用于制造复合传动轴的模具及采用该模具制造的复合传动轴 【技术领域】
本发明一般地涉及一种用于制造复合传动轴的模具，更具体地，涉及一种用于制造复合传动轴的模具，其被构造为用于制造一种复合传动轴，除了起传动轴的动力传递部件作用的相对端以外，所述复合传动轴的大部分具有横截面为圆形的管状形状，这与一般的轴相似，并且改变所述复合传动轴的各个端的形状，从而当成型后，实现容易地从模具中移出传动轴。此外，本发明涉及一种复合传动轴，其采用所述模具制成，并且被构造为，当传动轴的各端与连接接头(金属卡箍)组装时，传动轴能够以通过连接接头实现的结合状态被转动。
背景技术
传动轴是将发动机或齿轮箱的转动力传递到传动轮轴的装置，并且被广泛应用于包括诸如汽车、船舶和飞机的运输机的机械设备中。
传统的传动轴由金属制成，并且通常通过下述方法来生产，单独地生产管状部分和轴的万向接头部分，然后将它们压装(press-fitting)并焊接为一个传动轴。在现有技术中，由钢或铝制成的传动轴被广泛地应用。然而，金属传动轴存在笨重和横向共振频率低的问题。因此，当金属传动轴的长度不小于2米时，传动轴可以在发动机最大转速范围内产生共振，并且可能由于其横向共振频率低而破裂。因此，分别生产两个金属传动轴，然后将它们互相连接以形成经接合的一个传动轴，所述两个金属传动轴中的每个都具有约为1米的短长度。然而，要使两个短的金属传动轴互相连接，就必须使用万向接头，这使得传动轴的重量和工作噪声增加。
为了解决传统金属传动轴的上述问题，已提出和使用一种由纤维增强复合材料制成的复合传动轴。与传统的金属传动轴相比，纤维增强复合传动轴具有较高的比刚度、较高的比强度、较高的共振频率和较高的减震性能，从而可以生产和使用长度等于或大于2米的纤维增强复合传动轴。此外，当利用纤维增强复合材料生产传动轴时，所述传动轴不需要万向接头，从而使传动轴更轻并且产生的噪声较小。因此，在发达国家，这种纤维增强复合传动轴优选地用于特殊应用领域，诸如赛车或飞机。
传统的复合传动轴通过下述过程生产。首先，在将由诸如聚丙烯或聚乙烯的高聚物制成的压缩薄膜缠绕到心轴的圆周表面上之前，纤维增强复合材料分层形成在所述表面上，所述心轴具有圆形的横截面并且在所述表面上涂有脱模剂。其后，用由高温尼龙薄膜制成的真空袋覆盖在覆有复合材料的心轴上，并且，在利用真空泵使真空袋内部保持真空状态的情况下，从外部源向真空袋内部施加高温和高压，由此硬化复合材料。当心轴上的复合材料完全硬化后，从已硬化的纤维增强复合材料中移去心轴，从而提供复合传动轴。
已提出了另一种传统的生产复合传动轴的方法，并且韩国专利第241232号公开了这种方法。该方法包括：在涂覆有脱模剂的心轴圆周表面上分层形成纤维增强复合材料；将由热缩材料制成的热缩管插入在所述心轴的所述表面上分层形成的纤维增强复合材料中，所述热缩材料选自由交联聚已烯、聚乙烯和聚丙烯组成的组中；在干燥炉中加热所述热缩管，由此使得树脂装入纤维增强复合材料中并硬化纤维增强复合材料；以及从心轴上移出已硬化的纤维增强复合材料，由此提供复合传动轴。
通过上述传统方法生产的每个复合传动轴都具有从其第一端到第二端横截面不变的管状形状。因此，将各个连接接头(金属卡箍)连接到传统的复合传动轴的相对端的各种技术被积极的研究和开发。将各个连接接头连接到复合传动轴相对端地传统技术分为机械固定接合和胶合粘结接合。
为了实现机械固定接合，在复合材料上打孔，之后，连接接头通过销连接、螺栓连接和铆接而机械地固定到位于复合材料的相应端的孔中。然而，这种机械固定接合存在打孔过程可能损坏传动轴的复合材料的纹理的问题，这是由打孔引起的复合材料的纤维断裂导致的。此外，因为复合材料是各向异性材料，所以，与各向同性材料的应力集中系数相比，所述复合材料的经机械固定的部分中的应力集中系数可能会增加。机械固定接合存在的另一个问题是，当负载不断施加到复合材料中的应力集中部分时，所述应力集中部分容易疲劳，并且由于经机械固定的部分不对称，因而在其中容易产生噪声和震动。
