CN104033473A

CN104033473A - 一种车用芯轴

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Publication number: CN104033473A
Application number: CN201410240533.7A
Authority: CN
Inventors: 钱高法
Original assignee: NINGBO GAOFA AUTOMOBILE CONTROL SYSTEM CO Ltd
Current assignee: NINGBO GAOFA AUTOMOBILE CONTROL SYSTEM CO Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: CN104033473B

Abstract

本发明属于汽车零部件技术领域，涉及一种车用芯轴。所述车用芯轴，包括由PTFE复合材料制成的软管和至少一根钢芯，在软管内安装有同轴心设置且呈螺旋状的扁丝，所述的扁丝紧包裹在钢芯外壁上且扁丝外壁紧贴于软管内壁上，所述PTFE复合材料由如下质量百分比的成分组成：PTFE：50-60％，纳米Al₂O₃：5-15％，碳粉：10-20％，润滑剂：10-15％，相容剂：5-15％。并涉及了软管的制备方法。本发明在钢芯外增加了由PTEE复合材料制成的软管，PTEE复合材料的配伍合理，使其成分产生较好的协同作用，增加软管的耐磨性，从而增加芯轴的耐磨性，提高行程效率和负载效率。

Description

一种车用芯轴

技术领域

本发明属于汽车零部件技术领域，涉及一种车用芯轴。

背景技术

汽车作为人们的代步工具，是主要的交通工具之一。汽车有许多分布在车身各个方位的零部件，因为这类零部件大多为刚性材料制成，且安装在不同方位，所以它们不适合直接连接进行传动，尤其可用于汽车的操纵机构与汽车离合器的连接。因此软轴就普遍地出现在车身内。

众所周知，驾驶员如需改变行车的速度，就必须通过操纵操纵杆前后、左右摆动来实现，这是两个方向的往复行程，因此软轴需要承载两个方向的作用力，即推力和拉力。软轴的质量直接决定了汽车的变速性能。

软轴包括芯轴和轴套，芯轴安装在软轴的中间部位，是软轴的关键部位。在上述的往复行程中，芯轴的耐磨性是决定软轴寿命重要关键要素之一。现有技术中一般采用纯塑料制备芯轴，而聚四氟乙烯(PTFE)具有优异的热稳定性、化学稳定性、高润滑性、电绝缘性，能在零下180℃至250℃的温度范围内长期使用。在所有聚合物材料中虽然PTFE的摩擦系数最低，但是PTFE最大的缺点是耐擦磨损性能低。为提高PTFE材料的耐磨性能，一般添加石墨、玻璃纤维、碳纤维、甚至金属或陶瓷粉末。这些材料的添加虽然可以改善PTFE耐磨性能，但是存在相容性差、透明度和绝缘性能降低等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出一种耐磨性好、效率高、成本低的车用芯轴。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种车用芯轴，其特征在于，包括由PTFE复合材料制成的软管和至少一根钢芯，在软管内安装有同轴心设置且呈螺旋状的扁丝，所述的扁丝紧包裹在钢芯外壁上且扁丝外壁紧贴于软管内壁上，所述PTFE复合材料由如下质量百分比的成分组成：PTFE：50-60％，纳米Al₂O₃：5-15％，碳粉：10-20％，润滑剂：10-15％，相容剂：5-15％。

