本發(fā)明涉及一種傳動軸以及用于生產(chǎn)所述傳動軸的制造方法。

本發(fā)明還涉及設(shè)計成位于傳動軸本體的一端的聯(lián)接部件。

現(xiàn)有技術(shù)

傳動軸由本體和被安排在本體的末端處的聯(lián)接部件制成，這些聯(lián)接部件旨在提供到例如齒輪箱或萬向節(jié)的鏈接。航空領(lǐng)域中的示例性應(yīng)用是使用傳動軸來驅(qū)動飛機機翼的襟翼。汽車領(lǐng)域中的另一示例性應(yīng)用是在車輛的變速箱和后橋之間使用傳動軸。

已知由復(fù)合材料制成所述軸的本體并且將金屬聯(lián)接部件附接到本體。因此，文獻US 7,874,925和US 2006/0258469描述了一種用于生產(chǎn)具有復(fù)合管和多個金屬聯(lián)接件的軸的方法，這些金屬聯(lián)接件被軸向地壓到該聚合管的末端上。這些聯(lián)接件配備有設(shè)計成在管的外表面中開出溝槽的齒，從而在管和這些聯(lián)接件之間形成機械鏈接。形成這樣的溝槽產(chǎn)生碎屑，在文獻US 7,874,925的情況下，碎屑被收集在聯(lián)接部件中的齒旁邊加工出的凹陷中。

在這些文獻中描述的方法的主要缺點在于，必須損壞管來將聯(lián)接部件附接到所述軸的本體上。這可能引入在使用過程中將生長的裂縫。此外，碎屑和被設(shè)計為收集碎屑的凹陷的存在防止了在聯(lián)接部件與管之間實現(xiàn)全接觸。因此，管/聯(lián)接部件的組件形成了具有間隙和孔隙的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)隨時間不利地影響聯(lián)接部件的機械強度，所述部件對環(huán)境條件(濕度、溫度變化、諸如如油和除冰劑的外部損壞元素)更敏感，并且當旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)時具有較低的疲勞強度。此外，由于變形管和碎屑的不同機械性能，管和聯(lián)接件形成了具有不同負荷承載區(qū)域的機械組件。

從文獻DE 10 2011 053480中已知一種用于制造連接桿的方法，其中，尚未固化(即仍可變形)的中空本體徑向縮回、然后滑入尖端中。然后將可脹大元件放置在整個本體內(nèi)部，使得該本體的外表面的末端與尖端的內(nèi)表面匹配。換句話說，通過在本體內(nèi)施加壓力來使軟套管狀本體脹大。這種方法的問題是精確地控制膨脹程度，并且因此是精確地控制本體的內(nèi)直徑。在沒有精確控制的情況下，內(nèi)直徑容易沿著本體的軸線變化，并且在一次運行和下一次運行之間變化。航空領(lǐng)域和其他領(lǐng)域中公差是低的。能夠?qū)⒊叽绫ＷC在十分之一毫米內(nèi)是非常重要的。此外，由于膨脹發(fā)生在整個軸上，所述膨脹必須在模具內(nèi)發(fā)生，這增加了機加工成本。

從文獻DE 34 08 650中已知一種用于通過長絲纏繞并將織物管放置在泡沫芯上制造軸的方法。在制造之后，芯保留在軸內(nèi)。這意味著隨每個部件損失該工具，并且重量增加，這在航空中是不可接受的。該方法還具有需要增強劑和粘合劑的缺點，所述增強劑和粘合劑與在整個本體上實現(xiàn)均勻結(jié)構(gòu)的目標不相容，推薦均勻結(jié)構(gòu)以防止軸的本體內(nèi)部的差異膨脹問題。

發(fā)明目標

本發(fā)明旨在提供一種用于制造傳動軸的方法，其中在將聯(lián)接件附接到軸的本體的末端的過程中固持整個本體。

本發(fā)明還旨在提供一種用于制造傳動軸的方法，貫穿該方法具有可控的精確幾何尺寸。

本發(fā)明還旨在提供一種傳動軸，該傳動軸在傳動軸的聯(lián)接件和本體之間沒有間隙或孔隙、并且在整個本體上具有均勻的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的主要特征元素

本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)傳動軸的方法，該傳動軸包括由復(fù)合材料制成的本體和在該本體的一端的聯(lián)接部件，所述聯(lián)接部件是中空的并且在其內(nèi)表面上具有花鍵，所述花鍵的基部界定了直徑為D2的圓的周界，并且所述花鍵的頭部界定了直徑為D1的圓的周界，

