KR100828806B1 - Manufacturing method for hybrid driveshaft of vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일방향 섬유강화 복합재료, 직물형 섬유강화 복합재료, 직물형 탄소섬유 복합재료를 사용하여 중공형 하이브리드 드라이브샤프트를 제조함으로써, 내부가 꽉 찬(Solid type) 하이브리드 드라이브샤프트에 비해 무게가 가볍고 사용재료의 효율성이 우수하며 출력이 향상된 우수한 성능을 가질 수 있도록 한 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a hybrid drive shaft for an automobile, and more particularly, by manufacturing a hollow hybrid drive shaft by using a unidirectional fiber reinforced composite material, a fabric type fiber reinforced composite material, and a fabric type carbon fiber composite material. The present invention relates to a method for manufacturing a hybrid drive shaft for an automobile, which is lighter in weight than a solid type hybrid drive shaft, has excellent efficiency of materials, and has improved output.

이를 위해 본 발명은 길이 방향 강성을 강화하기 위하여 샤프트 내부에 일방향 복합재료를 가공하는 단계와; 내부 복합재료의 배향각도를 결정하는 단계와; 중간부의 직물형 복합재료를 가공하는 단계와; 중간부 복합재료의 배향각도를 결정하는 단계와; 외부 복합재료를 가공하는 단계와; 외부 복합재료의 배향각도를 결정하는 단계와; 중간부 및 외부의 두께를 결정하는 단계와; 각 층별 복합재료를 접합하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합재료로 구성된 중공형 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법을 제공한다.To this end, the present invention comprises the steps of processing a one-way composite material inside the shaft to enhance longitudinal stiffness; Determining an orientation angle of the inner composite material; Processing the intermediate fabric type composite material; Determining an orientation angle of the intermediate composite material; Processing the outer composite material; Determining an orientation angle of the outer composite material; Determining the thickness of the middle and the outside; It provides a method of manufacturing a hollow hybrid drive shaft composed of a composite material comprising the step of bonding the composite material for each layer.

중공형, 하이브리드 드라이브샤프트, 일방향 섬유강화 복합재료, 직물형 섬유강화 복합재료, 동시경화 접합방법, 복합재료 프리프레그 성형법, 배향각도  Hollow, Hybrid Drive Shaft, Unidirectional Fiber Reinforced Composite, Fabric Fiber Reinforced Composite, Simultaneous Bonding Method, Composite Prepreg Forming Method, Orientation Angle

Description

자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법{Manufacturing method for hybrid driveshaft of vehicle}Manufacturing method for hybrid driveshaft of vehicle

도 1은 본 발명에 따른 드라이브샤프트의 구조를 설명하는 개략도이고,1 is a schematic diagram illustrating the structure of a drive shaft according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 중공형 하이브리드 드라이브샤프트의 단면의 구성을 보여주는 개략도이고,2 is a schematic view showing the configuration of a cross section of a hollow hybrid drive shaft according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 일방향 섬유강화 복합재료의 배향각도에 따른 강성의 변화 예를 보여주는 그래프이고,3 is a graph showing an example of the change in rigidity according to the orientation angle of the unidirectional fiber-reinforced composite material according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 일방향 섬유강화 복합재료의 배향각도에 따른 전단강도의 변화 예를 보여주는 그래프이고,Figure 4 is a graph showing an example of the change in shear strength according to the orientation angle of the unidirectional fiber-reinforced composite material according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 직물형 섬유강화 복합재료의 배향각도에 따른 강성의 변화 예를 보여주는 그래프이고,5 is a graph showing an example of the change in rigidity according to the orientation angle of the fabric-type fiber-reinforced composite material according to the present invention,

도 6은 본 발명에 따른 직물형 섬유강화 복합재료의 두께에 따른 비틀림 하중 지지능력의 변화 예를 보여주는 그래프이고,6 is a graph showing an example of a change in the torsional load bearing capacity according to the thickness of the textile-type fiber reinforced composite material according to the present invention,

도 7은 본 발명에 따른 중간부 및 외부의 직물형 섬유강화 복합재료의 두께에 따른 비틀림 하중을 나타내는 그래프이고,7 is a graph showing the torsional load according to the thickness of the intermediate and outer fabric-type fiber-reinforced composite material according to the present invention,

도 8은 중공형 하이브리드 복합재료 드라이브샤프트의 제조에 사용될 맨드럴 의 형태를 나타내는 사시도이며,8 is a perspective view showing the shape of the mandrel to be used in the manufacture of a hollow hybrid composite drive shaft,

도 9는 도 8의 맨드럴 주위로 프리프레그를 감아 성형하는 과정을 설명하는 단면도이다.FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a process of winding a prepreg around the mandrel of FIG. 8.

본 발명은 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일방향 섬유강화 복합재료, 직물형 섬유강화 복합재료, 직물형 탄소섬유 복합재료를 사용하여 중공형 하이브리드 드라이브샤프트를 제조함으로써, 내부가 꽉 찬(Solid type) 하이브리드 드라이브샤프트에 비해 무게가 가볍고 사용재료의 효율성이 우수하며 출력이 향상된 우수한 성능을 가질 수 있도록 한 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a hybrid drive shaft for an automobile, and more particularly, by manufacturing a hollow hybrid drive shaft by using a unidirectional fiber reinforced composite material, a fabric type fiber reinforced composite material, and a fabric type carbon fiber composite material. The present invention relates to a method for manufacturing a hybrid drive shaft for an automobile, which is lighter in weight than a solid type hybrid drive shaft, has excellent efficiency of materials, and has improved output.

