KR100253456B1 - Composite Shaft of Low Vibration and Manufacture - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선박이나 차량 등에 사용될 수 있는 복합 추진축에 관한 것으로서, 무게가 가볍고 견고하며 특히 접합부의 이음새 부분에서 접착층에 의한 크랙이 발생하지 않도록 한 저진동 복합 추진축과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite propulsion shaft that can be used in ships or vehicles, etc., and relates to a low vibration composite propulsion shaft and a method of manufacturing the same, which is light in weight and robust, and in particular, so that no crack is caused by the adhesive layer at the joint portion of the joint.
선박이나 차량에서 추진력을 일으키는 추진축은 기관의 동력을 스크류나 차륜으로 전달시키는 부재이다.A propulsion shaft that generates propulsion in ships or vehicles is a member that transmits engine power to screws or wheels.
선박에서 행해지고 있는 추진축의 설치 구조를 도 3에 따라 설명하면 스크류(2)와 기관실(4) 사이의 거리는 상당히 떨어져 있기 때문에 추진축(6)은 양단부에 플랜지가 달린 몇 개의 부재로 분할 형성되어서 선저부에 마련된 축로(shaft tunnel)를 따라 배치된다. 상기 플랜지는 차량용 추진축에서 유니버설 조인트로 바뀐다.Referring to FIG. 3, the
일반적인 추진축(6)의 소재는 금속으로 되어 있으나 이것은 질량이 높아 큰 우력을 일으키는 문제점이 있어서 새로운 소재를 도입하려는 연구가 꾸준하게 행해지고 있다. 새로운 추진축 소재로는 글라스 또는 탄소 섬유 복합재가 알려져 있고 이것은 가벼우면서도 기계적 강도가 우수하여 큰 토크를 진동 없이 일으켜야 하는 추진축의 특성을 가장 만족시키는 것으로 평가되고 있다. 그러나 글라스 또는 탄소 섬유 복합재는 주지된 바와 같이 성형성이 좋지 않아서 추진축으로 성형하는 경우에 플랜지를 일체로 부여할 수 없게 된다.In general, the material of the
이 때문에 글라스 또는 탄소 섬유 복합재를 이용한 저진동 추진축은 양단부의 플랜지를 강재로 성형하고 중간의 튜브상부재를 글라스 또는 탄소 섬유 복합재(이하 튜브상부재로 통칭함)로 성형하여 일체로 접합시키는 구성으로 하고 있다.For this reason, the low vibration propulsion shaft using glass or carbon fiber composite material is formed by forming flanges at both ends of steel material and joining them integrally by forming an intermediate tubular member from glass or carbon fiber composite material (hereinafter referred to as tubular member). have.
접합 방식은 일본국 공개특허 평성 6-10940호에 개시되어 있는 바와 같이 튜브상부재의 외주면에 구멍을 뚫고 볼트나 리벳 등의 체결요소를 삽입하여 플랜지 또는 유니버설 조인트와 연결시키고, 다시 체결요소의 외주면을 금속링으로 피복 보호하여 응력의 집중이 발생되지 않게 하는 것과, 영국 특허 제2,127,938호에 개시된 바와 같이 플랜지의 축 접합부 외주면에 도포되는 접착층으로 글라스 비드를 첨가시켜서 플랜지와 튜브상부재의 접합부 간격이 일정하게 유지되도록 하는 것이 알려져 있다.Joining method, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-10940, drills a hole in the outer circumferential surface of the tubular member, inserts a fastening element such as a bolt or rivet, and connects it with a flange or a universal joint, and again, the outer circumferential surface of the fastening element Is coated with a metal ring to prevent stress concentration, and glass beads are added to the adhesive layer applied to the outer circumferential surface of the shaft joint as disclosed in British Patent No. 2,127,938, so that the gap between the flange and the tubular member is increased. It is known to keep it constant.