与机械固定接合相比，胶合粘结接合的优点是，其可将负载分布在较大的区域上并且不需要在复合材料上形成孔，从而避免复合材料的纤维断裂。因此，不同于机械固定接合，胶合粘结接合使得经胶合粘结的部分能够有效地承受不断施加到其上的负载，并且减轻疲劳，降低噪声和震动。然而，胶合粘结接合需要处理粘结制品的表面的过程，并且受温度、湿度等限制。此外，在粘结过程中，粘结的部分的粘结强度会随着工作人员的技术不同而容易变化。具体的说，因为在胶合粘结接合中使用的粘结剂脆性指数高，所以胶合粘结接合几乎不可能适应这样一种结构，该结构会被不断地装载或会承受高于胶合粘结接合中使用的粘结剂的粘结强度的负载或转矩。
因此，为了克服传统技术在将连接接头连接到复合传动轴方面存在的问题，提出了各种技术。例如，为了将各个连接接头(金属卡箍)连接到复合传动轴相对端，韩国专利第432991号提出了一种热装配技术，韩国提前公开公布号第2004-0006568号的申请提出一种热压装技术，韩国专利第515800号提出一种机械压装技术，以及韩国专利第526020号提出一种使用插入环的压装和热装配技术。然而，利用两种材料之间物理性质的不同的上述传统技术存在需要复杂的过程的问题，在所述过程中必须执行加热和/或冷却以实现两种材料的连接，并且必须执行外力的应用以实现两种材料的机械啮合。
本发明的发明人发现传统技术所具有的问题是由以下情况导致的，各个传统复合传动轴的形状是管状的，并且具有从第一端到第二端不变的横截面。因此，为了克服传统技术的所述问题，发明人在注重能够生产复合传动轴的模具的基础上完成本发明，所述模具被构造为能够使连接接头容易地接合到所述轴的各个端。
【发明内容】
技术问题
因此，本发明的提出考虑到现有技术产生的上述问题，并且意在提供一种复合传动轴的制造模具，其被构造为用于制造一种复合传动轴，除了起电力传递部件作用的传动轴的相对端以外，所述复合传动轴的大部分都具有横截面为圆形的管状形状，这与一般的轴的形状相似，并且在成型后，所述复合传动轴可容易地从模具中移出。
本发明还意在提供一种复合传动轴，其采用所述模具制造，并且被构造为，当连接接头(金属卡箍)与传动轴的各端组装时，传动轴能够以通过连接接头实现的结合状态被转动。
技术方案
本发明的一方面是提供一种用于制造复合传动轴的模具，所述传动轴除了起动力传递部件作用的相对端以外，在其大部分长度部分上都具有与一般的轴的形状相似的圆管形状，所述模具包括：中心模具构件和一对侧模具构件，所述侧模具构件通过滑动装配可移动地组装到中心模具构件的相对侧，从而形成所述模具的圆管形状。中心模具构件可包括：一对表面部分，除了与其第一端相对应的部分之外，所述表面部分的大部分具有弧形(round)表面；以及一对锁定部分，其被构造为，所述侧模具构件通过沿着所述锁定部分，从中心模具构件的一端沿纵向滑动，可以从中心模具构件的相对侧移出。各个侧模具构件包括：表面部分，除了其与中心模具构件的第一端相对的第二端部分之外，所述表面部分的大部分具有弧形表面；以及锁定部分，其被构造为，侧模具构件的锁定部分通过沿纵向滑动，可从中心模具构件的锁定部分中移出。
此外，中心模具构件的表面部分的第一端和侧模具构件的表面部分的第二端可分别具有凹陷，所述凹陷形成复合传动轴的动力传递部件，并且各个凹陷被构造为，无论在任何位置沿横向切割各个凹陷，各个表面部分的横向长度都保持不变，从而使得在复合传动轴成型后，中心模具构件和侧模具构件可以从复合传动轴中移出。
