RU2122663C1 - Приводной вал из волокнистых композиционных материалов - Google Patents
Приводной вал из волокнистых композиционных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2122663C1 RU2122663C1 RU93049767A RU93049767A RU2122663C1 RU 2122663 C1 RU2122663 C1 RU 2122663C1 RU 93049767 A RU93049767 A RU 93049767A RU 93049767 A RU93049767 A RU 93049767A RU 2122663 C1 RU2122663 C1 RU 2122663C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- layers
- angle
- shaft according
- generatrix
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в машиностроении, в частности в судостроении. Приводной вал из волокнистых композиционных материалов образован слоями различной жесткости. Внутренний слой выполнен из материала большей жесткости, чем наружный слой. При этом волокна во внутреннем слое расположены под углом ±(0oC10)o к образующей, а в наружном слое - под углом ±(40-50)o к образующей. Кроме того, величины G1, G2, τ1 и τ2 связаны между собой предложенной зависимостью. 1 с. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению и касается конструкции приводных валов, испытывающих сжатие, кручение и изгиб. К таким валам относятся, например, гребной и промежуточные валы линии гребного вала морских судов.
Изобретение может быть использовано в судостроении, автомобилестроении, сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях промышленности.
Известны конструкции приводных валов из волокнистых композиционных материалов, испытывающих кручение и знакопеременный изгиб. Конструкция таких валов оговорена, например, патентами США N 4362521, N 4664644, N 4421497; патентом Франции N 2536131; патентами Великобритании N 2017260, N 2010446; заявкой Японии N 61-487 и др.
Перечисленные конструкции имеют структуру из чередующихся слоев низко- и высокомодульных волокон, ориентированных под углами 0 -15o и 60 - 90o, либо четко выраженных макрослоев, причем внешний слой выполнен из высокомодульных волокон (например, угольных), ориентированных под углами 15 - 40o, а внутренний - из таких же или низкомодульных волокон, намотанных под углами 45 -75o. Такая конструкция вала далека от оптимальной, т.к. сопряжена с перегрузкой материала одних слоев и недоиспользованием механических свойств материала других.
Попытка равномерного нагружения скручиваемого вала по слоям за счет оптимизации материала предпринята отечественными авторами, см.:
1. В. С.Ярин "К определению оптимального угла армирования стеклопластиковых стержней, работающих в условиях кручения". Сб. трудов ЛМИ, Л.: 1970, N 82, c.101-105.
1. В. С.Ярин "К определению оптимального угла армирования стеклопластиковых стержней, работающих в условиях кручения". Сб. трудов ЛМИ, Л.: 1970, N 82, c.101-105.
2. А.М.Закржевский, В.В.Хитров. "Несущая способность толстостенных валов из композитов, работающих на кручение". Механика композиционных материалов, 1988, М., N 1, с.110-118.
3. А.М.Закржевский. "Технологические методы управления несущей способностью толстостенных намотанных стержней из стеклопластика, работающих на кручение". Автореферат канд. дис., Рига, 1988.
Предложенные ими конструкции приводных валов имеют оптимизированную структуру армирования композиционного материала с постепенным уменьшением угла расположения волокон (к оси вала) от внутренних слоев к внешним с 45 до 23o.
Такая конструкция является более совершенной, но и она имеет существенные недостатки: оптимальность ее относится лишь к одному конкретному сочетанию действующих нагрузок и при изменении режима работы вала утрачивается; кроме того, расположение относительно толстого наружного слоя волокон, ориентированных под малыми углами, сопряжено с малой плотностью укладки волокон, большой пористостью матрицы и, следовательно, со снижением упругих и механических свойств композита.
Наиболее близким аналогом в предлагаемой конструкции приводного вала конструкция, приведенная на рис. 6.22 в книге "Углеродные волокна" под ред. С. Симамуры, изд-во "Мир", М., 1987, принятая за прототип. Внутренний слой такого вала намотан под углом ± 45o из угольных и стеклянных волокон, а наружный - из угольных, намотанных под углом 0 -10o.
Техническим результатом настоящего изобретения является снижение веса, трудоемкости монтажа, стоимости, а кроме того и увеличение работоспособности приводного вала из волокнистых композиционных материалов различной жесткости.
Изобретение поясняет чертеж.
Как видно из чертежа, приводной вал предлагаемой конструкции включает в себя сплошной сердечник 1 (из сферопластика), состыкованный с торцевым фланцем 2, на сердечнике 1 и частично в проточке фланца 2 расположен внутренний слой 3 из волокнистого композиционного материала повышенной жесткости, например углепластика, армированного под углом ± (0-10)o с наружным диаметром d1. Наружный слой 6 диаметром d2 из композита пониженной жесткости, например, стеклопластика с углом армирования ± (40-50)o, расположен на некотором расстоянии от первого, которое заполнено "балластным" материалом 5, например тем же сферопластиком. Поверх того и другого слоев: 3 и 6 расположены технологические слои из стеклопластика 4, армированные под углом ±(80-90)o и выполняющие вспомогательную роль уплотнения материалов слоев. Технологические слои 4 могут быть затем после отверждения уплотненных ими слоев удалены и в конструкции вала отсутствовать.
При нагружении приводного вала изгибающим и скручивающим моментами первый воспринимается слоем 3, как более жестким и армированным преимущественно вдоль оси, а второй - слоем 6, армированным под углом ~ 45o. Нагружение верхнего слоя 6 преимущественно постоянным скручивающим моментом и среднего - из углепластика - слоя 3 переменным изгибающим моментом, к которому углепластик из всех композиционных материалов является одним из наиболее стойких, позволяет максимально использовать свойства материала того и другого силовых слоев.
