CN105257680A - 一种车用传动轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用传动轴，属于交通设施技术领域。由管体、花键套筒和万向节叉构成，花键套筒与万向节叉分别设置于管体两端，且管体与花键套筒、管体与万向节叉之间设置坡面过渡区。将本发明应用于汽车等交通设施，具有装拆方便、连接可靠和互换性好等优点。

Description

一种车用传动轴

技术领域

本发明涉及一种车用传动轴，属于交通设施技术领域。

背景技术

汽车传动轴是连接变速箱和驱动桥的部件，最终将发动机产生的动力传递给车轮，驱动汽车行驶。减轻传动系统的重量，可以降低运转时的能量消耗，提高发动机的使用效率。

复合材料传动轴密度小、刚度大、扭曲率小、临界转速高，轴可以做的更长，可以将两节的金属传动轴合成为一节，并省去两节中间的支承结构，重量减轻明显，如长度2米的复合材料传动轴与传统的金属传动轴相比，减重50%以上，还具有装拆方便、连接可靠、疲劳性好、承载大和互换性好等特点，为实现汽车轻量化和节能减排提供了新的技术途径。

目前，复合材料传动轴在汽车上少有应用，特别是在承载大的重型卡车上，主要原因是复合材料管体与金属接头连接困难和互换性不好。传统的管体和接头连接方法主要有胶接、花键连接和紧固件连接等几种，但这些方法均存在缺点：胶接强度不大，施工复杂，胶接质量不易保证，且不易检测；花键连接可传递较小扭矩，但不能传递大轴向力；紧固件连接需采用法兰型接头，螺栓头突出管体表面，开孔处易出现挤压破坏。金属接头也各异，无法与传统的金属传动轴实现互换。

基于此，做出本申请案。

发明内容

为了克服现有传动轴所存在的上述缺陷，本发明提供一种装拆方便、连接可靠和互换性好的汽车用复合材料的传动轴。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种车用传动轴，由管体、花键套筒和万向节叉构成，花键套筒与万向节叉分别设置于管体两端，且管体与花键套筒、管体与万向节叉之间设置坡面过渡区。

进一步的，作为优选：

所述的管体靠近坡面过渡区的位置设置有厚置区，用于强化连接部位的强度。更为优选的，所述的管体、厚置区与坡面过渡区为一体式结构。

所述的管体与花键套筒、管体与万向节叉之间由沉头螺栓与自锁螺母的配合实现固定。

所述的管体是由碳纤维与环氧树脂复合的单向预浸料制成的层状结构，树脂质量含量30%-35%，纤维面密度150g/m²-300g/m²，单层厚度0.15mm-0.3mm。

所述的管体上设置有铺层，该铺层包括0°铺层、45°铺层、-45°铺层、90°铺层四种，所占比例分别约为50%、20%、20%、10%。所述的管体内、外表面至少各有2层±45°铺层。

所述的铺层沿管体中面对称铺设。

所述的管体制造工艺为：先用预浸料搓卷成型，然后在外表面缠绕OPP膜，最后进烘箱加热固化。

所述的花键套筒与万向节的材料为45钢或40Cr合金钢。

本发明汽车用复合材料传动轴为不同长度及直径的圆柱形管体结构，复合材料管体一端安装金属万向节叉，另一端安装金属花键套管，管体与万向节叉及花键套管均使用沉头螺栓+自锁螺母连接，管体在两端的连接区域适当加厚，并采用斜坡均匀过渡。

本发明的工作原理是：复合材料传动轴一端安装金属万向节叉，另一端安装金属花键套管，管体与万向节叉及花键套管均使用沉头螺栓+自锁螺母连接，管体在两端的连接区域适当加厚，并采用斜坡均匀过渡。装车时，先将花键套管与驱动桥的花键轴连接，再将万向节叉与变速箱的万向节连接；汽车启动时，发动机产生的动力通过传动轴传到驱动桥上，最终驱动车轮使汽车行驶。

