CN201241910Y - 碳纤维材料传动轴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种碳纤维材料传动轴,包括轴体和设在轴体两端的法兰;其特征在于,所述的轴体为管状,该轴体两端与法兰结合区域的管段的管壁较轴体轴身的管壁厚;所述的轴体包括由碳纤维缠绕形成的内、外层以及夹在所述内、外层之间的夹心层所构成。具有优良的抗拉强度和抗拉模量、重量轻,优化系统布置、优良的位移补偿能力,以及长寿命、低噪声、耐腐蚀、无摩擦、免维修、不导电,无磁性等特点。
Description
技术领域
本实用新型为机械动力传输装置,尤其涉及一种适用于高速场合、强度高、质量轻、结构紧凑,具有优良位移补偿功能的碳纤维材料传动轴。
背景技术
随着现代机械传动技术的发展,传动系统的设计布置越来越复杂,性能要求也相应提高,对重量要求也更加苛刻。例如:对某些大功率复合传动装置而言,采用传统的设备,系统的体积重量相当大,很难满足实际工程对传动设备提出的综合性能要求。
碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料之一,具有高强度、高刚度、高模量、重量轻、耐高温、耐腐蚀以及优异的电性能等,从其发展初期开始就受到各个国家的高度重视。为了满足传动轴系的重量,优化轴系的布置结构,考虑在传动轴系中使用碳纤维复合材料,通过合理设计,使传动轴系具备更加的性能。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种适用于高速场合、强度高、质量轻、结构紧凑、具有优良位移补偿功能的碳纤维材料传动轴。
本实用新型的目的可以采用如下的技术方案来实现:碳纤维材料传动轴,包括轴体和设在轴体两端的法兰;其特征在于,所述的轴体为管状,该轴体两端与法兰结合区域的管段的管壁较轴体轴身的管壁厚;所述的轴体包括由碳纤维缠绕形成的内、外层以及夹在所述内、外层之间的夹心层所构成。
上述碳纤维材料传动轴,其中,所述的轴体的两端设有连接段,各连接段上均相对设有连接孔;所述法兰包括连接管和从该连接管的一端垂直延伸的法兰盘,所述连接管上相对设有连接孔,与轴体连接段上设置的连接孔相配合;所述法兰的两连接管套设在轴体两端的连接段内,通过螺栓固定连接。
本实用新型的法兰采用碳纤维复合材料模压成型构成或由金属材料加工成型构成。
所述法兰盘上均布有法兰固定孔。
本实用新型由碳纤维缠绕形成的内层及外层,所述碳纤维形成单螺纹状、多螺纹状或网格状纹路。优选为网格状纹路。碳纤维与轴体轴线呈一定角度的方向缠绕,角度范围为-90度到90度。
本实用新型由碳纤维缠绕形成的内层或外层,由多层碳纤维缠绕层构成,相邻两碳纤维缠绕层的碳纤维之间成0-90度夹角,优选为90度夹角。
本实用新型由碳纤维缠绕形成的内层,由2-3层碳纤维缠绕层构成。由碳纤维缠绕形成的外层,由3-4层碳纤维缠绕层构成。
本实用新型采用的碳纤维单丝直径为6-9微米,每束丝数为500-20000根。
本实用新型的碳纤维缠绕前采用环氧树脂浸润。
本实用新型的夹心层采用注塑包裹,然后再缠绕外层碳纤维。
由于本实用新型采用了如上的技术方案,同传统的金属传动轴相比,本实用新型的碳纤维材料传动轴具有如下优点:
1、强度高:借助碳纤维的高比强度性能,碳纤维传动轴具有优良的抗拉强度和抗拉模量;
2、重量轻:碳纤维的密度仅是钢铁的四分之一,碳纤维传动轴可以显著地减轻传动轴的重量。同钢质轴相比,碳纤维复合材料传动轴的重量可减轻约70%,其中包括了碳纤维传动轴端部必要的金属部件。
3、优化系统布置:在长轴系中使用碳纤维传动轴更能体现出碳纤维的优点,由于使用碳纤维传动轴,轴承之间的距离可以加大。同时碳纤维传动轴上通常可以不需要布置轴承,这样可以减少轴承的数量,也节省了轴承支撑件,减少了轴承对碳纤维传动轴的支撑力及其传动轴所承受的弯曲转矩。
4、优良的位移补偿能力,并适用于高速场合。
5、长寿命、低噪声、耐腐蚀、无摩擦、免维修、不导电、无磁性。
附图说明
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。
图1是本实用新型碳纤维材料传动轴的整体结构示意图。
图2是图1A-A的剖视图。
图3是本实用新型碳纤维材料传动轴应用的使用状态示意图。
具体实施方式
