CN111836972B - 动力传递轴 - Google Patents

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Abstract

作为本发明的动力传递轴的传动轴(1)在作为旋转轴部件的形成为圆筒状的CFRP管(6)中，将构成主要负担扭转强度、拉伸强度的螺旋层部(8)的碳纤维设为拉伸强度(或拉伸弹性模量)较高的第一碳纤维材料，将构成在螺旋层部(8)的与旋转轴线Z相关的径向的内侧、外侧的至少一方配置且不负担扭转强度、弯曲强度的第一环圈层部(7)或第二环圈层部(9)的碳纤维设为拉伸强度(或拉伸弹性模量)比第一碳纤维材料低的第二碳纤维材料。由此，构成环圈层部的碳纤维能够选择比较廉价的材料，能够实现传动轴用CFRP管(6)的成本降低。

Description

动力传递轴
技术领域
本发明涉及动力传递轴。
背景技术
在专利文献1中，作为采用了CFRP(碳纤维增强树脂)制管的动力传递轴的传动轴，其轴向一端侧经由接头部件与变速器侧连结，另一端侧经由接头部件与差速器侧连结。而且，记载有上述CFRP制管通过多个层叠而构成的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-001717号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1记载的技术中，CFRP管的各层叠的碳纤维使用同一等级(同一种类)的拉伸强度、拉伸弹性模量的碳纤维来制造，因此，在不需要高强度、高弹性模量的层中也使用高价的高强度、高弹性模量的碳纤维，因此，成为成本上升的原因，有可能抑制使用CFRP的传动轴的广泛采用。
本发明的目的之一在于提供一种廉价的动力传递轴，该动力传递轴采用了在不需要高强度、高弹性模量的层中使用廉价的低、中强度、低、中弹性模量的价格比较廉价的碳纤维而成型的CFRP制管。
用于解决课题的方案
本发明一实施方式中的动力传递轴的特征在于，具有接头部件和旋转轴部件，所述接头部件设置于第一轴，具备接头部和***部，所述接头部在所述第一轴的旋转轴线的方向上设置在所述第一轴与所述***部之间，所述旋转轴部件具备螺旋层部和环圈层部，具有筒形状，并具有所述第一轴的旋转轴线方向上的一对端部即第一端部和第二端部，所述***部从所述第一端部***，所述螺旋层部包含第一树脂材料和拉伸强度比所述第一树脂材料的拉伸强度高的第一碳纤维材料，所述第一碳纤维材料浸渍有所述第一树脂材料，具有相对于所述第一轴的旋转轴线呈螺旋状卷绕的形状，所述环圈层部在所述第一轴的旋转轴线的方向上具有与所述螺旋层部重叠的部分，并且，在与所述第一轴的旋转轴线相关的径向上设置在所述螺旋层部的内侧或外侧，所述环圈层部包含第二树脂材料和拉伸强度或拉伸弹性模量比所述第一碳纤维材料低的第二碳纤维材料，所述第二碳纤维材料浸渍有所述第二树脂材料，具有沿着所述第一轴的旋转轴线的周向卷绕的形状。
发明的效果
因此，在本发明中，能够提供廉价的动力传递轴。
附图说明
图1是作为应用本发明的一例的传动轴的整体结构图。
图2是实施方式1的图1的A部的放大图。
图3是实施方式2的相当于图1的A部的放大图。
具体实施方式
〔实施方式1〕
图1是作为应用本发明的一例的传动轴的整体结构图。
需要说明的是，在以下的说明中，为便于说明，将图1的左侧作为“车辆前侧”、将右侧作为“车辆后侧”进行说明，并且将沿着图1的旋转轴线Z的方向作为“轴向”、将绕上述旋转轴线Z的方向作为“周向”进行说明。
(传动轴的结构)
作为动力传递轴的传动轴1在车辆前侧，在连结于与作为未图示的驱动源的发动机连结的变速器的作为轴部件的第一轴2，具备构成能够一体旋转地连结的接头部件4的作为接头部的第一等速接头J1、套环13以及具有锯齿部10的***部5，在车辆后侧，在连结于与未图示的驱动轮连结的差速器的作为轴部件的第二轴3，具备构成接头部件4a的作为接头部的第二等速接头J2、套环13a以及具有锯齿部10a的***部5a，两个***部5、5a分别被压入到作为旋转轴部件的形成为圆筒状的CFRP管6的第一端部6a、第二端部6b，通过各锯齿部10、10a，在各压入嵌合部12a、12b嵌合固定。
