass through the wall of the composite tubular part, the reinforcing fibers of which extend between the connecting ends of the metal parts and pass through the gaps between the teeth and around their outer faces. The reinforcing fibers run between the connecting ends of the metal parts either all in the helices, or at least some in the screwdrivers and remaining parallel to the longitudinal axis of the shaft.

Hřídel podle vynálezu je schopen přenášet vyšší kroutící momety a je ho možno použít například i u nákladních vozidel jako hnacího hřídele. Jeho výroba je jednoduchá . 'The shaft according to the invention is capable of transmitting higher torques and can also be used, for example, in trucks as a drive shaft. Its production is simple. '

Příklad provedení podle vynálezu je znázorněn na přiložených výkresech, kde obr. 1 představuje hřídel v částečném řezu, obr. 2 detail spojení části hřídele v částečném řezu, obr. 3 příčný řez v místě spojení a obr. 4 schématické znázornění způsobu výroby tohoto hřídele.An exemplary embodiment of the invention is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a shaft in partial section, Fig. 2 a detail of the connection of a part of a shaft in partial section, Fig. 3 a cross-section at the joint and Fig.

Hřídel je tvořen kompozitovou trubkovou částí 1 a kovovými díly 2.» které se nacházejí svými spojovacími konci uvnitř kompozitové trubkové části 1. Vyčnívající konce kovových dílů 2 z kompozitové trubkové části 1 slouží k připojení neznázorněných součástí pro přenos kroutícího momentu, například kloubů. Kompozitová trubková část 2The shaft consists of a composite tubular part 1 and metal parts 2. » which are located with their connecting ends inside the composite pipe part 1. The projecting ends of the metal parts 2 from the composite pipe part 1 serve to connect torque transmission components (not shown), for example joints. Composite pipe part 2

CS 276659 B6 je tvořena plastem s výztužnými vlákny £·CS 276659 B6 is made of plastic with reinforcing fibers £ ·

SiJojení kovových dílů 2 ³ kompozitovou trubkovou částí 2 je uskutečněno pomocí ozubů 4. vytvořených na spojovacích koncích kovových dílů 2 ve směru jejich obvodů vedle sebe. Tyto ozuby £ procházejí stěnou střední kompozitové trubkové části 1. Výztužná vlákna 2» probíhající mezi kovovými díly £, procházejí mezerami 2 mezi ozuby 2 ^a kolem vnějších čel ozubů 2· Pro lepší zachycení výztužných vláken 2 na ozubech 2 mají ozuby 2 ve směru od povrchu kovových dílů 2 zvětšující se šířků. Přitom je výhodné, když šířka mezery 2 mezi ozuby 4 zůstává v uvedeném směru konstantní.The connection of the metal parts 2 ^{3 by the} composite tubular part 2 is effected by means of teeth 4 formed at the connecting ends of the metal parts 2 in the direction of their circumferences next to each other. These teeth 6 pass through the wall of the central composite tubular part 1. The reinforcing fibers 2 extending between the metal parts 6 pass through the gaps 2 between the teeth 2 ^and around the outer faces of the teeth 2. For better grip of the reinforcing fibers 2 on the teeth 2 metal parts 2 increasing widths. In this case, it is advantageous if the width of the gap 2 between the teeth 4 remains constant in said direction.

Z hlediska zlepšení spoje kompozitové trubkové části 2 ³ kovovými koncovými díly 2 je vhodné obepnout kompozitovou trubkovou část 1 v oblasti ozubů 2 krycí vrstvou z kompozitu (nezakresleno). výztužná vlákna v kompozitu krycí vrstvy probíhají v obvodovém směru střední kompozitové trubkové části 1.From the point of view of improving the connection of the composite pipe part 2 ³ with the metal end parts 2, it is suitable to surround the composite pipe part 1 in the region of the teeth 2 with a covering layer of composite (not shown). the reinforcing fibers in the composite of the cover layer extend in the circumferential direction of the middle composite tubular part 1.

