專利名稱：具有用纖維強(qiáng)化塑料包繞的自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)的自由輪機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1前序部分特征的自由輪機(jī)構(gòu)，尤其是卡緊輥或夾緊體自由輪機(jī)構(gòu)。
夾緊自由輪機(jī)構(gòu)是工程技術(shù)中經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)部件。其應(yīng)用主要是作為方向或超越離合器、倒行止鎖和換接自由輪。自由輪機(jī)構(gòu)可傳遞的轉(zhuǎn)矩在很大程度上取決于軸和自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)的設(shè)計(jì)?？蓚鬟f的轉(zhuǎn)矩通常受到軸與自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)之間的間隙擴(kuò)張的限制。因此減少自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)的擴(kuò)張有助于提高自由輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的目的是，提供一種自由輪機(jī)構(gòu)，其中減少或避免所不期望的自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)的擴(kuò)張。這個(gè)目的通過權(quán)利要求1特征部分的特征結(jié)合前序部分的特征得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利實(shí)施形式在從屬權(quán)利要求中描述。
在按照本發(fā)明的自由輪機(jī)構(gòu)中，自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)被一個(gè)由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈所包繞。為此，特別硬化的自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)在硬化過程之后用至少一個(gè)由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈在個(gè)別的環(huán)寬區(qū)域上或全部環(huán)寬上包繞，或者由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈包繞進(jìn)至少一個(gè)在硬化前加設(shè)到自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)中的環(huán)形槽里面。也可以在自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)上配有多個(gè)環(huán)形槽。在此，這樣設(shè)計(jì)環(huán)形槽的結(jié)構(gòu)，即，使硬化的自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)可以作為包繞芯，用以纏繞由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈。在一個(gè)纏繞機(jī)上，以相應(yīng)的預(yù)力進(jìn)行纖維敷設(shè)。
有利地，纖維的位置基本是單方向的(unidirektional)并處在圍繞一個(gè)軸線的圓周方向上，從而充分利用纖維的高彈性模量。由此最佳地對于由夾緊體的接觸力所產(chǎn)生的自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)的擴(kuò)張施以反作用。結(jié)果是可以傳遞更高的轉(zhuǎn)矩，這是因?yàn)?，由于軸與自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)之間間隙的更小擴(kuò)張，夾緊體將會(huì)壓滾進(jìn)去得更少并由此可以同時(shí)更好地利用許用的表面壓力。
在此，自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)的厚度和環(huán)形槽的深度視欲達(dá)到的轉(zhuǎn)矩、以及夾緊體的外側(cè)夾緊面與自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)之間的表面壓力的大小而定。應(yīng)避免自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)上的表面壓力對由纖維強(qiáng)化塑料制成的包繞環(huán)圈的沖擊。
由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈的高度不應(yīng)該超過自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)中環(huán)形槽的深度。由此保證可以通過配合面(它可能是布置在相鄰槽之間)將自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)裝在相應(yīng)的外殼中，而不致于使纖維受損傷。有利地，環(huán)形槽的寬度并從而由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈的寬度可以具有或超過夾緊體的寬度。這樣地進(jìn)行由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈的包繞，即，使環(huán)形槽的整個(gè)寬度被纖維充滿。
按照本發(fā)明的自由輪機(jī)構(gòu)具有一個(gè)由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈，它與自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)相比要厚得多。其中，自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)的外徑約為外側(cè)夾緊面的直徑的1.02-1.1倍。同時(shí)，由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈的外徑約為本發(fā)明的自由輪機(jī)構(gòu)的外側(cè)夾緊面的直徑的1.3-1.8倍。有這樣一種自由輪機(jī)構(gòu)，與由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈相比，它具有一種編織物構(gòu)造式的自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)包絡(luò)。一個(gè)做得這樣薄的自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)與一個(gè)這樣加厚的由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈的結(jié)合，在疲勞試驗(yàn)中業(yè)已證實(shí)是特別耐載和持久的。