其特征在于所述方法包括以下相繼的步驟：

-提供具有可膨脹部分和不可膨脹部分的心軸；

-通過圍繞該心軸纏繞多條預(yù)浸漬纖維長絲來生產(chǎn)該本體；

-將該聯(lián)接部件圍繞該本體定位在該心軸的可擴展部分上；

-使該心軸的可膨脹部分膨脹，以便用該本體的這些預(yù)浸漬纖維來填充所述花鍵的基部；

-使配備有該聯(lián)接部件的所述主體固化。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，該方法包括以下特征中的至少一者或適當組合：

-在該本體被固化之前，圍繞該本體來定位該聯(lián)接部件；

-通過長絲纏繞形成的所述本體的外直徑略小于所述直徑D1；

-所述花鍵沿該聯(lián)接部件的整個長度延伸；

-該聯(lián)接部件的內(nèi)表面具有垂直于所述花鍵延伸的凹槽，并且該心軸的可膨脹部分的膨脹還使得能夠用該本體的這些預(yù)浸漬纖維來填充該凹槽；

-該傳動軸在其每個末端處具有聯(lián)接部件，并且其中該心軸包括在每一末端端接有(encadre)該可擴張部分的所述不可膨脹部分。

本發(fā)明還涉及一種傳動軸，該傳動軸具有復(fù)合本體和在該本體的一端處圍繞該本體定位的中空聯(lián)接部件，所述聯(lián)接部件的內(nèi)表面具有花鍵，所述復(fù)合本體完全填充所述花鍵從而確保該本體與所述花鍵之間的每個點處不留間隙地接觸。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，該傳動軸包括以下特征中的至少一者或適當組合：

-所述花鍵沿該聯(lián)接部件的整個長度延伸；

-該聯(lián)接部件的內(nèi)表面具有垂直于所述花鍵延伸的凹槽；

-這個或這些凹槽或凹槽圍繞該聯(lián)接部件的整個周界延伸；

-該傳動軸在該本體的每個末端都具有聯(lián)接部件；

本發(fā)明還涉及一種中空聯(lián)接部件，該中空聯(lián)接部件在其內(nèi)表面上具有沿著該聯(lián)接部件的整個長度延伸的花鍵。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，該聯(lián)接部件包括以下特征中的至少一者或適當組合：

-該聯(lián)接部件的內(nèi)表面具有垂直于所述花鍵延伸的一個或多個凹槽；

-所述花鍵的基部是平坦的；

-所述花鍵的頭部是截頭形的。

最后，本發(fā)明涉及包括上述聯(lián)接部件的傳動軸。

附圖簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的傳動軸的側(cè)視圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)接件的側(cè)視圖和沿線A-A截取的截面。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)接件的側(cè)視圖，示出了花鍵的頭部(R1)和基部(R2)處的半徑的區(qū)域B的放大視圖，并且示出了截面從而展示花鍵的幾何形狀。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明組裝的三個心軸的軸向截面。中間心軸是不可膨脹的，并且兩側(cè)的心軸是可膨脹的。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的管的軸向截面，該管是通過圍繞這三個心軸纏繞長絲獲得的。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的滑動到管上的聯(lián)接部件的軸向截面。

圖7示出了圖6中的聯(lián)接部件中附接在管周圍的一個聯(lián)接部件的放大視圖。

圖8是示出了在可膨脹心軸膨脹之前管在聯(lián)接部件內(nèi)部的位置的局部視圖。

圖9示出了在可膨脹心軸膨脹之前和之后管在聯(lián)接部件內(nèi)部的位置的兩個局部視圖。

圖10示出了在移除這些心軸之后的根據(jù)圖6的組件。

關(guān)鍵詞

(1)傳動軸

(2)管，也稱為傳動軸的本體

(3)聯(lián)接部件，也稱為聯(lián)接件

(4)花鍵，也稱為聯(lián)接部件的內(nèi)壁(也稱為內(nèi)表面)上的縱向凹槽

(5)齒，也稱為花鍵頭部

(6)花鍵基部，也稱為中空

(7)橫向凹槽

(8)凸緣

(9)緊固孔口

(10)心軸

(11)心軸的不可膨脹部分

(12)心軸的可膨脹部分

發(fā)明詳細說明

本發(fā)明涉及一種用于制造傳動軸的方法和使用所述方法獲得的傳動軸。本發(fā)明還涉及定位在軸的一端的聯(lián)接部件，此部件的特定形狀使得該部件能夠在使用時優(yōu)化負荷承載，并且確保聯(lián)接部件與軸的本體之間的全接觸。

