SU820671A3 - Карданный шарнир и способ егоизгОТОВлЕНи - Google Patents

Description

(54) КАРДАННЫЙ ШАРНИР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1

Изобретение относитс  к машиностроению , а более конкретно - к узлам привода двигател  дл  транспортных средств.

Известен карданный шарнир, содержаШ .ИЙ вал с головками на торцах, опорные подшипники, размешенные в головках, крестовину , соединённую с валом, и вилку, сообшающую враш,ение валу через крестовину 1.

Способ изготовлени  известного шарнира заключаетс  в выполнении вала с головками из поковки путем обработки на токарном станке, сверлени  отверсти  в головках , изготовлени  крестовины штамповкой и проточкой и окончательной сборки.

Недостатком известного шарнира  вл етс  его большой вес. Это преп тствует уменьшению веса и повышению прочности как автомобилей, так и р да других транспортных средств, где возможно применение подобных устройств.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение веса карданного шарнира и одновременного повышени  его прочности.

Эта цель достигаетс  за счет того, что в карданном шарнире, содержашем вал с

головками на торцах, опорные подшипники, размешенные в отверсти х головок, крестовину , соединенную с валом, и вилку, кинематически св занную с валом через крестовину , вал выполнен в виде трубы, а головки - в виде утолшений на его торцах, при этом вал и головка выполнены из синтетической смолы с введенными в неее упрочн ющими волокнами. При этом толшина стенок вала может составл ть от 1/15 до 1/25 толшины стенок головки. Кроме того, головки могут быть выполнены в виде колец из синтетической смолы с упрочн юшими волокнами.

В качестве синтетической смолы используютс  термореактивна  или эпоксидна  смолы.

Уменьшение веса карданного шарнира при одновременном увеличении его прочности достигаетс  также тем, что в известном способе изготовлени  карданного шарнира путем формообразовани  вала с головками,

