CN110242682A - 一种基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，该方法是利用金属材料传动轴和碳纤维复合材料轴管的过盈连接的失效来实现的。传动轴传递的扭矩在额定扭矩范围内时，金属轴与碳纤维复合材料轴管过盈连接产生的摩擦力矩大于传动的扭矩，可以正常传递扭矩；当传递扭矩大于额定扭矩时，金属轴与碳纤维复合材料轴管之间将会产生打滑，过盈连接失效，无法传递扭矩，实现过载保护功能；碳纤维复合材料基体具有一定的弹性和耐磨性，过载失效时，连接界面磨损很小，因此，当过载扭矩消除后，可以立即恢复传动状态。相对于现有技术，本发明与传动轴集成，不需要增加其他结构，不需要改变现有轴的结构和尺寸。

Description

一种基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法
技术领域
本发明涉及机械传动技术领域，提供一种传动轴的扭矩过载保护方法，具体涉及一种基于碳纤维复合材料的多材料集成的传动轴。
背景技术
现有机械传动中，摩擦型皮带传动是具有过载保护功能的典型传动方法，摩擦型皮带传动由一根或几根皮带紧套在两个皮带轮上组成，两轮分别装在主动轴和从动轴上，利用皮带与两皮带轮之间的摩擦传递运动和动力，在机械传动中应用十分广泛。摩擦型皮带传动能过载打滑，从而对相关零部件起到保护作用，但皮带传动的传动效率较低、不能保持准确的传动比，而且皮带轮传动在结构上必须包含主动和从动两根不同的轴，结构尺寸较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用多材料集成传动轴实现扭矩过载保护的方法，使传动轴在受过载扭矩时完成自我保护，解决传动轴过载时的断裂、相关部件损毁、以及现有技术中的防过载结构复杂等问题。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，是由多材料集成的传动轴的过盈连接的失效来实现的。
所述的多材料集成的传动轴包括一根或二根金属材料传动轴和碳纤维复合材料轴管，金属材料传动轴和碳纤维复合材料轴管之间为过盈连接。
所述的复合材料轴管所采用的增强体是碳纤维材料，可以替换为玻璃纤维材料。
所述的复合材料轴管所采用的基体是聚氨酯或环氧树脂，具有一定的弹性和耐磨性。
本发明方法中，含两段金属材料传动轴的多材料集成传动轴是由依次连接的金属材料传动轴、碳纤维复合材料轴管和金属材料传动轴构成，其保护方法是：在金属材料传动轴与碳纤维复合材料轴管的连接处以及碳纤维复合材料轴管与金属材料传动轴的连接处，两连接处至少有一处采用过盈连接。
所述含两段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，其两端即金属材料传动轴、金属材料传动轴的端头处分别设有与之连接的联轴器。
本发明方法中，含一段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，是由依次连接的金属材料传动轴、碳纤维复合材料轴管构成，其保护方法是：金属材料传动轴与碳纤维复合材料轴管的连接处采用过盈连接。
所述含一段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，其两端即金属材料传动轴、碳纤维复合材料轴管的端头处分别设有与之连接的联轴器。
本发明提供的上述的多材料集成传动轴扭矩过载保护方法，当传递扭矩大于额定扭矩时，金属材料传动轴与碳纤维复合材料轴管之间将会产生打滑，过盈连接失效，无法传递扭矩，实现过载保护；当过载扭矩消除后，可以恢复过盈连接的传动状态。
本发明与现有技术相比具有以下主要的有益效果：
1.现有具有过载保护功能的摩擦型皮带传动，工作时传动效率较低、不能保持准确的传动比，在结构上包含主动和从动两根不同的轴，结构尺寸较大；此外，一根传动轴通常是一种材料(金属)制造而成。
本发明方法中，一根传动轴由两种材料组合制造而成，不需要增加其它结构，不需要改变现有轴的结构和尺寸，一根传动轴就能起到过载保护作用，具有自我保护功能。
2.现有传动轴金属和碳纤维管的连接都采用胶连接、铆接或螺钉连接，而本发明中金属材料传动轴和碳纤维复合材料轴管的连接采用过盈连接，这样可以利用过盈连接的失效打滑实现过载保护功能。
3.机械传动中，一根金属传动轴受到超出设计扭矩的载荷时，通常会发生断裂破坏；本发明中，传动轴是由多种材料过盈连接集成，具有自我保护功能，不会发生断裂破坏。
附图说明
图1为本发明中未进行过盈装配的金属材料传动轴和碳纤维复合材料轴管结构示意图。
图2为本发明中已完成过盈装配的多材料集成传动轴结构示意图。
图3是含两段金属材料传动轴的多材料集成传动轴实施方式示意图。
图4是含一段金属材料传动轴的多材料集成传动轴实施方式示意图。
图中：1.金属材料传动轴，2.碳纤维复合材料轴管，3.金属材料传动轴，4.联轴器。
具体实施方式
本发明提供的一种基于碳纤维复合材料的多材料集成的传动轴扭矩过载保护的方法，是一种利用金属材料传动轴和碳纤维复合材料轴管的过盈连接的失效来实现的。传动轴传递的扭矩在额定扭矩范围内时，金属轴与碳纤维复合材料轴管过盈连接产生的摩擦力矩大于传动的扭矩，可以正常传递扭矩；当传递扭矩大于额定扭矩时，金属轴与碳纤维复合材料轴管之间将会产生打滑，过盈连接失效，无法传递扭矩，实现过载保护功能；碳纤维复合材料基体具有一定的弹性和耐磨性，过载失效时，连接界面磨损很小，因此，当过载扭矩消除后，可以立即恢复传动状态。相对于现有技术，本发明与传动轴集成，不需要增加其他结构，不需要改变现有轴的结构和尺寸。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，但不限定本发明。
本发明提供的基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，是利用多材料集成的传动轴的过盈连接的失效来实现的。
实施例1：含两段金属材料传动轴的多材料集成传动轴扭矩过载保护方法
所述含两段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，如图3所示，是由依次连接的金属材料传动轴1、碳纤维复合材料轴管2和金属材料传动轴3构成，其保护方法是：在金属材料传动轴1与碳纤维复合材料轴管2的连接处以及碳纤维复合材料轴管2与金属材料传动轴3的连接处，两连接处至少有一处采用过盈连接。
所述含两段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，其两端即金属材料传动轴1、金属材料传动轴3的端头处分别设有与之连接的联轴器4。
当传递扭矩大于额定扭矩时，碳纤维复合材料轴管2与金属材料传动轴1或3之间将会产生打滑，过盈连接失效，无法传递扭矩，实现过载保护；当过载扭矩消除后，可以恢复过盈连接的传动状态。
实施例2：含一段金属材料传动轴的多材料集成传动轴的过载保护方法
所述含一段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，如图4所示，是由依次连接的金属材料传动轴1、碳纤维复合材料轴管2构成，其保护方法是：金属材料传动轴1与碳纤维复合材料轴管2的连接处采用过盈连接。
所述含一段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，其两端即金属材料传动轴1、碳纤维复合材料轴管2的端头处分别设有与之连接的联轴器4。
当传递扭矩大于额定扭矩时，金属材料传动轴1与碳纤维复合材料轴管2之间将会产生打滑，过盈连接失效，无法传递扭矩，实现过载保护；当过载扭矩消除后，可以恢复过盈连接的传动状态。
上述实施例1和实施例2采用的工艺如下：
1.选择多材料集成的传动轴的材料和过盈装配工艺：
碳纤维复合材料：T700/南亚8002碳纤维预浸布。
金属材料：金属轴头采用45号钢制作。
装配工艺：选择压装式装配工艺。
2.设计参数：
额定传递扭矩：1120Nm；传动轴直径：60mm；静摩擦系数：0.1；表面粗糙度：为Ra6.3；过盈连接轴向长度：90mm；过盈量：0.04～0.12mm。
3.根据过盈量，设计过盈连接的轴孔配合，获得轴和孔的尺寸公差，制造金属材料传动轴和碳纤维复合材料轴管，其中：过盈连接的轴孔配合：Φ60JS7/n7。
4.进行压装式装配或冷装配，完成多材料集成的传动轴。

