RU226770U1 - Hybrid fiberglass composite shaft - Google Patents

Hybrid fiberglass composite shaft Download PDF

Info

Publication number
RU226770U1
RU226770U1 RU2024107443U RU2024107443U RU226770U1 RU 226770 U1 RU226770 U1 RU 226770U1 RU 2024107443 U RU2024107443 U RU 2024107443U RU 2024107443 U RU2024107443 U RU 2024107443U RU 226770 U1 RU226770 U1 RU 226770U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
fiberglass
hybrid
composite
keyway
Prior art date
Application number
RU2024107443U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Васильевич Галайко
Галина Ивановна Юрковская
Шучэнь Лян
Original Assignee
Владимир Васильевич Галайко
Галина Ивановна Юрковская
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Васильевич Галайко, Галина Ивановна Юрковская filed Critical Владимир Васильевич Галайко
Application granted granted Critical
Publication of RU226770U1 publication Critical patent/RU226770U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к конструкции вала из композиционного стеклопластикового гибридного материала. Предложен вал из композитного гибридного стеклопластикового материала, включающий подступичную головку вала, шип правый, шип левый, буртик опорный, шпоночный паз, при этом вал выполнен из композитного материала, содержащего стеклопластиковую основу в виде волокна, пропитанную эпоксидной смолой, путём порезки цилиндрической заготовки на мерные отрезки и деформирование их горячей объёмной штамповкой буртика опорного и подступичной головки с шпоночным пазом для крепления, при этом стеклопластиковая основа вала в виде волокна, пропитанная эпоксидной смолой, выполнена с добавлением кварцевого порошка, предварительно равномерно перемешанного в смоле. Технический результат - повышение поверхностной прочности, снижающей износостойкость вала за счёт применения жёсткости гибридных эпоксидных композитов. 1 ил. The utility model relates to a shaft design made of a composite fiberglass hybrid material. A shaft made of a composite hybrid fiberglass material is proposed, including a shaft hub head, a right tenon, a left tenon, a support collar, a keyway, and the shaft is made of a composite material containing a fiberglass base in the form of a fiber, impregnated with epoxy resin, by cutting a cylindrical blank into dimensional cutting and deforming them by hot stamping of the support collar and hub head with a keyway for fastening, while the fiberglass base of the shaft in the form of a fiber, impregnated with epoxy resin, is made with the addition of quartz powder, previously evenly mixed in the resin. The technical result is an increase in surface strength, which reduces the wear resistance of the shaft due to the use of the rigidity of hybrid epoxy composites. 1 ill.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области конструкции вала из композиционного стеклопластикового гибридного материала. Композитные механические передачи имеют огромные преимущества в виде удельного веса материала для изделий, которые востребованы в аэрокосмической технике.The utility model relates to the design of a shaft made of a composite fiberglass hybrid material. Composite mechanical transmissions offer enormous advantages in terms of material density for products that are in demand in aerospace engineering.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство приводной вал из волокнистых композиционных материалов различной жёсткости (патент RU 2122663, МПК F16С 27/00, Опубликовано: 27.11.1998), образующих коаксиально расположенные слои, отличающийся тем, что внутренний слой выполнен из материала с жёсткостью, большей жёсткости 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 слоёв определены соотношениемA known device is a drive shaft made of fibrous composite materials of varying rigidity (patent RU 2122663, MPK F16C 27/00, Published: November 27, 1998), forming coaxially arranged layers, characterized in that the inner layer is made of a material with a rigidity greater than the rigidity of the outer layer material , the fibers in the inner layer are located at an angle of ± (0-10) o to the generatrix, in the outer layer - at an angle of ± (40-50) o to the generatrix, while the characteristics of the inner and outer layers are determined by the relation

где G1, G2, τ2, τ1 - модули сдвига и допускаемые напряжения при межслойном сдвиге материалов соответствующих слоёв;where G 1 , G 2 , τ 2 , τ 1 are shear moduli and permissible stresses during interlayer shear of the materials of the corresponding layers;

d1, d2 - наружные диаметры внутреннего и наружного слоев.d 1 , d 2 - outer diameters of the inner and outer layers.

