CN108150557A - 一种碳纤维传动轴 - Google Patents

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颜永生
杨胜
谭平
颜勇
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/26—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected
    • F16D3/265—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected in which one coupling part has a tongue received with the intermediate member(s) in a recess with a transverse axis in the other coupling part
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Abstract

本发明公开的一种碳纤维传动轴，包括轴管、万向节叉、万向节，轴管设置在一对万向节叉之间，一端万向节叉通过万向节与套管叉组件连接，另一端万向节叉通过万向节与凸缘叉连接；其特征在于，所述轴管由一对端部法兰及复合材料层组成，端部法兰设置在复合材料层的两端，所述复合材料层由碳纤维及环氧树脂经过湿法缠绕、固化成型，所述碳纤维占复合材料层的体积比为70‑80%。复合材料层中碳纤维的缠绕采用环向缠绕和螺旋缠绕，螺旋缠绕设置在复合材料层的端部；碳纤维环向缠绕的预应力为60Mpa，碳纤维螺旋缠绕的预应力为40 Mpa。本申请提供的碳纤维传动轴，其结构合理，轴管采用碳纤维及环氧树脂缠绕成型，有效提高了传动轴的抗扭强度及消音抗震性。

Description

一种碳纤维传动轴
技术领域
本发明涉及车辆传动技术领域，尤其涉及一种碳纤维传动轴。
背景技术
汽车轻量化是新能源汽车发展的迫切要求，由于复合材料相对金属有较高的比强度和比刚度，可设计性强，可实现结构和功能的一体化设计，使之间具有减震、隔热、降噪、抗冲击损伤等功能，复合材料替代金属材料制造汽车零部件，将有效减轻汽车结构重量，降低能源损耗，提高汽车的安全性。
传动轴是汽车传动系中传递动力的重要部件，它的作用是与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力。传动轴的品质直接影响汽车的综合性能。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，本发明提供的一种碳纤维传动轴，其结构合理，复合材料层采用碳纤维及环氧树脂缠绕成型，并与端部法兰粘接，既保证了轴管的刚度、又减轻了轴管的总体重量，有效提高了传动轴的抗扭强度及消音抗震性，具有良好的推广价值。
本发明的技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供的一种碳纤维传动轴，包括轴管、万向节叉、万向节，轴管设置在一对万向节叉之间，一端万向节叉通过万向节与套管叉组件连接，另一端万向节叉通过万向节与凸缘叉连接；其特征在于，所述轴管由一对端部法兰及复合材料层组成，端部法兰设置在复合材料层的两端，所述复合材料层由碳纤维及环氧树脂经过湿法缠绕、固化成型，所述碳纤维占复合材料层的体积比为70-80%。
碳纤维与环氧树脂组成的复合材料层，具有较高的比强度，这样既能保证传动轴的强度，又能降低传动轴的总体质量，具有较好的性能优势。
进一步地，所述端部法兰为铝合金，其一端设置有焊口，其另一端设置有滚花。滚花的设置主要是增加复合材料层与端部法兰的粘接性，提高两者结合的牢固性。
进一步地，所述复合材料层中碳纤维的缠绕采用环向缠绕和螺旋缠绕，螺旋缠绕设置在复合材料层的端部。碳纤维浸胶后，紧密排布在芯模上，在端部设置螺旋缠绕层，螺旋缠绕的角度为85°，以增加复合材料层端部的强度。
