RS60842B1

RS60842B1 - Laka glavčina napravljena od čelično-aluminijumskih kompozitnih materijala

Info

Publication number: RS60842B1
Application number: RS20201144A
Authority: RS
Inventors: Jianhua Dong
Original assignee: Ltw Tech Tianjin Co Ltd
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2020-10-30
Also published as: US20180207980A1; CN205044417U; EP3326836A4; EP3326836B1; PL3326836T3; WO2017012574A1; HUE050918T2; EP3326836A1

Description

Opis

OBLAST TEHNIKE

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na tehničku oblast glavčine, naročito na laku glavčinu izrađenu od čelično-aluminijumskog kompozitnog materijala.

STANJE TEHNIKE

[0002] Kako nauka i društvo napreduju, tema postaje ekološki prihvatljivo sa niskom emisijom ugljovodonika. Niska cena, mala potrošnja energije i nizak stepen zagađenja postižu se primenom novih tehnologija, novih procesa i novih materijala, a mala težina komponenti proizvoda poklapa se sa ovim trendom, zahteva razvoj samih preduzeća, a društvena dužnost i odgovornost su obavezne za preduzeća. Glavčina je važan deo mašine koja se kreće. Laka glavčina može smanjiti pokretnu masu, smanjiti rotacionu inerciju, smanjiti radni otpor i efikasno poboljšati efikasnost mehaničkog prenosa. Glavčina u stanju tehnike je uglavnom napravljena od legure livenog gvožđa ili konstrukcionog legiranog čelika ili oblikovana od jednog lakog materijala. Međutim, dve vrste glavčina imaju sledeće nedostatke, posebno:

Tradicionalna glavčina izrađena od legure livenog gvožđa ili konstrukcionog legiranog čelika:

u osovini, glavčina je povezana sa poluvratilom, točkom i kočionim bubnjem za prenos pogonske i kočione sile i momentuma. Takva upotrebna funkcija zahteva da glavčina ima relativno visoku čvrstoću, krutost i izdržljivost. Zbog toga je glavčina tradicionalno izrađena od materijala relativno visoke čvrstoće i izdržljivosti, kao što je duktilno gvožđe QT450-5, 42CrMo konstrukcioni legirani čelik i slično. Postupak oblikovanja uglavnom uključuje livenje i kovanje. U poređenju sa glavčinama od lakih legura ili materijala od legure gvožđa, glavčina ima visoku temperaturu topljenja, veliku potrošnju energije, teška je za sečenje i ima visoke troškove obrade u proizvodnom procesu. U procesu upotrebe, zbog velike gustine i velike težine, potrošnja pogonske energije je velika, a konverzija energije i smanjenje emisije nisu olakšani. Odnos smanjenja težine postignut izvođenjem projekta optimizacije lagane konstrukcije konačnog elementa na postojećoj glavčini od materijala od legura gvožđa je ograničen, koji obično ne prelazi 10%, i možda neće ispuniti zahtev za malom težinom kompletnog vozila, za delove prema sve višim i višim propisima o energetskoj potrošnji i emisiji; i

kalup glavčine od jednog lakog materijala:

[0003] Za gore navedene nedostatke legure livenog gvožđa i čelika, neki lagani materijali sa relativno malom gustinom se koriste za izradu glavčine, poput legure aluminijuma, legure magnezijuma i polimera. Procesi oblikovanja uključuju livenje u pesku, livenje pod visokim pritiskom u metalne kalupe, livenje gravitacijom ili pod niskim pritiskom, kovanje i termoformiranje. Sa legurom aluminijuma kao primerom, njena gustina i modul elastičnosti su približno trećina onih od čeličnog materijala, tako da se mora koristiti veća količina legure aluminijuma da bi se ispunili zahtevi proizvoda za krutošću i čvrstoćom, odnos smanjenja težine uglavnom ne prelazi 40%; a u međuvremenu, aluminijumska legura ima neke nepremostive nedostatke, kao što su niska granica tečenja, veliki koeficijent toplotne ekspanzije, značajno gubljenje toplote i slično, što možda ne ispunjava pouzdano zahteve upotrebe, tako da je popularizacija i primena glavčine od aluminijumske legure ograničena. Upućuje se na dokumente EP2604445A1, US2011248555A1, US2014233876A1, EP2468528A1, CN104999858A, CN205044417U, CN103963562A, JPS59167302A, CN2705324Y i JPS59167301A, koji stavljaju na uvid javnosti lake glavčine.

