SE425929B - Fiberforsterkt drivaxel kombinerad med universalknut samt sett att framstella densamma - Google Patents

Description

78@4i851-9 i och kärnan så att byglarna är "inlindade" och omges av de im- pregnerade fibrerna då de sistnämnda lindas på kärnan. Den in- förda bygeln, eller de införda byglarna, mottager änddelarna på en arm på en korsformad koppling, varvid änddelarna på den andra armen därav mottages i en andra bygel, varvid bygeln och korset bildar Hookes-knuten.

För närvarande eftersträvas viktreduktion inom motor- industrin och även om kompositdrivaxlar med stålbyglar är lät- tare än ekvivalenta konventionella drivaxlar, har det visat sig att en ytterligare möjlighet till viktbesparing kan uppnås i en sådan kombination av axel och knut och ett ändamål med den- na uppfinning är erhållande av en lätt men stark drivaxel. Den- na axel är avsedd för användning vid drivning av ett motorfor- don, men kan användas inom andra tillämpningar.

Ett ändamål med uppfinningen är sålunda erhållande av en drivaxel bestående av en kombination av (1) en rörformig axel innefattande förstärkta fibrer i en styv grundmassa av syntetiskt hartsmaterial, varvid angränsande till ena änden på axeln ett par orienterade, diametralt motsatta hål är anordna- de, (2) två axellager, ett i varje hål, och (E) en korsformad koppling, varvid änddelarna på ena armen därav är uppburen för rotation i axellagren, och den.andra armen på kopplingen upp- bäres i en bygel.

Ena änden på axeln kan uppbära en korsformad koppling, såsom beskrivet, eller båda ändarna kan vara lika dant konstru- erade.

Genom denna konstruktion har vikten av kombinationen av drivaxel och knut avsevärt reducerats eftersom den tidigare i axelhålet införda stålbygeln undanröjts och har ersatts med de två axellagren och en kort förlängning av axeln, vilket till- sammans väger avsevärt mindre än den tidigare använda stålby- geln, som innehöll axellagren.

Företrädesvis är änddelen av axeln, eller varje änddel om båda uppbär en korsformad koppling, av större tjocklek i en radiell riktning än huvuddelen av axeln. Den större tjockleken av änddelen eller änddelarna tjänar till att mera effektivt mot- stå vridmoment anbringat på axeln genom kopplingen via axellag- ren då kombinationen användes. Huvuddelen av axeln uppvisar van- ligen en tjocklek mellan 1/lš och l/E av tjockleken för de för- _] 1 sšåià is 1 - 9 tjockade änddelarna, vanligen mellan l/6 och l/Ä av tjockleken för de förtjockade änddelarna.

När änddelen eller änddelarna är förtjockade, såsom föreslagits, kan de innefatta en förformad ring, tillverkad av ett sammansatt material, d.v.s. förstärkningsfibrer i en styv grundmassa av syntetiskt hartsmaterial, och som lindas in under tillverkning av axeln, dvs. omges av ett annat skikt av förstärk- ningsfibrer i en styv grundmassa av syntetiskt harts och som är i ett stycke med återstoden av axeln, eller kan innefatta helt enkelt en del av axeln, som har byggts upp till en större tjock- lek än återstoden därav.

I enlighet med ett annat ändamål med uppfinningen erhål- les ett sätt att framställa kombinationen av axel och en univer- salknut av Hookes-typ, innefattande upplindning på ett dondav ett flertal skikt av förstärkningsfibrer, impregnering av fib- rerna med ett ohärdat harts antingen före, efter eller samti- digt med upplindningen, härdning av hartset till en styv struk- tur, avlägsnande av den erhållna rörformiga axeln från dornet, åstadkommande av ett par orienterade, diametralt motsatta hàl angränsande till änden därav, och införande i vardera av hålen ett axellager för uppbärande av de motsatta änddelarna av en arm på en korsformad koppling, varvid dess andra arm uppbäres i ett bygelelement.