이러한 방식에서 전자는 체결요소가 비록 금속링에 피복 보호되어 있다고 하지만 이것이 끼워진 구멍이나 커팅 에지 등에 하중이 집중하여 점차로 구멍이 넓혀지면서 크랙이 생기고, 이 크랙은 점차 확산되어 튜브상부재의 파손으로 이어지는 결과를 낳게 되고 또한 조립 수공이 복잡하다. 후자는 접합 시에 튜브상부재를 원주 방향으로 비틀어 돌리면서 삽입해야 하고 이 과정에서 접착층의 글라스 비드는 미끄러지면서 접착층의 불연속부를 형성하므로 접착력이 저하되고, 불연속부의 경계는 주변 온도 변화에 따른 접착층의 반복적 신축과, 추진축이 회전과 정지를 반복하여 발생하는 스트레스의 영향을 받아 플랜지의 축 접합부에서 차츰 박리 되면서 일부 떨어져 나온 접착층 파편이 금속제 플랜지의 표면과 마찰을 일으켜 손상시키게 되며, 그 정도가 심해지면 금속제 플랜지의 접합면에서 녹이 발생하여 박리 되는 문제점이 있다.In this way, although the fastening element is covered and protected by the metal ring, the load is concentrated on the inserted hole or the cutting edge, so that the hole is gradually widened, and the crack is gradually diffused, leading to breakage of the tubular member. The result is also complicated to assemble. The latter should be inserted while twisting the tubular member in the circumferential direction at the time of joining. In this process, the glass beads of the adhesive layer slide and form discontinuities of the adhesive layer. Under the influence of repetitive stretching and the stress caused by repeated rotation and stoppage, the adhesive layer fragments, which are partially peeled off from the shaft joint of the flange, are rubbed and damaged by the surface of the metal flange. There is a problem that rust is generated and peeled off at the joint surface of the metal flange.
본 발명의 목적은 금속제 플랜지와 튜브상부재 사이를 접합시킨 구조의 저진동 추진축에서 볼 수 있는 문제점을 해결하려는 것으로서, 금속제 플랜지와 튜브상부재 사이가 정확하게 동심상으로 연결되고 축 접합부의 접착층에 기포나 미접합부가 생기지 않게 한 저진동 복합 추진축을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems seen in the low vibration propulsion shaft of a structure in which a metal flange and a tubular member are joined to each other, and the metal flange and the tubular member are exactly concentrically connected to each other. It is to provide a low vibration composite propulsion shaft that prevents unbonded parts.
본 발명의 다른 목적은 금속제 플랜지의 외주로 튜브상부재를 삽입 연결시키는 것에 의해 동심상으로 접합되고, 접착층에 기포나 미접합부가 함유되지 않게 할 수 있는 저진동 복합 추진축의 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a low vibration composite propulsion shaft which can be concentrically joined by inserting and connecting a tubular member to the outer circumference of a metal flange, so that bubbles or unbonded portions are not contained in the adhesive layer.
상기의 목적을 구현하는 본 발명은 글라스 또는 탄소 섬유 복합재로 된 튜브상부재와, 선단부가 테퍼로 형성되고 외주 소정 개소에 일체로 혹은 고정 부착된 스페이서를 보유하고 있으며 축방향에 따라 소정의 거리를 두고 1쌍의 주입공이 대칭상으로 형성된 축 접합부를 중심축으로 하는 금속제 플랜지와, 상기 축 접합부의 외주면에 고정 부착되는 링체로 이루어지고 상기 튜브상부재의 내주면과 축 접합부의 외주면 사이는 상기 주입공을 통해 강제 주입된 접착층에 의해 일체로 접합되는 구성으로 된다.The present invention for realizing the above object has a tube-like member made of glass or carbon fiber composite, and a tip end portion formed with a taper and having a spacer integrally or fixedly attached to a predetermined portion of the outer periphery, and having a predetermined distance along the axial direction. And a pair of injection holes formed of symmetrically formed shaft joints with a metal flange as a central axis, and a ring body fixedly attached to an outer circumferential surface of the shaft joint, and between the inner circumferential surface of the tubular member and the outer circumferential surface of the shaft joint. It becomes a structure which is integrally joined by the contact bonding layer forcibly injected through.
이와 같은 구성의 본 발명은 상기 스페이서와 링체에 의해 플랜지와 튜브상부재의 사이로 형성되는 간격이 외주 전체에 걸쳐 균일하면서 동심상으로 정확하게 일치되는 폐쇄 공간으로 형성되고, 축 접합부의 주입공을 통해 강제 주입되는 접착층은 내부에 기포나 미접합부가 포함되지 않는 양호한 상태로 상기 플랜지와 튜브상부재 사이를 접합시켜 주게 된다.The present invention of such a configuration is formed by the spacer and the ring body formed between the flange and the tubular member is formed in a closed space that is uniformly and concentrically matched throughout the outer circumference, and is forced through the injection hole of the shaft joint The injected adhesive layer joins between the flange and the tubular member in a good state in which bubbles or unbonded parts are not included therein.