Kratak opis pronalaska

[0004] Da bi se efikasno rešili gore navedeni problemi, obezbeđena je laka glavčina prema patentnom zahtevu 1 i postupak prema zahtevu 6. Poželjna tehnička rešenja su opisana u zavisnim patentnim zahtevima.

[0005] Laka glavčina je napravljena od čelično-aluminijumskog kompozitnog materijala.

[0006] Poželjno je da je laka glavčina napravljena od čelično-aluminijumskog kompozitnog materijala u potpunosti izrađena od čelika i legure aluminijuma i da se primenjuje u šasiji kopnenog vozila.

[0007] Dalje, prema predmetnom pronalasku, glavčina sadrži osnovno telo od legure aluminijuma, spoljni čelični rukav ležajnog otvora, unutrašnji čelični rukav ležajnog otvora, spoljnu spojnicu spoljnog ležaja, spoljnu spojnicu unutrašnjeg ležaja i veliki broj čeličnih umetaka za otvore za vijke; pri čemu su spoljna spojnica spoljnog ležaja i spoljna spojnica unutrašnjeg ležaja redom utisnute u spoljni čelični rukav ležajnog otvora i unutrašnji čelični rukav ležajnog otvora na interferentni način, tako da budu čvrsto povezane sa glavčinom; veliki broj otvora za vijke na obodnoj strani prirubnice osnovnog tela od legure aluminijuma je opremljen čeličnim umecima za otvore za vijke, čelični umeci za otvore za vijke predviđeni su oko obodnih strana otvora za vijke, krajnje površine čeličnih umetaka su izložene na površini prirubnice osnovnog tela od legure aluminijuma tako da budu u direktnom kontaktu sa glavama vijaka ili drugim pričvrsnim konektorima.

[0008] Dalje, vijci točkova prodiru kroz umetke za otvore za vijke točkova za pričvršćivanje felne i kočionog bubnja na glavčini pomoću navrtki točka, vijci kočionog diska prodiru kroz umetke za otvore za vijke za kočioni disk za pričvršćivanje kočionog diska na glavčinu; a na glavčini je postavljen prsten zupčanika na krajnjoj površini senzora ubrzanja kočenja.

[0009] Prema pronalasku, spoljni čelični rukav ležajnog otvora napravljen je od materijala sa istim koeficijentom toplotne ekspanzije kao i spoljna spojnica spoljnog ležaja, a unutrašnji čelični rukav ležajnog otvora napravljen je od materijala sa istim koeficijentom toplotne ekspanzije kao onaj od spoljne spojnice unutrašnjeg ležaja.

[0010] Prema pronalasku, glavčina od legure aluminijuma je opremljena čaurama spoljnih spojnica ležaja na spoljnim spojnicama ležajeva.

[0011] Dalje, veliki broj umetaka izrađenih od materijala visoke čvrstoće obezbeđeno je na obodnim stranama otvora za vijke, umeci su u direktnom kontaktu sa pričvrsnim vijcima i navrtkama, a čaure i veliki broj umetaka obezbeđeni su nezavisno.

[0012] Dalje, navojni žlebovi, useci ili ravni su predviđeni i na čaurama i na umecima.

[0013] Dalje, vijci točka prodiru kroz umetke za otvore za vijke točka za povezivanje felne i kočionog bubnja na glavčinu i pričvršćuju se pomoću navrtki točka.

[0014] Prema pronalasku, čaure i umeci su izliveni od duktilnog gvožđa ili čelika.

[0015] Sledeći tehnički efekti se mogu postići:

mala težina, naime, u poređenju sa obojenim metalima, odnos smanjenja težine je veći od 50%;

velika čvrstoća, naime, u poređenju sa lakim materijalom poput legure aluminijuma, lokalna granica tečenja se povećava sa 206 Mpa na 353 Mpa ili više, što je povećanje za 30%, dok i dalje ostaje relativno veliki raspon podešavanja procesa;

širok tehnički raspon, naime, postupak oblikovanja pogodan je za sve konstrukcijske oblike glavčina; i

niski troškovi, naime, u poređenju sa celokupnim usvajanjem legure aluminijuma visoke čvrstoće, troškovi su smanjeni.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0016]

Slika 1 je shematski dijagram poprečnog preseka koji prikazuje konstrukciju prema pronalasku (laka glavčina izrađena od čelično-aluminijumskog kompozitnog materijala), i Slika 2 je shematski dijagram koji prikazuje konstrukciju sklopa predmetnog pronalaska u komponenti felne.

