CN103775515A - 一种碳纤维复合材料轴与金属轴的连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维轴与金属轴的连接结构，其结构是：由多边形金属端（1）与碳纤维复合材料轴（2）组成，所述碳纤维复合材料轴的两端通过缠绕等工艺形成与多边形金属端的端部形状一致的多边形，其与多边形金属端端部采用胶接形式相连；或者，由多边形金属端（1）、金属内层（3）及碳纤维管（4）组成，其中多边形金属端端部采用套接形式与金属内层的内部的多边形孔相连；所述碳纤维管缠绕在金属内层的外表面上，并利用树脂连接固定。本发明克服金属与碳纤维复合材料轴的连接不足，在保证碳纤维复合材料轴纤维的连续性不被破坏的情况下，通过改变金属与碳纤维轴连接处的截面形状，提高金属与碳纤维复合材料轴的连接强度。

Description

一种碳纤维复合材料轴与金属轴的连接结构

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料轴类零件，更具体的是一种碳纤维复合材料轴与金属轴的连接结构。

背景技术

大型金属轴质量重，且影响其加工性能和动态特性。碳纤维复合材料轴质量轻、强度高，在满足结构件性能要求的情况下，与金属轴相比可减重70％～80％；碳纤维复合材料轴还具有很好的耐疲劳性和耐腐蚀性，而且噪声小、震动衰减性好、安全性好，特别适用于大型重载工况。

碳纤维复合材料轴一般由金属轴和碳纤维管连接而成，金属轴和碳纤维管的连接性能对轴的性能至关重要，其连接方式一般采用胶接、机械连接及混合连接等。

金属轴和碳纤维管的连接采用胶接方式时，胶接强度受胶的性能、胶接工艺和环境因素的影响很大。

金属轴和碳纤维管的连接采用机械连接或混合连接方式时，一般需要在碳纤维复合材料层进行机械加工，破坏纤维层的连续性，也会影响到碳纤维复合材料轴的性能。

因此本发明设计一种碳纤维复合材料轴与金属轴连接形式，提高碳纤维复合材料轴与金属的连接强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服金属轴与碳纤维复合材料轴的连接不足，在保证碳纤维复合材料轴纤维的连续性不被破坏的情况下，通过改变金属与碳纤维轴连接处的截面形状，从而提高金属与碳纤维复合材料轴的连接强度。

本发明解决其技术问题采用了以下的技术方案：

本发明提供的一种碳纤维轴与金属轴的连接结构，其结构是：由多边形金属端与碳纤维复合材料轴组成，所述碳纤维复合材料轴的两端通过缠绕碳纤维工艺形成与多边形金属端的端部形状一致的多边形，其与多边形金属端端部采用胶接形式相连。

所述的多边形金属端的端部可以为正多边形。

所述的碳纤维复合材料轴的两端部可以为正多边形，中间段可以为圆柱形。

本发明提供的另一种碳纤维轴与金属轴的连接结构，其结构是：由多边形金属端、金属内层及碳纤维管组成，其中多边形金属端端部采用套接形式与金属内层的内部的多边形孔相连；碳纤维管缠绕在金属内层的外表面上，并利用树脂连接固定。

所述的金属内层的外部可以为圆柱状，内部可以有一个贯通的用于与多边形金属端采用胶接形式相连的多边形孔，该多边形孔可以为正多边形孔。

所述的碳纤维管可以是通过缠绕碳纤维工艺预先缠绕在金属内层的外表面上而形成的。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

由于本发明采用的胶接形式的连接，与现有的胶接方式相比，本发明将碳纤维复合材料轴与金属的胶接截面加工成正多边形，不仅可以通过胶层传递扭矩，而且还可以通过金属与碳纤维复合材料轴的接触面实现周向固定以传递运动和扭矩，提高碳纤维复合材料轴的性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明多边形金属结构示意图。

图3为图2的左视图。

图4为本发明碳纤维复合材料轴的结构示意图。

图5为图4的左视图。

图6为多边形金属与碳纤维复合材料轴胶接示意图。

图7为图6的左视图。

图8为本发明另外一种结构示意图。

图9为金属内层多边形结构示意图。

图10为图9的左视图。

图11为本发明的装配示意图。

图12为图11的左视图。

图中：1.多边形金属端；2.碳纤维复合材料轴；3.金属内层；4.碳纤维管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。

实施例1：第一种碳纤维复合材料轴与金属轴的连接结构

本实施例提供的碳纤维复合材料轴与金属轴的连接结构，其结构如图1至图7所示，由多边形金属端1、碳纤维复合材料轴2组成，其中：多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2端部连接形式为多边形胶接形式，由于碳纤维复合材料轴2的两端被预先通过缠绕工艺，缠绕成多边形的形状，多边形金属端1通过机械加工，加工成与碳纤维复合材料轴2的两端形状一致的多边形，并且多边形金属端1的多边形尺寸略小于碳纤维复合材料轴2的端部多边形尺寸，多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2的多边形端部进行装配，并在多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2的装配间隙中涂入指定厚度（如厚度为0.5mm）的胶，以完成胶接。

