CN111498077B - 一种船用厚壁复合结构艉轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船用厚壁复合结构艉轴，包括金属轴，其一端通过第一碳纤维复合材料轴管与第一金属轴头连接，另一端通过第二碳纤维复合材料轴管与第二金属轴头连接；第一碳纤维复合材料轴管的结构包括第一轴管主体，其两端分别设有第一连接区；第二碳纤维复合材料轴管的结构包括第二轴管主体，其两端分别设有第二连接区。本发明采用了“硬‑软‑硬‑软‑硬”的结构减振设计理念，使用了“高性能复合材料+金属”组合而成的复合结构轴结构形式，应用高性能碳纤维复合材料的高阻尼、高比强度、高比模量、材料可设计性强、与金属模量失配有利于结构减振的优势，满足复合结构轴力学性能要求的基础上提高其减振性能。

Description

一种船用厚壁复合结构艉轴

技术领域

本发明属于船舶振动控制技术领域，具体涉及一种船用厚壁复合结构艉轴，可应用于船舶中同时承受大推力和扭矩传动轴的设计，以降低轴系纵向振动噪声以及结构重量，同时还可应用于其他类似传动轴结构的减重减振。

背景技术

轴是船体上传递动力的核心部件，除了承受通常传动轴所传递的转矩外，还要承受船后螺旋桨在水中旋转所产生的推力。船体轴通常由推力轴、中间轴和艉轴组成。推力轴由推力轴承支撑，并通过弹性联轴器与主推进电机相连，将推进电机的动力传递给船艉的螺旋桨等推进设备；而艉轴则与螺旋桨相连，一般较长，通常设置径向轴承进行支撑。由于轴承与船体基座相连，船艉螺旋桨脉动压力激励轴系产生的振动经轴承、基座等传递路径传递至船体结构时，产生纵向、法向力和弯矩激励，易于激发船体振动模态，形成复杂的桨-轴-船体耦合振动从而向水中辐射较高的噪声。

船体轴通常采用金属或合金材料制作，轴体材料的阻尼系数小，减振降噪性能差。同时金属轴的重量及转动惯量较大，由于制造或装配的误差使得轴体各微段的质心不会严格处于回转轴上，当轴转动时，会出现横向干扰，产生谐振动。因此，在船体轴的设计中，除了兼顾轴在压扭载荷下的动静态强度、刚度以及模态振型、疲劳寿命等特性外，还要考虑尽量降低轴本身及轴经支撑结构向船壳传递的振动，因此对减振阻尼高、重量轻、比模量大的新型材料提出了需求。

随着纤维树脂基复合材料的发展，尤其是高比强度、高比刚度的碳纤维复合材料在材料性能、设计技术、制备工艺方面的不断进步以及原材料成本的不断降低，先进的碳纤维复合材料被逐步应用于传动轴。采用碳纤维复合材料制造的传动轴具有质轻高强、比模量大、阻尼系数高、抑振性能好等优点，将其应用于实船上将会减少动力设备及推进器激励引起的结构噪声传播，进而降低整个船体的声特征信号。由于复合材料传动轴重量轻，在转动时具有更小的惯性，可减小转动能量的损失。除此之外，复合材料轴的结构也更简单，轴长可以做得很长，从而减少系统中传动轴的数目，提高传动效率。复合材料的可设计性也允许设计者通过对纤维铺层数目、铺层顺序、角度和壁厚等的设计，在获取足够的抗扭及弯曲刚度的同时，对其动力学特性进行优化和调整，从而达到减振降噪的目的。同时，在船体上使用复合材料轴可解决钢轴存在的腐蚀、轴承负荷、疲劳等问题。近年来，随着复合材料及其设计、制备技术的发展，在船舶上采用低噪声高阻尼的复合材料轴替代传统金属轴成为一种必然趋势。

