CN108799315B - 车用复合材料传动轴及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用复合材料传动轴及其制备方法，包括纤维增强复合材料管，其两端的管壁上环向均布有多个通孔；金属连接件，其具有与纤维增强复合材料管的端部的内径相同的外径，且环向设有与通孔的数量和位置对应的多个凹孔，两个金属连接件分别同轴心连接于纤维增强复合材料管的两端，并通过销轴穿设通孔和凹孔；补强套管，其套接于纤维增强复合材料管的端部，并覆盖住销轴。本发明采用编织拉挤的纤维增强复合材料管，内外壁光滑，管壁厚度均匀，高速运转时动平衡性能好，其轴向和环向强度和刚度高，层间抗扭强度高，制备工艺简单，整体可靠性高，补强套管填补了打孔处的强度缺陷，实现了外约束，同时避免了使用过程中轴外侧产生毛坯。

Description

车用复合材料传动轴及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车传动轴的生产技术领域，特别涉及一种车用复合材料传动轴及其制备方法。
背景技术
汽车传动轴主要是用来传递扭矩，在工作过程中受到很大的扭矩。机械系统在运行过程中容易产生共振，共振会使机械零部件产合生松动或发生疲劳破坏，产生噪声，影响机械的加工精度。
传统金属材质的传动轴，密度大，耐磨性和耐腐蚀性等性能差。而传统复合材料传动轴采用缠绕、拉挤成型工艺，例如，公布号为CN 104632861A的中国专利，公开了一种采用缠绕的方式加热固化制备传动轴的方法，当以一定角度缠绕时，对于传动轴这种细长型制品，两端缠绕时就会带来很大的不便，且轴向的强度和刚度低。还有公布号为CN102815210A的中国专利，公开了一种采用拉挤-缠绕的方式制备传动轴的方法，工序长，效率低。
发明内容
针对现有技术中存在的传统车用传动轴存在的工艺复杂、使用寿命和可靠性低的技术问题，本发明提供一种车用复合材料传动轴及其制备方法，制作工艺简单，性能稳定且使用寿命长，可靠性高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种车用复合材料传动轴，包括
纤维增强复合材料管，其两端的管壁上环向均布有多个通孔；
金属连接件，其具有与纤维增强复合材料管的端部的内径相同的外径，且环向设有与通孔的数量和位置对应的多个凹孔，两个所述金属连接件分别同轴心连接于纤维增强复合材料管的两端，并通过销轴穿设通孔和凹孔以固定；
补强套管，其套接于所述纤维增强复合材料管的端部，并覆盖住所述销轴。
作为优先，所述纤维增强复合材料管的两端的内壁分别具有从内向外直径逐渐增大的第一圆锥面，所述金属连接件的外壁具有向端面方向直径逐渐减小的第二圆锥面，所述第二圆锥面与第一圆锥面能够贴合。
作为优选，所述纤维增强复合材料管由增强材料和基体材料采用编织-拉挤成型工艺制备而成。
作为优先，所述基体材料为环氧树脂、不饱和树脂、乙烯基树脂、聚氨酯或酚醛树脂。
作为优先，所述增强材料为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维的任意一种或者几种的组合。
作为优先，所述通孔和凹孔的横截面形状均为圆形。
作为优先，多个所述通孔的孔间距与多个所述凹孔的孔间距相等。
作为优先，所述通孔和凹孔的个数均为三个或四个。
一种如上所述的车用复合材料传动轴的制备方法，包括如下的步骤：
1)采用编织-拉挤工艺制备纤维增强复合材料管，备用；制备加强套管，备用；
2)金属连接件的外壁和纤维增强复合材料管的内壁分别对应加工出第二圆锥面和第一圆锥面；
3)纤维增强复合材料管的两端分别进行环向均匀打多个通孔，金属连接件进行环向均匀打与通孔的数量对应的多个凹孔；
4)两个金属连接件分别插入纤维增强复合材料管的两端，第二圆锥面与第一圆锥面贴合，使金属连接件与纤维增强复合材料管同轴心，并通过销轴穿设通孔和凹孔，以固定金属连接件和纤维增强复合材料管；
5)将补强套管套接于纤维增强复合材料管的端部，以对销轴连接处进行补强。
作为优选，补强套管采用手糊、模压或缠绕成型工艺制备而成。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明采用纤维增强复合材料管作为轴管，内外壁光滑，截面厚度均匀，使传动轴高速运转时动平衡性能好，补强套管环向补强，填补了纤维增强复合材料管打孔处的强度缺陷，实现了外约束，同时避免了使用过程中轴外侧产生毛坯，其轴向和环向强度和刚度高，层间抗扭强度高，制备工艺简单，整体可靠性高。
附图说明
图1为本发明中的应用车用复合材料传动轴结构示意图；
图2为本发明中的应用车用复合材料传动轴的轴向剖视结构示意图；
图3为图2中的A放大图；
图4为本发明中的车用复合材料传动轴的纤维增强复合材料管的轴向剖视结构示意图；
图5为本发明中的车用复合材料传动轴的金属连接件的立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