另外，在上述***部5、5a与套环13、13a之间，具有与CFRP管6的各第一端部6a、第二端部6b的端面相向地抵接的凸缘11、11a。
如上所述构成的传动轴1通过第一等速接头J1、第二等速接头J2，能够在带有交叉角的状态下在上述变速器与差速器之间进行动力传递。
图2是实施方式1的图1的A部的放大图。
需要说明的是，CFRP管6的第一端部6a附近(车辆前侧)和第二端部6b附近(车辆后侧)成为相同的结构，因此，为便于说明，通过车辆前侧的第一端部6a附近(A部)来说明结构。
CFRP管6是碳纤维增强树脂制，由被称为CFRP(carbon fiber reinforcedplastics：碳纤维增强树脂)的材质制成。
该CFRP管6一般通过将浸渍有环氧树脂的碳纤维卷绕在芯轴上而成形为圆筒状，在树脂固化后，拉出芯轴而完成。
在此，树脂为了与碳纤维协作而得到CFRP管6的扭转、弯曲强度而选择比较硬地固化的树脂。
CFRP管6由第一环圈层部7、在与第一轴2的旋转轴线Z相关的径向上形成在其外侧的螺旋层部8、以及形成于其更外侧的第二环圈层部9这3层构成。
在此，螺旋层部8为多层，在轴向上以目标的扭转强度、弯曲强度为目的，以最大45deg的扭转角度将浸渍有第一树脂材料的第一碳纤维材料沿周向呈螺旋状卷绕而层叠，根据所需性能，一边进行扭转角度的组合一边进行层叠而形成。
这样一来，该螺旋层部8负担CFRP管6的扭转强度、弯曲强度，确保将传动轴1组装于车辆而使用时所要求的扭转、弯曲、振动等性能。
另一方面，在上述螺旋层部8的与第一轴2的旋转轴线Z相关的径向的内侧以在轴向上重叠的方式配置的第一环圈层部7也为多层，通过将浸渍有第二树脂材料的、拉伸强度或拉伸弹性模量比上述第一碳纤维材料低的第二碳纤维材料沿着周向卷绕而层叠形成。
该第一环圈层部7压入具有锯齿部10、10a的各***部5、5a并嵌合固定，因此，与螺旋层部8、第二环圈层部9相比，具有形成为厚壁的厚壁部7a，从而保持嵌合强度。
另外，在上述螺旋层部8的与第一轴2的旋转轴线Z相关的径向的外侧以在轴向上重叠的方式配置的第二环圈层部9也为多层，与第一环圈层部7同样地，通过将浸渍有第二树脂材料的、拉伸强度或拉伸弹性模量上述第一碳纤维材料低的第二碳纤维材料沿着周向卷绕而层叠形成。
该第二环圈层部9在卷绕时，通过其紧固力，螺旋层部8的第一树脂材料牢固地浸渍于第一碳纤维材料，并且挤出第一树脂材料的剩余量，能够进一步提高螺旋层部8的强度，由于通过作为碳纤维的第二碳纤维材料进行该紧固，因此，与带缠绕的情况相比，能够提高螺旋层部的压缩效果。
另外，第二环圈层部9在传动轴1向车辆搭载时，能够保护CFRP管6不受飞石等碎片的影响。
被压入到CFRP管6的***部5通过使其锯齿部10咬入第一环圈层部7而在压入嵌合部12a嵌合固定于第一环圈层部7。
另外，如上所述，在***部5与套环13之间，具有与CFRP管6的第一端部6a的第一环圈层部7的端面相向地抵接的凸缘11。
在车辆碰撞时，由于通过将拉伸强度或拉伸弹性模量比上述第一碳纤维材料低的第二碳纤维材料沿着周向卷绕而层叠形成的第一环圈层部7，因此，由套环13引起的破坏变得容易，碰撞能量的控制性提高。
并且，凸缘11在车辆碰撞时按压第一环圈层部7，剥离第一环圈层部7与螺旋层部8之间的边界，从而套环13容易侵入CFRP管6内，能够进一步提高碰撞能量的控制性。
通过这样构成CFRP管6，不负担作为传动轴1所需的CFRP管6的扭转强度、弯曲强度的第一环圈层部7、第二环圈层部9使用廉价的低、中强度、低、中弹性模量的第二碳纤维材料，能够提供低价的传动轴用CFRP管6的层叠结构。
以下列举实施方式1的效果。