DETALJNI OPIS PRONALASKA

[0017] Ciljevi, tehnička rešenja i prednosti pronalaska postaće jasniji iz sledećeg detaljnog opisa predmetne patentne prijave kada se uzimaju zajedno sa pratećim crtežima i tehničkim rešenjima. Treba razumeti da su ovde specifična tehnička rešenja opisana samo ilustrativno i da nisu namenjena ograničavanju patentnih zahteva.

[0018] Da bi javnost bolje razumela pronalazak, u nastavku su detaljno opisani neki specifični detalji u sledećem detaljnom opisu patentne prijave. Stručnjaci u tehnici će ceniti da se patentna prijava može razumeti i bez upućivanja na detalje.

[0019] Patentna prijava obezbeđuje laku glavčinu napravljenu od bimetalnog materijala. Kao što je prikazano na SL.1, laka glavčina napravljena od bimetalnog materijala uključuje telo 1 glavčine, pri čemu je telo 1 glavčine osnovno telo od legure aluminijuma i integralno je oblikovano od legure aluminijuma da bi se postigla mala težina glavčine osovine kopnenog vozila.

[0020] Spoljna čaura 3 ležajnog otvora i unutrašnja čaura 5 ležajnog otvora, kao i veliki broj umetaka 61, 64 za otvore za vijke čvrsto su povezani sa telom 1 glavčine postupkom livenja pod niskim pritiskom ili gravitacionog livenja.

[0021] Spoljna spojnica 2 spoljnog ležaja i spoljna spojnica 4 unutrašnjeg ležaja su delovi standardne komponente ležaja, obezbeđuje ih specijalni proizvođač ležajeva i uglavnom su napravljeni od ugljeničnih legura čelika; i spoljna spojnica 2 spoljnog ležaja i spoljna spojnica 4 unutrašnjeg ležaja su redom sastavljene u čauri 3 spoljnog ležajnog provrta i čauri 5 unutrašnjeg ležajnog provrta na način da su u interferentnom spoju, tako da se postigne rotaciona veza lake glavčine sa kućištem osovine.

[0022] Koeficijent toplotne ekspanzije legure aluminijuma je oko 2 puta veći od koeficijenta ugljeničke legure čelika. Ako se spoljne staze ležajeva direktno utisnu u udubljenje od legure aluminijuma na način da su u interferentnom spoju, kada se promeni radna temperatura, količina interferencije će se smanjiti ili povećati, što će rezultirati pojavom prevelike sile držanja i labavim prijanjanjem, pa čak i kvarom tipa „pukotina na ležajnom otvoru“ ili „odbacivanje spoljne spojnice ležaja“. Obezbeđivanjem čaure 3 i čaure 5 sa istim ili sličnim koeficijentom toplotne ekspanzije kao onom od spoljne spojnice ležaja u ležajnim otvorima, postiže se prelaz između svojstava toplotne ekspanzije dva materijala i problem nedosledne toplotne deformacije dodirne površine između spoljašnjih spojnica ležajeva i otvora za postavljanje ležajeva zbog velike razlike u koeficijentima toplotne ekspanzije je rešen. Kada se radna temperatura promeni, pronalazak održava upareni odnos originalnog konstrukcijskog para nepromenjenim i rešava probleme u projektu, procesu i upotrebi promene sile predzatezanja i slično zbog „odbacivanja“, „razlike u temperaturi sklopa“ i „promena u količini interferencija“.

[0023] Dalje, čaure i umeci (unutrašnja čaura 3 ležajnog otvora, spoljna čaura 5 ležajnog otvora, kao i veliki broj umetaka) koriste posebne konstrukcije i proizvodne procese, posebno spiralne žlebove, useke i ravni, kao i specijalni proces prelaznog povezivanja različitog materijala da bi se aktiviralo da osnovno telo materijala efikasnije veže duktilno gvožđe i vezivnu površinu čelika i legure aluminijuma fizičkim i hemijskim postupkom.

[0024] Kao što je prikazano na SL. 2, otvori za vijke su ravnomerno predviđeni na spoljnoj obodnoj strani tela 1 glavčine, umeci 61 za otvore za vijke predviđeni su na obodnim stranama otvora za vijke, vijci 62 za točkove prodiru kroz umetke 61 za otvore za vijke za točkove za povezivanje felne 7 i kočionog bubnja na glavčinu i pričvršćuju se pomoću navrtki 63 točkova; a umeci 61 za otvore za vijke napravljeni su od duktilnog gvožđa ili čelika sa relativno visokom granicom tečenja jer su u direktnom kontaktu sa vijcima 62 točkova i navrtkama točkova i ostalim pričvrsnim konektorima, kako bi se poboljšala lokalna čvrstoća na lomljenje glavčine.