目前碳纤维复合材料轴通常采用缠绕工艺制造，这种复合材料在层间主要由树脂基体构成而缺少承载能力强的纤维，而树脂基体的抗剪切和抗拉能力差，导致这类厚壁复合材料结构在承受高的压扭联合载荷作用下，复合材料内部易出现微观纤维裂纹萌生及界面脱粘，进而出现层间分层问题以及结构承载能力的下降。为克服传统复合材料层间性能差的缺点，人们发展了三维编织复合材料。三维编织复合材料首先采用三维编织技术将增强纤维编织成三维整体织物(预成型体)，再和基体复合，从而形成复合材料制件。三维编织复合材料中增强纤维具有空间交织的整体结构，因此除了具有传统复合材料高比强、高比模的优点外，还具有更好的抗冲击特性、抗断裂、更高的损伤容限和能量吸收率，对于提高传统金属轴系的隔振抗冲性能具有重要意义。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种船用厚壁复合结构艉轴，解决传统金属材料制作的船体艉轴减振效果差、重量大，无法满足船舶推进轴系日益趋严的减振降噪和轻量化应用需求的技术问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种船用厚壁复合结构艉轴，包括金属轴，其一端通过第一碳纤维复合材料轴管与第一金属轴头连接，另一端通过第二碳纤维复合材料轴管与第二金属轴头连接；所述第一碳纤维复合材料轴管的结构为：包括第一轴管主体，其两端分别通过过渡台阶设有第一连接区；第二碳纤维复合材料轴管与第一碳纤维复合材料轴管的结构相同，包括第二轴管主体，其两端分别通过过渡台阶设有第二连接区。

作为上述技术方案的进一步改进：

金属轴的两端分别设有第三连接端，第三连接端的圆周表面上设有增加接触面积和粗糙度的纹路结构，两个第三连接端分别深入到第一连接区、第二连接区内部与其粘结连接。

所述第一金属轴头的一端连接船体前部的联轴器，另一端为圆柱体，其圆周表面上设有增加接触面积和粗糙度的纹路结构，圆柱体伸入到第一连接区内部与其粘结连接。

所述第二金属轴头为中间段带键槽的变截面圆柱体，第二金属轴头一端的圆周表面上设有增加接触面积和粗糙度的纹路结构，并伸入到第二连接区内部与其粘结连接，第二金属轴头另一端安装有桨毂帽，带键槽的中间段与螺旋桨或推进器转子连接。

位于第一碳纤维复合材料轴管与金属轴连接处的轴承支撑位置处，套设有第一金属轴套；位于第二碳纤维复合材料轴管与第二金属轴头连接处的轴承支撑位置处，套设有第二金属轴套。

第一金属轴套、第二金属轴套均为空心圆管，管体内表面沿圆周方向刻有周期性重复的、用于填充胶黏剂以与第一碳纤维复合材料轴管或第二碳纤维复合材料轴管连接的凹槽结构。

第一碳纤维复合材料轴管和第二碳纤维复合材料轴管的径厚比的范围均为3～10。

采用碳纤维原材料进行一体化编织，得到第一碳纤维复合材料轴管和第二碳纤维复合材料轴管的增强体，增强体的结构包含五种不同编织角的纤维束，分别为+45°、-45°、90°、+θ，-θ系列纱线，增强体再通过树脂复合工序得到包含五种不同编织角度的碳纤维复合材料层，所述碳纤维复合材料层的厚度分别占复合材料轴管壁厚的30％、30％、10％、15％、15％。θ为5°～20°。

本发明的有益效果如下：

本发明采用高性能的碳纤维树脂基复合材料替代大部分金属制备船体艉轴，质量轻，相比同尺寸金属轴重量减少30％～60％，改善传统钢艉轴自重大、减振降噪效果差的问题；

本发明中碳纤维复合材料轴管采用的编织角以及厚度比例设计得到的船体复合结构艉轴，具有整体性能好、力学结构合理、能同时承受扭矩以及轴向压缩力的联合作用，阻尼系数比金属轴明显提高，轴向振动传递损失明显增加；