进一步地，所述碳纤维环向缠绕的预应力为60Mpa，碳纤维螺旋缠绕的预应力为40Mpa。复合材料层采用湿法预应力缠绕，有效增强了复合材料的比强度。
进一步地，所述碳纤维及环氧树脂经过湿法缠绕成型后，在固化设备中固化，固化温度为80℃，固化时间为360min。
同时，本申请还提供了一种轴管的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据轴管的长度，选择长度适中的芯模；
S2，将芯模固定在缠绕设备上，使用碳纤维及环氧树脂在芯模上缠绕作业；
S3，将缠绕后的芯模放置在固化炉中固化；
S4，将芯模与复合材料层脱离；
S5，在端部法兰上的滚花处，均匀涂抹粘接剂，并将复合材料层与端部法兰粘接；
S6，将复合材料层与端部法兰形成的组件放置在固化设备中固化，完成轴管。
进一步地，步骤S2中，所述碳纤维的缠绕采用环向缠绕和螺旋缠绕，螺旋缠绕设置在复合材料层的端部；碳纤维环向缠绕的预应力为60Mpa，碳纤维螺旋缠绕的预应力为40Mpa。
进一步地，步骤S3中，缠绕后的轴管固化温度为80℃，固化时间为360min。
进一步地，步骤S6中，固化阶段，固化温度为90℃，固化时间为60min。
本发明有益效果：
与现有技术相比，本发明提供的一种碳纤维传动轴，其结构合理，复合材料层采用碳纤维及环氧树脂缠绕成型，并与端部法兰粘接，既保证了轴管的刚度、又减轻了轴管的总体重量，有效提高了传动轴的抗扭强度及消音抗震性，具有良好的推广价值。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1是本发明所述一种碳纤维传动轴的结构示意图；
图2是本发明之端部法兰与万向节叉粘接的示意图。
附图中，各标号所代表的部件如下：
1.轴杆；1-1.端部法兰；1-2.复合材料层；1-3.滚花；1-4.焊口；2.万向节叉；3.万向节；4.套管叉组件；5.凸缘叉。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对，本发明的一种碳纤维传动轴进行详细说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，相同的参考标记用于表示相同的部分。
图1是一种碳纤维传动轴的结构示意图，其包括轴管1、万向节叉2、万向节3，轴管1设置在一对万向节叉2之间，一端万向节叉2通过万向节3与套管叉组件4连接，另一端万向节叉2通过万向节3与凸缘叉5连接；其特征在于，所述轴管1由一对端部法兰1-1及复合材料层1-2组成，端部法兰1-1设置在复合材料层1-2的两端，所述复合材料层1-2由碳纤维及环氧树脂经过湿法缠绕、固化成型，所述碳纤维占复合材料层1-2的体积比为70-80%。碳纤维与环氧树脂组成的复合材料层，具有较高的比强度，这样既能保证传动轴的强度，又能降低传动轴的总体质量，具有较好的性能优势。
在图1所示的实施例中，轴管1上的复合材料层1-2上碳纤维的体积比为75%，固化后的复合材料层的厚度为3mm。
所述端部法兰1-1为铝合金，其一端设置有焊口1-4，其另一端设置有滚花1-3。端部法兰1-1的焊口1-4与万向节叉2焊接，端部法兰1-1的滚花端与复合材料层粘接；滚花的设置主要是增加复合材料层与端部法兰的粘接性，提高两者结合的牢固性。图2是本发明之端部法兰与万向节叉粘接的示意图。
所述复合材料层1-2中碳纤维的缠绕采用环向缠绕和螺旋缠绕，螺旋缠绕设置在复合材料层1-2的端部；所述碳纤维环向缠绕的预应力为60Mpa，碳纤维螺旋缠绕的预应力为40 Mpa。碳纤维浸胶后，采用湿法预应力缠绕，紧密排布在芯模上，在端部设置螺旋缠绕层，螺旋缠绕的角度为85°，有效增强了复合材料的比强度，以增加复合材料层端部的强度。
所述碳纤维及环氧树脂经过湿法缠绕成型后，在固化设备中固化，固化温度为80℃，固化时间为360min。复合材料层固化后，具有良好的刚度，并且能够提高传动轴的抗扭强度及消音抗震性。
本申请还提供了一种轴管的成型方法，其具体包括以下步骤：
S1，根据轴管1的长度，选择长度适中的芯模；