采用本發(fā)明，以便對于由內(nèi)部負(fù)載如內(nèi)壓力、表面壓力或接觸力所引起的鋼環(huán)徑向擴(kuò)張施以反作用。由于附加地減小了質(zhì)量，故還可應(yīng)用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)并因而動(dòng)態(tài)承載的環(huán)上。
下面通過實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。附圖中

圖1為一個(gè)自由輪機(jī)構(gòu)在圓周方向上的簡化側(cè)視圖，圖2為按圖1的包繞的自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)在軸向上的一個(gè)截面圖，圖3為按圖1的包繞的自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)在軸向上的另一截面圖，設(shè)有槽，圖4為一個(gè)具有外殼的自由輪機(jī)構(gòu)在圓周方向上的簡化截面圖，圖5為圖4中的自由輪機(jī)構(gòu)在軸向上的截面圖自由輪機(jī)構(gòu)包括一個(gè)軸1(或者一個(gè)公知的自由輪機(jī)構(gòu)內(nèi)環(huán)，未示出)和一個(gè)局部示出的自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3，它們圍繞一個(gè)公共的軸線2互套地設(shè)置，可相互旋轉(zhuǎn)，并由此構(gòu)成一個(gè)間隙4。在這個(gè)間隙4中設(shè)置例如三個(gè)夾緊體5，它們在徑向上具有一個(gè)內(nèi)側(cè)的夾緊面6和一個(gè)外側(cè)的夾緊面7，它們頂靠在軸1和自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3上，由此形成一種摩擦鎖合的連接。
為了固定位置，將所述夾緊體5嵌在一個(gè)夾緊體保持架8里面并附加地通過拉簧9固定。所述自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3在外徑上可以具有一個(gè)環(huán)形槽11，它最好在自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3淬火(硬化)前加設(shè)。為了避免或減少自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3的擴(kuò)張，將一個(gè)由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈包纏在環(huán)形槽11中。
纖維的方向優(yōu)選是單方向的。由此保證由纖維強(qiáng)化塑料12制成的包繞環(huán)圈具有高的彈性模量，這個(gè)彈性模量高于自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3的彈性模量。從而，由夾緊體5的接觸力引起的整個(gè)自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3的擴(kuò)張得以減小。由此能夠在轉(zhuǎn)矩作用時(shí)減小軸1與自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3之間的扭轉(zhuǎn)角，因而也就使得夾緊體5可以壓滾進(jìn)去得更少。這一點(diǎn)一般會(huì)導(dǎo)致更高的轉(zhuǎn)矩。由于纖維強(qiáng)化塑料具有更小的單位密度，而使自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3的質(zhì)量與實(shí)心鋼環(huán)相比更小。與此相應(yīng)地，對于動(dòng)態(tài)應(yīng)用如高換接頻率的場合是有利的。此外，在轉(zhuǎn)矩近似相同的情況下，由于減小自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3的外徑而可以減少結(jié)構(gòu)空間。
所述環(huán)形槽11的深度必需這樣選擇，即，使表面壓力的作用通過自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3可以由鋼材承受，而不傳遞到由纖維強(qiáng)化塑料12制成的包繞環(huán)圈上。
具有最好兩個(gè)圓柱形配合面13，用以將自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3容納在相應(yīng)的外殼14中。由纖維強(qiáng)化塑料12制成的包繞環(huán)圈的高度不超過配合面13的高度，以防止在將自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3裝進(jìn)外殼14時(shí)損傷由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈。此外，也可以設(shè)置多個(gè)配合面13，其間加入多個(gè)由纖維強(qiáng)化塑料12制成的相鄰的環(huán)圈(不成形)。
圖4和圖5示出一種自由輪機(jī)構(gòu)，其自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3通過一個(gè)由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈包繞在自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)的整個(gè)寬度上。由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈又被一外殼14所包圍。
在按照圖1-5所示的按照本發(fā)明的自由輪機(jī)構(gòu)的全部視圖中，尤其是由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈以及自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3(和外殼14)的外徑的幾何尺寸對于自由輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)行適用性和持久性具有重要意義。按照本發(fā)明，特別地，自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3與由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈相比設(shè)計(jì)得要薄、要窄得多，其中，尤其是在權(quán)利要求1和2中給出的、與(從軸線2測量的)外側(cè)夾緊面7直徑相比的尺寸比例帶來了自由輪機(jī)構(gòu)特別有利的且在壽命試驗(yàn)中可證實(shí)的有利振動(dòng)特性和動(dòng)態(tài)運(yùn)行特征。
自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3的壁厚可以-根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸-為1至1.5mm，以便能夠承受在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的赫茲壓力。自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3的硬度尤其可以為HRC＝60+4。