Där den ena eller båda änddelarna på axeln skaB.för- tjockas, såsom beskrivits ovan, kan sättet innefatta placering på dornet, före pàlindning av fibrerna för bildning av axeln, av en ring av sammansatt material, såsom definierats ovan, och därefter lindas fibrerna på sä att de överlappar ringen och bil- dar axeln. Efter att materialet har härdats och axeln avlägsnats från dornet, åstadkommas hålen genom axeln och ringen.

Alternativt kan lindningen, i stället för användning av en förformad änddel, utföras så att änddelen eller båda ändde- larna är av större tjocklek i en radiell riktning än huvuddelen av axeln.

Uppfinningen beskrives nedan, i form av exempel, med hänvisning till bifogade ritningar, där fig. l är it partiellt längdsnitt genom ena änden på en drivaxel i enlighet med uppfin- ningen, och visar ett stadium vid monteringen därav, fig. 2 är J 7804851-9 'i ett snitt längs linjen II-II i fig. 1, fig. 5 är liknande fis. 2 men visar den sammansatta drivaxeln i förbindelse med ett annat slag av universalknut, fig. 4 är en schematisk sidovy av en anordning för framställning av en kompositaxel enligt uppfinningen, fig. 5 är ändvy av anordningen enligt fig. 4, och fig. 6 visar en möjlig modifikation av axeln.

Med hänvisning till fig. 1 visas ena änden på en kom- positaxel 14, vilken uppvisar en rörformig del 10 och en för- tjockad änddel 12. Ett par orienterade hål 16 är anordnade i änddelen 12 och mottager ett par lagerskålar 18, vari vridbart är monterade, t.eX. i nålrullager, änddelar av ena armen 20 på en korsformad koppling 22. Den andra armen 24 på kopplingen är, som framgår av fig. 2, kortare än armen 20 och dess änddelar är vridbart fästa till armarna på en bygel 26, som vid ena änden uppbäres av ett roterbart element 28, som skall drivas genom drivaxeln 14. I Denna kombination utgör sålunda en universalknut av Hookes-typ, varvid ena bygeln utgöres av den förtjockade änd- delen 12 på drivaxeln i stället för av en separat bygelkompo- nent, fäst därpå, och den förtjookade delen 12 utgör ett tor- sionsskjuvningsfördelande element.

I den i fig. l och 2 visade konstruktionen är de resp. armarna 24, 20 av den korsformade kopplingen 22 av olika längd.

I en alternativ utföringsform, som visas i fig. 5, är läng- sträckta 1agersk°lar lSb anordnade och armarna 20a, 24a på kopplingen är av samma längd.

Kompositaxeln tillverkas genom anbringande av förstärk- ningsfibrer på ett dorn, varpå ett härdbart syntetiskt harts- material, som impregnerar fibrerna, utsättes för en behandling för att bringa hartset till att bilda enstyv grundmassa inne- fattande förstärkningsfibrerna. företrädesvis är det utnyttja- de syntetiska hartsmaterialet ett varmhärdande harts, företrä- desvis ett epoxiharts. .

Med hänvisning till fig. 4 och 5 illustreras en anord- ning, som innefattar en bottenplatta 40, vilken för travers- rörelse i längdriktningen för bottenp1attan.uppbär en kombina- tion av en bädd 4?, samt främre spindeldocka 4% och bakre spin- deldocka 46. Den främre spindeldockan uppbär en fastspännings- J sebastian-nal chuck 48 och en motor för rotation av chocken, anordnad för att hålla och rotera ett dorn FO uppouret mellan chucken och den bakre spindeldockan 46.