本发明车用芯轴中采用一种特殊的PTFE复合材料，在PTFE的基体加入适量的纳米Al₂O₃和碳粉，而碳粉是一种廉价的填料，在一定范围内，随着碳粉含量的增加，不仅可以减少材料的成本，还可以减少PTFE复合材料的磨损量，提高复合材料的硬度及承压能力，但随着碳粉含量的增加，复合材料的拉伸强度与伸长率急剧下降，即复合材料随着碳粉含量的增加而脆性增加，因此，本发明在该复合材料中加入10-20％的碳粉，可提高PTFE的耐磨性能且保证复合材料的拉伸强度与伸长率。另一方面，在PTFE复合材料中还加入了纳米Al₂O₃。随着纳米Al₂O₃质量分数的增加，材料的硬度明显增大，其原因在于纳米Al₂O₃粒子的表面能和表面张力随粒径的下降快速增大，弹性模量也很高，其颗粒均匀地分散于PTFE的表面和基体之中，虽然这是一种简单的“物理交联”，却有效地起到了刚硬支撑的作用，从而提高了PTFE复合材料的硬度。而PTFE复合材料的拉伸强度随着纳米Al₂O₃用量的增加而减少。这是由于纳米Al₂O₃颗粒的尺寸小、比表面积大、表面原子数、表面能和表面张力随粒径的减少急剧增大，出现小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等；同时，微粒在PTFE基体中均匀分散，对母体材料进行了有效地填充，提高了PTFE材料的致密度，进而提高了材料的拉伸强度。然而，硬度以及弹性模量等参数的提高也使得材料的刚性和脆性增加，降低断裂伸长率。此外，在摩擦过程中，纳米Al₂O₃颗粒在摩擦表面富集，形成固体润滑膜，进行自润滑，从而降低了摩擦系数；当纳米Al₂O₃用量增大到一定值时，PTFE复合材料摩擦表面富集的纳米Al₂O₃颗粒达到饱和，因为摩擦系数趋于稳定，不再发生明显变化。因此，本发明车用芯轴中的PTFE复合材料通过合理配伍，采用一定质量比的PTFE、纳米Al₂O₃、碳粉、润滑剂与相容剂，使其产生良好的协同作用，取长补短，从而提高材料的耐磨性、抗拉强度、抗腐蚀性能等，并降低生产成本，进而提高车用芯轴的使用寿命和使用价值。

作为优选，所述PTFE复合材料由如下质量百分比的成分组成：PTFE：55-60％，纳米Al₂O₃：5-10％，碳粉：8-20％，润滑剂：10-12％，相容剂：5-10％。

在上述的一种车用芯轴中，PTFE复合材料中所述的润滑剂为脂肪酸酰胺、油酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种。在PTFE复合材料中加入润滑剂后,显著改善了材料的润滑和防护性能。润滑作用的改善主要是基于PTFE超细粒子进入摩擦表面,填平凹处或陷入基体材料产生的结构缺陷,在摩擦表面上形成粒子与基体材料的复合层,提高了摩擦表面的显微硬度,从而使摩擦表面呈现出一定的抗磨性能。

在上述的一种车用芯轴中，PTFE复合材料中所述的相容剂为SMA、EBA-GMA、EAA、SEBS中的一种或多种。加入的相容剂能使PTFE与其他成分混合得更好，从而有助于获得均匀的混合料。

在上述的一种车用芯轴中，PTFE复合材料中所述的PTFE的粒径为300μm-600μm，表观密度为450-550g/L。

在上述的一种车用芯轴中，PTFE复合材料中所述的纳米Al₂O₃颗粒的平均粒径为100nm-1μm。

在上述的一种车用芯轴中，PTFE复合材料中所述的碳粉为碳纳米管、碳纤维中的一种或多种。

其中，车用芯轴中由PTFE复合材料制备软管的方法包括如下步骤：

S1、按PTFE复合材料软管的成分及其质量百分比称取原料：PTFE：55-60％，纳米Al₂O₃：5-10％，碳粉：8-20％，润滑剂：10-12％，相容剂：5-10％，将称取好的原料在15-18℃下混合10-20min，混合均匀后在25-30℃下放置24-28h；

S2、将放置后的原料在压缩速率为40-60mm/min，压力为0.2-3MPa的条件下制成软管坯件；

S3、将制成的软管坯件在料腔温度为30-50℃，口模温度为50-60℃下进行推压成型；

S4、将推压成型后的软管在180-210℃干燥2-3h，然后进行烧结制得车用芯轴中的软管。

在上述由PTFE复合材料制备软管方法的步骤S4烧结中，间歇烧结的升温速率为60℃/h，在370-380℃下保温3-5h；连续烧结的干燥区为100-250℃，预热区为250-330℃，烧结区为380-420℃，冷却区为260-300℃。

在上述的一种车用芯轴中，所述扁丝呈扁平条状设置且由不锈钢材料制成。作为优选，所述不锈钢可选用316不锈钢，其化学成分为：C：0.02-0.08％，Si：0.05-1％，Mn：0.5-1.5％，Ni：8.0-9.0％，Cr：13.0-15.5％，Mo：2.2-2.8％，P：0.015-0.035％，S：0.01-0.03％。