Claims (9)

1.一种基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，其特征是由多材料集成的传动轴的过盈连接的失效来实现的。
2.根据权利要求1所述的基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，其特征在于：多材料集成的传动轴包括一根或二根金属材料传动轴和碳纤维复合材料轴管，金属材料传动轴和碳纤维复合材料轴管之间为过盈连接。
3.根据权利要求2所述的基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，其特征在于：复合材料轴管所采用的增强体是碳纤维材料,或者为玻璃纤维材料。
4.根据权利要求2所述的基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，其特征在于：复合材料轴管所采用的基体材料是聚氨酯或环氧树脂，具有一定的弹性和耐磨性。
5.根据权利要求1所述的基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，其特征在于：含两段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，是由依次连接的金属材料传动轴(1)、碳纤维复合材料轴管(2)和金属材料传动轴(3)构成，其保护方法是：在金属材料传动轴(1)与碳纤维复合材料轴管(2)的连接处以及碳纤维复合材料轴管(2)与金属材料传动轴(3)的连接处，两连接处至少有一处采用过盈连接。
6.根据权利要求5所述的基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，其特征在于：所述含两段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，其两端即金属材料传动轴(1)、金属材料传动轴(3)的端头处分别设有与之连接的联轴器(4)。
7.根据权利要求1所述的基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，其特征在于：含一段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，是由依次连接的金属材料传动轴(1)、碳纤维复合材料轴管(2)构成，其保护方法是：金属材料传动轴(1)与碳纤维复合材料轴管(2)的连接处采用过盈连接。
8.根据权利要求7所述的基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，其特征在于：所述含一段金属材料传动轴的多材料集成传动轴，其两端即金属材料传动轴(1)、碳纤维复合材料轴管(2)的端头处分别设有与之连接的联轴器(4)。
9.根据权利要求1至8中任一所述的基于碳纤维复合材料的传动轴扭矩过载保护方法，其特征在于：当传递扭矩大于额定扭矩时，金属材料传动轴与碳纤维复合材料轴管之间将会产生打滑，过盈连接失效，无法传递扭矩，实现过载保护；当过载扭矩消除后，可以恢复过盈连接的传动状态。
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