一种组装式碳纤维复合材料传动轴及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种组装式碳纤维复合材料传动轴，包括碳纤维管、万向节和花键，万向节和花键分别安装于碳纤维管的两端，万向节和花键与碳纤维管的连接端均设有锥度，万向节和花键的连接端分别插入碳纤维管两端，且碳纤维管两端分别设有与万向节和花键适配的锥度；组装式碳纤维复合材料传动轴还包括万向节端套管和花键端套管，万向节端套管和花键端套管分别套装于碳纤维管两端；万向节的连接端、碳纤维管、万向节端套管之间通过胶接配合紧固件连接的方式加以固定，花键的连接端、碳纤维管、花键端套管之间通过胶接配合紧固件连接的方式加以固定。本发明专利技术组装式碳纤维复合材料传动轴，其成本低、安全系数高，并能实现批量化制造。并能实现批量化制造。并能实现批量化制造。

【技术实现步骤摘要】
一种组装式碳纤维复合材料传动轴及其制备方法


[0001]本专利技术涉及汽车传动轴
，具体涉及一种组装式碳纤维复合材料传动轴及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着汽车行业的不断发展和完善，汽车轻量化已成为必然的趋势。据统计，汽车每减轻100kg，百公里油耗可降低0.3～0.6L。现在各大汽车厂商都致力于将整车做到极致轻量化，传动轴作为汽车的重要零部件也受到业界的广泛关注。传动轴是由轴管、花键和万向节组成，传统的传动轴材料多用40Cr调质处理的。
[0003]近年来，复合材料以其比强度高、比模量大的优点在其汽车轻量化的应用中占有重要的角色。其中，碳纤维复合材料的密度仅为40Cr的1/4，单向碳纤维复合材料的拉伸强度也有40Cr的4倍多，碳纤维复合材料传动轴具有质轻高强、减震降噪、耐腐蚀的优点，因此现在有很多关于碳纤维复合材料传动轴的研究。而现有的碳纤维复合材料传动轴一般采用传统复合材料传动轴缠绕工艺，将碳纤维管配合万向节及花键一同缠绕，这种结构及其成型工艺不仅费时费力且无法保证高扭矩的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于针对上述现有碳纤维复合材料传动轴存在的低效、高成本且安全系数较低的问题，提供一种组装式碳纤维复合材料传动轴及其制备方法，其成本低、安全系数高，并能实现批量化制造。
[0005]本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
[0006]一种组装式碳纤维复合材料传动轴，包括碳纤维管、万向节和花键，所述万向节和花键分别安装于所述碳纤维管的两端，所述万向节和花键与所述碳纤维管的连接端均设有锥度，万向节和花键的连接端分别插入碳纤维管两端，且所述碳纤维管两端分别设有与万向节和花键适配的锥度；所述组装式碳纤维复合材料传动轴还包括万向节端套管和花键端套管，所述万向节端套管和花键端套管分别套装于所述碳纤维管两端；所述万向节的连接端、碳纤维管、万向节端套管之间通过胶接配合紧固件连接的方式加以固定，所述花键的连接端、碳纤维管、花键端套管之间通过胶接配合紧固件连接的方式加以固定。
[0007]上述方案中，所述万向节的连接端、碳纤维管、万向节端套管之间，以及花键的连接端、碳纤维管、花键端套管之间通过胶接配合紧固件连接的方式具体为：先胶接再紧固件连接，万向节的连接端和花键的连接端分别与碳纤维管内壁胶接，万向节端套管和花键端套管分别与碳纤维管外壁胶接，胶接完全后再用紧固件固定连接。
[0008]上述方案中，所述紧固件为螺栓，所述万向节和花键的连接端均设有若干螺栓孔，所述碳纤维管、万向节端套管、花键端套管上设置相应的螺栓孔。
[0009]上述方案中，所述万向节连接端的螺栓孔沿轴向设置n1排，每排螺栓孔沿万向节连接端周向均匀分布，n1及每排螺栓孔的个数根据万向节连接端的长度及模拟力学校正的
计算结果确定；所述花键连接端的螺栓孔沿轴向设置n2排，每排螺栓孔沿花键连接端周向均匀分布，n2及每排螺栓孔的个数根据花键连接端的长度及模拟力学校正的计算结果确定。
[0010]上述方案中，所述万向节和花键的连接端均设有若干凹槽，所述凹槽与螺栓孔位避开且均匀排布。
[0011]上述方案中，所述凹槽采用机加工成型，凹槽为波浪纹形或条形状，凹槽的深度为0.5～2mm。
[0012]上述方案中，所述万向节和花键的连接端锥度角的范围均在2.8
°
～5
°
。
[0013]上述方案中，所述万向节端套管和花键端套管的材料为玻璃纤维或碳纤维；所述万向节端套管和花键端套管表面均包覆有玻璃纤维或碳纤维，以遮盖螺栓孔。
[0014]上述方案中，所述万向节端套管长度比万向节的连接端长度长5
‑
25mm；所述花键端套管长度比花键的连接端长度长5
‑
25mm。
[0015]相应的，本专利技术还提出上述组装式碳纤维复合材料传动轴的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1、制备复合材料管件：采用缠绕
→
固化
→
脱模
→
切割的工艺流程制备所需的碳纤维管、万向节端套管和花键端套管；