在该步骤中，需要在芯模上均匀涂抹一层脱模剂，以方便复合材料层成型后与芯模的脱离。
S2，将芯模固定在缠绕设备上，使用碳纤维及环氧树脂在芯模上缠绕作业；
在该步骤中，所述碳纤维的缠绕采用环向缠绕和螺旋缠绕，螺旋缠绕设置在复合材料层1-2的端部；碳纤维环向缠绕的预应力为60Mpa，碳纤维螺旋缠绕的预应力为40 Mpa。
S3，将缠绕后的芯模放置在固化炉中固化；
在该步骤中，缠绕后的轴管固化温度为80℃，固化时间为360min。
S4，将芯模与复合材料层1-2脱离；
S5，在端部法兰1-1上的滚花1-3处，均匀涂抹粘接剂，并将复合材料层1-2与端部法兰1-1粘接；
端部法兰1-1与复合材料层1-2粘接的示意图，如图2所示。
S6，将复合材料层1-2与端部法兰1-1形成的组件放置在固化设备中固化，完成轴管1。
步骤S6中，固化阶段，固化温度为90℃，固化时间为60min。
一对端部法兰1-1与复合材料层1-2粘接后，端部法兰1-1的焊口1-4与万向节叉2焊接，这样一对万向节叉2焊接在轴管1的两端的端部法兰1-1上；接着，一端万向节叉2通过万向节3与套管叉组件4连接，另一端万向节叉2通过万向节3与凸缘叉5连接，形成谈纤维传动轴，以连接变速器或驱动桥。
与现有技术相比，本发明提供的一种碳纤维传动轴，其结构合理，复合材料层采用碳纤维及环氧树脂缠绕成型，并与端部法兰粘接，既保证了轴管的刚度、又减轻了轴管的总体重量，有效提高了传动轴的抗扭强度及消音抗震性，具有良好的推广价值。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碳纤维传动轴，包括轴管（1）、万向节叉（2）、万向节（3），轴管（1）设置在一对万向节叉（2）之间，一端万向节叉（2）通过万向节（3）与套管叉组件（4）连接，另一端万向节叉（2）通过万向节（3）与凸缘叉（5）连接；其特征在于，所述轴管（1）由一对端部法兰（1-1）及复合材料层（1-2）组成，端部法兰（1-1）设置在复合材料层（1-2）的两端，所述复合材料层（1-2）由碳纤维及环氧树脂经过湿法缠绕、固化成型，所述碳纤维占复合材料层（1-2）的体积比为70-80%。
2.根据权利要求1所述碳纤维传动轴，其特征在于，所述端部法兰（1-1）为铝合金，其一端设置有焊口（1-4），其另一端设置有滚花（1-3）。
3.根据权利要求1所述碳纤维传动轴，其特征在于，所述复合材料层（1-2）中碳纤维的缠绕采用环向缠绕和螺旋缠绕，螺旋缠绕设置在复合材料层（1-2）的端部。
4.根据权利要求3所述玻璃纤维传动轴，其特征在于，所述碳纤维环向缠绕的预应力为60Mpa，碳纤维螺旋缠绕的预应力为40 Mpa。
5.根据权利要求1所述玻璃纤维传动轴，其特征在于，所述碳纤维及环氧树脂经过湿法缠绕成型后，在固化设备中固化，固化温度为80℃，固化时间为360min。
6.一种轴管的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据轴管（1）的长度，选择长度适中的芯模；
S2，将芯模固定在缠绕设备上，使用碳纤维及环氧树脂在芯模上缠绕作业；
S3，将缠绕后的芯模放置在固化炉中固化；
S4，将芯模与复合材料层（1-2）脱离；
S5，在端部法兰（1-1）上的滚花（1-3）处，均匀涂抹粘接剂，并将复合材料层（1-2）与端部法兰（1-1）粘接；
S6，将复合材料层（1-2）与端部法兰（1-1）形成的组件放置在固化设备中固化，完成轴管（1）。
7.根据权利要求6所述玻璃纤维传动轴，其特征在于，步骤S2中，所述碳纤维的缠绕采用环向缠绕和螺旋缠绕，螺旋缠绕设置在复合材料层（1-2）的端部；碳纤维环向缠绕的预应力为60Mpa，碳纤维螺旋缠绕的预应力为40 Mpa。
8.根据权利要求6所述玻璃纤维传动轴，其特征在于，步骤S3中，缠绕后的轴管固化温度为80℃，固化时间为360min。
9.根据权利要求6所述玻璃纤维传动轴，其特征在于，步骤S6中，固化阶段，固化温度为90℃，固化时间为60min。
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