сверлени  отверстий в головках и последую шей сборки вал и головки изготавливают намоткой на оправку синтетических волокон с пропиткой их синтетической смолой и последующим удалением оправки. Кроме того, головки с большей толщиной стенки , чем стенка вала, изготавливают путем установки на оправке колец с дальнейшей намоткой по поверхности оправки и колец упрочн ющих волокон и их пропиткой синтетической смолой. Головку с большей толщиной стенки, чем стенка вала, получают только намоткой большего по сравнению с остальной частью вала числа слоев упрочн ющих волокон, пропитываемых синтетической смолой. При этом варианте изготовлени  головки так же, как и в предыдущем случае, в полост х вала под головками устанавливают прокладки на клеющем веществе, удал емые после изготовлени  отверстий. Пропитку волокон неотвердевщей смолой выполн ют либо в процессе их намотки на оправку, либо пропитка выполнена до начала намотки, либо после ее завершени . На фиг. 1 приведен частичный продольный разрез карданного шарнира; на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - вариант выполнени  вала. Карданный шарнир содержит вал в виде трубы 1, головки 2 с соосными отверсти ми 3 дл  втулок 4, в которых размещаютс  игольчатые роликовые подшипники и пара выступов 5 крестовины б, втора  пара выступов 7 которой соединена с вилкой 8, установленной на ведомом валу 3. Втулки 4 устанавливаютс  в отверсти  3 за счет тугой посадки или на клею. Пружин щие кольца 10 и прокладки 11 фиксируют положение крестовины 6. Трубчатый вал 1 изготавливаетс  намоткой упрочн ющих волокон на оправку, причем волокна пропитываютс  эпоксидной или термореактивной смолой. Направление намотки волокон мен етс  в широких пределах от 90° до О относительно продольной оси вала. Получение головок 2 обеспечиваетс  намоткой дополнительных слоев волокон или постановкой колец из материала повышенной прочности. После намотки и термообработки оправка удал етс , высверливаютс  отверсти  и осуществл етс  сборка вилки 8 с крестовиной 6. Головка, в которой устанавливаютс  подшипники, из готавливаетс  также из колец 12, которые затем при изготовлении трубчатого вала покрываютс  слоем волокон, пропитанных синтетической смолой. Дл  того чтобы изготовить ведущий вал согласно изобретению, нужно использовать оправку (на чертежах не показана) соответствующего диаметра, который соответствовал бы внутреннему диаметру валу 1, установить эту оправку в соответствующее устройство и покрыть ее веществом, обеспечивающим сн тие вала 1 с оправки. Затем на оправку наматываютс  волокна, причем они пропитываютс  отверждаемой смолой до выполнени  операции наматывани  волокон на оправку. Типична  конструкци  вала 1 .может содержать слои волокон, которые располагаютс  спирально под углом примерно 90 относительно продольной оси вала , т.е. иметь одну или более колцевых обмоток , и волокон, которые располагаютс  под меньшим углом, например в 45°, относительно оси вала 1. Кроме того, волокна могут располагатьс  параллельно оси вала 1. Один или оба конца вала, полученные таким образом, могут быть толще, чем остальна  часть вала 1, причем это может быть обеспечено либо за счет дополнительного наматывани  волокон на оправку по ее концам в процессе или после получени  основной части вала, либо путем использовани  изготовленного заранее кольца 12 из усиленного материала, которое помещаетс  на оправке до начала выполнени  операции наматывани  волокон на оправку. После получени  вала I на оправке, имеющего , если нужно, соответствующие утолщенные концы или один конец, этот вал 1 вместе с оправкой удал етс  из устройства и подвергаетс  обработке, т.е. нагреву, с тем чтобы обеспечить получение жесткой матрицы, в которую ввод тс  упрочн ющие волокна. После этой операции вал 1 снимаетс  с оправки и противолежашие отверсти  3, высверленные на одном конце или на обоих концах полого вала 1, готовы дл  приема втулки 4 подшипника. Затем выполн етс  операци  сборки универсальных шарниров, причем сначала производитс  сборка вилки 8 с концами одного ответвлени  крестовины 6. Затем полученна  сборна  конструкци  располагаетс  внутри концевой части вала 1 так, что концевые части другого ответвлени  крестовины располагаютс  в линию с отверсти ми 3 вала 1, в результате чего втулки 4 подшипников можно вставить в отверсти  3 снаружи вала 1 и тем самым обеспечить вращение крестовины внутри вала 1. В нижней час показана втулка 4 подшипника, в положении до ее установки в отверстие в теле вала 1. Пример 1. На оправку диаметром в 3 дюйма намотали волокна следующим образом: 1. Намотали один слой по всей длине оправки, использовав дл  этой цели пучок из дес ти волокон «Торнел 300 (торгова  марка фирмы «Юнион Карбайд Корпорейшн , волокна углерода) под углом намотки , равном примерно 90° относительно продольной оси вала 1. В этом случае было обеспечено полное покрытие оправки углеродными волкнами слоем одинаковой толщины. 2. Намотали шесть слоев вдоль длины оправки, использовав дл  этой цели 180 волокон «Торнел 300 (волокна углерода), при этом намотку волокон осуществили под

углом 22, 5° относительно продольной оси вала 1. Каждый из указанных шести слоев или р дов намотки также обеспечивал полное покрытие оправки. Волокна каждого последующего сло  намотки накладывались на каждый предыдущий слой под углом 45°.

3. Выполнили кольцевую намотку из дес ти волокон углерода под углом в 90° относительно оси вала 1.

Все указанные операции на намотке волокон углерода на оправку позволили получить наружный диаметр сложного вала 1 около 3,15 дюйма (79мм). Затем концы вала на рассто нии примерно 6 дюймов (152л ) утолщили на 0,2 дюйма (5мм), использовав дл  этого стекловолокно Р. 5, которое намотали на указанные концы вала 1.

Эти волокна были пропитаны в процессе их намотки на оправку смесью эпоксидной смолы с отверждающим реагентом, котора  выпускаетс  фирмой «Шелл Кемикэл Ко за № 828/142, причем указанна  смесь состоит из 100 вес. ч. смолы на 27 вес. ч отверждающего реагента. Затем собранный вал 1 нагревали в течение 60 мин. при 180°С с целью отверждени  смеси из смолы и отверждающего реагента и цементации волокна в смолистой матрице. Затем утолщенные концы вала 1 просверлили дл  получени  сквозных отверстий 3 диаметром в 1 дюйм, в которые затем вставили способом тугой посадки втулки 4 подшипников, изготовленные из «Торнел (торгова  марка фир мы).