[0025] Patentna prijava rešava problem male težine glavčine vozila, koja je smanjena za više od 50% u poređenju sa obojenim metalima; rešava problem troškova lake glavčine koji se smanjuju kada je glavčina napravljena od uobičajene legure aluminijuma u poređenju sa glavčinom koja je integralno napravljena od jedne legure aluminijuma visoke čvrstoće i visokih performansi; i rešava problem nedosledne toplotne deformacije usled različitih koeficijenata toplotne ekspanzije dvaju materijala kada se spoljne spojnice ležaja izrađene od ugljenične legure čelika direktno sastave u ležajnim otvorima izrađenim od legure aluminijuma. Posebno, kako se smanjuje (ili povećava) radna temperatura, povećava se (ili smanjuje) količina interferencije spoljašnjih spojnica ležajeva, što uzrokuje probleme da ležajni otvori izrađeni od legure aluminijuma pucaju pa se stvaraju pukotine, ili je ležaj zaglavljen ili se spoljne spojnice ležaja radijalno olabave i klize. Rešen je problem loše proizvodljivosti sklopa čitave glavčine izrađene od legure aluminijuma. Budući da je celoj glavčini napravljenoj od legure aluminijuma potrebna velika količina interferencije kada se montiraju spoljne spojnice ležajeva, neophodno je pritisnuti zagrejane ležajne otvore glavčine nakon što se spoljne spojnice ležajeva zamrznu, što rezultira lošom radnom proizvodljivošću sklopa. Međutim, unapred podešene čaure spoljnih spojnica ležajeva usvojene u ovom pronalasku sastavljene su sa normalnom količinom interferencije na sobnoj temperaturi, tako da je postignuta dobra radna proizvodljivost. Rešen je problem nedovoljne čvrstoće na lomljenje uobičajene glavčine izrađene od legure aluminijuma, na obodnim stranama velikog broja (20) otvora za vijke predviđen je veliki broj umetaka izrađenih od materijala visoke čvrstoće, tako da su u direktnom kontaktu sa zavrtnjima za pričvršćivanje i navrtkama, tako da se poboljša lokalna čvrstoća na lomljenje glavčine izrađene od legure aluminijuma. Obezbeđene su dve nezavisne unutrašnja i spoljna čaura i veliki broj (20) umetaka, tako da se ostvaruje značajan efekat smanjenja težine. Vijci 62 točka prodiru kroz umetke 61 za otvore za vijke točkova za povezivanje felne 7 i kočionog bubnja na glavčinu i pričvršćuju se pomoću navrtki 63 točkova. Navojni žlebovi, useci i ravni su predviđeni na čaurama i umecima. Frikcioni pogon krajnjih površina komprimuje se pomoću vijčanog spoja. Prema pronalasku, oblikovana je procesom livenja pod niskim pritiskom ili procesom gravitacionog livenja i širokog je tehničkog opsega. Čaure i umeci su izliveni od duktilnog gvožđa ili čelika. Poseban proces obrade prelaznog povezivanja različitog materijala koristi se za aktiviranje osnovnog tela materijala, tako da su duktilno gvožđe i vezivna površina čelika i legure aluminijuma efikasnije povezani fizičkim i hemijskim postupkom.

Claims

Patentni zahtevi

1. Laka glavčina izrađena od čelično-aluminijumskog kompozitnog materijala, koja se primenjuje u šasiji kopnenog vozila, gde glavčina sadrži osnovno telo (1) od legure aluminijuma, spoljni čelični rukav ležajnog otvora, unutrašnji čelični rukav ležajnog otvora, spoljnu spojnicu (2) spoljnog ležaja, spoljnu spojnicu (4) unutrašnjeg ležaja i veliki broj čeličnih umetaka (61, 64) za otvore za vijke; gde su spoljna spojnica (2) spoljnog ležaja i spoljna spojnica (4) unutrašnjeg ležaja redom utisnute u spoljni čelični rukav ležajnog otvora i unutrašnji čelični rukav ležajnog otvora na interferentan način tako da budu čvrsto povezane na glavčinu; i veliki broj otvora za vijke na obodnoj strani prirubnice osnovnog tela (1) od legure aluminijuma je opremljen čeličnim umecima (61, 64) za otvore za vijke, pri čemu su čelični umeci (61, 64) za otvore za vijke predviđeni oko obodnih strana otvora za vijke i krajnje površine čeličnih umetaka (61, 64) izložene su na površini prirubnice osnovnog tela (1) od legure aluminijuma tako da budu u direktnom kontaktu sa glavama vijaka ili drugim pričvrsnim konektorima; gde je spoljni čelični rukav ležajnog otvora, naime spoljna čaura (3) ležajnog provrta, napravljena od materijala sa istim koeficijentom toplotne ekspanzije kao i onim od spoljne spojnice (2) spoljnog ležaja, a unutrašnji čelični rukav ležajnog otvora, naime unutrašnja čaura (5) ležajnog provrta napravljena je od materijala sa istim koeficijentom toplotne ekspanzije kao i onim od spoljne spojnice (4) unutrašnjeg ležaja, gde su i čaure (3, 5) i umeci (61, 64) izliveni od duktilnog gvožđa ili čelika i čvrsto povezani sa telom (1) glavčine procesom livenja pod niskim pritiskom ili gravitacionog livenja.