[0017]S2、机加工：1)将金属万向节和花键，以及碳纤维管进行机加工锥度；
[0018]2)锥度加工完成之后进行打孔处理，在万向节的连接端和花键的连接端打用于紧固件安装的孔，并在碳纤维管、万向节端套管、花键端套管上对应打好孔；
[0019]3)打孔完毕后，对万向节和花键两端进行打磨处理，并雕刻出凹槽均匀排布在孔位的两侧；
[0020]S3、胶接及机械连接：先将万向节和花键与碳纤维管内壁进行胶接，然后将万向节端套管和花键端套管外壁进行胶接，在胶还未固化前上紧固件，紧固件的预紧力可使得胶接的更加牢靠；
[0021]S4、套管外层的包覆：在胶接部分完全固化后，对万向节端套管和花键端套管采用手糊工艺进行包覆。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术碳纤维复合材料传动轴的碳纤维管与万向节和花键之间通过胶接配合紧固件连接的方式加以固定，这种组装式结构使得一根缠绕模具可生产几根碳纤维管，然后进行切割，大大减少了分次缠绕和固化的时间，从而可降低成本，便于实现量产化；同时，通过组装式结构，搭配胶接及螺栓紧固连接，且套管组装式结构可起到一定的传力作用，三者的协同作用可保障更高的安全系数。
附图说明
[0024]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0025]图1是本专利技术组装式碳纤维复合材料传动轴的总装图；
[0026]图2是图1所示组装式碳纤维复合材料传动轴的A
‑
A方向剖视图；
[0027]图3是图1所示组装式碳纤维复合材料传动轴的万向节的结构图；
[0028]图4是图1所示组装式碳纤维复合材料传动轴的花键的结构图。
[0029]图中：10、碳纤维管；20、万向节；21、螺栓孔；22、凹槽；30、花键；40、万向节端套管；50、花键端套管；60、紧固件。
具体实施方式
[0030]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。
[0031]如图1
‑
4所示，为本专利技术实施例提供的一种组装式碳纤维复合材料传动轴，包括碳纤维管10、万向节20、花键30、万向节端套管40和花键端套管50，万向节20和花键30分别插设于碳纤维管10的两端，万向节端套管40和花键端套管50分别套装于碳纤维管10两端。万向节20和花键30与碳纤维管10的连接端均设有锥度，且碳纤维管10两端内壁设有与万向节20和花键30适配的锥度。万向节20的连接端、碳纤维管10、万向节端套管40之间通过胶接配合紧固件60连接的方式加以固定；花键30的连接端、碳纤维管10、花键端套管50之间通过胶接配合紧固件60连接的方式加以固定。套管在胶接的过程中配合紧固件60可以提供一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组装式碳纤维复合材料传动轴，包括碳纤维管、万向节和花键，所述万向节和花键分别安装于所述碳纤维管的两端，其特征在于，所述万向节和花键与所述碳纤维管的连接端均设有锥度，万向节和花键的连接端分别插入碳纤维管两端，且所述碳纤维管两端分别设有与万向节和花键适配的锥度；所述组装式碳纤维复合材料传动轴还包括万向节端套管和花键端套管，所述万向节端套管和花键端套管分别套装于所述碳纤维管两端；所述万向节的连接端、碳纤维管、万向节端套管之间通过胶接配合紧固件连接的方式加以固定，所述花键的连接端、碳纤维管、花键端套管之间通过胶接配合紧固件连接的方式加以固定。2.根据权利要求1所述的组装式碳纤维复合材料传动轴，其特征在于，所述万向节的连接端、碳纤维管、万向节端套管之间，以及花键的连接端、碳纤维管、花键端套管之间通过胶接配合紧固件连接的方式具体为：先胶接再紧固件连接，万向节的连接端和花键的连接端分别与碳纤维管内壁胶接，万向节端套管和花键端套管分别与碳纤维管外壁胶接，胶接完全后再用紧固件固定连接。3.根据权利要求1或2所述的组装式碳纤维复合材料传动轴，其特征在于，所述紧固件为螺栓，所述万向节和花键的连接端均设有若干螺栓孔，所述碳纤维管、万向节端套管、花键端套管上设置相应的螺栓孔。4.根据权利要求3所述的组装式碳纤维复合材料传动轴，其特征在于，所述万向节连接端的螺栓孔沿轴向设置n1排，每排螺栓孔沿万向节连接端周向均匀分布，n1及每排螺栓孔的个数根据万向节连接端的长度及模拟力学校正的计算结果确定；所述花键连接端的螺栓孔沿轴向设置n2排，每排螺栓孔沿花键连接端周向均匀分布，n2及每排螺栓孔的个数根据花键连接端的长度及模拟力学校正的计算结果确定。5.根据权利要求3所述的组装式碳纤维复合材料传动轴，其特征在于，所述万向节和花键的连接端均设有若干凹槽，所述凹槽与螺栓孔位避开且均匀排布。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：邹俊杰，鲁贻梅，黄坤，张磊，庞晓彬，朱锡，
申请(专利权)人：武汉海威船舶与海洋工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：