如图1至图5所示，本发明的实施例公开了一种车用复合材料传动轴，包括纤维增强复合材料管(Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称FRP)1、金属连接件2和补强套管3，纤维增强复合材料管1的内外壁光滑程度高，壁厚均匀以确保高速运转时轴的动平衡性能好。纤维增强复合材料管1的两端的管壁上环向均布有多个通孔7，金属连接件2具有与纤维增强复合材料管1的端部的内径相同的外径，且金属连接件2的外壁上环向设有与通孔7的数量和位置对应的多个凹孔8，两个金属连接件2分别同轴心连接于纤维增强复合材料管1的两端，并通过销轴4穿设通孔7和凹孔8以固定。补强套管3套接于纤维增强复合材料管1的端部，并覆盖住销轴4，避免了孔销配合松动，增加了传动轴的稳定性。通7孔和凹孔8的横截面形状均为圆形，且具有与销轴4的外径相同的内径。多个通孔7的孔间距与多个凹孔8的孔间距相等。通孔7和凹孔8的个数均为三个或四个。
本实施例中，纤维增强复合材料管1的两端的内壁分别具有从内向外直径逐渐增大的第一圆锥面5，金属连接件2的外壁具有向端面方向直径逐渐减小的第二圆锥面6，第二圆锥面6与第一圆锥面5能够贴合。金属连接件2和纤维增强复合材料管1通过倒锥、孔-销连接制备复合材料传动轴，使金属连接件2和纤维增强复合材料管1自动对中，轴线一致。
纤维增强复合材料管1由增强材料和基体材料采用编织-拉挤成型工艺制备而成。基体材料为环氧树脂、不饱和树脂、乙烯基树脂、聚氨酯或酚醛树脂。增强材料为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维的任意一种或者几种的组合。
本发明还公开了一种车用复合材料传动轴的制备方法，包括如下的步骤：
1)采用编织-拉挤工艺制备纤维增强复合材料管1，备用；制备加强套管3，备用。制备纤维增强复合材料管1是，可通过调节轴向纤维和环向纤维的比例(改变轴向纤维和环向纤维的数目，比如1：1、1：2、2：1等)，以控制不同轴对轴向、环向强度、刚度的要求。
2)金属连接件2的外壁和纤维增强复合材料管1的内壁分别对应加工出第二圆锥面和6第一圆锥面5。
3)纤维增强复合材料管1的两端分别进行环向均匀打通孔7，通孔7的数量为3个或四个，金属连接件2进行环向均匀打与通孔7的数量和位置对应的多个凹孔8。
4)两个金属连接件2分别插入纤维增强复合材料管1的两端，第二圆锥面6与第一圆锥面5贴合，金属连接件2与纤维增强复合材料管1同轴心，并通过销轴4穿设通孔7和凹孔8，以固定金属连接件2和纤维增强复合材料管1。
5)将补强套管3套接于纤维增强复合材料管1的端部，以对销轴连接处进行补强。
补强套管3采用手糊、模压或缠绕成型工艺制备而成。
本发明中的车用复合材料传动轴相比于其它方式制备的传动轴，纤维增强复合材料管1的内外壁光滑，截面厚度均匀，使传动轴高速运转时动平衡性能好，补强套管3环向补强，填补了纤维增强复合材料管1打孔处的强度缺陷，实现了外约束，同时避免了使用过程中轴外侧产生毛坯，其轴向和环向强度和刚度高，层间抗扭强度高，制备工艺简单，整体可靠性高。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种车用复合材料传动轴，其特征在于，包括
纤维增强复合材料管，其两端的管壁上环向均布有多个通孔；
金属连接件，其具有与纤维增强复合材料管的端部的内径相同的外径，且环向设有与通孔的数量和位置对应的多个凹孔，两个所述金属连接件分别同轴心连接于纤维增强复合材料管的两端，并通过销轴穿设通孔和凹孔以固定；
补强套管，其套接于所述纤维增强复合材料管的端部，并覆盖住所述销轴；
其中，所述纤维增强复合材料管的两端的内壁分别具有从内向外直径逐渐增大的第一圆锥面，所述金属连接件的外壁具有向端面方向直径逐渐减小的第二圆锥面，所述第二圆锥面与第一圆锥面能够贴合。
2.根据权利要求1所述的车用复合材料传动轴，其特征在于，所述纤维增强复合材料管由增强材料和基体材料采用编织-拉挤成型工艺制备而成。
3.根据权利要求2所述的车用复合材料传动轴，其特征在于，所述基体材料为环氧树脂、不饱和树脂、乙烯基树脂、聚氨酯或酚醛树脂。
4.根据权利要求2所述的车用复合材料传动轴，其特征在于，所述增强材料为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维的任意一种或者几种的组合。
5.根据权利要求1所述的车用复合材料传动轴，其特征在于，所述通孔和凹孔的横截面形状均为圆形。
6.根据权利要求1或5所述的车用复合材料传动轴，其特征在于，多个所述通孔的孔间距与多个所述凹孔的孔间距相等。
7.根据权利要求5所述的车用复合材料传动轴，其特征在于，所述通孔和凹孔的个数均为三个或四个。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的车用复合材料传动轴的制备方法，包括如下的步骤：
1)采用编织-拉挤成型工艺制备纤维增强复合材料管，备用；制备补强套管，备用；
2）金属连接件的外壁和纤维增强复合材料管的内壁分别对应加工出第二圆锥面和第一圆锥面；
3）纤维增强复合材料管的两端分别进行环向均匀打多个通孔，金属连接件进行环向均匀打与通孔的数量对应的多个凹孔；
4）两个金属连接件分别插入纤维增强复合材料管的两端，第二圆锥面与第一圆锥面贴合，使金属连接件与纤维增强复合材料管同轴心，并通过销轴穿设通孔和凹孔，以固定金属连接件和纤维增强复合材料管；
5）将补强套管套接于纤维增强复合材料管的端部，以对销轴连接处进行补强。
9.根据权利要求8所述的车用复合材料传动轴，其特征在于，所述补强套管采用手糊、模压或缠绕成型工艺制备而成。
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