I fixerade positioner på motsatta sidor av bottenplat- tan 40 är ett par organ 52 anordnade för lagring av fibrerna, som skall lindas på dornet, på ett flertal individuella hållare 54, vilka vardera uppbär ett rep eller en tråd av fibrer. Det torde inses att ett sådant rep består av en mångfald individu- ella fibrer. Varje hållare kan innefatta en rulle, spole eller liknande. från hållarna.54 ledes ett utvalt antal rep av fib- rer, såsom visas schematiskt i fis. 5, till ett lindningsele- ment 56, som omger banan för dornet då bädden 42 förflyttas längs bottenplattan 40 och åstadkommer anbringande av fiber- repen på dornet. Om fiberrepen, med bädden 42 på anordningen vid den vänstra änden av sitt rörelseområde med hänvisning till fig. 4, är fastklämda vid chuck 48 och dornet på maskinen bring- as att rotera och förflyttas till den högra änden av sitt rö- relseområde, som visas med streckstreckprickade linjer i fig. 4, resulterar detta i en spirallindning av fiberrepen.kring dornet i ett mönster beroende på de relativa rotationshastig- heterna för dornet och förflyttningsrörelsen för maskinbädden.

Lindningselementet 55 innehåller även organ för an- bringande av en härdbar hartskomposition till fiberrepen ome- delbart före deras anbringande på dornet. Sådana organ kan va- ra šenerellt konventionell form. Alternativt, eller dessutom, kan impregnering med hartset utföras efter anbringande av fib- rerna på dornet. I För att tillverka en drivaxel enligt uppfinningen, in- passas ett dorn av lämplig diameter i enlighet med den önskade inre diametern pà axeln på anordningen och överdrages med ett släppmedel. Fibrer anbringas därefter på dornet med hjälp av den ovan beskrivna anordningen, vilka fibrer impregneras med det härdbara hartsmateríalet före anbringandet på dornet. En typisk axelkonstruktion kafiinnefatta skikt av fibrer, som sträcker sig spiralformigt med ca 900 till längdaxeln på axeln, dvs. en eller flera slinglindningar, och fibrer som sträcker sig med en mindre vinkel, t.ex. 420, till axeln. Fibrerna kan även anbringas med parallell sträckning till axeln på driv- axeln. En eller båda änddelarna på den sålunda bildade axeln J 7894851-9 e kan vara tjockare än återstoden av axeln,foch detta kan upp- nås antingen genom anbringande av ytterligare lindningar på dornet vid dessa änddelar under eller efter bildning av huvud- delen av axeln, eller en förformad ring av sammansatt material kan placerasgå dornet före upplindningen av fibrer därpå, som beskrivits ovan.

Då axeln har bildats på dornet, med eventuell lämplig förtjockning av ena eller båda änddelarna, avlägsnas dornet och axeln från anordningen och utsättes för behandling, t.ex. upphettning, för att bringa hartset att hårda och ge en styv grundmassa, vari förstärkningsfibrerna ingår. Axeln avlägsnas därefter från dornet och de motsatta paren av hål 16 borras i ena eller båda ändarna av axeln, färdiga att mottaga lager- skålarna 18, såsom beskrivits ovan med hänvisning till fig. l-5. ¿ Universalïnutarna hopmonteras därefter genom att man först monterar bygeln 26 på änddelarna av ena armen 24 på den korsformade kopplingen 22. Detta placeras därefter inuti änd- delen på axeln så att änddelarna av den andra armen 20 på den korsformade kopplingen är i orientering med hålen l6 i axeln, och lagerskålarna 18 införes därefter i hålen 15 från utsidan av axeln så att den korsformade kopplingen är vridbart anordnad axeln. I den undre delen av fig. l visas en lagerskål vid l8a IJ- sin position innan den inpassas i hålet i axeln.

Lagerskålarna 18 kan fästas i läge i axeln på olika sätt.

Exempelvis kan de yttre periferiska ytorna på lagerskålarna va- ra försedda med spår; i vilka fjäderringar EQ kan placeras, t.ex. |-l« fjäderringar som pressar mot packningar 52, vilka kan fästas i läge på den radiella insidan av drivaxeln innan hålen 16 borras därigenom. Med en sådan metod för inpassning av lagerskålarna väljes dimensionerna för hål 16 så att lagerskålarna är rela- tivt tätt presspassade däri. Alternativt kan lagerskålarna fäs- tas med lim i läge i hål l6. Detta kan utföras genom anbringan- de av lim på ena eller båda utsidorna på varje lagerskål och in- sidan av varje hål före införande av lagerskålen. Med denna me- tod är användning av mekaniska fästanordningar, såsom fjäder- ringar eller liknande, icke nödvändigt, vilket visas i fig. 5.