현재, 항공기 분야에서는 기계적 특성이 우수한 일방향 섬유강화 복합재료를 많이 사용하고 있고, 최근 자동차 분야에서도 활용도를 높이고 있으나, 직물형 섬유강화 복합재료에 관해서는 자동차 외장재에 응용하기 위해 기본적인 물성 연구와 성형 가능성에 관한 연구를 진행하고 있는 데 그치고 있다.Currently, the aviation field uses many one-way fiber-reinforced composites with excellent mechanical properties, and has recently been increasing its utilization in the automotive field, but the basic physical properties research and forming possibilities for textile-reinforced composites are applied to automotive exterior materials. We are only doing research on.

그 동안 알려진 연구 성과를 정리해 볼 때, 직물형 섬유강화 복합재료의 3차원 물성 특성은 일방향 섬유강화 복합재료에 비해 매우 뛰어나 앞으로 자동차 부품에 있어서 외장 부품뿐 아니라, 하중을 지지 및 전달하는 부품에까지 사용이 확대 될 전망이다. In summary, the three-dimensional properties of fabric-reinforced composites are much better than those of unidirectional fiber-reinforced composites, which can be used not only for exterior parts but also for supporting and transferring loads. This is expected to expand.

속이 비어 있는 중공형 샤프트의 경우 비틀림 하중의 전달 메커니즘을 고려해 볼 때 속이 꽉 찬 구조에 비해 재료의 효율성이 높을 뿐 아니라, 굽힘 하중을 받는 구조에 있어서도 효율성이 뛰어나 많은 자동차 부품에서 활용되고 있다.Hollow hollow shafts are used in many automotive parts because of their high efficiency in bending and load-bearing structures, as well as the higher efficiency of materials compared to solid structures.

자동차의 엔진에서 발생된 구동력이 트랜스미션(Transmission)을 거쳐 휠에 전달되는 과정에 있어서 비틀림 작용을 통하여 구동력이 전달되므로, 부품을 구성하고 있는 재료의 3차원 전단 물성의 특성이 매우 중요한 것으로 알려져 있다.In the process of transmitting the driving force generated from the engine of the vehicle to the wheel through the transmission (Transmission), the driving force is transmitted through the torsion action, it is known that the characteristics of the three-dimensional shear properties of the material constituting the component is very important.

따라서, 진동 및 소음 특성이 우수할 뿐만 아니라 설계 과정에 있어서도 배향 각도 조절을 통하여 부품의 기계적 특성을 조절할 수 있는 여지가 많은 복합재료가 많이 사용되지만, 일방향 복합재료는 3차원 물성이 좋지 않은 데 비해 직물형 복합재료는 3차원 물성이 뛰어나 자동차의 구동력 전달 부품에 사용하면 유리하다. Therefore, not only the vibration and noise characteristics are excellent, but also a lot of composite materials that can control the mechanical properties of the parts through the adjustment of the orientation angle are used in the design process, but the one-way composite materials have poor 3D properties. Fabric-type composite materials have excellent three-dimensional properties and are advantageous for use in driving force transmission parts of automobiles.

이에, 비강성, 비강도를 비롯한 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라 소음 및 진동특성이 우수하고 3차원 물성이 뛰어난 직물형 섬유강화 복합재료를 트랜스미션으로부터 휠로 구동력을 전달하는 기능을 하는 드라이브샤프트에 응용하는 방법을 제시하고자 한다. Therefore, it is not only excellent in mechanical properties including specific rigidity and specific strength, but also excellent in noise and vibration characteristics, and the application of textile fiber reinforced composite materials with excellent three-dimensional properties to drive shafts that transmits driving force from the transmission to the wheels. I would like to present a method.