请参阅图1,本实用新型碳纤维材料传动轴,包括轴体1和设在轴体1两端的法兰2。轴体1为管状,可最大限度地减少材料的用量。该轴体1包括轴身11和设在轴身两端的连接段12,各连接段上均相对设有连接孔。法兰2包括连接管21和从该连接管的一端垂直延伸的固定法兰22。连接管21上相对设有连接孔,与轴体连接段上设置的连接孔相对应;法兰2的两连接管21套设在轴体两端的连接段12内,通过螺栓3固定连接。固定法兰22上也设有固定孔221,用于该传动装置连接。由于要承受较大的载荷,以及采用螺纹连接,该轴体1两端与法兰结合区域的连接段管段的管壁较轴体1轴身的管壁加厚。碳纤维材料传动轴在工作时,动力机械通过高弹性联轴器与碳纤维材料传动轴一端法兰2相连输入动力,通过碳纤维材料传动轴体与另一端法兰将动力输出。
请参阅图2,轴体1包括由碳纤维缠绕形成的内层11、外层12以及夹在内、外层11、12之间的夹心层13所构成。内层11和外层12选用采用碳纤维单向与浸胶技术所生产的碳纤维单向环氧树脂预浸料为主要生产材料,根据轴体1的力学及重量要求设计出内层11和外层12材料的用量及碳纤维排列方向。碳纤维单丝直径为6-9微米,每束丝数为500-20000根。
由碳纤维缠绕形成的内层11及外层12形成单螺纹状、多螺纹状或网格状纹路。最好为网格状纹路。碳纤维与轴体1轴线呈一定角度的方向缠绕,角度范围为-90度到90度。具体缠绕时,相邻两碳纤维缠绕层的碳纤维之间成90度夹角。内层11由2-3层碳纤维缠绕层构成,外层12由3-4层碳纤维缠绕层构成。
如果碳纤维材料传动轴长度过长,可以采用拼接的方式,由若根短的碳纤维材料传动轴拼接而成,拼接处采用交错齿相互交错拼接。
夹心层13采用注塑包裹,然后再缠绕外层碳纤维。
本实用新型的法兰2克采用金属材料,也可以采用碳纤维复合材料模压成型。根据具体要求选择。采用传统的金属材料制造的碳纤维材料传动轴法兰,制造简单,成本较低,但大位移补偿性能不足。实用碳纤维复合材料制造的法兰可实现大位移补偿技术的要求。
图3是本实用新型碳纤维材料传动轴使用状态的示意图。电机100通过高弹性联轴器200与碳纤维材料传动轴一端的法兰301相连并输入动力,碳纤维材料传动轴体400与另一轴端法兰302将动力传输至下一个传动装置500。在法兰302与下一个传动装置之间可加高弹性的膜片材料。由于碳纤维材料传动轴自重较轻,无需为其布置轴承及支承装置,有效降低该轴系承受的支反力、弯矩及对中的难度。
上述碳纤维能满足传动轴系隔、减震、抗冲击的要求,减轻传动轴系的重量,优化轴系的布置结构,使传动轴系具备更佳的性能。
本实用新型已由上述相关实施例加以描述,然而上述实施例仅为实施本实用新型的范例,必须指出的是,已揭露的实施例并末限制本实用新型的范围。相反地,包含权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包含于本实用新型的范围内。
Claims (10)
1、碳纤维材料传动轴,包括轴体和设在轴体两端的法兰;其特征在于,所述的轴体为管状,该轴体两端与法兰结合区域的管段的管壁较轴体轴身的管壁厚;所述的轴体包括由碳纤维缠绕形成的内、外层以及夹在所述内、外层之间的夹心层所构成。
2、根据权利要求1所述的碳纤维材料传动轴,其特征在于,所述的轴体的两端设有连接段,各连接段上均相对设有连接孔;所述法兰包括连接管和从该连接管的一端垂直延伸的法兰盘,所述连接管上相对设有连接孔,与轴体连接段上设置的连接孔相配合;所述法兰的两连接管套设在轴体两端的连接段内,通过螺栓固定连接。
3、根据权利要求1或2所述的碳纤维材料传动轴,其特征在于,所述的法兰采用碳纤维复合材料模压成型构成或由金属材料加工成型构成。
4、根据权利要求1所述的碳纤维材料传动轴,其特征在于,所述碳纤维缠绕形成的内层及外层的碳纤维形成单螺纹状、多螺纹状或网格状纹路。
5、根据权利要求4所述的碳纤维材料传动轴,其特征在于,所述碳纤维与轴体轴线呈一定角度的方向缠绕,角度范围为-90度到90度。
6、根据权利要求1所述的碳纤维材料传动轴,其特征在于,所述碳纤维缠绕形成的内层或外层,由多层碳纤维缠绕层构成,相邻两碳纤维缠绕层的碳纤维之间成0-90度夹角。
7、根据权利要求1所述的碳纤维材料传动轴,其特征在于,所述碳纤维缠绕形成的内层,由2-3层碳纤维缠绕层构成;所述碳纤维缠绕形成的外层,由3-4层碳纤维缠绕层构成。
8、根据权利要求4所述的碳纤维材料传动轴,其特征在于,所述碳纤维单丝直径为6-9微米,每束丝数为500-20000根。
9、根据权利要求4所述的碳纤维材料传动轴,其特征在于,所述碳纤维缠绕前采用环氧树脂浸润。
10、根据权利要求1所述的碳纤维材料传动轴,其特征在于,所述夹心层采用采用注塑包裹,然后再缠绕外层碳纤维。
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