此外，各个凹陷可构造为与相应的表面部分的弧形表面对称，并且各个凹陷可包括弯曲凹陷部分和倾斜凹陷部分，所述弯曲凹陷部分从表面部分的一端到与该端相隔预定的间距的位置纵向地形成，所述倾斜凹陷部分从弯曲凹陷部分纵向地延伸到表面部分的弧形表面，从而形成了弯曲表面。
中心模具构件的各个锁定部分可具有表面结构，所述表面结构被构造为，相应的侧模具构件的锁定部分可通过滑动装配与中心模具构件的锁定部分啮合，并且所述表面结构包括上纵向锁定槽和下纵向锁定槽；各个侧模具构件的锁定部分可包括上纵向锁定突起和下纵向锁定突起，所述上纵向锁定突起和下纵向锁定突起可以与中心模具构件的相应的左右锁定部分的上纵向锁定槽和下纵向锁定槽啮合。这里，中心模具构件中的凹陷与侧模具构件中的凹陷间的角度偏移可以为90°角。
本发明的另一方面是提供一种复合传动轴，所述复合传动轴采用所述模具制造，并且除了起动力传递部件作用的相对端之外，在其大部分长度部分上具有与一般的轴相似的圆管形状，其中动力传递部件分别具有外部凹陷和内部突起，所述外部凹陷和内部突起被构造为，无论在任何位置沿横向切割具有外部凹陷和内部突起的传动轴，传动轴的厚度和横向长度都能保持不变，从而使得在传动轴成型后，所述模具的中心模具构件和侧模具构件可以从复合传动轴中移出。
各个外部凹陷可被构造为与圆管传动轴的弧形表面对称，并且各个外部凹陷包括弯曲凹陷部分和倾斜凹陷部分，所述弯曲凹陷部分从传动轴的一端到与该端相隔预定的间距的位置纵向地形成，所述倾斜凹陷部分从弯曲凹陷部分纵向地延伸到传动轴的弧形表面，从而形成了弯曲表面。这里，形成在圆管传动轴的第一端的外部凹陷和形成在圆管传动轴的第二端的外部凹陷可以以90°角互相角度间隔开。
在本发明中，中心模具构件和侧模具构件的锁定部分可被构造为，通过将侧模具构件从中心模具构件中沿横向向外拉出，可以从中心模具构件中移出侧模具构件；以及连接件可设置在模具的各个端部，从而通过将侧模具构件在模具端部连接到中心模具构件，将侧模具构件和中心模具构件结合为一个整体。
简单的说，本发明提供一种用于制造复合传动轴的模具，所述传动轴除了起动力传递部件作用的相对端之外，其大部分具有横截面为圆形的管状形状，这与一般的轴的形状相似，并且改变传动轴的各个端部的形状，从而实现成型后从模具中容易地移出传动轴。此外，本发明提供一种复合传动轴，其采用所述模具制造，并且被构造为，当连接接头(金属卡箍)组装到传动轴的各个端部时，传动轴能够以通过连接接头实现的结合状态被转动。
有益效果
如上所述，根据本发明的模具的优点是，其可制造一种复合传动轴，所述传动轴除了起动力传递部件作用的相对端之外，其大部分具有横截面为圆形的管状形状，这与一般的轴的形状相似，因此在成型后，所述模具可使传动轴容易地从其中移出。
此外，采用所述模具生产根据本发明的复合传动轴，使得所述传动轴具有这样一种结构，其中当各个连接接头(金属卡箍)组装到传动轴的相对端时，传动轴能够以通过连接接头实现的结合状态被转动，由此有效地传递高转矩。换言之，本发明的复合传动轴可直接传递动力，而不用传统的动力传递技术，比如机械固定接合和胶合粘结接合，因此本发明的复合传动轴可以有效地传递高转矩。
此外，本发明的复合传动轴不需要在其动力传递端形成孔，因此防止了可能在孔处产生的应力集中。
此外，本发明的复合传动轴不需要使用利用粘结剂的动力传递方法，因此不需要表面处理，并且不使用粘结剂，因此，不受诸如温度和湿度的天气情况变化影响。
此外，本发明的复合传动轴几乎可以永久的使用，直到轴的主体破裂，而不是孔或粘结面处破裂。
【附图说明】