(1)在作为旋转轴部件的形成为圆筒状的CFRP管6中，将构成主要负担扭转强度、拉伸强度的螺旋层部8的碳纤维设为拉伸强度(或拉伸弹性模量)较高的第一碳纤维材料，将构成在螺旋层部8的与旋转轴线Z相关的径向的内侧、外侧的至少一方配置且不负担扭转强度、弯曲强度的第一环圈层部7或第二环圈层部9的碳纤维设为拉伸强度(或拉伸弹性模量)比第一碳纤维材料低的第二碳纤维材料。
因此，构成环圈层部的碳纤维能够选择比较廉价的材料，能够实现传动轴用CFRP管6的成本降低。
(2)在作为旋转轴部件的形成为圆筒状的CFRP管6中，将构成主要负担扭转强度、拉伸强度的螺旋层部8的碳纤维设为拉伸强度(或拉伸弹性模量)较高的第一碳纤维材料，将构成在螺旋层部8的与旋转轴线Z相关的径向的内侧、外侧配置且不负担扭转强度、弯曲强度的第一环圈层部7以及第二环圈层部9的碳纤维设为拉伸强度(或拉伸弹性模量)比第一碳纤维材料低的第二碳纤维材料。
因此，构成第一环圈层部7以及第二环圈层部9的碳纤维能够选择比较廉价的材料，能够实现传动轴用CFRP管6的更大的成本降低。
(3)将由拉伸强度(或拉伸弹性模量)较低的碳纤维形成的第一环圈层部7设置在螺旋层部8的内周侧。
因此，在车辆碰撞时，由套环13引起的第一环圈层部7的破坏变得容易，碰撞能量的控制性提高。
(4)在***部5与套环13之间，设置有与CFRP管6的第一端部6a的第一环圈层部7的端面相向地抵接的凸缘11。
因此，凸缘11在车辆碰撞时按压第一环圈层部7，剥离第一环圈层部7与螺旋层部8之间的边界，从而套环13容易侵入CFRP管6内，能够进一步提高碰撞能量的控制性。
(5)将由拉伸强度(或拉伸弹性模量)较低的碳纤维形成的第二环圈层部9设置在螺旋层部8的外周侧。
因此，第二环圈层部9在卷绕时，通过其紧固力，螺旋层部8的第一树脂材料牢固地浸渍于第一碳纤维材料，并且挤出第一树脂材料的剩余量，能够进一步提高螺旋层部8的强度，由于通过作为碳纤维的第二碳纤维材料进行该紧固，因此，与带缠绕的情况相比，能够提高螺旋层部8的压缩效果。
另外，第二环圈层部9在传动轴1向车辆搭载时，能够保护CFRP管6不受飞石等碎片的影响。
〔实施方式2〕
图3是实施方式2的相当于图1的A部的放大图。
与实施方式1不同，CFRP管6仅由螺旋层部8和配置在螺旋层部8的与旋转轴线Z相关的径向的内侧的第一环圈层部7构成，另外，在***部5与套环13之间未形成凸缘。
其他结构与实施方式1相同，因此，对与实施方式1通用的部分标注与实施方式1相同的附图标记并省略说明。
接着，列举实施方式2的作用效果。
(1)在作为旋转轴部件的形成为圆筒状的CFRP管6中，将构成主要负担扭转强度、拉伸强度的螺旋层部8的碳纤维设为拉伸强度(或拉伸弹性模量)较高的第一碳纤维材料，将构成在螺旋层部8的与旋转轴线Z相关的径向的内侧配置且不负担扭转强度、弯曲强度的第一环圈层部7的碳纤维设为拉伸强度(或拉伸弹性模量)比第一碳纤维材料低的第二碳纤维材料。
因此，构成第一环圈层部7的碳纤维能够选择比较廉价的材料，能够实现传动轴用CFRP管6的成本降低。
(2)将由拉伸强度(或拉伸弹性模量)较低的碳纤维形成的第一环圈层部7设置在螺旋层部8的与旋转轴线Z相关的径向的内侧。
因此，在车辆碰撞时，由套环13引起的第一环圈层部7的破坏变得容易，碰撞能量的控制性提高。
〔其他实施方式〕
以上，对用于实施本发明的实施方式进行了说明，但本发明的具体结构并不限于实施方式的结构，在不脱离发明的要点的范围内的设计变更等也包含在本发明中。
作为实施方式，利用将环圈层部设置在螺旋层部8的与旋转轴线Z相关的径向的内侧、外侧(参照图2)、或者仅设置在螺旋层部8的与旋转轴线Z相关的径向的内侧(参照图3)的CFRP管6进行了说明，但并不限于此，也可以将环圈层部仅设置在螺旋层部8的外周。
另外，第一树脂材料和第二树脂材料既可以是相同的材料，也可以是不同的材料。
从以上说明的实施方式能够掌握的技术思想记载如下。