本发明的有益效果如下：

（1）复合材料传动轴自身重量轻，如长度2米的复合材料传动轴与传统的金属传动轴相比，减重50%以上；复合材料传动轴刚度大、扭曲率小、临界转速高，轴可以做的更长，可以将两节的金属传动轴合成为一节，并省去两节中间的支承结构，装卸方便，减重效果更佳明显，为汽车轻量化和节能减排提供了新的技术途径；疲劳寿命大于50万次，远高于国标要求金属传动轴的15万次；还具有耐腐蚀等特点；制备方法成熟，产品成型质量好，适合批量生产。

（2）本发明采用在复合材料管体两端安装金属万向节叉和花键套管，组成复合材料传动轴，用于代替传统的汽车用金属传动轴，具有装拆方便、连接可靠、疲劳性好、承载大、重量轻和互换性好等特点，为实现汽车轻量化和节能减排提供了新的技术途径。

（3）本申请中传动轴采用复合材料，而复合材料属于各向异性材料，即在各个方向上具有不同的力学性能，通过设计不同的铺层，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，满足各种不同的需求,比如0°铺层是纤维方向平行于传动轴长度方向，拉伸强度较高，主要用于承受轴向载荷，±45°铺层是纤维方向与传动轴长度方向的夹角为±45°，剪切强度较高，主要用于承受扭转载荷。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的侧视图；

图4为本发明中花键套筒部分的局部放大剖视图；

图5为管体的结构示意图。

图中标号：1.管体；11.外表面；12.内表面；13.铺层；2.花键套筒；3.万向节叉；4.坡面过渡区；5.厚置区；6.沉头螺栓；7.自锁螺母。

具体实施方式

实施例1

下面通过实施例对本发明的设计和制备技术做进一步详细说明

本实施例一种车用传动轴，结合图1、图2和图3，由管体1、花键套筒2和万向节叉3构成，花键套筒2与万向节叉3分别设置于管体1两端，且管体1与花键套筒2、管体1与万向节叉3之间设置坡面过渡区4，且该坡面过渡区4与管体1为一体式结构；结合图4，管体1与花键套筒2、管体1与万向节叉3之间由沉头螺栓6与自锁螺母7的配合实现固定。

其中，结合图5，管体1是不同角度铺层13所形成的层状结构，铺层13沿管体1中面对称铺设，该铺层13包括0°铺层、45°铺层、-45°铺层、90°铺层四种，所占比例分别约为50%、20%、20%、10%，且管体1内表面12、外表面11至少各有2层±45°铺层13。

上述传动轴的设计和制备的过程和方法如下：

（1）根据传动轴的载荷情况，确定管体1的结构厚度和铺层，金属万向节叉3和金属花键套管2的壁厚，螺栓的材料、数量和直径等参数。

（2）计算螺栓受剪时产生的轴向拉力，由此选定适合的自锁螺母7。

（3）采用缠绕或搓卷工艺制备复合材料管体1。

（4）机加制得金属万向节叉3和花键套管2。

（5）将金属万向节叉3和花键套管2分别放入复合材料传动轴管体1，并配合钻孔。

（6）取出金属万向节叉3和花键套管2，清除管体1中的铁屑。

（7）将金属花键套管2放入复合材料传动轴管体1，用套筒扳手将自锁螺母6从花键套管2的孔中送到配钻好的孔下方，放入螺栓，根据相应的拧紧力矩，使用定力扳手将其拧紧；

（8）同理安装万向节叉3。

本发明汽车用复合材料传动轴为不同长度及直径的圆柱形管体结构，复合材料管体1一端安装金属万向节叉3，另一端安装金属花键套管2，管体1与万向节叉3及花键套管2均使用沉头螺栓6+自锁螺母7连接，管体1在两端的连接区域适当加厚形成厚置区4，并采用斜坡均匀过渡并在该位置形成坡面过渡区5。