Недостатками известного устройства является низкая устойчивость вала с отсутствием жёсткости, имеющей гибридными эпоксидными композитами. The disadvantages of the known device are the low stability of the shaft with a lack of rigidity, having hybrid epoxy composites.

Известно наиболее близкое устройство гибкий вал из композитного материала (патент RU 2146019, МПК F16С 1/00. Опубликовано: 27.02.2000 Бюл. № 6), включающая в себя гибкий вал из композиционного материала образованный намотанными по спирали со скрещивающимися витками элементами намотки, образованными по меньшей мере одной лентой, жёстко соединённой в местах скрещивания витков друг с другом с возможностью образования сетчатой структуры вала с дискретно расположенными однонаправленными витками.The closest known device is a flexible shaft made of composite material (patent RU 2146019, IPC F16C 1/00. Published: 02.27.2000 Bulletin No. 6), which includes a flexible shaft made of composite material formed by winding elements wound in a spiral with crossing turns, formed at least one tape, rigidly connected at the places where the turns cross each other with the possibility of forming a mesh structure of the shaft with discretely located unidirectional turns.

Недостатком наиболее близкого устройства является низкая устойчивость вала с отсутствием жёсткости, имеющей гибридными эпоксидными композитами. The disadvantage of the closest device is the low stability of the shaft with a lack of rigidity, having hybrid epoxy composites.

Раскрытие полезной моделиDisclosure of utility model

Техническим результатом является повышение поверхностной прочности, снижающей износостойкость вала, за счёт применения жёсткости гибридных эпоксидных композитов.The technical result is an increase in surface strength, which reduces the wear resistance of the shaft, due to the use of the rigidity of hybrid epoxy composites.

Настоящий технический результат достигается в устройстве вал из композитного гибридного стеклопластикового материала, включающем подступичную головку вала, шип правый, шип левый, буртик опорный, шпоночный паз, при этом вал выполнен из композитного материала, содержащего стеклопластиковую основу в виде волокна, пропитанную эпоксидной смолой, путём порезки цилиндрической заготовки на мерные отрезки и деформирование их горячей объёмной штамповкой буртика опорного и подступичной головки с шпоночным пазом для крепления, при этом стеклопластиковая основа вала в виде волокна, пропитанная эпоксидной смолой, выполнена с добавлением кварцевого порошка, предварительно равномерно перемешанного в смоле.This technical result is achieved in a shaft device made of a composite hybrid fiberglass material, including a shaft hub head, a right tenon, a left tenon, a support collar, a keyway, and the shaft is made of a composite material containing a fiberglass base in the form of a fiber, impregnated with epoxy resin, by cutting a cylindrical workpiece into measured sections and deforming them by hot stamping of the support collar and hub head with a keyway for fastening, while the fiberglass base of the shaft in the form of a fiber, impregnated with epoxy resin, is made with the addition of quartz powder, previously evenly mixed in the resin.

Отличительными признаками являются:Distinctive features are:

вал выполнен из композитного материала, содержащего стеклопластиковую основу в виде волокна, пропитанную эпоксидной смолой, путём порезки цилиндрической заготовки на мерные отрезки и деформирование их горячей объёмной штамповкой буртика опорного и подступичной головки с шпоночным пазом для крепления, при этом стеклопластиковая основа вала в виде волокна, пропитанная эпоксидной смолой, выполнена с добавлением кварцевого порошка, конструкция устройства из такого материала повышает поверхностную прочность, снижающей износостойкость вала, за счёт применения жёсткости эпоксидных композитов, путём сочетания стеклопластиковых волокон с кварцевым порошком;the shaft is made of a composite material containing a fiberglass base in the form of a fiber, impregnated with epoxy resin, by cutting a cylindrical blank into measured sections and deforming them by hot stamping of the support collar and hub head with a keyway for fastening, while the fiberglass base of the shaft is in the form of a fiber, impregnated with epoxy resin, made with the addition of quartz powder, the design of the device from such a material increases the surface strength, which reduces the wear resistance of the shaft, due to the use of the rigidity of epoxy composites, by combining fiberglass fibers with quartz powder;

предварительное равномерное перемешивание кварцевого порошка в эпоксидной смолой, позволяет повысить прочность и износостойкость вала за счёт жёсткости гибридных эпоксидных композитов [3-4].preliminary uniform mixing of quartz powder in epoxy resin allows increasing the strength and wear resistance of the shaft due to the rigidity of hybrid epoxy composites [3-4].