기존에 복합재료를 이용한 구동력 전달에 관한 연구 및 생산 이력은 복합재료를 이용한 프로펠러 샤프트에 관한 연구 및 응용이 있었으나, 드라이브샤프트의 복합재료화 연구는 전무한 상태이며, 강철재료를 이용한 중공형 드라이브샤프트는 양산한 예가 있으나, 복합재료를 이용한 중공형 하이브리드 드라이브샤프트에 관한 연구는 없으므로, 자동차 산업 기술 선도에 있어 중요한 위치에 있다.Previously, the research and production history of driving force transmission using composite materials had been studied and applied to propeller shafts using composite materials. However, there have been no studies on composite materials of drive shafts, and hollow drive shafts using steel materials Although there are examples of mass production, there is no research on hollow hybrid drive shafts using composite materials, which is an important position in leading the automotive industry.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 비강성, 비강도를 비롯한 기계적 특성이 우수할 뿐 아니라 소음, 진동 특성, 3차원 기계적 물성이 우수한 직물형 섬유강화 복합재료를 구동력 전달을 수행하는 중공형 하이브리드 드라이브샤프트의 설계에 응용하는 것으로서, 샤프트의 내부는 속이 비어 있고 내부는 길이 방향의 강성과 강도를 보강하기 위해 일방향 섬유강화 복합재료를 사용하고, 중간부는 드라이브샤프트가 지녀야 할 비틀림 강성 및 강도를 확보하기 위해 3차원 물성이 우수한 직물형 섬유강화 복합재료를 사용하고, 외부는 생산 현장에서 작업하기에 편리하도록 직물형 탄소섬유 복합재료를 사용하여 자동차의 구동 부품에 가볍고 강성 및 강도가 우수한 재료를 사용함으로써, 연비 및 출력을 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, as well as excellent mechanical properties, including non-stiffness, non-strength, as well as transfer the driving force to the fabric-type fiber reinforced composite material excellent in noise, vibration characteristics, three-dimensional mechanical properties It is applied to the design of the hollow hybrid drive shaft which is hollow inside, the inside of the shaft is hollow, the inside uses unidirectional fiber-reinforced composite material to reinforce longitudinal strength and strength, the middle part is torsional rigidity that the drive shaft must have And fabric type fiber reinforced composite material with excellent three-dimensional properties to secure strength and fabric type carbon fiber composite material for the outside to be convenient for work on the production site. Vehicles that can improve fuel economy and output by using superior materials To provide a method of manufacturing a hybrid drive shaft it is an object.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 내부에 중공부를 형성하기 위해 맨드럴을 사용하는 단계와; 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 내부의 일방향 섬유강화 복합재료를 가공하는 단계와; 상기 일방향 섬유강화 복합재료의 배향각도를 결정하는 단계와; 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 중간부의 직물형 섬유강화 복합재료를 상기 일방향 섬유강화 복합재료에 적층하는 단계와; 상기 중간부의 직물형 섬유강화 복합재료의 배향각도를 결정하는 단계와; 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 외부의 직물형 섬유강화 복합재료를 중간부 직물형 섬유강화 복합재료에 적층하는 단계와; 상기 외부의 직물형 섬유강화 복합재료의 배향각도를 결정하는 단계와; 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트의 중간부 및 외부를 구성하는 직물형 섬유강화 복합재료의 두께를 결정하는 단계와; 상기 각 층별 복합재료의 접합 및 경화를 동시에 수행하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법에 있어서,
상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 내부에 중공부를 형성하기 위해 사용되는 맨드럴의 외주면에 프리프레그로서 테프론 필름을 감아서 가공하는 단계와;
상기 접합 및 경화 단계후, 경화 도중에 흘러나와 드라이브샤프트의 외면에 날카로운 모서리를 형성하는 레진을 가공하여 응력 집중을 줄여주는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법을 제공한다.To achieve the above object, the present invention includes the steps of using a mandrel to form a hollow inside the hollow hybrid drive shaft; Processing the unidirectional fiber-reinforced composite material in the hollow hybrid drive shaft; Determining an orientation angle of the unidirectional fiber reinforced composite material; Stacking the woven fiber reinforced composite material in the middle portion of the hollow hybrid drive shaft in the unidirectional fiber reinforced composite material; Determining an orientation angle of the textile-reinforced composite of the intermediate portion; Stacking the fabric type fiber reinforced composite material outside the hollow hybrid drive shaft on the intermediate fabric type fiber reinforced composite material; Determining an orientation angle of the external textile-type fiber reinforced composite material; Determining a thickness of the woven fiber-reinforced composite material constituting the middle portion and the outside of the hollow hybrid drive shaft; Simultaneously bonding and curing the composite materials for each layer; In the method of manufacturing a hybrid drive shaft for a vehicle, comprising:
Winding and processing a Teflon film as a prepreg on the outer circumferential surface of the mandrel used to form a hollow inside the hollow hybrid drive shaft;
After the bonding and curing step, the resin flows out during hardening to form a sharp edge on the outer surface of the drive shaft to reduce stress concentration;
It provides a method for manufacturing a hybrid drive shaft for a vehicle further comprising a.

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또한, 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 내부의 일방향 섬유강화 복합재료의 배향각도는 0°~15°인 것을 특징으로 한다.In addition, the orientation angle of the one-way fiber-reinforced composite material inside the hollow hybrid drive shaft is characterized in that 0 ° ~ 15 °.

또한, 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 중간부 및 외부의 직물형 섬유강화 복합재료의 배향각도는 45°∼75°인 것을 특징으로 한다.In addition, the orientation angle of the hollow hybrid drive shaft intermediate portion and the outer woven fiber reinforced composite material is characterized in that 45 ° ~ 75 °.

또한, 상기 중공형 하이브리드 복합재료 드라이브샤프트의 동시경화 접합 단계에서 중간부 및 외부 샤프트 두께의 합이 5 ~ 12mm인 것을 특징으로 한다.In addition, the sum of the thickness of the intermediate portion and the outer shaft in the co-curing step of the hollow hybrid composite drive shaft is characterized in that 5 ~ 12mm.

또한, 상기 중공형 하이브리드 복합재료 드라이브샤프트의 동시경화 접합단계에서 맨드럴 주위를 길이에 맞게 재단한 프리프레그를 원주방향으로 내부의 일방향 섬유강화 복합재료, 중간부의 직물형 섬유강화 복합재료 및 외부의 직물형 섬유강화 복합재료의 순으로 감는 것을 특징으로 한다.In addition, the unidirectional fiber-reinforced composite material in the circumferential direction of the prepreg cut to the length around the mandrel in the simultaneous curing bonding step of the hollow hybrid composite drive shaft, the textile fiber-reinforced composite material in the middle portion and the external It is characterized in that the winding of the fabric-type fiber reinforced composite material in order.

또한, 상기 맨드럴은 상기 중공형 하이브리드 복합재료 드라이브샤프트의 중공부에서 분리하기 용이하도록 축방향을 따라 서로 동일한 각도의 경사면을 갖는 상하부로 분리 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the mandrel is characterized in that the separation is formed in the upper and lower portions having inclined surfaces of the same angle with each other along the axial direction so as to be easily separated from the hollow portion of the hollow hybrid composite drive shaft.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 자동차의 엔진으로부터 발생되는 구동력을 트랜스미션을 통하여 휠로 전달하는 역할을 하는 드라이브샤프트(10) 부품의 경량화 제조방법으로, 섬유방향 강성 및 강도가 우수한 일방향 및 직물형 섬유강화 복합재료(11,12,13)를 사용하여 중공형 하이브리드 드라이브샤프트(10)를 설계하는 방법을 제공하는 것으로서, 자동차의 연비 및 출력, 소음 진동특성을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.The present invention is a lightweight manufacturing method of the drive shaft (10) component that serves to transfer the driving force generated from the engine of the vehicle to the wheel through the transmission, one-way and fabric-type fiber reinforced composite material (11, As a method for designing the hollow hybrid drive shaft 10 using the 12, 13), the main point is to improve the fuel economy, output, noise and vibration characteristics of the vehicle.

먼저, 이하에서 사용되는 용어를 다음과 같이 정의한다.First, the terms used below are defined as follows.

1) 용어 '하이브리드'는 드라이브샤프트(10)를 구성하고 있는 재료가 한 종류가 아닌 여러 종류라는 것을 의미한다.1) The term 'hybrid' means that the material constituting the drive shaft 10 is not one but several.

2) 용어 '동시경화'는 두 가지 이상의 재료가 접합될 때 접합공정과 경화공 정이 동시에 수행된다는 것을 의미한다.2) The term 'simultaneous curing' means that the joining process and the hardening process are performed simultaneously when two or more materials are joined.

3) 용어 '배향각도'는 복합재료 내에 함유된 섬유의 배향방향을 가리키는 것으로서, 기준좌표에 대해 경사진 각도를 표시하는 용어이다.3) The term 'orientation angle' refers to the orientation direction of the fibers contained in the composite material, and indicates the angle of inclination with respect to the reference coordinate.

4) 용어 '중공형'은 샤프트 내부를 속이 빈 구조를 가리키는 용어이다.4) The term 'hollow' refers to a hollow structure in the shaft.

5) 용어 '프리프레그 성형법'은 섬유강화 복합재료를 얇은 필름 형태로 가공하여 경화되지 않은 상태로 만들어져 나온 프리프레그를 이용하여 제조하는 공정을 의미한다.5) The term 'prepreg molding method' refers to a process of fabricating a fiber-reinforced composite material using a prepreg made of a thin film in an uncured state.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 드라이브샤프트의 구조를 설명하는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 중공형 하이브리드 드라이브샤프트의 단면의 구성을 보여주는 개략도이다.1 is a schematic view illustrating a structure of a drive shaft according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of a hollow hybrid drive shaft according to the present invention.

본 발명에 따른 중공형 하이브리드 드라이브샤프트(10)는 내부에 중공부가 형성된 튜브형태로서, 내부에 일방향 섬유강화 복합재료(11), 중간부 및 외부에 직물형 섬유강화 복합재료(12,13)가 일정한 두께로 적층형성되어 있다.Hollow type hybrid drive shaft 10 according to the present invention is a tube-formed hollow fiber reinforced composite material 11, the middle portion and the outer fiber-shaped fiber reinforced composite material (12, 13) Laminated to a certain thickness.

상기 중공형 하이브리드 드라이브 샤프트(10)의 내부를 속이 빈 형태 즉, 중공의 형태로 설계하기 위해 복합재료 경화 후 분리 가능한 맨드럴(14)을 사용한다.In order to design the inside of the hollow hybrid drive shaft 10 in a hollow shape, that is, a hollow shape, a mandrel 14 detachable after curing the composite material is used.

도 8에 도시한 바와 같이 상기 맨드럴(14)은 원통형이고, 드라이브샤프트(10)를 경화한 후에 내부의 맨드럴을 분리하기 용이하도록 축방향에서 경사지게 상부(14a)와 하부(14b)로 분리형성되어 있으며, 맨드럴(14)의 상부(14a)와 하부(14b)는 서로 동일한 각도로 경사지며, 서로간의 경사면은 밀착되는 상태가 된다.As shown in FIG. 8, the mandrel 14 is cylindrical and separated into an upper portion 14a and a lower portion 14b inclined in an axial direction so as to easily separate the inner mandrel after curing the drive shaft 10. It is formed, the upper portion 14a and the lower portion 14b of the mandrel 14 are inclined at the same angle to each other, and the inclined surfaces of each other are in close contact with each other.

상부 맨드럴(14a)과 하부 맨드럴(14b) 사이에는 그리이스를 칠하여 분리하기 용이하도록 하는 것이 바람직 하고, 맨드럴(14) 외주면에는 프리프레그(15)(예;테프론 필름)을 감싸서 맨드럴(14)이 분리되기 용이하도록 하며, 프리프레그의 감김횟수는 하이브리드 드라이브 샤프트(10)의 설계된 중공 크기가 작아지지 않는 범위내에서 정해질 수 있다.It is preferable to apply grease between the upper mandrel 14a and the lower mandrel 14b to facilitate separation, and the mandrel 14 is wrapped around the prepreg 15 (eg, Teflon film) on the outer circumferential surface of the mandrel 14. 14) to facilitate separation, and the number of turns of the prepreg may be determined within a range in which the designed hollow size of the hybrid drive shaft 10 does not become small.

바람직하게는, 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트(10)의 안쪽에 사용하는 일방향 섬유강화 복합재료의 배향각도는 길이방향 강성 및 강도를 확보하면서 열응력 감소, 3차원 물성을 향상시킬 수 있는 0°~ 15°의 값으로 결정한다.Preferably, the orientation angle of the unidirectional fiber-reinforced composite material used inside the hollow hybrid drive shaft 10 is 0 ° ~ that can improve the thermal stress reduction, three-dimensional physical properties while ensuring longitudinal rigidity and strength Determined by a value of 15 °.

또한, 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트(10)의 가장 내부에 위치되는 일방향 섬유강화 복합재료(11)와, 중간부 및 외부에 배치되는 직물형 섬유강화 복합재료(12,13)는 에폭시 수지를 사용하여 서로간의 층간 접합력을 향상시키고 층간 발생할 열응력을 감소시킬 수 있다.In addition, the one-way fiber-reinforced composite material 11 positioned at the innermost portion of the hollow hybrid drive shaft 10 and the fabric-type fiber-reinforced composite materials 12 and 13 disposed at the middle and the outside thereof use epoxy resin. Therefore, it is possible to improve the bonding strength between layers and to reduce the thermal stress generated between layers.

또한, 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트(10)의 중간부 및 외부의 섬유의 배향각도는 비틀림 강도를 확보하기 위해 45°~75°로 하는 것이 바람직하다.In addition, the angle of orientation of the fiber and the intermediate portion of the hollow hybrid drive shaft 10 is preferably set to 45 ° ~ 75 ° to secure the torsional strength.

상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트(10)의 중간부를 구성하는 직물형 섬유강화 복합재료(12)의 두께는 내경의 크기에 따라 도 7을 참조하여 2 ~ 9mm로 결정할 수 있다.The thickness of the woven fiber-reinforced composite material 12 constituting the intermediate portion of the hollow hybrid drive shaft 10 may be determined to be 2 to 9 mm with reference to FIG. 7 according to the size of the inner diameter.

상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트(10)의 외부를 구성하는 직물형 섬유강화 복합재료(13)의 두께는 중간부 두께의 크기에 따라 도 7을 참조하여 2 ~ 3mm로 결정할 수 있으나, 중간부 및 외부의 섬유강화 복합재료 두께의 합을 결정할 때 도 7의 곡선에 따라 결정하여야 한다.The thickness of the fabric-type fiber reinforced composite material 13 constituting the exterior of the hollow hybrid drive shaft 10 may be determined to be 2 to 3 mm with reference to FIG. When determining the sum of the thickness of the fiber-reinforced composites, the thickness should be determined according to the curve of FIG.

또한, 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트(10)의 층간 접합공정은 접착제를 사용하지 않고, 일방향 섬유강화 복합재료(11)와, 중간부 및 외부에 배치되는 직물형 섬유강화 복합재료(12,13)가 각 재료에 함유되어 있는 에폭시수지와 같은 레진이 흘러 나오면서 서로간에 접합되는 통상의 동시경화 접합방법을 사용한다.In addition, in the interlayer bonding process of the hollow hybrid drive shaft 10, the one-way fiber reinforced composite material 11 and the fabric-type fiber reinforced composite materials 12 and 13 disposed at the middle and the outside, without using an adhesive. The conventional co-curing bonding method in which resin such as epoxy resin contained in each material flows out and is bonded to each other is used.

바람직하기로는, 상기 하이브리드 드라이브샤프트(10)를 최종 경화 및 접합한 후에는 경화 중 흘러나와 샤프트의 외면에 날카로운 모서리를 형성시키는 레진을 사포 및 마무리 공구를 이용하여 다듬어 응력 집중을 줄여준다.Preferably, after the final hardening and bonding of the hybrid drive shaft 10, the resin that flows out during hardening to form sharp edges on the outer surface of the shaft is trimmed using sandpaper and finishing tools to reduce stress concentration.

이하, 본 발명을 실시 예에 의하여 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

하기의 실시예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.The following examples are only intended to illustrate the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited to the examples.

실시예 및 실험예Examples and Experimental Examples

본 발명에 사용된 일방향 및 직물형 섬유강화 복합재료를 구성하고 있는 섬유와 수지의 성분 및 제조방법은 다음과 같다. The components and manufacturing methods of the fibers and resins constituting the unidirectional and woven fiber reinforced composites used in the present invention are as follows.