Пример 2. На оправку диаметром 2,54 дюйма (64,5мм) намотали шесть слоев или р дов из 180 волокон углерода марки «Торнел 300 под углом намотки в 22,5° относительно продольной оси вала 1. Волокна каждого последующего сло  охватывали волокна предыдущего сло  под углом 45°. Затем намотали два сло  под углом намотки, равным примерно 90°, использовав дл  этой цели п ть волокон углерода марки«Торнел 300. Смолу и обработку дл  отверждени  применили, как и в примере I. Путем намотки волокон на оправку получили полый смежный вал 1 с толщиной стенки, равной пример но 2,62 дюйма (66,5мм). Изготовленный таким способом вал 1 затем просверлили дл  получени  сквозных отверстий 3 в стенке вала 1 диаметром 0,75 диаметра, в которые затем вставили стержни по диаметру вала. Полученна  таким образом конструкци  могла противосто ть крут щему моменту , равному 200 фут-фунтов (27,7 кГм).

Кроме того, изготовленный предлагаемым способом вал 1, имеющий внутренний диаметр в 6 дюймов (152мм) и наружный диаметр в 6,08 дюймов (154мм) при толщине стенки вала на его конце в 1 дюйм (35,4 мм) при испытании выдержал крут щий момент, равный 17,500 фут-фунтов (242 кГм).

Эти результаты показывают, что подобного рода композитные ведущие валы могут выдерживать значительные нагрузки, будучи использованы в системе механических силовых передач обычных наземных 5 транспортных средств.

Claims (12)

1.Карданный щарнир, содержащий вал с головками на торцах опорные подщипни . ки, размещенные в отверсти х головок, крестовину , соединенную с валом, и вилку, кинематически св занную С валом через крестовину , отличающийс  тем, что, с целью уменьщени  его веса и повыщени  прочности , вал выполнен в виде трубы, а головки -

15 в виде утолщений на его торцах, при этом вал и головки выполнены из синтетической смолы с введенными в нее упрочн ющими волокнами.

2.Карданный щарнир по п. 1, отличающийс  тем, что толщина стенки вала равна 1/15-1/2 толщины стенки головки.

3.Карданный щарнир по пп. 1, 2, отличающийс  тем, что головки выполнены в виде колец из синтетической смолы с упрочн ющими волокнами.

5 4. Карданный щарнир по пп. 1-3, отличающийс  тем, что в качестве синтетической смолы используетс  термореактивна  смола .

5.Карданный шарнир по п. 1, отличающийс  тем, что в качестве синтетической смолы используетс  эпоксидна  смола.

6.Способ изготовлени  карданного щарнира по пп. 1-5 путем формообразовани  вала с головками сверлени  отверстий в головках и последующей его сборки, отличающийс  тем, что вал и головки изготавливают намоткой на оправку синтетических волокон с пропиткой их синтетической смолой , удал   оправку после твердени  смолы .

7.Способ по п. 6, отличающийс  тем, 0 что головки с большей толщиной стенки,

чем стенка вала изготавливают путем установки на оправке колец с дальнейщей намоткой по поверхности оправки и колец упрочн ющих волокон и их пропиткой синтетической смолой.

8. Способ по п. 6, отличающийс  тем, что головку с большей толщиной стенки, чем стенка вала получают намоткой большего по сравнению с остальной частью вала числа слоев упрочн ющих волокон пропитываемых синтетической смолой.

9.Способ изготовлени  карданного шарнира по пп. 6-8, отличающийс  тем, что до операции высверливани  отверстий, в полост х вала под головками на клеющем веществе устанавливают прокладки, удал емые после изготовлени  отверстий.

10.Способ по п. 6,отличающийс  тем, что пропитка волокон неотвердевщей смолой выполн етс  до намотки их на оправку.

11.Способ по п. 6, отличающийс  тем, что пропитка волокон неотвердевшей смолой выполн етс  в процессе их намотки на оправку.

12.Способ по п. 6, отличающийс  тем, что пропитка волокон неотвердевшей смолой выполн етс  после их намотки на оправку .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 425002, кл. F 16 С 1/08, F 04 В 1/04, 1974.

Фиг./

//

Фиг.