Ozuby 2 slouží dvěma účelům. Prvním je vytvoření polární plochy při navíjení výztužných vláken 3, tj. plochy, kolem níž výztužná vlákna 2 mění, svůj směr. Jde o vnější čela ozubů 2, která jsou při změně smyslu posuvu suportu £ ovíjena pramencem výztužných vláken 2· Druhým účelem je přenos kroutícího momentu mezi kovovými díly 2 ^a kompozitovou trubkovou částí 2·Teeth 2 serve two purposes. The first is the formation of a polar surface during the winding of the reinforcing fibers 3, i.e. the surface around which the reinforcing fibers 2 change their direction. These are the outer faces of the teeth 2, which are wrapped by a strand of reinforcing fibers 2 when the direction of movement of the support £ is changed. The second purpose is to transmit torque between the metal parts 2 ^{and the} composite tubular part 2.

Hřídel se vyrábí, navíjením pramence výztužných vláken 2 nasyceného pryskyřicí na trn £, na jehož koncích jsou v požadované vzdálenosti upevněny pomocí stavěčích šroubů 7 kovové' díly £ s ozuby 2· Trn £ s kovovými díly 2 je upnut v navíjecím stroji, a to na jedné straně pomocí upínacího zařízení 22» na druhé straně pomocí opěrného dílu 12 a hrotu 22· Pramenec výztužných vláken 2 nasycený pryskyřicí vychází z nástavce £, který je uložen na suportu £ navíjecího stroje. Suport £ je posuvný v obou směrech podál podélné osy 13 trnu £.The shaft is manufactured by winding a strand of resin-saturated reinforcing fibers 2 on a mandrel 6, at the ends of which metal parts 6 with teeth 2 are fastened at the required distance by means of adjusting screws 7. The mandrel 6 with metal parts 2 is clamped in a winding machine on on the one hand by means of a clamping device 22 »on the other hand by means of a support part 12 and a point 22. The resin-saturated strand of reinforcing fibers 2 emerges from an extension 6 which is mounted on the support 6 of the winding machine. The support £ is slidable in both directions along the longitudinal axis 13 of the mandrel £.

Vlastní navíjení začíná tím, že pramenec výztužných vláken £ ^ss uchytí k jednomu z ozubů £. Poté se současně začne kolem podélné osy 13 otáčet trn £ a posouvat suport 8 ve směru podélné osy 13 k protilehlému kovovému dílu £. Poměr mezi rychlostí otáčení trnu £ kolem podélné osy 13 a rychlostí posuvu suportu £ ve směru podélné osy 13 určuje úhel návinu. Velikost úhlu· návinu musí být volena tak, aby nástavec £ se po posuvuk protilehlému kovovému dílu 2 dostal do mezery 5 mezi ozuby £·The winding itself begins by attaching a strand of reinforcing fibers £ ^ss to one of the teeth £. Then, at the same time, the mandrel 6 starts to rotate about the longitudinal axis 13 and the slide 8 starts to move in the direction of the longitudinal axis 13 towards the opposite metal part 6. The ratio between the speed of rotation of the mandrel £ about the longitudinal axis 13 and the speed of movement of the support £ in the direction of the longitudinal axis 13 determines the winding angle. The size of the winding angle · must be chosen so that the extension £ enters the gap 5 between the teeth £ · after sliding against the opposite metal part 2.

Po proběhnutí nástavce £ mezerou £ mezi ozuby £ a tím uložen?/ pramence výztužných vláken £, se posuv suportu 3 s nástavcem £ zastaví na dobu potřebnou pro pootočení trnu £ do polohy, v níž se nástavec £ nachází proti další mezeře 5, a poté se suport £ zněna posouvat v opačném směru, tj. zpět k prvnímu kovovému dílu 2. Po proběhnutí mezerou £ mezi ozuby £ na tomto kovovém dílu 2 se celý postup opakuje.After passing through the extension £ through the gap £ between the teeth £ and thus accommodating the strand of reinforcing fibers £, the movement of the support 3 with the extension £ is stopped for the time required to rotate the mandrel £ to the position in which the extension £ is opposite the next gap 5, and then the slide is moved to move in the opposite direction, i.e. back to the first metal part 2. After passing through the gap e between the teeth £ on this metal part 2, the whole procedure is repeated.

Po navinutí potřebné tlouštky stěny kompozitové trubkové části 1, která je však omezena výškou ozubů 2» se takto vzniklý polotovar vyjme z navíjecího stroje a vytvrdí se podle použitého kompozitního materiálu, například při zvýšené teplotě. Poté se vyjme trn £. Aby jeho vyjmutí bylo snazší, používá se trn £ složený ze dvou částí, jejichž dělicí rovina 14 je různoběžná s podélnou osou 13 trnu £ a protíná základny trnu £.After winding the required wall thickness of the composite tubular part 1, which is, however, limited by the height of the teeth 2 », the thus formed blank is removed from the winding machine and hardened according to the composite material used, for example at elevated temperature. Then the mandrel £ is removed. To make it easier to remove, a mandrel £ is used consisting of two parts, the dividing plane 14 of which is parallel to the longitudinal axis 13 of the mandrel £ and intersects the bases of the mandrel £.

Postupový faktor při navíjení kompozitové trubkové části 2 ^se určí v závislosti na počtu ozubů 4 a šířce mezer £ mezi ozuby £. Čím je větší- počet ozubů £ a menší šířkaThe progress factor in winding the composite tubular part 2 ^is determined depending on the number of teeth 4 and the width of the gaps £ between the teeth £. The larger the number of teeth £ and the smaller the width

3.3.

CS 27GÚ69 B6 mezer £, tin je menší postupový faktor. Takto vzniklý křížový návin o úhlu návinu je výhodný z hlediska pevnosti v krutu.CS 27GÚ69 B6 gaps £, tin is a smaller progress factor. The resulting cross-winding with a winding angle is advantageous in terms of torsional strength.

Při navíjení je možno vytvořit část kompozitovó trubkové části £ s nulovým úhlem «Λ návinu, kdy je pominut postupový faktor. Pramenec výztužných vláken £ prochází rovnoběžně c podélnou osou 13 trnu £ mezi mezerami 5 protilehlých kovových dílů 2. Při navíjení to znamená, že při pohybu suportu 8 je zastaveno otáčení trnu £. Trn £ se pootáčí teprve po zastavení suportu £ v koncových polohách o úhel, kdy nástavec £ přejde do oblasti další mezery £ mezi ozuby £. Vrstva s nulovým úhlem cA- návinu je výhodná •proto, že se vyznačuje maximálním modulem pružnosti v tahu v podélném směru.During winding, it is possible to form a part of the composite tubular part £ with a zero winding angle «, when the progress factor is omitted. The strand of reinforcing fibers 6 passes parallel to the longitudinal axis 13 of the mandrel 6 between the gaps 5 of the opposite metal parts 2. During winding, this means that the rotation of the mandrel 6 is stopped during the movement of the support 8. The mandrel £ is rotated only after stopping the support £ in the end positions by an angle at which the extension £ moves into the area of the next gap £ between the teeth £. The layer with zero angle cA-coil is advantageous because it is characterized by a maximum modulus of elasticity in tension in the longitudinal direction.

Claims

PATE Η T 0 V É N Á R 0 K Y

The first shaft comprising a composite tubular part formed of plastic with reinforcing fibers and the metal parts associated with the composite tubular portion, said metal parts are located inside their coupling end of the composite tubular part and the coupling end mají.na surface in the circumferential ^direction: side by side provided with claws, characterized in that the teeth (4) pass through the wall of the composite tubular part (1), the reinforcing fibers (3) of which extend between the connecting ends of the metal parts (2) and pass through the gaps (5) between the teeth (4) and around their outer front

Shaft according to Claim 1, characterized in that the reinforcing fibers (3) extend between the connecting ends of the metal parts (2) in helices.

Shaft according to claim 1, characterized in that at least some of the reinforcing fibers (3) extend between the connecting ends of the metal parts (2) in the helices and the rest parallel to the longitudinal axis of the shaft. ,