I fig. 6 visas sohematiskt änddelen av en axel, varvid fört'ocknin en därav har unonåtts enom lacerin- av en förfor- li P J 7e0Äs51-9 mad ring av sammansatt material på dornet före lindning av de axelbildande fibrerna därpå. Den förformade ringen visas vid 58 och lindningarna placerade därpå vid 60. I en sådan konstruk- tion kan.huvuddelen av axeln uppvisa en väggtjocklek i området l/lä till 1 2 av väggtjockleken av den förtjockade änddelen.

I en sådan konstruktion kan det visa sig att användningen av packningar 52 i det inre av axeln för bidragande till uppbäran- de av lagerskålarna, icke är nödvändigt eftersom väggtjockleken i änddelen av axeln är tillräcklig för att ge tillfredsställande stöd för lagerskâlarna.

I ett exempel på en axel, vilken har tillverkats i en- lighet med föreliggande uppfinning, lindades ett dorn av dia- metern 7,f cm successivt med följande fibrer: 1. En enda passage längs längden på dornet med 10 rep av "flhornel" 500 (Union Carbide Corporation) kolfiber med en lind- ningsriktning av i huvudsak 300 mot längdaxeln på drivaxeln.

Därigenom uppnås fullständig täckning av dornet med en tjocklek av kolfibertråden.

E. Sex passager längs längden av dornet av 180 rep av "Thornel" 500 kolfiber med en lindningsvinkel av 22,50 mot längd- axeln på drivaxeln. Vardera av dessa passager åstadkommer lika- så fullständig täckning av dornet. Fibrerna i varje successiv passage korsar fibrerna från varje tidigare passage med en vin- kel av 450. å. En ytterligare slinglindningspassage av 10 rep av kol- fibern med en lindningsvinkel av väsentligen 900.

Dessa lindningar bygger upp en ytterdiameter för kom- positaxeln av ca 8,0 cm. Ungefär 15,2 cm av varje ände av axeln byggdes därefter upp till en väggtjocklek av 0,51 cm genom lind- ning av P.5 glasfibertyg periferiskt kring axeln.

Dessa fiorer impregnerades under anbringandet på dornet med ett epoxiharøs och en härdarblandning levererad av Shell Chemical Co med typbeteckningen 828/lä? i proportionen 100 viktdelar harts till 2? viktdelar hårdare. Den kombinerade axeln utsattes dära/fter för upphettning under 60 minuter vid 18000 för härdning av narts/härdarblandningen och bindning av fibrer- na i hartsgrundmassan. De förtjookade änddelarna av axeln bor- rades för bildning av hål med diametern 2,? cm, varpå lagerskålar J i 7864851-9 av "Tufnol" pressinpassades däri.

I ett ytterligare tillverkningsexempel. för en axel en- ligt Iippfinninggen lindades ett dorn med diametern 6,45 om med sex passager av 130 rep av "Thornel" 500 kolfiber med en lind- ningsvizfkel av 22,50 mot längdaïeln för drivaxeln. Fibrer-na i varje successivt skikt korsade fibrerna från varje tidigare skikt med en vinkel av 450. Detta följdes. av två passager med en lindningsvinlcel av ca 900 av E rep av ÉThornel" 500 kolfiber.

Det använda hartset och härdningsbehandlingen var samma som be- skrivits för det första exemplet. Lindningarna byggdes upp till en ytterdiameter för kompositaxeln av ca 6,65 om. Den sålunda framställda axeln borrades med hål med diametern 1,91 cm och ett stift inpassades i hålen så att det sträcker sig över axelns diameter. Den sålunda erhållna kombinationen motstod ett vrid- moment av 271,2 Nm.