1) 일방향 탄소섬유 복합재료1) one-way carbon fiber composite material

- 제품명: USN150BX Prepreg (두께 - 0.144mm, 질량 224g/m2)-Product Name: USN150BX Prepreg (Thickness-0.144mm, Mass 224g / m 2 )

- 구성비: 150 g/m2(섬유), 36 g/m2(수지)Composition ratio: 150 g / m 2 (fiber), 36 g / m 2 (resin)

- 섬유의 종류: 탄소섬유-Type of fiber: carbon fiber

- 수지의 종류: 에폭시 수지(Bisphenol A)-Type of resin: epoxy resin (Bisphenol A)

2) 일방향 유리섬유 복합재료2) unidirectional glass fiber composite material

- 제품명: UGN150 Prepreg (두께 - 0.122mm, 질량 224g/m2)-Product Name: UGN150 Prepreg (Thickness-0.122mm, Mass 224g / m 2 )

- 구성비: 150 g/m2(섬유), 33 g/m2(수지)Composition ratio: 150 g / m 2 (fiber), 33 g / m 2 (resin)

- 섬유의 종류: 유리섬유-Type of fiber: glass fiber

- 수지의 종류: 에폭시 수지(Bisphenol A)-Type of resin: epoxy resin (Bisphenol A)

3) 직물형 유리섬유 복합재료3) Woven glass fiber composite material

- 제품명: HG181/RS1222 (두께 - 0.25mm, 질량 299g/m2)-Product Name: HG181 / RS1222 (Thickness-0.25mm, Mass 299g / m 2 )

- 섬유의 종류: 유리섬유-Type of fiber: glass fiber

- 수지의 종류: 에폭시 수지-Type of resin: epoxy resin

4) 직물형 탄소섬유 복합재료4) Woven Carbon Fiber Composites

- 제품 종류: CFRP fabric with roving containing 12,000 filaments(160g/m2)Product Type: CFRP fabric with roving containing 12,000 filaments (160g / m 2 )

- 성분별 특성: 181 g/m2(섬유), 130 g/m2(수지)-Properties per ingredient: 181 g / m 2 (fiber), 130 g / m 2 (resin)

- 섬유의 종류: T800H 탄소섬유(Toray Industries Inc.)-Type of fiber: T800H carbon fiber (Toray Industries Inc.)

- 수지의 종류: Biocompatible epoxy resin(MAN Ceramics Company)-Type of resin: Biocompatible epoxy resin (MAN Ceramics Company)

복합재료 샤프트의 비틀림 강도를 측정하기 위하여 IUTM(Instron Universal Testing Machine)과 MTS(Materials Testing Systems)를 사용하였다. (접합강도 [Pa] = 최대 load [N] / 조인트 접합면의 단면적 [m2])Instron Universal Testing Machine (ITUTM) and Materials Testing Systems (MTS) were used to measure the torsional strength of the composite shaft. (Bond strength [Pa] = maximum load [N] / cross-sectional area of the joint joint [m 2 ])

본 발명의 실시예로서, 중공형 하이브리드 드라이브샤프트(10)의 설계를 위하여 일방향탄소섬유 복합재료(11)와 직물형 탄소섬유 복합재료(12,13)의 비틀림 전단강도를 향상시킬 수 있는 방법을 알아보았다. As an embodiment of the present invention, a method for improving the torsional shear strength of the unidirectional carbon fiber composite material (11) and the woven carbon fiber composite material (12, 13) for the design of the hollow hybrid drive shaft (10) I found out.

중공형 하이브리드 드라이브샤프트(10)의 접합강도를 향상시키기 위한 방법으로서, 샤프트 내부에 사용되는 일방향 섬유강화 복합재료(11)의 배향각도 결정방법, 샤프트 중간부와 외부에 사용되는 직물형 섬유강화 복합재료(12,13)의 배향각도 결정방법, 샤프트 중간부 및 외부의 두께를 고려한다.A method for improving the bonding strength of the hollow hybrid drive shaft 10, the method of determining the orientation angle of the one-way fiber-reinforced composite material 11 used inside the shaft, the fabric-type fiber reinforced composite used in the middle of the shaft and the outside Consider the method of determining the angle of orientation of the materials 12 and 13, the thickness of the shaft middle and the outside.

상기 샤프트 내부에 사용되는 일방향 섬유강화 복합재료(11)의 배향각도는 다음과 같이 결정할 수 있다. The orientation angle of the unidirectional fiber reinforced composite material 11 used in the shaft may be determined as follows.

도 3은 본 발명에 따른 일방향 섬유강화 복합재료의 배향각도에 따른 강성의 변화 예를 보여주는 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 일방향 섬유강화 복합재료(11)의 배향각도에 따른 전단강도의 변화 예를 보여주는 그래프이다.3 is a graph showing an example of the stiffness according to the orientation angle of the unidirectional fiber-reinforced composite material according to the present invention, Figure 4 is a change in shear strength according to the orientation angle of the unidirectional fiber-reinforced composite material 11 according to the present invention This is an example graph.

이때, 도 3에서 El, Et, Glt는 각각 섬유방향의 강성, 섬유에 수직방향의 강성, 평면 전단강성을 나타낸다.In this case, in FIG. 3, E 1 , E t , and G lt represent stiffness in the fiber direction, stiffness in the direction perpendicular to the fiber, and plane shear stiffness, respectively.

도 3을 고려해 볼 때 샤프트의 길이방향 강성을 보강해 줄 수 있으려면 적층각도가 0°에 가까운 것이 좋고, 도 4를 고려해 볼 때 비틀림 강도를 확보하기 위해서 0도에 가까운 것이 좋다. 그러므로 길이방향 강성 뿐 아니라 비틀림 강도를 확보할 수 있는 배향각도의 범위는 0°~15°로 결정하는 것이 좋다. In consideration of FIG. 3, in order to reinforce the longitudinal rigidity of the shaft, the lamination angle may be close to 0 °, and in consideration of FIG. 4, it may be close to 0 ° in order to secure the torsional strength. Therefore, it is better to determine the range of the orientation angle that can secure not only the longitudinal rigidity but also the torsional strength from 0 ° to 15 °.

상기 샤프트 중간부와 외부에 사용되는 직물형 섬유강화 복합재료(12,13)의 배향각도 결정방법은 다음과 같다.Method of determining the angle of orientation of the fabric-type fiber-reinforced composite material (12, 13) used in the middle and the shaft is as follows.

도 5는 본 발명에 따른 직물형 섬유강화 복합재료의 배향각도에 따른 강성의 변화 예를 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing an example of the change in rigidity according to the orientation angle of the fabric-type fiber-reinforced composite material according to the present invention.

배향각도가 증가할수록 강성이 떨어지는데, 드라이브샤프트(10)의 설계에 있어서 비틀림 강성 및 강도는 길이방향 강성의 설계와 상관이 없으므로, 도 5에 나타난 결과를 고려할 필요는 없다. As the orientation angle increases, the rigidity decreases. In the design of the drive shaft 10, since the torsional rigidity and the strength do not correlate with the longitudinal rigidity design, the results shown in FIG. 5 need not be considered.

그러나 도 6은 본 발명에 따른 직물형 섬유강화 복합재료의 두께에 따른 비틀림 하중 지지능력의 변화예를 보여주는 그래프를 관찰하면 섬유의 배향각도가 증가할수록 비틀림 강도가 증가하는데 45°~75°의 범위에서 결정하는 것이 바람직하다.However, Figure 6 is a graph showing a change in the torsional load carrying capacity according to the thickness of the fabric-type fiber-reinforced composite material according to the present invention, the torsional strength increases as the orientation angle of the fiber is increased in the range of 45 ° ~ 75 ° It is desirable to decide on.

도 7은 직물형 복합재료의 비틀림 강도를 고려하여 중간 및 외부에 사용될 직물형 섬유강화 복합재료(12,13)의 비틀림 하중을 계산한 것으로 샤프트의 내경에 따라 두께를 결정할 수 있도록 제시하였다.FIG. 7 shows the calculation of the torsional loads of the fabric-reinforced composite materials 12 and 13 to be used in the middle and the exterior in consideration of the torsional strength of the fabric-like composite material. The thickness is determined according to the inner diameter of the shaft.

한편, 본 발명에 따른 방법은 일방향 및 직물형 섬유강화 복합재료에서는 재료가 달라지더라도 사용 가능하며, 예를 들면, 일방향 및 직물형 유리섬유 복합재료와 탄소섬유 복합재료를 혼합하여 중공형 하이브리드 드라이브샤프트를 설계할 경우에도 상기한 방법에 따라 설계하면 우수한 성능을 얻을 수 있다.On the other hand, the method according to the present invention can be used even if the material is different in the one-way and woven fiber-reinforced composite material, for example, a hollow hybrid drive by mixing the unidirectional and woven fiberglass composite material and carbon fiber composite material Even when designing a shaft, excellent performance can be obtained by designing according to the above-described method.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법에 의하면, 길이 방향의 물성이 우수한 일방향 섬유강화 복합재료와 3차원 물성이 우수한 직물형 섬유강화 복합재료를 하이브리드 구조로 제작한다면 비강성 및 비강도 특성이 우수할 뿐 아니라 소음, 진동, 피로 특성이 향상되고 출력이 좋아지는 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the method for manufacturing a hybrid drive shaft for automobiles according to the present invention, if the unidirectional fiber-reinforced composite material having excellent longitudinal properties and the fabric-type fiber reinforced composite material having excellent three-dimensional properties are manufactured in a hybrid structure In addition to excellent non-stiffness and non-strength characteristics, noise, vibration, fatigue characteristics can be improved and output can be improved.

또한 섬유의 배향각도를 조절함으로써 진동특성 및 출력 특성을 조절할 수 있는 장점이 있고, 샤프트 내경의 크기에 따라 두께를 결정할 수 있도록 제시하여 진동 특성 조절이 가능한 특징이 있으며, 기존 재료에 비해 매우 가벼워지므로 연비 특성이 좋아진다. In addition, there is an advantage that can control the vibration characteristics and output characteristics by adjusting the orientation angle of the fiber, it is possible to control the vibration characteristics by presenting to determine the thickness according to the size of the shaft inner diameter, it is very light compared to the existing material Fuel efficiency is improved.

또한, 본 발명을 기반으로 드라이브샤프트 외에 자동차에서 구동력을 전달하는 프로펠러 샤프트도 추가로 개발할 수 있는 여건을 제공할 수 있을 뿐 아니라, 이 외에도 구동력 전달 구조 부품 외에도 비틀림 강성 및 강도를 기반으로 하여 설계하는 부품의 설계에도 응용할 수 있다.In addition, based on the present invention, in addition to the drive shaft can not only provide a condition to further develop a propeller shaft for transmitting a driving force in the vehicle, but also in addition to the driving force transmission structural components to design based on the torsional rigidity and strength It can also be applied to the design of parts.