在上述的一种车用芯轴中，所述扁丝相邻两段的外侧壁紧密贴合。

在上述的一种车用芯轴中，所述的软管形状为圆柱形。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、在钢芯外增加了由PTEE复合材料制成的软管，PTEE复合材料的配伍合理，通过合理配比一定质量百分比的PTFE、纳米Al₂O₃、碳粉、润滑剂、相容剂，使其产生较好的协同作用，增加软管的耐磨性，从而增加芯轴的耐磨性，提高行程效率。

2、本发明车用芯轴中的钢芯外包裹了一层扁丝，防止了钢芯散开，提高了负载效率。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明一较佳实施例的横截面示意图。

图中，10、软管；20、钢芯；30、扁丝。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，本车用芯轴包括由PTFE复合材料制成的软管10和至少一根钢芯20，在软管10内安装有同轴心设置且呈螺旋状的扁丝30，扁丝30紧包裹在钢芯20外壁上且扁丝30外壁紧贴于软管10内壁上，钢芯20与扁丝30无相对运动，扁丝30与软管10无相对运动。

优选地，钢芯20的数量可采用多根，这样可增加芯轴的负载量，提高了负载效率。

优选地，扁丝30呈扁平条状设置且由不锈钢材料制成，扁丝30紧密缠绕在多根钢芯20外壁上，使得多根钢芯20紧密堆积，能更加有效地传递力，提高了行程效率。

进一步优选地，扁丝30相邻两段的外侧壁紧密贴合，因芯轴安装在汽车内需要较长的长度，此设计保证了芯轴每个部位的钢芯20紧密堆积。

优选地，软管10形状为圆柱形，扁丝30包裹钢芯20后的形状为圆柱形，运用软管10包裹后的芯轴表面平整，提高了效率。

进一步优选，所述扁丝不锈钢可选用316不锈钢，其化学成分为：C：0.02-0.08％，Si：0.05-1％，Mn：0.5-1.5％，Ni：8.0-9.0％，Cr：13.0-15.5％，Mo：2.2-2.8％，P：0.015-0.035％，S：0.01-0.03％。

所述软管由PTFE复合材料制成，PTFE复合材料由如下质量百分比的成分组成：PTFE：50-60％，纳米Al₂O₃：5-15％，碳粉：10-20％，润滑剂：10-15％，相容剂：5-15％。作为优选，所述的PTFE的粒径为300μm-600μm，表观密度为450-550g/L；纳米Al₂O₃颗粒的平均粒径为100nm-1μm。

实施例1

S1、按车用芯轴中软管PTFE复合材料的组成成分及其重量百分比称取原料：PTFE：60％，纳米Al₂O₃：8％，碳纳米管：14％，脂肪酸酰胺：10％，SMA：8％，将称取好的原料在16℃下混合15min，混合均匀后在25℃下放置26h；

S2、将放置后的原料在压缩速率为50mm/min，压力为2MPa的条件下制成软管坯件；

S3、将制成的软管坯件在料腔温度为40℃，口模温度为55℃下进行推压成型；

S4、将推压成型后的软管在200℃干燥2h，然后进行烧结制得车用芯轴中的软管。其中，间歇烧结的升温速率为60℃/h，在370℃下保温4h；连续烧结的干燥区为200℃，预热区为300℃，烧结区为400℃，冷却区为280℃。

实施例2

S1、按车用芯轴中软管PTFE复合材料的组成成分及其重量百分比称取原料：PTFE：55％，纳米Al₂O₃：10％，碳纤维：17％，油酸酰胺：12％，EBA-GMA：6％，将称取好的原料在18℃下混合10min，混合均匀后在30℃下放置24h；

S2、将放置后的原料在压缩速率为60mm/min，压力为0.5MPa的条件下制成软管坯件；

S3、将制成的软管坯件在料腔温度为50℃，口模温度为60℃下进行推压成型；

S4、将推压成型后的软管在210℃干燥3h，然后进行烧结制得车用芯轴中的软管。其中，间歇烧结的升温速率为60℃/h，在380℃下保温5h；连续烧结的干燥区为250℃，预热区为330℃，烧结区为420℃，冷却区为300℃。

实施例3

S1、按车用芯轴中软管PTFE复合材料的组成成分及其重量百分比称取原料：PTFE：60％，纳米Al₂O₃：5％，碳纳米管和碳纤维：13％，乙撑双硬脂酸酰胺：12％，EAA：10％，将称取好的原料在15℃下混合20min，混合均匀后在25℃下放置28h；