本发明的复合材料轴管上带有金属轴套，相比于目前大多数单一复合材料传动轴管，本发明可以对复合材料轴提供耐磨性保护，适应复合材料轴在实际应用中在轴承处的应用需求。

此外，复合材料轴管采用三维编织工艺成型显著提高厚壁复合材料结构的层间性能，克服传统缠绕成型技术得到的厚壁复合材料结构的不足，有利于提高轴的整体性能。

本发明的有益效果如下：

本发明采用“硬-软-硬-软-硬”的结构减振设计理念，提供一种船用厚壁复合结构艉轴。在传统金属轴设计的基础上，引入碳纤维复合材料形成由金属和复合材料所组成的复合轴，综合应用碳纤维复合材料的高阻尼、高比强度、高比模量和材料高可设计性等优点，以及传统钢结构开孔强度高、可靠性好的优势，同时提供解决复合材料轴管与金属轴、金属轴套的连接技术方案，在满足轴基本力学性能的基础上提高其减振降噪性能，满足复合材料轴在船体上减振降噪的应用需求。

本发明还具有如下优点：

本发明采用高性能的碳纤维树脂基复合材料替代大部分金属制备船体艉轴，质量轻，相比同尺寸金属轴重量减少30％～60％，改善传统钢艉轴自重大、减振降噪效果差的问题；

本发明中碳纤维复合材料轴管采用的编织角以及厚度比例设计得到的船体复合结构艉轴，具有整体性能好、力学结构合理、能同时承受扭矩以及轴向压缩力的联合作用，阻尼系数比金属轴明显提高，轴向振动传递损失明显增加；

本发明的复合材料轴管上带有金属轴套，相比于目前大多数单一复合材料传动轴管，本发明可以对复合材料轴提供耐磨性保护，适应复合材料轴在实际应用中在轴承处的应用需求。

此外，复合材料轴管采用三维编织工艺成型显著提高厚壁复合材料结构的层间性能，克服传统缠绕成型技术得到的厚壁复合材料结构的不足，有利于提高轴的整体性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明第一碳纤维复合材料轴管的结构示意图。

图3为本发明第二碳纤维复合材料轴管的结构示意图。

图4为图1中沿B-B截面的剖视图。

图5为图1中沿A-A截面的剖视图。

其中：1、第一金属轴头；2、第一碳纤维复合材料轴管；3、第一金属轴套；4、金属轴；41、第三连接端；5、第二碳纤维复合材料轴管；6、第二金属轴套；61、凹槽结构；7、第二金属轴头；201、第一轴管主体；202、第一连接区；501、第二轴管主体；502、第二连接区。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图5所示，本实施例的船用厚壁复合结构艉轴，包括金属轴4，其一端通过第一碳纤维复合材料轴管2与第一金属轴头1连接，另一端通过第二碳纤维复合材料轴管5与第二金属轴头7连接；第一碳纤维复合材料轴管2的结构为：包括第一轴管主体201，其两端分别通过过渡台阶设有第一连接区202；第二碳纤维复合材料轴管5与第一碳纤维复合材料轴管2的结构相同，包括第二轴管主体501，其两端分别通过过渡台阶设有第二连接区502。

金属轴4的两端分别设有第三连接端41，第三连接端41的圆周表面上设有增加接触面积和粗糙度的纹路结构，两个第三连接端41分别深入到第一连接区202、第二连接区502内部与其粘结连接。

第一金属轴头1的一端连接船体前部的联轴器，另一端为圆柱体，其圆周表面上设有增加接触面积和粗糙度的纹路结构，圆柱体伸入到第一连接区202内部与其粘结连接。

第二金属轴头7为中间段带键槽的变截面圆柱体，第二金属轴头7一端的圆周表面上设有增加接触面积和粗糙度的纹路结构，并伸入到第二连接区502内部与其粘结连接，第二金属轴头7另一端安装有桨毂帽，带键槽的中间段与螺旋桨或推进器转子连接。

位于第一碳纤维复合材料轴管2与金属轴4连接处的轴承支撑位置处，套设有第一金属轴套3；位于第二碳纤维复合材料轴管5与第二金属轴头7连接处的轴承支撑位置处，套设有第二金属轴套6。

第一金属轴套3、第二金属轴套6均为空心圆管，管体内表面沿圆周方向刻有周期性重复的、用于填充胶黏剂以与第一碳纤维复合材料轴管2或第二碳纤维复合材料轴管5连接的凹槽结构61。

第一金属轴套3、第二金属轴套6通过凹槽结构61分别粘结在第一碳纤维复合材料轴管2或第二碳纤维复合材料轴管5的外表面。

第一碳纤维复合材料轴管2和第二碳纤维复合材料轴管5的径厚比的范围均为3～10。

其中，径厚比为轴管的外径和其厚度的比值。

凹槽结构61用于填充胶粘剂以与碳纤维复合材料轴管进行胶接连接，增大胶粘剂的填充面积从而提高二者之间的连接强度。

第二碳纤维复合材料轴管5与第一碳纤维复合材料轴管2采用的所述碳纤维复合材料，为浸渍了树脂的碳纤维三维编织层，浸渍树脂之前的增强体的结构包含含五种不同编织角的纤维束，分别为+45°、-45°、90°、+θ，-θ五个系列的编织纤维束或纱线，其中θ为5°～20°；增强体再通过树脂复合工序得到包含五种不同编织角度的碳纤维复合材料层，所述碳纤维复合材料层的厚度分别占复合材料轴管壁厚的30％、30％、10％、15％、15％。

具体实施时，第一金属轴头1一端为圆柱体，与第一碳纤维复合材料轴管2的第一连接区202接触端的外表面刻有纹路结构，例如螺纹结构或其他以增加胶粘剂的接触面积和粗糙度的磨毛的结构，以提高粘结强度；另一端连接船体前部的联轴器；

第二金属轴头7为变截面的圆柱体，同样的，第二碳纤维复合材料轴管5的第二连接区502连接的一端的圆周表面刻有纹路结构，例如螺纹结构或其他以增加胶粘剂的接触面积和粗糙度的磨毛的结构，以提高粘结强度；中间段带键槽，用于连接螺旋桨或推进器转子等推进设备；另一端带螺纹，用于安装桨毂帽。

本实施例的船用厚壁复合结构艉轴的制备方法，具体制备过程包括以下步骤：

步骤一：利用三维编织技术，采用碳纤维原材料，对第一碳纤维复合材料轴管2和第二碳纤维复合材料轴管5的增强体进行一体化编织，所述增强体结构包含五种不同编织角的纤维束，分别为+45°、-45°、90°、+θ，-θ系列纱线，其中θ为5°～20°，θ优选为20°系列纱线，将各编织层纤维束加工得到三维编织预制体；

步骤二：以热固性树脂胶液为基体原材料，使用专业固化剂，采用真空辅助成型工艺完成所述三维编织预制体的树脂复合工序，得到包含五种不同编织角度的碳纤维复合材料结构，五种碳纤维复合材料层的厚度分别占复合材料轴管壁厚的30％、30％、10％、15％、15％，至此完成复合材料轴管的初步制备；

步骤三：完成金属轴4、第一金属轴头1、第二金属轴头7、第一金属轴套3及第二金属轴套6轴套的制备；

根据实际需要，第一碳纤维复合材料轴管2和第二碳纤维复合材料轴管5的尺寸可设置成相同的：长度为4000mm，外径为210mm，管壁厚为35mm。

第一连接区202、第二连接区502的长度根据轴所承受的扭矩、推力、胶粘剂的剪切强度以及轴的外径确定。

制备金属轴4、第一金属轴头1和第二金属轴头7时，在粘结面上加工对应的正反螺纹；制备第一金属轴套3和第二金属轴套6时，在内表面刻周期性重复的凹槽结构61，以增加胶黏剂的接触面积，并使得粘结面得到一定的粗糙度；