Claims (9)

삭제delete 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 내부에 중공부를 형성하기 위해 맨드럴을 사용하는 단계와; 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 내부의 일방향 섬유강화 복합재료를 가공하는 단계와; 상기 일방향 섬유강화 복합재료의 배향각도를 결정하는 단계와; 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 중간부의 직물형 섬유강화 복합재료를 상기 일방향 섬유강화 복합재료에 적층하는 단계와; 상기 중간부의 직물형 섬유강화 복합재료의 배향각도를 결정하는 단계와; 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 외부의 직물형 섬유강화 복합재료를 중간부 직물형 섬유강화 복합재료에 적층하는 단계와; 상기 외부의 직물형 섬유강화 복합재료의 배향각도를 결정하는 단계와; 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트의 중간부 및 외부를 구성하는 직물형 섬유강화 복합재료의 두께를 결정하는 단계와; 상기 각 층별 복합재료의 접합 및 경화를 동시에 수행하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법에 있어서,Using the mandrel to form a hollow inside the hollow hybrid drive shaft; Processing the unidirectional fiber-reinforced composite material in the hollow hybrid drive shaft; Determining an orientation angle of the unidirectional fiber reinforced composite material; Stacking the woven fiber reinforced composite material in the middle portion of the hollow hybrid drive shaft in the unidirectional fiber reinforced composite material; Determining an orientation angle of the textile-reinforced composite of the intermediate portion; Stacking the fabric type fiber reinforced composite material outside the hollow hybrid drive shaft on the intermediate fabric type fiber reinforced composite material; Determining an orientation angle of the external textile-type fiber reinforced composite material; Determining a thickness of the woven fiber-reinforced composite material constituting the middle portion and the outside of the hollow hybrid drive shaft; Simultaneously bonding and curing the composite materials for each layer; In the method of manufacturing a hybrid drive shaft for a vehicle, comprising: 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 내부에 중공부를 형성하기 위해 사용되는 맨드럴의 외주면에 프리프레그로서 테프론 필름을 감아서 가공하는 단계와;Winding and processing a Teflon film as a prepreg on the outer circumferential surface of the mandrel used to form a hollow inside the hollow hybrid drive shaft; 상기 접합 및 경화 단계후, 경화 도중에 흘러나와 드라이브샤프트의 외면에 날카로운 모서리를 형성하는 레진을 가공하여 응력 집중을 줄여주는 단계;After the bonding and curing step, the resin flows out during hardening to form a sharp edge on the outer surface of the drive shaft to reduce stress concentration; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법.Method of manufacturing a hybrid drive shaft for a vehicle further comprising a. 삭제delete 삭제delete 청구항 2에 있어서, The method according to claim 2, 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 내부의 일방향 섬유강화 복합재료의 배향각도는 0°~15°인 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법.Method for manufacturing a hybrid drive shaft for a vehicle, characterized in that the orientation angle of the one-way fiber-reinforced composite material inside the hollow hybrid drive shaft is 0 ° ~ 15 °. 청구항 2에 있어서, The method according to claim 2, 상기 중공형 하이브리드 드라이브샤프트 중간부 및 외부의 직물형 섬유강화 복합재료의 배향각도는 45°∼75°인 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법.Method for producing a hybrid drive shaft for a vehicle, characterized in that the orientation angle of the hollow hybrid drive shaft intermediate portion and the outer fabric type fiber reinforced composite material is 45 ° to 75 °. 청구항 2에 있어서, The method according to claim 2, 상기 중공형 하이브리드 복합재료 드라이브샤프트의 동시경화 접합 단계에서 중간부 및 외부 샤프트 두께의 합이 5 ~ 12mm인 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법.The method of manufacturing a hybrid drive shaft for a vehicle, characterized in that the sum of the thickness of the intermediate portion and the outer shaft in the co-curing step of the hybrid hybrid composite drive shaft is 5 ~ 12mm. 청구항 2에 있어서, The method according to claim 2, 상기 중공형 하이브리드 복합재료 드라이브샤프트의 동시경화 접합단계에서 맨드럴 주위를 길이에 맞게 재단한 프리프레그를 원주방향으로 내부의 일방향 섬유강화 복합재료, 중간부의 직물형 섬유강화 복합재료 및 외부의 직물형 섬유강화 복합재료의 순으로 감는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법.In the simultaneous hardening step of the hollow hybrid composite drive shaft, the prepreg cut to the length around the mandrel in the circumferential direction, the one-way fiber-reinforced composite material in the circumferential direction, the fiber-reinforced composite material in the middle portion, and the outer fabric type. A method for manufacturing a hybrid drive shaft for a vehicle, characterized in that the winding of the fiber reinforced composite material in order. 청구항 2에 있어서, The method according to claim 2, 상기 맨드럴은 상기 중공형 하이브리드 복합재료 드라이브샤프트의 중공부에서 분리하기 용이하도록 축방향을 따라 서로 동일한 각도의 경사면을 갖는 상하부로 분리 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 하이브리드 드라이브샤프트의 제조방법.The mandrel is a method of manufacturing a hybrid drive shaft for a vehicle, characterized in that formed in the upper and lower parts having inclined surfaces at the same angle to each other along the axial direction so as to be easily separated from the hollow portion of the hollow hybrid composite drive shaft.
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