一种轻量化传动轴及其制备方法技术

一种轻量化传动轴，包括轴管、万向节叉、花键套管、花键轴叉，其中轴管一端与万向节叉连接，另一端与花键套管连接，所述花键套管通过花键连接花键轴叉，所述轴管包括采用铝合金无缝管的内层以及采用碳纤/玻纤复合材料的外层，所述外层复合材料与铝合金无缝管厚度比为1：2～8，复合材料中碳纤和玻纤的比例为1:1～6；所述铝合金无缝管与万向节叉、花键套管采用摩擦焊固定，所述复合材料与铝合金零部件采用胶结加螺接方式连接，本发明专利技术提供的多材料混合结构传动轴，拥有轻量化、高抗扭转强度、设计冗余度低、短流程等众多优点，适合批量生产、成本敏感度高的汽车行业。敏感度高的汽车行业。敏感度高的汽车行业。

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化传动轴及其制备方法


[0001]本专利技术涉及汽车传动轴领域，具体为一种轻量化传动轴及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为传递动力的重要部件，传动轴广泛应用于汽车、船舶、工程机械等多个领域中。随着全球能源危机日益加重、节能减排政策逐步收紧，轻量化成为解决上述问题的短平快效果最优方案之一，但轻量化过程中必须兼顾其所引起的工序、成本、稳定性等连锁反应。传统钢制传动轴，虽说技术成熟、成本低，然而目前面临重量大、易腐蚀、噪声等一系列问题；铝合金传动轴正在成为行业内争相开发的产品之一，具有重量轻、耐腐蚀、成本较低等优点，不过铝合金的整体强度不足以及焊接后的接头性能损失，已成为其发展应用的障碍；碳纤维基本可以满足传动轴产品对其性能的要求，碳纤维轴管的壁厚直接影响其刚度和材料成本，而两者难以兼顾，而且碳纤维传动轴高昂的价格，令主机厂和客户望而却步。
[0003]钢铁、铝合金、碳纤维等各种材料具有其优缺点，因此有必要设计一种多材料混合结构的传动轴及相应的可靠连接方案，在实现轻量化和满足性能要求的同时，保证价格在可接受范围内。