I ett :ytterligare exempel motstod en kompositdrivæcel av den inre diametern 15,24 cm och yttre diametern' 15,44 cm saint en ändväggtgjocïzlel: av 2,134 om ett vridmoment av 23750 Nm utan bristning.

Dessa resultat visar att sådana kompositdrivaxlar kan Lippbära de belastningar, som pålägges därpå vid placering i den mekanislra kraftöverfëringen på ett konventionellt fordon.

Claims (14)

1. 7804851-9 Patentrrav r l. Drivaxel, L ä n n e t e c k n a d av att den inne- fattar en kombination av (1) en rörformig axel innefattande förstärkningefibrer bundna i en styv grundmasea av syntetiskt hartsmaterial, varvid axeln uppvisar, angränsande till ena än- den, ett par orienterade, diametralt motsatta hål,(2) två axellager, ett placerat i varje hål, och (5) en korsïormad kopp- ling, varvid änddelarna av ena armen därpå är uppburen för rota- tion i axellagren, och den anira armen på kopplingen uppbäres i en bygel.

2. Drivaxel enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att änddelen pà axeln är av större tjocklek, i en radiell rikt- ning, än huvtdflelen av axeln. 5.

Drivaxel enligt krav 2, k ä n n e t e o k n a d av ratt huvudäelen av axeln uppvisar en tjocklek, i en radiell rikt- ning, av mellan l/lj och l/¿ av den radiella tjockleken för änd- delen.

4. Drivaxel enligt :rev 2, k ä n n e t e o k n a d av att huvuddelen av axeln har et tjocklek, i en radiell riktning, av mellan l/E och l/4 av den radiella tjookleken för änddelen. j.

Drivaxel enligt något av kraven l-ä, k ä n n e- t e c K n a d av att det efntetiska hartsmaterialet är ett värmehärdbart harts.

6. Drivaxel enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att det värmehärdbara hartset är ett epoxiharts.

7. Drivaxel enligt något av kraven 2, 5 eller 4, k ä n- n e t e c k n a d av att änddelen innefattar en förformad ring framställd av ett sammansatt material. E.

Drivaxel enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att det syntetiska hartsmaterialet är ett värmehärdbart harts.

9. Drivaxel enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att det värmehärdbara hartset är ett epoxiharts. lü.

Sätt att framställa en kombination av en drivaxel och en universalknut av Hookes-tj: k H n n e t e o k n a t av _ Än 7804851 9 m att på en dorn lindas ett fiertal'skikt av förstärkningsfibrer, att fibrernainpregneras med ett ohärdat harts antingen före, efter eller samtidigt med lindningen, att hartset härdas till en styv struktur, att den erhållna rörformiga axeln avlägsnas från dornen, att angränsande till ena änden därav anbringas ett par orienterade, diametralt motsatta hål, och att i vardera av hålen införes ett axellager, och därefter eller samtidigt upp- bäres i lagren ie motsatta änddelarna av ena armen på en kors- formad koppling, vars andra arm mottages i ett bygelelement. ll.

Sätt enligt krav 13, 3 ä n n e t e c k n a t av att på dornen nlaceras, före pålindning av fibrerna, en ring av sammansatt material och därefter lindas fibrerna på så att de överlappar ringen och därigenom bildar en änddel med större tjocklek än huvuddelen av axeln, och eftfer avlägsnande av axeln från dornen anbringas hål i axeln och ringen. li.

Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att änddelen av axeln utformas så att den är av större tjock- lek än huvuddelen av axeln genom lindning på dornen av flera skikt av fibrer vid änddelen än på huvuddelen. 15.

Sätt enligt krav 10, 2 å n n e t e c k n a t av anbringande av mekaniska fästorgan på vardera av axellagren, vilka fâstorgan stöter mot insidan på "veln för att hålla lag- ret i position i sitt hål.

14. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e o k n a t av att pacaningar limmas fast i läge i axeln före bildning av hå- len däri, varvid hälen sträcker sig genom packningarna. ÅNFÖRDA PUBLIKATIONER: