CN104454944A - 肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，其包括传动轴轴体(1)和与该传动轴轴体两端相连的金属法兰(2)，所述传动轴轴体(1)为管状，其由碳纤维复合材料经缠绕成型构成，其两端为金属法兰(2)。本发明的碳纤维复合材料传动轴，其金属法兰上面的肋骨增大了与碳纤维的接触面积，编织缠绕方法充分利用了碳纤维的强度，提高了传动轴轴体与金属法兰连接处的层间剪切强度和连接强度，使之可以更平稳地传递扭矩。提高了碳纤维复合材料传动轴的连接可靠性。扩大了碳纤维复合材料传动轴的应用领域。

Description

肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴
技术领域
本发明涉及传动轴领域，更具体的涉及一种肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴。 
背景技术
碳纤维是复合材料中重要的增强材料之一，碳纤维复合材料具有高强度、高刚度、重量轻、耐腐蚀以及优异的电性能等，从其发展初期开始就受到各个国家的高度重视。采用碳纤维复合材料传动轴可以满足传动系统减震、降噪、减轻传动轴的重量，优化传动系统的结构，提高传动系统的性能。 
碳纤维复合材料传动轴广泛应用于工程机械、风力发电、机车和船舶推进装置等各个领域，碳纤维复合材料传动轴与传统的金属传动轴相比重量轻、耐腐蚀、振动衰减大、噪声低、不导磁、免维护、应用于较长轴系时，可减少支撑轴承数量。碳纤维复合材料传动轴在实际应用时，如何实现轴系扭转载荷的平稳传递，碳纤维复合材料传动轴与两端金属法兰之间的连接结构设计至关重要。 
本发明设计了一种肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，碳纤维复合材料传动轴轴体在成型过程中碳纤维束与金属法兰缠绕、与金属法兰上面的肋骨式加强板编织缠绕形成一个整体，碳纤维复合材料传动轴编织缠绕成型后与金属法兰一同固化，形成完整的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于多种用途的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，该碳纤维复合材料传动轴可以更平稳地传递扭矩，提高了传动轴的连接可靠性，扩大了应用领域。 
本发明采用以下的技术方案解决其技术问题： 
本发明提供的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，包括传动轴轴体和与该传动轴轴体两端相连的金属法兰。所述传动轴轴体为管状，其由碳纤维复合材料经缠绕成型构成，其两端为金属法兰。
所述的金属法兰上沿其圆周方向均布有9个肋骨式加强板。 
所述的9个肋骨式加强板为金属材质。 
所述的9个肋骨式加强板先插入金属法兰上对应的凹槽内，再在金属法兰盘的端部与法兰盘焊接成为一体。 
所述的传动轴轴体在成型过程中，碳纤维束与金属法兰缠绕、与金属法兰上面的肋骨式加强板编织缠绕形成一个整体，该传动轴轴体编织缠绕成型后与金属法兰一同固化成型，形成完整的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴。 
所述的碳纤维束与金属法兰上面的肋骨式加强板编织缠绕成型过程中，以肋骨式加强板为经 线，以碳纤维束为纬线，碳纤维束与9个肋骨式加强板之间为交叉编织，碳纤维束与肋骨式加强板相遇后上下交替接触；碳纤维束在编织同时绕肋骨式加强板圆周方向缠绕。 
所述的金属法兰上的相应连接部位设计有8个用于与联轴节相连的连接孔。 
本发明肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴具有以下的主要的优点： 
1.强度高、质量轻。 
本发明肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴在其成型过程中与金属法兰缠绕、与金属法兰上面的肋骨式加强板编织缠绕形成一个整体，碳纤维复合材料传动轴编织缠绕成型后与金属法兰一同固化，形成完整的具有强度高、质量轻的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴。 
2.固有频率高。 
采用碳纤维复合材料较金属材料的质量大大减轻，在相同的结构尺寸下肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴具有更高的固有频率高。 
3.提高了碳纤维复合材料传动轴的连接可靠性。 
因本发明肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴的金属法兰上面的肋骨增大了与碳纤维的接触面积，编织缠绕方法充分利用了碳纤维的强度，增加了传动轴金属法兰连接处的层间剪切强度和碳纤维复合材料与金属法兰的连接强度，使之可以更平稳地传递扭矩，提高了肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴的连接可靠性。 
4.优秀的抗腐蚀、抗辐射性能。 
5.低热膨胀系数。 
6.扩大了碳纤维复合材料传动轴的应用领域。 
因为上述五个优点肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴可以应用于更广泛的领域。 
附图说明
图1是肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴的整体结构图。 
图2是图1金属法兰结构处的剖视图。 
图3是带有肋骨式加强板的金属法兰结构图。 
图4是图3的左视图。 
图5是碳纤维束与肋骨式加强板交叉编织缠绕剖切面示意图。 
图6是碳纤维束与肋骨式加强板交叉编织缠绕示意图。 
图7是图6的剖切左视图。 
图中：1.传动轴轴体；2.金属法兰；3.肋骨式加强板；4.碳纤维束；5.连接孔。 
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。 
本发明提供的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，其结构如图1和图2所示，包括传动轴轴体1和该轴体两端的金属法兰2，其中：传动轴轴体1为管状，其由碳纤维复合材料经缠绕成型构成，其两端为与之相连的金属法兰2。 
所述金属法兰2，其结构如图3和图4所示，沿该金属法兰的圆周方向均布有9个肋骨式加强板3，肋骨式加强板3先插入金属法兰2上对应的凹槽内，再在金属法兰盘2的端部与法兰盘焊接成为一体。金属法兰2上的相应连接部位设计有8个连接孔5，用于与联轴节连接。 
所述传动轴轴体1在成型过程中碳纤维束4与金属法兰2缠绕、与金属法兰2上面的肋骨式加强板3编织缠绕形成一个整体，该传动轴轴体1编织缠绕成型后与金属法兰2一同固化，形成完整的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴(图1、图2)。 
所述碳纤维束4在编织缠绕成型过程中，参见图5、图6和图7，以肋骨式加强板3为经线，以碳纤维束4为纬线，碳纤维束4与9个肋骨式加强板3之间为交叉编织，碳纤维束4与肋骨式加强板相遇后上下交替接触。碳纤维束4在编织同时绕肋骨式加强板3的圆周方向缠绕。 
所述碳纤维复合材料是指碳纤维与树脂基体复合制成的结构材料。碳纤维缠绕成型工艺即将碳纤维束浸上树脂，然后按照一定的规律缠绕在芯模上，最后经加热使树脂固化成型。它的一个突出特点是能够按照制品的受力情况，将纤维按一定规律排布，从而充分发挥纤维的强度，获得轻质高强的制品。 