步骤四：采用有机溶剂清洗去除金属轴4、两个轴头、两个轴套以及两个碳纤维复合材料轴管的粘结面上的污物，为粘接做好准备；

步骤五：装配：金属轴4两端分别与第一碳纤维复合材料轴管2、第二碳纤维复合材料轴管5进行胶接连接以及机械连接的混合连接，第一碳纤维复合材料轴管2与第一金属轴头1、第二碳纤维复合材料轴管5与第二金属轴头7进行胶接连接以及机械连接的混合连接，最终得到复合结构艉轴。

第一金属轴套3和第二金属轴套6材料为ZCuSn10Zn2锡青铜，采用整体式离心铸造。

在具体实施例中，根据传递扭矩24kN·m和轴向推力60kN的要求，结合原金属轴系的设计方案，确定船用厚壁复合结构艉轴。

原金属轴为变厚度的实心不锈钢轴，总长为5400mm，最小直径为140mm，最大直径为160mm，质量为695kg。

本实施例中，设计金属轴4长为800mm，直径为140mm，重量为96.6kg；第一、第二碳纤维复合材料轴管长均为2200mm，外径为210mm，内径为140mm，即壁厚为35mm，重量均为67.7kg；复合材料轴管与金属轴、金属轴头的连接长度(第一连接区202、第二连接区502)均取为200mm；

第一金属轴头1长为400mm，最小直径为140mm，最大直径为210mm，重量为62.4kg；第二金属轴头7长为600mm，轴为实心变截面圆柱体，最小直径为140mm，最大直径为210mm，重量为86.6kg；

因此复合结构尾轴总质量为381kg，相比全金属轴重量降低约45％。

根据碳纤维复合材料传动轴同时承受转矩、压缩力以及最优减振降噪性能的主要设计目的，优选碳纤维复合材料轴管结构包含+45°、-45°、90°、+20°、-20°五个系列纱线。

具体制备步骤为：

(1)根据复合结构艉轴的设计图纸，利用三维编织技术进行复合材料轴管的一体化编织。

复合材料的增强材料选择T700碳纤维作为编织纤维原材料。编织层纤维束包括+45°、-45°、90°、+20°，-20°五个系列纱线，各纤维复合材料层厚度分别占复合材料轴管壁厚的30％、30％、10％、15％、15％，得到碳纤维轴管的编织预制体；

(2)以热固性环氧树脂胶液为基体原材料，并使用相对应的专业固化剂，采用真空辅助成型工艺完成所述三维编织预制体的树脂复合工序，完成复合材料轴管的初步制备；

(3)同步完成金属轴4、各金属轴头及各金属轴套的制备。

制备金属轴及金属轴头时，在其粘结面上刻正反螺纹；制备轴套时，在其内表面刻周期性凹槽，增加胶黏剂的接触面积并使得粘结表面得到一定的粗糙度；金属轴和轴套在制作时外表面符合设计的公差要求。

(4)采用丙酮或者其它有机溶剂清洗去除金属轴4、各金属轴头及各金属轴套以及复合材料轴管粘结面上的污物，为粘接做好准备；

(5)将所述复合材料轴管与金属接头、轴套进行胶接连接以及机械连接的混合连接，保证连接强度，通过最终装配得到复合结构轴产品。

所述真空辅助成型工艺简称VARI(vacuum Assisted Resin Infusion)是一种低成本的闭模成型技术，主要是借助真空的驱动，把树脂注入预制成型的增强材料中，浸透纤维预制体，然后固化，脱模成型制品。

所述树脂传递模塑成型简称RTM(Resin Transfer Molding)也是一种闭模成型技术，主要是将得到的纤维编织预制体铺放到闭模的模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透纤维预制体，然后固化，脱模成型制品。