图1是透视图，示出根据本发明一个实施例的用于制造复合传动轴的模具的结构；
图2是放大图，示出构成图1所示的模具的中心模具构件的结构，其是从端部A观察的；
图3是侧视图，示出构成图1所示的模具的中心模具构件的结构，其是从端部B观察的；
图4是放大图，示出构成图1所示的模具的一对侧模具构件的结构，其是从端部B观察的；
图5是放大图，示出构成图1所示的模具的侧模具构件的结构，其是从端部A观察的；
图6是透视图，示出利用图1所示的本发明的模具制造的复合传动轴；
图7是示出根据本发明的轴的一端的放大图。
【具体实施方式】
在下文中，将详细描述根据本发明的用于制造复合传动轴的模具和采用该模具制造的复合传动轴。
图1是透视图，示出根据本发明一个实施例的用于制造复合传动轴的模具的结构。图2是放大图，示出构成图1所示的模具的中心模具构件的结构，其是从端部A观察的。图3是侧视图，示出构成图1所示的模具的中心模具构件的结构，其是从端部B观察的。图4是放大图，示出构成图1所示的模具的一对侧模具构件的结构，其是从端部B观察的。图5是放大图，示出构成图1所示的模具的侧模具构件的结构，其是从端部A观察的。图6是透视图，示出利用图1所示的本发明的模具制造的复合传动轴。图7是根据本发明的轴的一端的放大图。
如图1至图5所示，根据本发明一个实施例的用于制造复合传动轴的模具100具有与所需的复合传动轴200的直径和长度相对应的尺寸，图6示出所述复合传动轴200。模具100包括中心模具构件110和两个侧模具构件120，所述两个侧模具构件120通过滑动装配可移动地组装在中心模具构件110的相对侧。模具100被构造为，除了相对端，其大部分具有圆管形状。
中心模具构件110包括两个表面部分111(在下文中，基于附图称作“上下表面部分”)和两个锁定部分115(在下文中，基于附图称作“左右锁定部分”)。除了上下表面部分111中的每个的一端的一部分，上下表面部分111中的每个的大部分具有弧形表面。此外，在所述端，上下表面部分111分别具有凹陷112，所述凹陷112经过成型在传动轴200的第一端中形成第一动力传递部件210。这里，凹陷112被构造为，当在任意部分沿横向切割具有凹陷112的中心模具构件110时，中心模具构件110的各个表面部分111的横向长度(圆周长度)不变，因此，在传动轴200完全成型后，中心模具构件110可以容易地从复合传动轴200中移出。如上所述，当凹陷112被的构造为，上下表面部分111中的每个的横向长度在其任意部分都相同时，复合材料可以缠绕在模具100上，从而，不论在模具100的任何位置，复合材料一圈的长度都相同，由此防止在模具100上分层形成复合材料的过程期间，在模具100末端的复合材料中形成褶皱，以便生产复合传动轴200。因此，采用模具100可容易地生产复合传动轴200。此外，优选地，形成在上下表面部分111中的各个凹陷112以180°角互相角度间隔开。
例如，如图2所详细示出的，各个凹陷112包括弯曲凹陷部分112a和倾斜凹陷部分112b。弯曲凹陷部分112a从模具100的一端到与该端相隔预定的间距的位置纵向地形成，并且被构造为与上下表面部分111中的每个的弧形表面对称。倾斜凹陷部分112b从弯曲凹陷部分112a向内纵向地延伸到上下表面部分111中的每个的弧形表面，从而形成了弯曲表面。当按上述方式构造凹陷112时，即使当在任意部分沿横向切割凹陷112时，上下表面部分111中的每个的横向长度也可以保持不变。另一方面，当沿纵向切割凹陷112时，凹陷112的切割部分之间在上下表面部分111中的每个的纵向长度上会有细微的差别。然而，如果复合材料分层形成在模具100上，同时利用复合材料的弹性，那么在上下表面部分111中的每个的纵向长度上的细微差别基本不会影响复合传动轴200的生产。此外，即使当在复合传动轴的一端由于在纵向长度上的细微差别而存在褶皱时，传动轴也可被有效地使用，而不需要经受为了从传动轴中除去褶皱端而进行的后处理或随后的切割加工。