Claims (7)

1.一种肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，包括传动轴轴体(1)和与该传动轴轴体两端相连的金属法兰(2)，其特征在于所述传动轴轴体(1)为管状，其由碳纤维复合材料经缠绕成型构成，其两端为金属法兰(2)。
2.根据权利要求1所述的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，其特征在于所述的金属法兰(2)上沿其圆周方向均布有9个肋骨式加强板(3)。
3.根据权利要求2所述的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，其特征在于所述的9个肋骨式加强板(3)为金属材质。
4.根据权利要求2所述的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，其特征在于所述的9个肋骨式加强板(3)先插入金属法兰(2)上对应的凹槽内，再在金属法兰盘(2)的端部与法兰盘焊接成为一体。
5.根据权利要求1所述的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，其特征在于所述的传动轴轴体(1)在成型过程中，碳纤维束(4)与金属法兰(2)缠绕、与金属法兰(2)上面的肋骨式加强板(3)编织缠绕形成一个整体，该传动轴轴体(1)编织缠绕成型后与金属法兰(2)一同固化成型，形成完整的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴。
6.根据权利要求5所述的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，其特征在于所述的碳纤维束(4)与金属法兰(2)上面的肋骨式加强板(3)编织缠绕成型过程中，以肋骨式加强板(3)为经线，以碳纤维束(4)为纬线，碳纤维束(4)与9个肋骨式加强板(3)之间为交叉编织，碳纤维束(4)与肋骨式加强板相遇后上下交替接触；碳纤维束(4)在编织同时绕肋骨式加强板圆周方向缠绕。
7.根据权利要求1所述的肋骨式编织缠绕碳纤维复合材料传动轴，其特征在于所述的金属法兰(2)上的相应连接部位设计有8个用于与联轴节相连的连接孔(5)。
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