Вместо сферопластика в качестве материала слоя 5 и сердечника 1 могут использоваться другие материалы: пенопласты, сотовые наполнители, пенометаллы и т.д., а в качестве силовых слоев - металлокомпозиты типа алюминий-бор и др.
Claims (6)
1. Приводной вал из волокнистых композиционных материалов различной жесткости, образующих коаксиально расположенные слои, отличающийся тем, что внутренний слой выполнен из материала с жесткостью, большей жесткости материала наружного слоя, волокна во внутреннем слое расположены под углом ± (0 - 10)o к образующей, в наружном слое - под углом ± (40 - 50)o к образующей, при этом характеристики внутреннего и наружного слоев определены соотношением
где G1, G2, τ2, τ1 - модули сдвига и допускаемые напряжения при межслойном сдвиге материалов соответствующих слоев;
d1, d2 - наружные диаметры внутреннего и наружного слоев.
где G1, G2, τ2, τ1 - модули сдвига и допускаемые напряжения при межслойном сдвиге материалов соответствующих слоев;
d1, d2 - наружные диаметры внутреннего и наружного слоев.
2. Вал по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала внутреннего слоя использованы углепластик, а наружного слоя - стеклопластик.
3. Вал по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен технологическими бандажами, установленными соответственно на наружных поверхностях внутреннего и наружного слоев и выполнены из волокнистого материала с расположением волокон под углом ± (80 - 90)o к образующей.
4. Вал по пп.1 - 3, отличающийся тем, что между технологическим бандажом внутреннего слоя и внутренней поверхностью наружного слоя расположен слой балластного материала.
5. Вал по п.4, отличающийся тем, что в качестве балластного материала использован сферопластик.
6. Вал по пп.1 - 4, отличающийся тем, что внутренний слой расположен на сплошном сердечнике из сферопластика.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93049767A RU2122663C1 (ru) | 1993-11-01 | 1993-11-01 | Приводной вал из волокнистых композиционных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93049767A RU2122663C1 (ru) | 1993-11-01 | 1993-11-01 | Приводной вал из волокнистых композиционных материалов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93049767A RU93049767A (ru) | 1997-01-10 |
RU2122663C1 true RU2122663C1 (ru) | 1998-11-27 |
Family
ID=20148729
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93049767A RU2122663C1 (ru) | 1993-11-01 | 1993-11-01 | Приводной вал из волокнистых композиционных материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2122663C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459706C2 (ru) * | 2007-01-23 | 2012-08-27 | Эйрбус Операционс Гмбх | Местная обработка армированных пенопластов и слоистое изделие |
-
1993
- 1993-11-01 RU RU93049767A patent/RU2122663C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Углеродные волокна. /Под ред. Симомуры. - М.: Мир, 1987, рис. 6.22. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459706C2 (ru) * | 2007-01-23 | 2012-08-27 | Эйрбус Операционс Гмбх | Местная обработка армированных пенопластов и слоистое изделие |
US8551383B2 (en) | 2007-01-23 | 2013-10-08 | Airbus Operations Gmbh | Method for the localized working of a structural component at a working location |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102181843B1 (ko) | 인장 및 압축 하중에 대한 다른 섬유 보강부들을 구비한 비틀림 하중을 받는 로드형 구성 요소 | |
RU2136542C1 (ru) | Гибридный композитный торсион для бесшарнирного несущего винта вертолета (варианты) | |
US4322062A (en) | Torsion spring damper | |
US5020783A (en) | Torsional spring | |
Gupta et al. | Axial compression of empty and foam filled composite conical shells | |
US20150345541A1 (en) | Reinforcement integrated into the structure of wound components consisting of composite materials and method for producing same | |
GB2010446A (en) | Composite Tubular Element | |
RU2122663C1 (ru) | Приводной вал из волокнистых композиционных материалов | |
KR960700417A (ko) | 프로펠러샤프트(Propeller Shaft) | |
GB2165026A (en) | Composite torsion link | |
CN209649647U (zh) | 横向蜂窝夹层板 | |
AU3037497A (en) | Composite material tubular equipment produced by winding of weft-unbalanced wov en fabric on a compressible mandrel | |
Gupta et al. | Analysis of polyester and epoxy composite shells subjected to axial crushing | |
CA1192767A (en) | Torsion link | |
CN205276129U (zh) | 一种纤维增强复合材料-竹组合桥面板 | |
US20150314557A1 (en) | Reinforcement integrated into the structure of wound components consisting of composite materials | |
US20020012482A1 (en) | Bearings | |
Karimizadeh et al. | Effects of midlayer used in FRP confinement of RC columns | |
KR102317155B1 (ko) | 단면효율이 우수한 강관 거더 | |
CN111498077B (zh) | 一种船用厚壁复合结构艉轴 | |
CN102808830B (zh) | 销轴、工程机械的臂架的连接结构和混凝土泵送设备 | |
EP0246059B1 (en) | Method of forming a joint between a tubular composite and a metal ring | |
WO1997034052A1 (en) | Improvements in and relating to bearings | |
CN220099633U (zh) | 一种新型加筋水下纤维套筒 | |
CN209975871U (zh) | 一种玄武岩复合材料筋材 |