为进一步验证本发明设计制备的复合结构尾轴的性能及减振降噪效果，进行了实验室的性能测试。

复合材料轴管的强度和刚度校核：

参照CB/Z208中对于船舶轴系强度计算规则，结合复合结构艉轴设计图纸，建立复合材料轴管的失效指数理论计算模型。

在24kN·m的扭矩以及60kN的轴向压缩力作用下，基于复合材料的Tsai-Wu张量准则得到本实施例复合材料轴管的破坏指数为0.1，因此复合材料轴管的安全系数为10，即复合材料轴管具有足够的安全余量；轴向压缩最大变形为0.62mm，小于规定的2mm的限值要求，因此本发明的碳纤维复合材料轴管满足强度和刚度要求；

复合材料轴管的稳定性校核：

利用复合材料轴的屈曲转矩计算公式：

对轴管的扭转稳定性进行校核，计算得碳纤维复合材料轴管的扭矩临界值为999.5kN·m，远远大于外加扭矩值24kN·m；

采用有限元方法分析碳纤维复合材料轴受轴压下的特征屈曲值，得到轴向临界失稳载荷为1338kN，远远大于外加轴向压力载荷60kN。因此复合材料轴管满足扭转及压缩稳定性要求；

复合材料轴与金属轴连接接头性能校核：

本实施例对于复合材料轴与金属轴的连接，以采用胶接为主，螺栓连接为辅的混合连接方案，因此主要通过分析界面粘结强度是否满足要求。

本实施例中复合材料轴与金属轴的连接长度为200mm，连接区轴外径为140mm，粘结面积为87964mm²，粘结面许用剪切强度为6MPa，因此许用剪切力为527.8kN；外加扭矩对胶接面产生的剪力为PM＝M/r＝24kN·m/(0.07m)＝343kN，轴向力为PN＝60kN,因此外加力所产生的剪力合力为

小于许用剪切力527.8kN，故复合结构轴的连接强度满足设计要求；

复合材料轴的减振性能分析：

分别建立复合结构轴艉轴和原全钢质艉轴的振动传递特性计算模型，并考虑螺旋桨质量及推力轴承刚度的影响。以螺旋桨位置作为轴的振动输入端，采用质量点模拟螺旋桨的质量属性，并在该质量点上施加单位激振力；以轴的另一端作为输出端，输出端考虑推力轴承刚度的影响。采用接地弹簧单元模拟轴承刚度属性，接地弹簧单元的一端节点与轴的输出端相连。通过谐响应分析分别得到轴的输入及输出端的加速度频响曲线，以输入端和输出端振动能量的衰减表征轴的振动传递损失，以此来比较轴的纵向减振效果。通过比较发现复合材料轴纵向振动传递损失相对金属轴提高4.9dB，表明复合结构轴的减振效果优于钢轴。

本发明采用了“硬-软-硬-软-硬”的结构减振设计理念，使用了“高性能复合材料+金属”组合而成的复合结构轴结构形式，综合应用高性能碳纤维复合材料的高阻尼、高比强度、高比模量、材料可设计性强以及碳纤维复合材料与金属模量失配有利于结构减振的优势，在满足复合结构轴力学性能要求的基础上提高其减振性能，适应复合材料在船体轴上减振降噪的应用需求。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种船用厚壁复合结构艉轴，其特征在于：包括金属轴(4)，其一端通过第一碳纤维复合材料轴管(2)与第一金属轴头(1)连接，另一端通过第二碳纤维复合材料轴管(5)与第二金属轴头(7)连接；

所述第一碳纤维复合材料轴管(2)的结构为：包括第一轴管主体(201)，其两端分别通过过渡台阶设有第一连接区(202)；第二碳纤维复合材料轴管(5)与第一碳纤维复合材料轴管(2)的结构相同，包括第二轴管主体(501)，其两端分别通过过渡台阶设有第二连接区(502)；