动力传递轴在其一个方案中，设置在第一轴与第二轴之间，所述第一轴和第二轴是设置在车辆的驱动源与驱动轮之间的一对轴部件，所述动力传递轴的特征在于，所述动力传递轴具有接头部件和旋转轴部件，所述接头部件设置于所述第一轴，具备接头部和***部，所述接头部在所述第一轴的旋转轴线的方向上设置在所述第一轴与所述***部之间，所述旋转轴部件具备螺旋层部和环圈层部，具有筒形状，并具有所述第一轴的旋转轴线方向上的一对端部即第一端部和第二端部，所述***部从所述第一端部***，所述螺旋层部包含第一树脂材料和拉伸强度比所述第一树脂材料的拉伸强度高的第一碳纤维材料，所述第一碳纤维材料浸渍有所述第一树脂材料，具有相对于所述第一轴的旋转轴线呈螺旋状卷绕的形状，所述环圈层部在所述第一轴的旋转轴线的方向上具有与所述螺旋层部重叠的部分，并且，在与所述第一轴的旋转轴线相关的径向上设置在所述螺旋层部的内侧或外侧，所述环圈层部包含第二树脂材料和拉伸强度或拉伸弹性模量比所述第一碳纤维材料低的第二碳纤维材料，所述第二碳纤维材料浸渍有所述第二树脂材料，具有沿着所述第一轴的旋转轴线的周向卷绕的形状。
在更优选的方案中，在上述方案中，所述环圈层部具有第一环圈层部和第二环圈层部，所述第一环圈层部在与所述第一轴的旋转轴线相关的径向上设置在所述螺旋层部的内侧，所述第二环圈层部在与所述第一轴的旋转轴线相关的径向上设置在所述螺旋层部的外侧。
在又一优选方案中，在上述方案中，所述环圈层部在与所述第一轴的旋转轴线相关的径向上设置在所述螺旋层部的内侧。
在更优选的方案中，在上述方案中，所述接头部件具备凸缘部，所述凸缘部具有向与所述第一轴的旋转轴线相关的径向的外侧突出的形状，在所述***部被***到所述旋转轴部件的状态下，设置于在所述第一轴的旋转轴线的方向上与所述环圈层部相向的位置。
在又一优选方案中，在上述方案的任一方案中，所述环圈层部在所述第一轴的旋转轴线的径向上设置在所述螺旋层部的外侧。

Claims (5)

1.一种动力传递轴，设置在第一轴与第二轴之间，所述第一轴和第二轴是设置在车辆的驱动源与驱动轮之间的一对轴部件，所述动力传递轴的特征在于，
所述动力传递轴具有接头部件和旋转轴部件，
所述接头部件设置于所述第一轴，具备接头部和***部，
所述接头部在所述第一轴的旋转轴线的方向上设置在所述第一轴与所述***部之间，
所述旋转轴部件具备螺旋层部和环圈层部，具有筒形状，并具有所述第一轴的旋转轴线方向上的一对端部即第一端部和第二端部，所述***部从所述第一端部***于所述旋转轴部件，
所述螺旋层部包含第一树脂材料和拉伸强度比所述第一树脂材料的拉伸强度高的第一碳纤维材料，
所述第一碳纤维材料浸渍有所述第一树脂材料，具有相对于所述第一轴的旋转轴线呈螺旋状卷绕的形状，
所述环圈层部在所述第一轴的旋转轴线的方向上具有与所述螺旋层部重叠的部分，并且，在与所述第一轴的旋转轴线相关的径向上设置在所述螺旋层部的内侧或外侧，所述环圈层部包含第二树脂材料和拉伸强度或拉伸弹性模量比所述第一碳纤维材料低的第二碳纤维材料，
所述第二碳纤维材料浸渍有所述第二树脂材料，具有沿着所述第一轴的旋转轴线的周向卷绕的形状。
2.如权利要求1所述的动力传递轴，其特征在于，
所述环圈层部具有第一环圈层部和第二环圈层部，
所述第一环圈层部在与所述第一轴的旋转轴线相关的径向上设置在所述螺旋层部的内侧，
所述第二环圈层部在与所述第一轴的旋转轴线相关的径向上设置在所述螺旋层部的外侧。
3.如权利要求1所述的动力传递轴，其特征在于，
所述环圈层部在与所述第一轴的旋转轴线相关的径向上设置在所述螺旋层部的内侧。
4.如权利要求1所述的动力传递轴，其特征在于，
所述接头部件具备凸缘部，
所述凸缘部具有向与所述第一轴的旋转轴线相关的径向的外侧突出的形状，在所述***部被***到所述旋转轴部件的状态下，设置于在所述第一轴的旋转轴线的方向上与所述环圈层部相向的位置。
5.如权利要求1所述的动力传递轴，其特征在于，
所述环圈层部在所述第一轴的旋转轴线的径向上设置在所述螺旋层部的外侧。
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