Сравнение заявляемого решения с аналогами и прототипом не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение, это позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».A comparison of the proposed solution with analogues and a prototype did not allow us to identify in them the features that distinguish the proposed solution; this allows us to conclude that it meets the “novelty” criterion.

Краткое описание фигуры Brief description of the figure

На фигуре приведён фронтальный вид вала из композитного стеклопластикового материала, The figure shows a frontal view of a shaft made of composite fiberglass material,

включающий: 1 – подступичная головка вала; 2 – шип правый; 3 – шип левый; 4 – буртик опорный; 5 – шпоночный паз; 6 - фаска.including: 1 – hub shaft head; 2 – right spike; 3 – left spike; 4 – support collar; 5 – keyway; 6 - chamfer.

Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model

Основным сырьём для производства вала из стеклопластика является стеклопластикровинг. Кроме этого, для изготовления вала из композита требуется: смолы; спирт этиловый; ацетон; дициандиамид; кварцевый порошок, полученный из кварцевой крошки путем перемалывания её в планетарной шаровой мельнице АГО-2С и просеивания фракции до 94 мкм. Технология производства композитной заготовки для вала заключается в следующем. The main raw material for the production of fiberglass shafts is fiberglass. In addition, to make a composite shaft you need: resin; ethanol; acetone; dicyandiamide; quartz powder obtained from quartz chips by grinding them in an AGO-2S planetary ball mill and sifting the fraction to 94 microns. The technology for producing a composite blank for a shaft is as follows.

Нити ровинга со специального устройства шпулярника поступают на механизм натяжения, в котором они располагаются в соответствующем порядке. Скомпонованные в нужном порядке нити проходят стадию сушки и предварительного подогрева горячим воздухом. Подогретый ровинг погружают в пропиточную ванну со смолой, предварительно перемешанной с кварцевым порошком. Использование такого материала повышает поверхностную прочность, снижающую износостойкость вала, элемента конструкции механической передачи за счёт улучшения жёсткости эпоксидных композитов путём сочетания стеклопластиковых волокон с кварцевым порошком. Непрерывный композитный пруток пропускается через протягивающий механизм, на выходе из которого производится резка прутка согласно заданному размеру вала. После пропиточной ванны материал протягивается через фильеры для получения заданной площади и формы в сечении заготовки для вала. Профилирующая фильера может быть выполнена, например, в виде разъёмной стальной конструкции, состоящей из двух прямоугольников с отфрезерованной и обработанной канавкой полуфигуры по длине каждой части, которые при смыкании образуют поверхность в виде круга, соответствующую площади целевого устройства, приравненной к площади заданной заготовки для вала.The roving threads from a special creel device enter the tension mechanism, in which they are arranged in the appropriate order. The threads arranged in the required order go through the stage of drying and preheating with hot air. The heated roving is immersed in an impregnation bath with resin, pre-mixed with quartz powder. The use of such material increases surface strength, which reduces the wear resistance of the shaft, a structural element of a mechanical transmission by improving the rigidity of epoxy composites by combining fiberglass fibers with quartz powder. A continuous composite rod is passed through a drawing mechanism, at the exit of which the rod is cut according to the specified shaft size. After the impregnation bath, the material is pulled through dies to obtain a given area and shape in the cross-section of the workpiece for the shaft. The profiling die can be made, for example, in the form of a split steel structure, consisting of two rectangles with a half-figure milled and grooved along the length of each part, which, when closed, form a surface in the form of a circle corresponding to the area of the target device, equal to the area of the given workpiece for the shaft .

При производстве вала из композита используют трёхпозиционный автоматический пресс. Горячую штамповку заготовки вала ведут в три позиции технологических переходов. На первой штамповочной операции производят калибровку заготовки и начинают формирование буртика 4 опорного и подступичной головки 1 вала. Во второй штамповочной операции идёт формирование шипа 2 правого, шипа 3 левого и начинают формирование паза 5 для шпонки. На третьей штамповочной операции завершается формирование шпоночного паза 5, и снимают фаску 6. When producing a composite shaft, a three-position automatic press is used. Hot stamping of the shaft blank is carried out in three positions of technological transitions. At the first stamping operation, the workpiece is calibrated and the formation of the support flange 4 and the hub head 1 of the shaft begins. In the second stamping operation, the formation of the right tenon 2, the left tenon 3 begins, and the formation of the groove 5 for the key begins. In the third stamping operation, the formation of the keyway 5 is completed, and the chamfer 6 is removed.

