Гибкий вал из композиционного материала

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к изделиям из композиционных материалов, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства. Гибкий вал из композиционного материала образован намотанными по спирали со скрещивающимися витками элементами намотки, образованными по меньшей мере одной лентой, жестко соединенной в местах скрещивания витков друг с другом с возможностью образования сетчатой структуры вала с дискретно расположенными однонаправленными витками. Витки могут быть расположены один над другим с образованием многослойной структуры, при этом между местами скрещивания расположены продольные ребра, например, в виде ленты. Гибкий вал может быть снабжен одной или несколькими соединительными втулками. Технический результат - получение простой прочной и термостойкой конструкции. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к изделиям из композиционных материалов, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.

Известен гибкий вал из композиционного материала, внешняя поверхность которого образована перегибами пучков волокон, расположенных по прямолинейным с чередующимся углом наклона образующим однополостного гиперболоида. Центры гиперболоидов смещены вдоль продольной оси вала (авторское свидетельство СССР N 1677386, МПК F 16 С 3/02, 1991 г.).

Недостатком известной конструкции вала является сложность изготовления и из-за низкой теплопроводности композиционного материала возможность перегрева в местах трения или соединения с трущимися поверхностями.

Наиболее близкими к заявленному является гибкий вал из композиционного материала, образованный элементами намотки, намотанными по спиралям со скрещивающимися витками (патент США N 4863416, МПК F 16 С 1/00, 1989 г.).

Недостатком известной конструкции является сплошная оболочка получаемого вала, что приводит к возникновению трудностей, связанных с охлаждением вала. Кроме того, в изделиях, полученных намоткой, возникают остаточные напряжения, обусловленные химической и температурной усадками. Причем радиальные (межслойные) нормальные напряжения оказываются растягивающими, что может вызвать растрескивание материала не только при динамических, но и при статических нагрузках, особенно в тонкостенном изделии. Слабым местом является соединение отдельных участков вала, имеющего сплошную оболочку, поскольку они не обладают достаточной прочностью. Указанные недостатки не дают возможности получить гибкий вал из композиционного материала, имеющий простую, прочную и термостойкую конструкцию с заданными свойствами и обладающую возможностью надежного соединения с другими элементами.

Указанный технический результат может быть достигнут при использовании в качестве силового каркаса вала сетчатой конструкции, состоящей из спирально уложенных элементов намотки. При этом обеспечивается лучшее охлаждение силового каркаса. Для повышения жесткости элемент намотки укладывается в несколько слоев один над другим, при этом для уменьшения толщины вала элемент намотки выполняется в виде ленты. Для исключения чрезмерного изгиба спиральных ребер, образованных спирально уложенным элементом намотки, в конструкцию вводятся продольные ребра, выполненные, например, в виде ленты и расположенные между местами пересечения витков элемента намотки, для получения одинакового по толщине и прочности силового каркаса.

Технология намотки сетчатой оболочки позволяет на стадии получения оболочки крепить (вматывать) соединительные элементы, например, металлические законцовки, представляющие собой втулки, на наружной поверхности которых выполнены выступы для крепления элемента намотки.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что у гибкого вала из композиционного материала, образованного элементами намотки, намотанными по спиралям со скрещивающимися витками, элемент намотки выполнен в виде по меньшей мере одной ленты, жестко соединенной в местах скрещивания витков с возможностью образования сетчатой структуры вала с дискретно расположенными однонаправленными витками.

В частных случаях выполнения витки могут быть расположены один над другим и соединятся связующим, с образованием многослойной структуры, при этом между местами скрещивания расположены продольные ребра, например, в виде ленты.

Гибкий вал может быть снабжен одной или несколькими соединительными втулками.

Для подтверждения возможности использования изобретения приводится описание одного из вариантов заявленного изобретения, проиллюстрированного на чертежах, где: на фиг. 1 изображен вал со спирально распложенным волокном; на фиг. 2 - то же, с продольными ребрами; на фиг. 3 - соединение вала с соединительной втулкой.

Гибкий вал из композиционного материала 1 образован элементами намотки, выполненными в виде одной ленты или нескольких лент, намотанных по спиралям с образованием параллельно дискретно расположенных под определенным углом ± ϕ к продольной оси вала витков 2, 3. Витки спиралей скрещиваются и жестко соединяются с витками смежной спирали в местах скрещивания, с возможностью образования сетчатой структуры вала с дискретно расположенными витками.

Для повышения жесткости может быть намотано несколько слоев ленты, причем дополнительные слои располагаются один над другим и соединяются связующим, с образованием многослойной структуры.

Для обеспечения требуемой жесткости на изгиб вводятся продольные ребра 4, выполненные, например, в виде ленты.

Гибкий вал может быть снабжен соединительной втулкой 5, на наружной поверхности которой выполнены выступы 6. На внутренней поверхности втулки может быть предусмотрена резьба, шпоночный паз или шлица в зависимости от предлагаемой конструкции соединения.

В процессе работы гибкий вал обеспечивает передачу крутящего момента, хорошо охлаждаясь за счет сетчатой структуры и обеспечивая требуемую жесткость на изгиб.

Формула изобретения

1. Гибкий вал из волокнистого композиционного материала, образованный элементами намотки, намотанными по спирали со скрещивающимися витками, отличающийся тем, что элемент намотки содержит по меньшей мере одну ленту и витки спиралей жестко соединены с витками смежной спирали в местах скрещивания с возможностью образования сетчатой структуры вала с дискретно расположенными витками.

2. Гибкий вал по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными элементами намотки со скрещивающимися витками, которые расположены над указанными.

3. Гибкий вал по п.1, отличающийся тем, что он снабжен продольными ребрами, расположенными между местами скрещивания витков.

4. Гибкий вал по п.3, отличающийся тем, что продольные ребра выполнены в виде ленты.

5. Гибкий вал по п.1, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одной соединительной втулкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3