S2、将放置后的原料在压缩速率为40mm/min，压力为3MPa的条件下制成软管坯件；

S3、将制成的软管坯件在料腔温度为30℃，口模温度为50℃下进行推压成型；

S4、将推压成型后的软管在180℃干燥3h，然后进行烧结制得车用芯轴中的软管。其中，间歇烧结的升温速率为60℃/h，在370℃下保温5h；连续烧结的干燥区为100℃，预热区为250℃，烧结区为380℃，冷却区为260℃。

对比例1

S1、按车用芯轴中软管PTFE复合材料的组成成分及其重量百分比称取原料：PTFE：60％，纳米Al₂O₃：10％，脂肪酸酰胺：15％，SMA：15％，将称取好的原料在16℃下混合15min，混合均匀后在25℃下放置26h；

对比例2

S1、按车用芯轴中软管PTFE复合材料的组成成分及其重量百分比称取原料：PTFE：55％，碳纤维：20％，油酸酰胺：15％，EBA-GMA：10％，将称取好的原料在18℃下混合10min，混合均匀后在30℃下放置24h；

对比例3

市售普通的车用芯轴软管。

将实施例1-3中由PTFE复合材料制得的软管与对比例1-3中车用芯轴的软管进行性能测试，测试结果如表1所示。

表1：实施例1-3中由PTFE复合材料制得的软管与对比例1-3中车用芯轴中的软管的性能测试结果

综上所述，本发明车用芯轴设计合理，在钢芯外增加了由PTEE复合材料制成的软管，钢芯外包裹了一层由不锈钢制得的扁丝，防止了钢芯散开，提高了负载效率。其中，PTEE复合材料的配伍合理，通过合理配比一定质量百分比的PTFE、纳米Al₂O₃、碳粉、润滑剂、相容剂，使其产生较好的协同作用，增加软管的耐磨性，从而增加芯轴的耐磨性，降低生产成本，提高行程效率。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种车用芯轴，其特征在于，包括由PTFE复合材料制成的软管和至少一根钢芯，在软管内安装有同轴心设置且呈螺旋状的扁丝，所述的扁丝紧包裹在钢芯外壁上且扁丝外壁紧贴于软管内壁上，所述PTFE复合材料由如下质量百分比的成分组成：PTFE：50-60％，纳米Al₂O₃：5-15％，碳粉：10-20％，润滑剂：10-15％，相容剂：5-15％。

2.根据权利要求1所述的车用芯轴，其特征在于，PTFE复合材料中所述的PTFE的平均粒径为300μm-600μm，表观密度为450-550g/L。

3.根据权利要求1所述的车用芯轴，其特征在于，PTFE复合材料中所述的纳米Al₂O₃的平均粒径为100nm-1μm。

4.根据权利要求1所述的车用芯轴，其特征在于，PTFE复合材料中所述的碳粉为碳纳米管、碳纤维中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的车用芯轴，其特征在于，车用芯轴中由PTFE复合材料制备软管的方法包括如下步骤：

S1、按PTFE：55-60％，纳米Al₂O₃：5-10％，碳粉：8-20％，润滑剂：10-12％，相容剂：5-10％称取原料，将称取好的原料在15-18℃下混合10-20min，混合均匀后在25-30℃下放置24-28h；

6.根据权利要求5中所述的车用芯轴，其特征在于，所述制备软管的步骤S4的烧结中，间歇烧结的升温速率为60℃/h，在370-380℃下保温3-5h；连续烧结的干燥区为100-250℃，预热区为250-330℃，烧结区为380-420℃，冷却区为260-300℃。

7.根据权利要求1所述的车用芯轴，其特征在于，所述扁丝呈扁平条状设置且由不锈钢材料制成。

8.根据权利要求7所述的车用芯轴，其特征在于，所述不锈钢的化学成分为：C：0.02-0.08％，Si：0.05-1％，Mn：0.5-1.5％，Ni：8.0-9.0％，Cr：13.0-15.5％，Mo：2.2-2.8％，P：0.015-0.035％，S：0.01-0.03％。

9.根据权利要求1所述的车用芯轴，其特征在于，所述扁丝相邻两段的外侧壁紧密贴合。

10.根据权利要求1所述的车用芯轴，其特征在于，所述的软管形状为圆柱形。