Use of unconventional materials in vehicle gearboxes

Abstract

Tato práce se zabývá možnostmi využití součástí z kompozitních materiálů v automobilových převodovkách. Kompozitním materiálem se v tomto případě rozumí polymerní matrice vyztužená buď dlouhými nebo krátkými uhlíkovými vlákny. První část obsahuje informace o současném stavu poznání. Konkrétně o mechanických vlastnostech, technologii výroby a zmiňuje příklady použití těchto materiálů v automobilovém průmyslu. Dále jsou popsána pozitiva jejich použití z hlediska snížení hluku a vibrací, ale rovněž problémy s provozem v různých pracovních prostředích. V neposlední řadě jsou popsány způsoby spojení kompozitních dílů s kovovými. Další kapitoly práce popisují výzkum v této oblasti prováděný na ČVUT v rámci několika projektů, ať už interních nebo s průmyslovými partnery. To zahrnuje návrh, výrobu a testování hybridních ocelových/kompozitních hřídelí převodovek. Ve srovnání s referenční ocelovou hřídelí bylo dosaženo lepších parametrů z hlediska hmotnosti, momentu setrvačnosti, hluku a vibrací. Vyskytly se však problémy s dosažením správné přesnosti montáže převodovky na hřídel. V rámci dalších projektů byl testován vliv oleje při vysoké teplotě na mechanické vlastnosti kompozitních materiálů. Jednalo se o kompozity z dlouhých uhlíkových vláken vyráběných technologií navíjení a 3D tištěné kompozity s krátkými uhlíkovými vlákny. Navzdory očekávání nebyl pozorován žádný negativní účinek. Poslední projekt byl zaměřen na návrh experimentálního způsobu spojení ocelové hřídele s kompozitním nábojem a naopak, a především na výpočet těchto spojů. Byla použita technologie nalisování jemně drážkované ocelové součástky do hladkého kompozitního povrchu. V programu Excel byl vytvořen rychlý analytický nástroj pro výpočet tohoto spoje na základě zatížení, rozměrů a mechanických vlastností. Tento nástroj byl ověřen experimenty a simulacemi metodou konečných prvků.

Tato práce se zabývá možnostmi využití součástí z kompozitních materiálů v automobilových převodovkách. Kompozitním materiálem se v tomto případě rozumí polymerní matrice vyztužená buď dlouhými nebo krátkými uhlíkovými vlákny. První část obsahuje informace o současném stavu poznání. Konkrétně o mechanických vlastnostech, technologii výroby a zmiňuje příklady použití těchto materiálů v automobilovém průmyslu. Dále jsou popsána pozitiva jejich použití z hlediska snížení hluku a vibrací, ale rovněž problémy s provozem v různých pracovních prostředích. V neposlední řadě jsou popsány způsoby spojení kompozitních dílů s kovovými. Další kapitoly práce popisují výzkum v této oblasti prováděný na ČVUT v rámci několika projektů, ať už interních nebo s průmyslovými partnery. To zahrnuje návrh, výrobu a testování hybridních ocelových/kompozitních hřídelí převodovek. Ve srovnání s referenční ocelovou hřídelí bylo dosaženo lepších parametrů z hlediska hmotnosti, momentu setrvačnosti, hluku a vibrací. Vyskytly se však problémy s dosažením správné přesnosti montáže převodovky na hřídel. V rámci dalších projektů byl testován vliv oleje při vysoké teplotě na mechanické vlastnosti kompozitních materiálů. Jednalo se o kompozity z dlouhých uhlíkových vláken vyráběných technologií navíjení a 3D tištěné kompozity s krátkými uhlíkovými vlákny. Navzdory očekávání nebyl pozorován žádný negativní účinek. Poslední projekt byl zaměřen na návrh experimentálního způsobu spojení ocelové hřídele s kompozitním nábojem a naopak, a především na výpočet těchto spojů. Byla použita technologie nalisování jemně drážkované ocelové součástky do hladkého kompozitního povrchu. V programu Excel byl vytvořen rychlý analytický nástroj pro výpočet tohoto spoje na základě zatížení, rozměrů a mechanických vlastností. Tento nástroj byl ověřen experimenty a simulacemi metodou konečných prvků.