또, 본 발명의 제조 방법은 금속제 플랜지의 축 접합부에 튜브상부재를 끼워 맞춰서 스페이서와 링체에 의해 간격이 일정하게 유지되고 폐쇄된 공간이 형성되게 하는 공정과, 상기 축 접합부의 주입공을 통해 접착제를 주입하여 상기 튜브상부재와의 사이 공간으로 접착층이 충전되게 하고 열처리하여 상기 접착층이 고착되게 하는 공정으로 행해진다.In addition, the manufacturing method of the present invention is a step of fitting the tubular member to the shaft joint portion of the metal flange to maintain a constant space between the spacer and the ring body to form a closed space, and adhesive through the injection hole of the shaft joint portion Is injected into the space between the tubular member and the heat treatment is performed to fix the adhesive layer.
상기 축방향에 따른 상대적 이동 시에 스페이서는 축 접합부의 선단측 테퍼에 의해 안내되어 간편하게 동심상으로 조합되면서 링체에 의해 폐쇄된 공간을 형성하게 되고, 접착층은 한쪽 주입공을 통해 주입되어 다른쪽 주입공으로 일부가 누출될 때 강제 주입됨에 따라 내부에 기포나 미접합부가 존재하지 않는 상태로 상기 튜브상부재와 플랜지 사이를 접합시켜 주게 된다.In the relative movement along the axial direction, the spacer is guided by the tip-side taper of the shaft joint and is easily concentrically combined to form a closed space by the ring body, and the adhesive layer is injected through one injection hole to inject the other. As a part is leaked into the ball is forcedly injected to join the tubular member and the flange in a state in which there are no bubbles or unbonded parts therein.
본 발명에서 접착층은 에폭시계, 우레탄계, 폴리에스터계, 시아노아크릴계, 비닐 에스테르계가 적합하다.In the present invention, the adhesive layer is preferably epoxy, urethane, polyester, cyanoacrylic or vinyl ester.
도 1은 본 발명에 관련된 저진동 추진축의 구성을 나타내는 측단면도.1 is a side cross-sectional view showing the configuration of a low vibration propulsion shaft according to the present invention.
도 2는 도 1의 화살표 Ⅱ방향으로 본 측면도.FIG. 2 is a side view seen in the direction of arrow II of FIG. 1; FIG.
도 3은 본 발명에 관련된 저진동 추진축의 제조 예를 설명하기 위한 조립 전의 상태도.3 is a state diagram before assembling for explaining a production example of a low vibration propulsion shaft according to the present invention;
도 4는 선박에 있어서의 스크류와 그 추진축의 배치 관계를 도시하는 개략측 단면도.4 is a schematic side cross-sectional view showing an arrangement relationship between a screw and a propulsion shaft thereof in a ship.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 플랜지 12 : 축 접합부10
14 : 튜브상부재 16 : 접착층14 tube-
18 : 주입공 20 : 스페이서18: injection hole 20: spacer
22 : 링체22: ring body
상술한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.Preferred embodiments of the present invention described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 관련된 저진동 추진축의 구성을 도시하는 측단면도로서, 부호 10은 중심에 중공상의 축 접합부(12)를 가지는 플랜지이다. 이 플랜지(10)의 축 접합부(12) 외주에는 튜브상부재(14)가 삽입 연결되는 바, 이들 사이는 상기 축 접합부(12)의 외주면으로 도포되는 접착층(16)에 의해 일체로 고착된다.1 is a side cross-sectional view showing the configuration of a low vibration propulsion shaft according to the present invention, wherein