技术实现思路

[0004]针对上述现有的传动轴生产和使用过程中存在的工艺复杂、接头性能损失、成本高昂等问题，本专利技术公开了一种轻量化传动轴及制备技术。通过合理设计优化传动轴结构、各材料分配比例、多样化的连接方式，获得高质量、低成本、便于量产的轻量化传动轴。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种轻量化传动轴，其特征在于包括轴管、万向节叉、花键套管、花键轴叉，其中轴管一端与万向节叉连接，另一端与花键套管连接，所述花键套管通过花键连接花键轴叉，所述轴管包括采用铝合金无缝管的内层以及采用碳纤/玻纤复合材料的外层，所述外层复合材料与铝合金无缝管厚度比为1：2～8，复合材料中碳纤和玻纤的比例为1:1～6；所述铝合金无缝管与万向节叉、花键套管采用摩擦焊固定，所述复合材料与铝合金零部件采用胶结加螺接方式连接。
[0006]进一步，螺接选用螺纹衬套以及顶丝进行连接。
[0007]进一步，复合材料与铝合金无缝管厚度比为1:3，复合材料中碳纤和玻纤的比例为1:2。
[0008]第二方面，本专利技术提供了一种轻量化传动轴的制备方法，包括以下步骤：步骤一，锻造花键套管、万向节叉，进行固溶+预时效处理；锻造花键轴叉，进行固溶+欠时效处理，加工至设计规格尺寸后进行尼龙涂覆，反向挤压铝合金轴管并加工定尺。
[0009]步骤二，螺纹衬套和顶丝涂胶后，先后安装在花键套管和万向节叉的预焊接处。
[0010]步骤三，铝合金轴管两端分别与万向节叉和花键套管，通过摩擦焊工艺连接，整体进行人工时效后，将焊接接头处的外翻边车削平整。
[0011]步骤四， 复合材料缠绕成型，以铝合金轴管为芯轴，碳纤/玻纤以1:1～6的比例进
行交叉缠绕，预应力为45
‑
65MPa，缠绕角度为45
°
。
[0012]步骤五，将缠绕好的传动轴进行固化。
[0013]进一步，步骤一所述尼龙涂覆采用电磁感应加热，加热190～220℃并保温3～15min。
[0014]进一步，步骤五所述固化温度为95
‑
125℃，时间为100
‑
200min。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：在保证轴管具备足够抗扭转强度和刚度，其次可以实现较全铝传动轴更大程度的轻量化，同时成本不会发生太大变化，既可保证足够的连接强度和疲劳性能，又能保留传动轴美观规整的外观，其中固溶
→
摩擦焊
→
人工时效的热处理方式这样既可弥补摩擦焊所带来的焊接接头性能损失，又能避免焊后整体T6处理所引起的变形问题。
附图说明
[0016]下面将借助于示例并参考附图对本专利技术进一步详细描述。
[0017]图1是本专利技术多材料轻量化传动轴的结构示意图。
[0018]图2是本专利技术多材料轻量化传动轴的爆炸图。
[0019]图3是本专利技术多材料轻量化传动轴接头放大图。
[0020]图中1
‑
万向节叉，2
‑
轴管内层，3
‑
轴管外层，4
‑
花键套管，5
‑
花键轴叉，6螺纹衬套，7
‑
顶丝。
具体实施方式
[0021]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0022]本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
[0023]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
[0024]如图1所示，一种多材料轻量化传动轴，包括：万向节叉1，轴管，花键套管4，花键轴叉5，其中轴管一端与万向节叉1连接，另一端与花键套管4连接，花键套管4与花键轴叉5通过花键连接，连接方式为胶结+螺接，所述轴管内层2为铝合金无缝管，轴管外层3为碳纤/玻纤复合材料，其中外层复合材料与内层铝合金无缝管厚度比为1:2～8，复合材料中碳纤和玻纤的比例为1:1～6，作为优选，复合材料与铝合金无缝管厚度比为1:3，复合材料中碳纤和玻纤的比例为1:2，这样首先在保证轴管具备足够抗扭转强度和刚度，其次可以实现较全
铝传动轴更大程度的轻量化，同时成本不会发生太大变化。
[0025]铝合金无缝管与万向节叉1、花键套管4采用摩擦焊工艺，复合材料与铝合金零部件采用胶结+螺接方式，其中螺接选用螺纹衬套6+顶丝7，既可保证足够的连接强度和疲劳性能，又能保留传动轴美观规整的外观。
[0026]在本实施例中，本专利技术轻量化传动轴是用以下方法制造的：
①ꢀ
锻造花键套管4、万向节叉1，并对其进行固溶+预时效处理，再加工至设计规格尺寸；锻造花键轴叉5，并进行固溶+欠时效处理，加工至设计规格尺寸后进行尼龙涂覆，尼龙涂覆过程中的加热采用电磁感应加热，190～220℃/保温3～15min；降低T6态的铝合金（经过固溶+人工时效处理的铝合金）零部件对热处处理后再次加热的敏感性，避本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量化传动轴，其特征在于包括轴管、万向节叉（1）、花键套管（4）、花键轴叉（5），其中轴管一端与万向节叉（1）连接，另一端与花键套管（4）连接，所述花键套管（4）通过花键连接花键轴叉（5），所述轴管包括采用铝合金无缝管的轴管内层（2）以及采用碳纤/玻纤复合材料的轴管外层（3），所述轴管外层（3）复合材料与铝合金无缝管厚度比为1：2～8，复合材料中碳纤和玻纤的比例为1:1～6；所述铝合金无缝管与万向节叉（1）、花键套管（4）采用摩擦焊固定，所述复合材料与铝合金零部件采用胶结加螺接方式连接。2.根据权利要求1所述的一种轻量化传动轴，其特征在于：所述螺接选用螺纹衬套（6）以及顶丝（7）进行连接。3.根据权利要求1所述的一种轻量化传动轴，其特征在于：所述复合材料与铝合金无缝管厚度比为1:3，复合材料中碳纤和玻纤的比例为1:2。4.一种如权利要求1所述的轻量化传动轴的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：步骤一，锻造花键套管（4）、万向节叉（1），进行固溶+预时效处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩星，刘海峰，李鑫磊，肖令，高玉刚，张壮，王英锋，
申请(专利权)人：中信戴卡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：