如圖1所示，傳動軸1包括由復(fù)合材料制成的管2和定位在管2的每一端的聯(lián)接部件3。圖2和圖3中所示的聯(lián)接部件3是中空的并且設(shè)計成圍繞管2進行組裝。該聯(lián)接部件的圓柱形內(nèi)壁具有沿著內(nèi)壁的整個長度平行于該部件的軸向方向延伸的一系列縱向凹槽4(也稱為花鍵)。更確切地講，帶花鍵的內(nèi)壁具有由平坦基部6分開的一系列齒5。如圖3所示，這些齒的頭部處的開口上至55°。這些齒優(yōu)選地被鈍化以防止在軸的制造過程中損壞復(fù)合管的纖維。因此，這些齒的頂點可以具有截頭尖端。如圖3所示，這些齒5的頂點(也稱為花鍵頭部)界定了直徑為D1(半徑1表示為R1)的圓的周界，并且平滑基部6(也稱為花鍵基部)界定了直徑為D2的圓(半徑2表示為R2)。

此外，該聯(lián)接件的內(nèi)壁可以具有一個或多個橫向凹槽7，所述橫向凹槽在垂直于這些縱向凹槽4的方向上圍繞該圓柱體的整個周長延伸、并且與這些縱向凹槽相交。

該聯(lián)接件的外壁在一端處提供有具有用于螺栓連接的孔口9的多個凸緣8，隨后是圓柱形部分，其中在朝向該聯(lián)接部件的另一末端變窄之前，壁厚度最初是恒定的(參見圖2和3)。

根據(jù)本發(fā)明，傳動軸是按如下方式生產(chǎn)出的。

在第一步驟中，管2(也被稱為軸的本體)是通過將一層或多層預(yù)浸漬纖維纏繞在具有三個部分的一體式金屬心軸10上而制成的，如圖4所示。此心軸是剛性的并且具有大于60GPa的楊氏模量，以在第三步驟過程中精確地控制該心軸的膨脹，以便獲得具有沿著該心軸的軸線完全恒定的內(nèi)直徑的本體。該心軸的第一部分11是平順的且不可膨脹的，并且在每一端端接可膨脹的平滑部分12。這三個部分具有相同的直徑，該直徑為待生產(chǎn)的管的內(nèi)直徑。在這些纖維層的長絲纏繞之后，獲得了圖5所示的管2。該管的外直徑略小于花鍵頭部處的直徑D1，由此使得這些聯(lián)接件能夠在第二步驟中滑動到該管上，而不損壞該管。在該階段，該管尚未經(jīng)歷固化循環(huán)。

第二步驟涉及圍繞管2將這些聯(lián)接件3放置在該心軸的可膨脹部分12處(參見圖6和圖7)。整個聯(lián)接部件3在末端處或靠近末端處圍繞管2定位，并且剩余的復(fù)合材料2可以留在聯(lián)接部件3之后，如圖6和圖7所示。在該步驟過程中，復(fù)合管2被定位在聯(lián)接件3內(nèi)部，如圖8中示意性地示出的。管2接觸所述花鍵的頭部，但是不與花鍵的基部和側(cè)面接觸。

第三步驟涉及使這些心軸的可膨脹部分12打開和膨脹。打開這些心軸將迫使纖維進入這些縱向凹槽4直到花鍵的基部6(參見圖9)。此外，如果該聯(lián)接部件具有任何纖維，纖維就進入這些橫向凹槽，這將軸向地緊固該連接件。

在第四步驟中，管2被固化，以使預(yù)浸漬有樹脂的纖維聚合并且完成這些聯(lián)接件的固定。

第五步驟涉及移除心軸(參見圖10)。

最后，第六步驟涉及如果存在任何剩余，則修整來自聯(lián)接部件的位于這些聯(lián)接部件的凸緣后面的復(fù)合管2的剩余部分，以便獲得圖1中的成品軸。

因此獲得的驅(qū)動軸是由完全填充了該聯(lián)接件的花鍵的復(fù)合材料制成的。

根據(jù)本發(fā)明并且作為示例，該傳動軸的本體是使用碳纖維制成的，并且該聯(lián)接件是金屬、合成物或復(fù)合物。

最后，應(yīng)當指出的是，已經(jīng)針對在每一末端配備有聯(lián)接部件的軸闡述了方法。本發(fā)明還覆蓋用于制造僅一端配備有聯(lián)接部件的軸的方法，其中另一末端可以是例如叉尖。