2. Laka glavčina izrađena od čelično-aluminijumskog kompozitnog materijala prema patentnom zahtevu 1, gde vijci točkova prodiru kroz umetke (61, 64) za otvore za vijke točkova za pričvršćivanje felne i kočinog bubnja na glavčini pomoću navrtki točka; vijci kočionog diska prodiru kroz umetke (61, 64) za otvore za vijke kočionog diska za pričvršćivanje kočionog diska na glavčini; a prsten zupčanika na krajnjoj površini senzora za ubrzanje kočenja postavljen je na glavčinu.

3. Laka glavčina izrađena od čelično-aluminijumskog kompozitnog materijala prema patentnom zahtevu 2, gde je veliki broj umetaka (61, 64) napravljenih od materijala visoke čvrstoće obezbeđen na obodnim stranama otvora za vijke, umeci (61, 64) su u direktnom kontaktu sa pričvrsnim vijcima i navrtkama, a čaure (3, 5) i veliki broj umetaka (61, 64) obezbeđuju se nezavisno.

4. Laka glavčina izrađena od čelično-aluminijumskog kompozitnog materijala prema patentnom zahtevu 3, gde su navojni žlebovi, useci ili ravni obezbeđeni na obe čaure (3, 5) i na umecima (61, 64).

5. Laka glavčina izrađena od čelično-aluminijumskog kompozitnog materijala prema patentnom zahtevu 4, gde vijci točka prolaze kroz umetke (61, 64) za otvore za vijke točkova za povezivanje felne i kočionog bubnja na glavčinu i pričvršćuju se pomoću navrtki točka.

6. Postupak za proizvodnju lake glavčine izrađene od čelično-aluminijumskog kompozitnog materijala, koja se primenjuje u šasiji kopnenog vozila, gde glavčina sadrži osnovno telo (1) od legure aluminijuma, spoljni čelični rukav ležajnog otvora, unutrašnji čelični rukav ležajnog otvora, spoljnu spojnicu (2) spoljnog ležaja, spoljnu spojnicu (4) unutrašnjeg ležaja i veliki broj čeličnih umetaka (61, 64) za otvore za vijke; gde su spoljna spojnica (2) spoljnog ležaja i spoljna spojnica (4) unutrašnjeg ležaja redom utisnute u spoljni čelični rukav ležajnog otvora i unutrašnji čelični rukav ležajnog otvora na interferentan način, tako da budu fiksno povezane na glavčinu; a veliki broj otvora za vijke na obodnoj strani prirubnice osnovnog tela (1) od legure aluminijuma je opremljen čeličnim umecima (61, 64) za otvore za vijke, a čelični umeci (61, 64) za otvore za vijke predviđeni su oko obodnih strana otvora za vijke i krajnje površine čeličnih umetaka (61, 64) izložene su na površini prirubnice osnovnog tela (1) od legure aluminijuma tako da budu u direktnom kontaktu sa glavama vijaka ili drugim pričvrsnim konektorima; gde je spoljni čelični rukav ležajnog otvora, naime spoljna čaura čaura (3) ležajnog provrta, napravljena od materijala sa istim koeficijentom toplotne ekspanzija kao i onaj od spoljne spojnice (2) spoljnog ležaja, a unutrašnji čelični rukav ležajnog otvora, naime unutrašnja čaura (5) ležajnog provrta napravljena je od materijala sa istim koeficijentom toplotne ekspanzije kao i onaj od spoljne spojnice (4) unutrašnjeg ležaja,

gde su i čaure (3, 5) i umeci (61, 64) izliveni od duktilnog gvožđa ili čelika i čvrsto povezani sa telom (1) glavčine procesom livenja pod niskim pritiskom ili gravitacionog livenja.