本实施例复合材料传动轴一端安装金属万向节叉3，另一端安装金属花键套管2，管体1与万向节叉3及花键套管2均使用沉头螺栓6+自锁螺母7连接，管体1在两端的连接区域适当加厚形成厚置区4，并采用斜坡均匀过渡形成坡面过渡区5，确保安装顺畅的同时，也避免了长期使用管体变形所引起的退管现象。装车时，先将花键套管2与驱动桥的花键轴连接，再将万向节叉3与变速箱的万向节连接；汽车启动时，发动机产生的动力通过传动轴传到驱动桥上，最终驱动车轮使汽车行驶。

复合材料传动轴自身重量轻，如长度2米的复合材料传动轴与传统的金属传动轴相比，减重50%以上；复合材料传动轴刚度大、扭曲率小、临界转速高，轴可以做的更长，可以将两节的金属传动轴合成为一节，并省去两节中间的支承结构，装卸方便，减重效果更佳明显，为汽车轻量化和节能减排提供了新的技术途径；疲劳寿命大于50万次，远高于国标要求金属传动轴的15万次；还具有耐腐蚀等特点；制备方法成熟，产品成型质量好，适合批量生产。

本实施例采用在复合材料管体1的两端安装金属万向节叉3和花键套管2，组成复合材料传动轴，不同材质之间相互配合，可对冲击力和惯性力进行缓冲和释放，用于代替传统的汽车用金属传动轴，具有装拆方便、连接可靠、疲劳性好、承载大、重量轻和互换性好等特点，为实现汽车轻量化和节能减排提供了新的技术途径。

实施例2

本实施例与实施例1的设置和工作原理相同，区别在于：

结合图1、图2和图3，由管体1、花键套筒2和万向节叉3构成，花键套筒2与万向节叉3分别设置于管体1两端，且管体1与花键套筒2、管体1与万向节叉3之间设置坡面过渡区4，管体1靠近坡面过渡区4的位置设置有厚置区5，用于强化连接部位的强度，且坡面过渡区4、厚置区5与管体1为一体式结构；结合图4，管体1与花键套筒2、管体1与万向节叉3之间由沉头螺栓6与自锁螺母7的配合实现固定。

以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车用传动轴，其特征在于：由管体、花键套筒和万向节叉构成，花键套筒与万向节叉分别设置于管体两端，且管体与花键套筒、管体与万向节叉之间设置坡面过渡区。

2.如权利要求1所述的一种车用传动轴，其特征在于：所述的管体靠近坡面过渡区的位置设置有厚置区，用于强化连接部位的强度。

3.如权利要求2所述的一种车用传动轴，其特征在于：所述的管体、厚置区与坡面过渡区为一体式结构。

4.如权利要求1所述的一种车用传动轴，其特征在于：所述的管体与花键套筒、管体与万向节叉之间由沉头螺栓与自锁螺母的配合实现固定。

5.如权利要求1所述的一种车用传动轴，其特征在于：所述的管体是由碳纤维与环氧树脂复合的单向预浸料制成的层状结构，树脂质量含量30%-35%，纤维面密度150g/m²-300g/m²，单层厚度0.15mm-0.3mm。

6.如权利要求1所述的一种车用传动轴，其特征在于：所述的管体上设置有铺层，该铺层包括0°铺层、45°铺层、-45°铺层、90°铺层四种，所占比例分别约为50%、20%、20%、10%。

7.如权利要求6所示的一种车用传动轴，其特征在于：所述的管体内、外表面至少各有2层±45°铺层。

8.如权利要求6所述的一种车用传动轴，其特征在于：所述的铺层沿管体中面对称铺设。

9.如权利要求1所述的一种车用传动轴，其特征在于：所述的管体制造工艺为：先用预浸料搓卷成型，然后在外表面缠绕OPP膜，最后进烘箱加热固化。

10.如权利要求1所述的一种车用传动轴，其特征在于：所述的花键套筒与万向节的材料为45钢或40Cr合金钢。