根據(jù)本發(fā)明的方法、傳動軸和聯(lián)接部件的優(yōu)點

該軸受益于通過在纖維上以某一張力水平進行長絲纏繞提供的特征，所述長絲纏繞優(yōu)化了纖維的機械性能，同時通過膨脹來緊固纖維，從而確保該聯(lián)接部件與該本體之間的優(yōu)良接觸。該管和這些聯(lián)接件之間的這種優(yōu)良接觸意味著不需要粘合劑來提高粘合。此外，與現(xiàn)有技術(shù)中的軸不同，在管內(nèi)部不需要加強，因為在膨脹步驟過程中不需要支撐該管的壁來防止在定位該聯(lián)接部件時該管坍塌。

不同于通過氣體注射的膨脹，其中控制是通過測量壓力來提供的，使用剛性心軸的機械膨脹有助于基于該心軸的徑向運動來精確地控制膨脹。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法提供了尺寸精確到0.1mm的軸。

此外，可以通過心軸的徑向移動來施加更大的壓力。這導致所述花鍵和本體之間無孔隙地接觸，即使這些齒是陡的(頭部開放角等于或小于55°)也是如此。這不適合于氣體膨脹的情況，其中這些齒的輪廓需要是較不陡的以防止在這些齒的基部處形成間隙。

此外，由于膨脹僅在多個特定點進行，該方法不需要模制并且僅使用單個桿用于工具作業(yè)，這顯著降低了實施該方法所需的工具的成本。

根據(jù)本發(fā)明的方法具有的優(yōu)點是，在樹脂聚合之前的第三步驟過程中形成了纖維。這意味著樹脂仍然是可延展的。這種形成有助于在該復(fù)合管和這些聯(lián)接件之間建立優(yōu)良的接觸。這些預(yù)浸漬纖維填充這些凹槽，而不受損壞。這消除了裂縫出現(xiàn)和展開的所有風險，并且該軸形成沒有孔隙的均勻整體。

在該軸的制造過程中不產(chǎn)生碎屑。因此，該聯(lián)接件可以僅僅在其內(nèi)表面上形成為具有基部和頭部而沒有被設(shè)計為收集碎屑的后部區(qū)域的花鍵。

這些縱向凹槽使得扭轉(zhuǎn)負荷能夠被完全傳遞并且在該聯(lián)接件與復(fù)合管之間沒有游隙。這些凹槽沿著該聯(lián)接部件的整個長度延伸，這有助于沿著該聯(lián)接部件的整個長度保持該管和該聯(lián)接部件之間的優(yōu)良接觸，這不適合于文獻US 7,874,925和US 2006/0258469。隨后，沒有凹槽的區(qū)域(其可以稱為接合區(qū)域)需要在該管在帶凹槽區(qū)域中變形之前在該管周圍(即同心地)自由放置該聯(lián)接部件。在沒有該區(qū)域的情況下，將需要定位工具以確保聯(lián)接部件在挖出溝槽之前被正確地定位在該管中。

這些橫向凹槽能夠在該復(fù)合管和聯(lián)接件之間實現(xiàn)定位和軸向負荷承載，橫向凹槽的數(shù)量取決于有待由該聯(lián)接件吸收的縱向負荷。

此外，與文獻US 7,874,925不同，用于將這些聯(lián)接部件附接到復(fù)合管的方法和這些聯(lián)接部件的花鍵的幾何形狀在組裝之后不產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種聯(lián)接部件/復(fù)合管鏈接原理消除了將墊圈定位在復(fù)合管內(nèi)以防止復(fù)合材料壁在傳遞扭矩時坍塌的需要。這旨在減少該組件的重量并降低制造成本。

與文件US 7,874,925和US 2006/0258469中的傳動軸(其中纖維沿著管的縱向表面在其末端處被切割，這削弱了材料)不同，該纖維是連續(xù)的，直到該管的末端。