Подготовленный вал подают в туннельную печь, предназначенную для ускорения процесса полимеризации пропиточных смол. Горячий вал отправляется в охлаждающую ванну, где под проточной водой он полностью охлаждается. Охлаждённый вал на токарно-фрезерном автомате проходит калибровку подступичной головки 1 вала, шипа 2 правого, шипа 3 левого и паза 5 для шпонки.The prepared shaft is fed into a tunnel oven designed to accelerate the polymerization process of impregnating resins. The hot shaft is sent into a cooling bath, where it is completely cooled under running water. The cooled shaft on the turning and milling machine undergoes calibration of the hub head 1 of the shaft, the right tenon 2, the left tenon 3 and the groove 5 for the key.

Прочность кварца на одноосное сжатие в среднем составляет 280 МПа [5], это повышает поверхностную устойчивость вала. The uniaxial compressive strength of quartz is on average 280 MPa [5], this increases the surface stability of the shaft.

Основным параметром является нагрузка, которую может выдержать механическая передача в виде вала, для повышения поверхностной прочности и износостойкости, за счёт улучшения жёсткости эпоксидных гибридных композитов, сочетающих стеклопластиковые волокна с кварцевым порошком.The main parameter is the load that a mechanical transmission in the form of a shaft can withstand to improve surface strength and wear resistance by improving the stiffness of epoxy hybrid composites combining fiberglass fibers with quartz powder.

Источники информации:Information sources:

1. Патент RU 2480650 МПК F16H 55/17. Опубликовано: 27.04.2013 Бюл. № 12;1. Patent RU 2480650 MPK F16H 55/17. Published: 04/27/2013 Bulletin. No. 12;

2. Патент SU 766877, МПК B29D 15/00. Опубликовано: 30.09.1980 Бюл. № 36;2. Patent SU 766877, IPC B29D 15/00. Published: 09/30/1980 Bulletin. No. 36;

3. Гибридное влияние базальтовых волокон и базальтового порошка на термомеханические свойства эпоксидных композитов. Композиты, часть B: Машиностроение, том 125, 2017, стр. 157-164;3. Hybrid effect of basalt fibers and basalt powder on the thermomechanical properties of epoxy composites. Composites Part B: Mechanical Engineering, Vol. 125, 2017, pp. 157-164;

4. Гаврилов М.А. Технология получения и химико-биологическая стойкость эпоксидных композитов на основе отходов производства. Дис. канд. техн. наук, Красноярск : КГТУ, 1997, с. 278 с. 128,133-134. 4. Gavrilov M.A. Production technology and chemical and biological resistance of epoxy composites based on production waste. dis. Ph.D. tech. Sciences, Krasnoyarsk: KSTU, 1997, p. 278 p. 128,133-134.

5. Основы физики горных пород, геомеханики и управления состоянием массива. Порцевский А.К., Катков Г.А. Гриф УМО (№ 51-73 от 28.06.2004) Зарегистрирован в Федеральном агентстве по образованию (№ 5374 от 16.11.2005), 120 с. с. 21. 5. Fundamentals of rock physics, geomechanics and rock mass control. Portsevsky A.K., Katkov G.A. UMO stamp (No. 51-73 dated June 28, 2004) Registered with the Federal Agency for Education (No. 5374 dated November 16, 2005), 120 p. With. 21.