因此，在所述实施例中，如果凹陷112被构造为，当在任意部分沿横向切割凹陷112时，上下表面部分111中的每个的横向长度可保持不变，因此，在传动轴200完全成型后，中心模具构件110可以容易地从复合传动轴200中移出，凹陷112的形状可改变成各种形状，例如，梯形。
中心模具构件110的左右锁定部分115被构造为，两个侧模具构件120可通过滑动装配可移动地组装在中心模具构件110的相对侧的表面。换言之，中心模具构件110的左右锁定部分115中的每个具有特定的表面结构，所述表面结构包括上纵向锁定槽116和下纵向锁定槽117，从而与相应的侧模具构件120的锁定表面啮合。当需要将两个侧模具构件120组装到中心模具构件110的左右锁定部分115中时，侧模具构件120可通过沿纵向从中心模具构件110的第一端向第二端滑动从而与左右锁定部分115啮合，因此，为了从左右锁定部分115中拆下侧模具构件120，必须将侧模具构件120沿纵向移动，直到它们完全从左右锁定部分115中移出。
因此，如果左右锁定部分115被构造为，侧模具构件120通过沿纵向从中心模具构件110的第一端向第二端滑动，可以可移动地组装到中心模具构件110中，那么形成在左右锁定部分115中的每个中的锁定槽可以由上、下锁定槽116和117变换为不影响本发明功能的其它类型的锁定槽，例如，一种梯形锁定槽。
在本实施例中，两个侧模具构件120被构造为，通过滑动啮合分别可移动地组装到中心模具构件110的左右锁定部分115中。换言之，各个侧模具构件120包括表面部分121和锁定部分125。各个侧模具构件120的表面部分121，除了其一端的一部分，大部分具有弧形表面。此外，在该端，各个侧模具构件120的表面部分121具有凹陷122，所述凹陷122经过成型在传动轴200的第二端形成第二动力传递部件220。形成在两个侧模具构件120的每一个中的凹陷122被构造为与形成在中心模具构件110中的凹陷112的形状相同，以便执行与凹陷112相同的功能。沿纵向，两个侧模具构件120中各自的凹陷122位于与中心模具构件110中的凹陷112相对的位置。这里，优选的是凹陷122以90°角与中心模具构件110的凹陷112角度间隔开。如上所述，当中心模具构件110的凹陷112和侧模具构件120中的凹陷122以90°角互相角度间隔开时，所生产的复合传动轴200的第一和第二动力传递部件210和220可以执行相同的动力传递功能。此外，在复合传动轴200完全成型后，通过使模具构件110和120沿与其各自的凹陷112和122相反的方向移动，中心模具构件110和侧模具构件120可以容易地从所生产的复合传动轴200中移出。
两个侧模具构件120各自的锁定部分125被构造为，通过滑动啮合可移动地组装到中心模具构件110的左右锁定部分115中。详细地说，各个侧模具构件120的锁定部分125具有特定的表面结构，通过滑动啮合，所述表面结构可与中心模具构件110的左右锁定部分115中相应的一个啮合。为了实现上述结构，各个侧模具构件120的锁定部分125包括上纵向锁定突起126和下纵向锁定突起127，所述上纵向锁定突起126和下纵向锁定突起127可以与中心模具构件110的相应的锁定部分115的上纵向锁定槽116和下纵向锁定槽117啮合。当需要将两个侧模具构件120组装到中心模具构件110中时，通过使侧模具构件120沿纵向从中心模具构件110的第一端向第二端滑动，将侧模具构件120啮合到中心模具构件110中，因此，为了从中心模具构件110中拆下侧模具构件120，必须将侧模具构件120沿纵向移动，直到它们完全从中心模具构件110中移出。