自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3應(yīng)該以輕迫配合壓進(jìn)由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈里面。在通過夾緊體5加載時(shí)，這樣的薄壁鋼環(huán)的彈性分量，間隙配合時(shí)可能產(chǎn)生的安置過程最小。因此由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈的高彈性模量(E-模量)的正特性就會(huì)在承受負(fù)載時(shí)立刻起作用。例如，由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈與自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3的配合副H7/n6是適合的。
由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈例如由UHM GY-70(E-模量＝290GPa，即290×103N/mm2)(碳素纖維超高模量)纏繞或制成。在加工時(shí)要注意將纖維在圓周方向上包繞。原則上所有E-模量至少為210GPa，(即210×103N/mm2)的UHM材料都可以使用。
由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈可以不直接壓進(jìn)另一部件里面，因?yàn)樵诖舜嬖诶w維在頂壓時(shí)受損傷并且對環(huán)圈的特性產(chǎn)生消極影響的危險(xiǎn)。
為了與其它部件適配，按照圖3和圖4，由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈可以再被一外殼14(或者另一個(gè)環(huán)，尤其是外環(huán))包圍，這個(gè)外殼的任務(wù)是，保護(hù)由纖維強(qiáng)化塑料12制成的環(huán)圈，并且還能夠壓進(jìn)另一部件里面。所示外殼14出于重量方面的原因應(yīng)該設(shè)計(jì)成薄壁的并由金屬材料(如鋼、鋁-塑性合金等)制成。特別地，外殼14或環(huán)的壁厚可以約等于自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)3的壁厚(參見圖4和圖5)。
在一種特別有利的實(shí)施形式中，按照本發(fā)明的自由輪機(jī)構(gòu)作為重量輕且噪音小的夾緊體自由輪機(jī)構(gòu)用于(高功率-)車輪(尤其是用于車輪轂)，由此可以代替目前所使用的、由于重量方面的原因而需要忍受其噪聲作用的卡緊輥?zhàn)杂奢啓C(jī)構(gòu)。
附圖標(biāo)記清單1 軸2 軸線3 自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)4 間隙5 夾緊體6 內(nèi)側(cè)的夾緊面7 外側(cè)的夾緊面8 夾緊體保持架9 拉簧11 環(huán)形槽12 由纖維強(qiáng)化塑料制成的環(huán)圈13 配合面14 外殼
權(quán)利要求
1.自由輪機(jī)構(gòu)、尤其是卡緊輥或夾緊體自由輪機(jī)構(gòu)，具有圍繞一個(gè)公共軸線(2)互套地設(shè)置的、相互可轉(zhuǎn)動(dòng)的部件(1，3)，它們形成一個(gè)間隙(4)，在所述間隙中這樣地設(shè)有夾緊部件，尤其是卡緊輥或夾緊體(5)，以便借助部件(1，3)的面對的外表面通過夾緊面(6，7)建立起一種摩擦鎖合的連接，其特征在于，自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)(3)被一個(gè)由纖維強(qiáng)化塑料(12)制成的環(huán)圈包繞，并且所述由纖維強(qiáng)化塑料(12)制成的環(huán)圈的外徑約為外側(cè)夾緊面(7)的直徑的1.3-1.8倍。
2.如權(quán)利要求1所述的自由輪機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)(3)的外徑約為外側(cè)夾緊面(7)的直徑的1.02-1.1倍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的自由輪機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述纖維強(qiáng)化塑料(12)的彈性模量高于自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)(3)的彈性模量。
4.如權(quán)利要求3所述的自由輪機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述纖維強(qiáng)化塑料(12)的彈性模量超過210GPa(即210×103N/mm2)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的自由輪機(jī)構(gòu)，其特征在于，在所述自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)(3)中加設(shè)一環(huán)形槽(11)，由纖維強(qiáng)化塑料(12)制成的環(huán)圈包纏到所述槽中。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的自由輪機(jī)構(gòu)，其特征在于，由纖維強(qiáng)化塑料(12)制成的環(huán)圈的高度不超出所述自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)(3)的配合面(13)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的自由輪機(jī)構(gòu)，其特征在于，由纖維強(qiáng)化塑料(12)制成的環(huán)圈的包繞設(shè)計(jì)成多層的。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的自由輪機(jī)構(gòu)，其特征在于，由纖維強(qiáng)化塑料(12)制成的環(huán)圈的包繞基本上單方向地在圓周方向上設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自由輪機(jī)構(gòu)，尤其是卡緊輥或夾緊體自由輪機(jī)構(gòu)，具有圍繞一個(gè)公共軸線(2)互套設(shè)置的、相互可轉(zhuǎn)動(dòng)的部件(1，3)，它們形成一個(gè)間隙(4)，在間隙中這樣設(shè)置夾緊部件，尤其是卡緊輥或夾緊體(5)，使得借助部件(1，3)的面對的外表面通過夾緊面(6，7)建立起一種摩擦鎖合的連接，其中，自由輪機(jī)構(gòu)外環(huán)(3)被一個(gè)由纖維強(qiáng)化塑料(12)制成的環(huán)圈包繞，并且由纖維強(qiáng)化塑料(12)制成的環(huán)圈的外徑約為外側(cè)夾緊面(7)的直徑的1.3－1.8倍。
文檔編號(hào)F16D41/07GK1551954SQ02817473
公開日2004年12月1日 申請日期2002年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月7日
發(fā)明者埃伯哈德·克勒, 霍爾格·弗賴, 埃伯哈德·卡爾, 曼弗雷德·埃爾巴舍爾, 弗賴, 埃伯哈德 克勒, 德 卡爾, 德 埃爾巴舍爾 申請人:保羅米勒企業(yè)投資有限及兩合公司