位于第一碳纤维复合材料轴管(2)与金属轴(4)连接处的轴承支撑位置处，套设有第一金属轴套(3)；位于第二碳纤维复合材料轴管(5)与第二金属轴头(7)连接处的轴承支撑位置处，套设有第二金属轴套(6)；

船用厚壁复合结构艉轴的制备方法，具体制备过程包括以下步骤：

步骤一：利用三维编织技术，采用碳纤维原材料，对第一碳纤维复合材料轴管(2)和第二碳纤维复合材料轴管(5)的增强体进行一体化编织，所述增强体包含五种不同编织角的纤维束，分别为+45°、-45°、90°、+θ，-θ系列纱线，其中θ为5°～20°，将各编织层纤维束加工得到三维编织预制体；

步骤二：以热固性树脂胶液为基体原材料，使用专业固化剂，采用真空辅助成型工艺完成所述三维编织预制体的树脂复合工序，得到包含五种不同编织角度的碳纤维复合材料结构，五种碳纤维复合材料的厚度分别占复合材料轴管壁厚的30％、30％、10％、15％、15％，至此完成复合材料轴管的初步制备；

步骤三：完成金属轴(4)、第一金属轴头(1)、第二金属轴头(7)、第一金属轴套(3)及第二金属轴套(6)的制备；

第一连接区(202)、第二连接区(502)的长度根据轴所承受的扭矩、推力、胶粘剂的剪切强度以及轴的外径确定；

步骤四：采用有机溶剂清洗去除金属轴(4)、第一金属轴头(1)、第二金属轴头(7)、第一金属轴套(3)、第二金属轴套(6)以及第一碳纤维复合材料轴管(2)、第二碳纤维复合材料轴管(5)的粘结面上的污物，为粘接做好准备；

步骤五：装配，金属轴(4)两端分别与第一碳纤维复合材料轴管(2)、第二碳纤维复合材料轴管(5)进行胶接连接以及机械连接的混合连接，第一碳纤维复合材料轴管(2)与第一金属轴头(1)、第二碳纤维复合材料轴管(5)与第二金属轴头(7)进行胶接连接以及机械连接的混合连接，最终得到复合结构艉轴。

2.根据权利要求1所述的船用厚壁复合结构艉轴，其特征在于：金属轴(4)的两端分别设有第三连接端(41)，第三连接端(41)的圆周表面上设有增加接触面积和粗糙度的纹路结构，两个第三连接端(41)分别深入到第一连接区(202)、第二连接区(502)内部与其粘结连接。

3.根据权利要求1所述的船用厚壁复合结构艉轴，其特征在于：所述第一金属轴头(1)的一端连接船体前部的联轴器，另一端为圆柱体，其圆周表面上设有增加接触面积和粗糙度的纹路结构，圆柱体伸入到第一连接区(202)内部与其粘结连接。

4.根据权利要求1所述的船用厚壁复合结构艉轴，其特征在于：所述第二金属轴头(7)为中间段带键槽的变截面圆柱体，第二金属轴头(7)一端的圆周表面上设有增加接触面积和粗糙度的纹路结构，并伸入到第二连接区(502)内部与其粘结连接，第二金属轴头(7)另一端安装有桨毂帽，带键槽的中间段与螺旋桨或推进器转子连接。

5.如权利要求1所述的船用厚壁复合结构艉轴，其特征在于：第一金属轴套(3)、第二金属轴套(6)均为空心圆管，管体内表面沿圆周方向刻有周期性重复的、用于填充胶黏剂以与第一碳纤维复合材料轴管(2)或第二碳纤维复合材料轴管(5)连接的凹槽结构(61)。

6.如权利要求1所述的船用厚壁复合结构艉轴，其特征在于：第一碳纤维复合材料轴管(2)和第二碳纤维复合材料轴管(5)的径厚比的范围均为3～10。

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