因此，如果侧模具构件120的锁定部分125被构造为，通过使侧模具构件120沿纵向从中心模具构件110的第一端向第二端滑动，能够将侧模具构件120可移动地组装到中心模具构件110中，那么锁定部分125的结构可变换成各种类型。
在本实施例中，模具100被构造为，当需要从中心模具构件110中拆下侧模具构件120时，必须将侧模具构件120沿纵向移动，直到它们完全从中心模具构件110中移出。换言之，本实施例的模具100被构造为具有上、下纵向锁定槽116和117以及可与上、下纵向锁定槽116和117啮合的上、下纵向锁定突起126和127。然而，根据本发明的模具的构造可以改变为，通过下述方法可以将侧模具构件120从中心模具构件110中移出，将侧模具构件120从中心模具构件110中沿横向向外拉出，而不是使侧模具构件120沿纵向从中心模具构件110的第一端向第二端滑动。详细的说，本发明的模具可构造为，中心模具构件110的左右锁定部分115和侧模具构件120的锁定部分125可以通过滑动而互相啮合，并且通过将侧模具构件120从中心模具构件110中沿横向向外拉出，使侧模具构件120可以从中心模具构件110中移出，以及连接件设置在模具中，从而通过在模具的各个端部将侧模具构件120连接到中心模具构件110，将两个侧模具构件120和中心模具构件110结合为一个整体。在采用所述模具完全成型传动轴后，需要从上述模具中移出复合传动轴时，设置在模具的相对端的连接件首先从模具中拆下，之后，通过使模具构件110和120沿纵向滑动，从传动轴中移出侧模具构件120和中心模具构件110。
如图6和图7所示，根据本发明所述实施例的复合传动轴200采用纤维增强复合材料生产，其被制造为，除了相对端之外，其大部分具有横截面为圆形的管状形状，这与一般的轴的形状相似。换言之，复合传动轴200被构造为，其相对端具有与中心模具构件110的凹陷112和侧模具构件120的凹陷122相对应的第一动力传递部件210和第二动力传递部件220。第一动力传递部件210和第二动力传递部件220具有与中心模具构件110的凹陷112和侧模具构件120的凹陷122相对应的各自的形状，并且具有各自的外部凹陷和各自的内部突起，所述外部凹陷和内部突起被构造为保持传动轴在其整个长度上的厚度相同。这里，复合传动轴的各个外部凹陷被构造为与圆管传动轴的弧形表面对称，并且各个外部凹陷包括弯曲凹陷部分和倾斜凹陷部分，所述弯曲凹陷部分从传动轴的一端到与该端相隔预定的间距的位置纵向地形成，所述倾斜凹陷部分从弯曲凹陷部分向内纵向地延伸到传动轴的弧形表面，从而形成了弯曲表面。此外，形成在圆形横截面的传动轴的第一端的外部凹陷和形成在圆形横截面的传动轴的第二端的外部凹陷以90°角互相角度间隔开。这里，在各个第一动力传递部件210和第二动力传递部件220上可以环绕地缠覆几圈碳带，由此增加复合传动轴的端部的强度。
尽管为了说明的目的，已经参照附图公开了用于制造复合传动轴的模具和采用该模具生产的复合传动轴的实施例，所述实施例是为并不意在表示本发明的限制。
本领域技术人员应该理解，在不脱离如在附有的权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以对本发明进行各种改进、补充和替换。
工业应用性
如上所述，本发明提供一种复合传动轴，其由复合材料制成，并且用于将发动机或齿轮箱的转动力传递到传动轮轴，由此使得所述复合传动轴被广泛应用于包括诸如汽车、船舶和飞机的运输机的机械设备中。