또, 상기 축 접합부(12)의 선단은 테퍼로 형성되고 그 주면에는 1쌍의 주입공(18)이 뚫려져 있으며, 이들 주입공(18)과 비일치되는 지점으로 더 상세하게는 플랜지(10)에 인접하는 위치로 스페이서(20)가 설치된다. 상기 주입공(18)은 축 접합부(12)의 축방향에 따른 일정의 간격을 두고 대칭상으로 설치되는 것이고, 상기 스페이서(20)는 축 접합부(12)와 일체로 또는 별개로 제조되어 소정 개소에 고정 부착되는 것이다.In addition, the tip of the
스페이서(20)를 별개로 제작하여 부착하는 경우에 재질은 엔지니어링 플라스틱이 적합하다.In the case where the
한편, 상기 축 접합부(12)의 선단측 외주면에는 링체(22)가 삽입 고정된다.On the other hand, the
링체(22)는 축 접합부(12)와 튜브상부재(14) 사이에 형성되는 간격을 폐쇄하여 외부와 격리된 공간을 정의하여 준다.The
이러한 구성에서 상기 축 접합부(12)와 튜브상부재(14) 사이로 개재되는 접착층(16)은 주입공(18)을 통해 충전되어서 도 2로 나타낸 바와 같이 상기 플랜지(10)와 튜브상부재(14)를 일체로 접합시켜 준다.In this configuration, the
본 발명에 관련된 저진동 추진축은 상기의 구조에 의해 플랜지(10)와 튜브상부재(14)가 축방향으로 결합될 때에 스페이서(20)와 링체(22)의 작용으로 정확하게 동축 연결되고, 또 접착층(16)은 웨지링(22)에 의해 폐쇄된 공간으로 강제 주입되는 것이므로 내부에 기포나 미접합부를 포함하지 않게 되어 그 일부가 박리 되거나 하는 일이 없게 된다.The low vibration propulsion shaft according to the present invention is precisely coaxially connected by the action of the
도 3은 본 발명에 관련된 저진동 추진축의 제조 예를 도시하는 공정도이다.3 is a process chart showing a production example of a low vibration propulsion shaft according to the present invention.
본 발명의 제조 방법은 스페이서(20)가 일체로 혹은 별도 제조되어 축 접합부 (12)의 외주 소정 개소에 설치된 플랜지(10)의 상기 축 접합부(12) 외주 선단측으로 링체(22)를 삽입 고정시킨 다음 상기 축 접합부(12)에 튜브상부재(14)를 끼워 맞춰 스페이서(20)와 링체(22)로 정의되는 폐쇄 공간이 형성되게 하는 공정과, 상기 축 접합부(12)의 한쪽 주입공(18)으로 접착제를 강제 주입하여 다른쪽 주입공으로 일부가 누출될 때까지 주입시켜서 내부에 기포나 미접합부가 생기지 않도록 접착층(16)을 충전하고 열처리하여 경화시키는 공정으로 행해진다.In the manufacturing method of the present invention, the
또, 접착층(16)은 본 발명에서 에폭시계, 우레탄계, 폴리에스터계, 시아노아크릴계, 비닐 에스테르계 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 복합되게 도포할 수 있고, 또 상기 플랜지(10)와 튜브상부재(14)의 상대적 이동은 어느 한쪽의 이동 혹은 양쪽 모두의 동시 이동으로 행해질 수 있다.In addition, in the present invention, the
이상 설명한 본 발명은 플랜지의 축 접합부와 튜브상부재 사이의 간격이 원주면에 걸쳐 균일하게 형성됨으로써 정확하게 동심상으로 연결되는 효과가 있고, 또 플랜지의 축 접합부와 튜브상부재 사이의 간격으로 충전 형성되는 접착층은 강제 주입됨으로써 내부에 기포나 미접합부를 포함하지 않게 되어 상기 플랜지와 튜브상부재 사이의 접착력이 최상으로 되는 효과가 있고, 더 나아가 장기간 사용하여도 크랙 등이 발생하지 않아 사용 수명도 연장되는 효과와, 그리고 접합을 행하는 공정이 종래의 방법과 차이가 없는 간단한 방식이므로 생산성도 좋고 특수한 설비를 요하지 않아 실시에 비용이 들지 않게 되는 효과를 가지고 있다.The present invention described above has the effect that the spacing between the axial joint of the flange and the tubular member is formed uniformly over the circumferential surface so that it is accurately concentrically connected, and the filling is formed at the interval between the axial joint of the flange and the tubular member. Since the adhesive layer is forcedly injected, it does not include bubbles or unbonded parts therein, so that the adhesive force between the flange and the tubular member is best, and furthermore, the crack does not occur even after long-term use, thereby extending the service life. The effect is that the process of joining and the process of joining is a simple method that does not differ from the conventional method, so that the productivity is good and no special equipment is required, and thus the cost is not incurred.
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