Claims (1)

Вал из композитного гибридного стеклопластикового материала, включающий подступичную головку вала, шип правый, шип левый, буртик опорный, шпоночный паз, при этом вал выполнен из композитного материала, содержащего стеклопластиковую основу в виде волокна, пропитанную эпоксидной смолой, путём порезки цилиндрической заготовки на мерные отрезки и деформирование их горячей объёмной штамповкой буртика опорного и подступичной головки с шпоночным пазом для крепления, при этом стеклопластиковая основа вала в виде волокна, пропитанная эпоксидной смолой, выполнена с добавлением кварцевого порошка, предварительно равномерно перемешанного в смоле.A shaft made of a composite hybrid fiberglass material, including a shaft hub head, a right tenon, a left tenon, a support collar, a keyway, wherein the shaft is made of a composite material containing a fiberglass base in the form of a fiber, impregnated with epoxy resin, by cutting a cylindrical blank into measured pieces and deforming them by hot volumetric stamping of the support collar and hub head with a keyway for fastening, while the fiberglass base of the shaft in the form of a fiber, impregnated with epoxy resin, is made with the addition of quartz powder, previously uniformly mixed in the resin.
RU2024107443U 2024-03-22 Hybrid fiberglass composite shaft RU226770U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU226770U1 true RU226770U1 (en) 2024-06-21

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146019C1 (en) * 1999-01-19 2000-02-27 Государственное предприятие "Координационно-аналитический центр по межвузовским инновационным и научно-техническим программам" Flexible shaft made of composite material
RU2636495C2 (en) * 2016-04-06 2017-11-23 Общество с ограниченной ответственностью Специальное Конструкторское Бюро "Мысль" Method of producing polymeric composite material for manufacturing items
CN111621119A (en) * 2020-05-25 2020-09-04 哈尔滨工业大学 Continuous carbon fiber composite material bolt
RU220450U1 (en) * 2023-06-20 2023-09-14 Владимир Васильевич Галайко Fiberglass composite bolt

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146019C1 (en) * 1999-01-19 2000-02-27 Государственное предприятие "Координационно-аналитический центр по межвузовским инновационным и научно-техническим программам" Flexible shaft made of composite material
RU2636495C2 (en) * 2016-04-06 2017-11-23 Общество с ограниченной ответственностью Специальное Конструкторское Бюро "Мысль" Method of producing polymeric composite material for manufacturing items
CN111621119A (en) * 2020-05-25 2020-09-04 哈尔滨工业大学 Continuous carbon fiber composite material bolt
RU220450U1 (en) * 2023-06-20 2023-09-14 Владимир Васильевич Галайко Fiberglass composite bolt
RU222281U1 (en) * 2023-10-10 2023-12-18 Владимир Васильевич Галайко Fiberglass composite screw

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11400664B2 (en) Composites product; a pultrusion continuous method for manufacturing thereof
US11135788B2 (en) System of continuous pultrusion method for manufacturing of bio-composite products; process and products thereof
CN107127985B (en) A kind of manufacturing process of the super hybrid composite manner pipe of fibre metal
CN102700153B (en) Continuous pultrusion manufacturing method and production device for fibrous composite drive shaft
CN102458804A (en) Fiber reinforced plastic bolt and method for producing the same
WO2016066510A1 (en) Production of a plurality of different fiber composite components for high volumes in a continuous process
RU226770U1 (en) Hybrid fiberglass composite shaft
RU112664U1 (en) TECHNOLOGICAL COMPLEX FOR PRODUCTION OF COMPLEXLY REINFORCED ARTICLES FROM POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS
RU226504U1 (en) Shaft made of composite basalt hybrid material
RU2502600C1 (en) Method of producing hollow articles from polymer composites
Kolosov et al. Substantiation of the efficiency of using ultrasonic modification as a basis of a production cycle for preparing reinforced objects of epoxy polymer composition
DE2021347A1 (en) Process for the production of fiber-reinforced composite bodies
RU226531U1 (en) Gear made of composite hybrid fiberglass material
RU226551U1 (en) Gear made of composite basalt material
JPH11227061A (en) Manufacture of resin gear
RU226243U1 (en) Prismatic key made of composite hybrid fiberglass material
RU226769U1 (en) Composite hybrid basalt material stud
RU214624U1 (en) Composite Bolt
RU222281U1 (en) Fiberglass composite screw
RU218713U1 (en) Screw made of composite basalt material
RU227566U1 (en) V-belt pulley made of composite basalt hybrid material
RU220450U1 (en) Fiberglass composite bolt
RU222083U1 (en) Carbon composite screw
RU223994U1 (en) Composite basalt material stud
CN102310871A (en) High-strength track insulating fastener with fiber frame and making method thereof