所述的多边形金属端1的结构如图2所示，将金属轴通过机械加工制备成多边形的形状，例如六边形。

所述的碳纤维复合材料轴2的结构如图4和图5所示，两个端部通过缠绕工艺制作成多边形，中间段为圆柱状。具体是：将碳纤维丝在两端为多边形中间为圆柱状的模具上缠绕出碳纤维复合材料轴2，其两个端部为与多边形金属端1所对应的形状的多边形，中间段为圆柱状，且其多边形各边对应结构尺寸，多边形金属端1各边均略小于碳纤维复合材料轴2的端部多边形，以便在装配时预留胶层空隙（如0.5mm间隙）。

所述的多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2装配后，由于多边形金属端1结构尺寸小于碳纤维复合材料轴2的端部多边形，并且在装配过程中，通过装置将多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2预先固定，并且装配使得多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2的多边形的结构形状一一对应，同时多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2装配对应边之间的间隙大小一致，最终在多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2的装配间隙中涂指定的胶（如树脂胶），以完成多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2的胶接。

碳纤维复合材料轴与金属轴的连接结构，其制备包括以下步骤：

1.将多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2的端部制备成形状结构对应的多边形；且多边形金属管1的多边形尺寸略小于碳纤维复合材料轴2端部多边形尺寸；

2.将多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2预先固定，并且装配使得多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2的多边形的结构形状一一对应，同时多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2装配对应边之间的间隙（如0.5mm间隙）大小一致，最终在多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2的装配间隙中涂指定的胶（如树脂胶），以完成多边形金属端1与碳纤维复合材料轴2的胶接。

实施例2：第二种碳纤维复合材料轴与金属轴的连接结构

本实施例提供的碳纤维复合材料轴与金属轴的连接结构，其结构如图8所示，由多边形金属端1、金属内层3及碳纤维管4组成，其中：多边形金属端1与多边形金属内层3在多边形金属内层3的内层孔状多边形处进行套接装配，利用多边形效应使得多边形金属端1传递扭矩给多边形金属内层3，碳纤维管4通过缠绕工艺预先缠绕在多边形金属内层3上，碳纤维管4的最内层的碳纤维材料利用树脂（如环氧树脂）与多边形金属内层3进行连接。

所述的金属内层3的结构如图9和图10所示，其外部为圆柱状，其内部有一个贯通的与多边形金属端1所对应的多边形孔。

所述的碳纤维管4通过缠绕的方式制成，具体是：将碳纤维丝缠绕在多边形金属内层3的表面上。

碳纤维复合材料轴与金属轴的连接结构，其制备包括以下步骤：

1.将金属内层3与碳纤维管4缠绕为一体，具体是：碳纤维丝在金属内层3上通过缠绕工艺缠绕成管状结构，并且碳纤维管4的最内层的碳纤维通过树脂与金属内层3进行连接。

2.将多边形金属端1与多边形金属内层3进行装配，具体是：参见图11和图12，将多边形金属端1与多边形金属内层3在多边形金属内层3的内层孔状多边形处进行套接装配。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步说明，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，不至于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、改进、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种碳纤维轴与金属轴的连接结构，其特征是由多边形金属端（1）与碳纤维复合材料轴（2）组成，所述碳纤维复合材料轴（2）的两端通过缠绕等工艺形成与多边形金属端（1）的端部形状一致的多边形，其与多边形金属端（1）端部采用胶接形式相连。

2.根据权利要求1所述的碳纤维轴与金属轴的连接结构，其特征是所述的多边形金属端（1）的端部为正多边形。

3.根据权利要求1所述的碳纤维轴与金属轴的连接结构，其特征是所述的碳纤维复合材料轴（2）的两端部为正多边形，中间段为圆柱形。

4.一种碳纤维轴与金属轴的连接结构，其特征是由多边形金属端（1）、金属内层（3）及碳纤维管（4）组成，其中：多边形金属端（1）端部采用套接形式与金属内层（3）的内部的多边形孔相连；碳纤维管（4）缠绕在金属内层（3）的外表面上，并利用树脂连接固定。

5.根据权利要求4所述的碳纤维轴与金属轴的连接结构，其特征是所述的金属内层（3）的外部为圆柱状，内部有一个贯通的用于与多边形金属端（1）采用胶接形式相连的多边形孔。

6.根据权利要求5所述的碳纤维轴与金属轴的连接结构，其特征是所述的多边形孔为正多边形孔。

7.根据权利要求4所述的碳纤维轴与金属轴的连接结构，其特征是所述的碳纤维管（4）是通过缠绕碳纤维工艺预先缠绕在金属内层（3）的外表面上而形成的。

Images