复合材料传动轴制造技术

本实用新型专利技术属于传动轴技术领域，公开了一种复合材料传动轴,包括管状的纤维轴体部、纤维连接部和通过纤维连接部连接在纤维轴体部的轴向两端的法兰，法兰靠近纤维轴体部的一侧的端面为斜面，所述斜面从法兰沿径向的内侧向法兰沿径向的外侧倾斜，围绕法兰的外周面间隔设有多个凹槽。纤维轴体部和纤维连接部由纤维干丝按设定层数一体绕制后再经RTM成型工艺固化成型，且纤维干丝每次绕过法兰时均由法兰上的多个凹槽限位且纤维连接部与所述斜面贴合，纤维轴体部处的纤维干丝的缠绕方向与纤维轴体部的轴向之间的夹角为α。本实用新型专利技术法兰与纤维轴体部之间能够良好连接，充分发挥力学性能并保证复合材料传动轴扭转载荷的平稳传递。能并保证复合材料传动轴扭转载荷的平稳传递。能并保证复合材料传动轴扭转载荷的平稳传递。

【技术实现步骤摘要】
复合材料传动轴


[0001]本技术属于传动轴
，具体涉及一种复合材料传动轴。

技术介绍

[0002]复合材料传动轴包括纤维轴体部和连接在纤维轴体部两端的法兰，复合材料传动轴广泛应用于工程机械、风力发电、机车和船舶推进装置等各个领域。目前复合材料传动轴的纤维轴体部主要由预浸树脂的纤维通过缠绕、搓卷、模压、拉挤等工艺成型，与传统的金属传动轴相比重量轻、耐腐蚀、振动衰减大、噪声低、不导磁、免维护、应用于较长轴系时,可减少支撑轴承数量。复合材料传动轴在实际应用时,如何实现轴系扭转载荷的平稳传递,纤维轴体部与法兰之间的连接结构设计至关重要。现有技术中，复合材料传动轴的纤维轴体部与法兰之间的连接方式主要有胶结和机械连接，但是将法兰与纤维轴体部机械连接的缺点是需要在复合材料轴上开孔对复合材料力学性能损失较大；法兰与纤维轴体部胶接的缺点是胶接强度不高，使用安全系数低。因此，随着复合材料传动的应用越来越广泛，高强质轻的要求越来越高的情况下，原来单一的成型技术无法满足日益复杂的结构部件的成型。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术中的问题，本技术提供一种复合材料传动轴。
[0004]为了实现本技术目的，所采用的技术方案为:一种复合材料传动轴包括管状的纤维轴体部、纤维连接部和通过纤维连接部连接在纤维轴体部的轴向两端的法兰，法兰靠近纤维轴体部的一侧的端面为斜面，所述斜面从法兰沿径向的内侧向法兰沿径向的外侧倾斜，围绕法兰的外周面间隔设有多个凹槽；
[0005]所述纤维轴体部和纤维连接部由纤维干丝按设定层数一体绕制后再经RTM成型工艺固化成型，且纤维干丝每次绕过法兰时均由法兰上的多个凹槽限位且纤维连接部与所述斜面贴合，纤维轴体部处的纤维干丝的缠绕方向与纤维轴体部的轴向之间的夹角为α。
[0006]进一步的，所述α＝3
°
～87
°
，各层的具体绕制角度根据复合材料传动轴的受力情况进行具体设计。
[0007]进一步的，所述纤维干丝为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维中的任意一种。
[0008]进一步的，所述法兰的材质为铝合金、不锈钢或钛合金中的任意一种。
[0009]上述复合材料传动轴的成型方法，包括如下步骤：
[0010](1)在芯模沿轴向的两端分别通过气胀辊连接所述法兰，法兰设置斜面的一侧朝向芯模；
[0011](2)将纤维干丝沿着芯模的轴向按设定角度α向芯模的其中一端缠绕，待绕制靠近该端的法兰时再将纤维干丝的缠绕方向调整为与芯模的轴向垂直并在该角度下缠绕至少2圈，然后将纤维干丝沿着该端的法兰依次绕过两个凹槽后再沿着该端的法兰绕回芯模的其中一端，并在芯模的其中一端沿垂直于芯模的轴向的方向缠绕至少2圈，完成第一层的绕制；然后再沿着芯模的轴向按设定角度α向芯模的另一端缠绕，进行第二层的绕制；按设定
层数完成绕制后获得预成型体；
[0012](3)将所述预成型体，安放在外型模的内部，并通过RTM成型工艺固化成型，纤维干丝位于芯轴上的部分和位于法兰上的部分经RTM成型工艺固化成型后分别形成所述纤维轴体部和纤维连接部，依次拆除外型模、气胀辊及芯模后获得所述复合材料传动轴。
[0013]进一步限定了外型模的结构，所述外型模的内部形成有与所述预成型体相配合的型腔，外型模包括中间管部和分别扣装在中间管部的两端开口处的底盘，所述2个所述底盘上分别开设有第一安装通孔，RTM成型工艺中的注胶系统通过其中一个底盘上的第一安装通孔与型腔连通且用于向型腔内注入固化成型用树脂，RTM成型工艺中的抽气系统通过另一个底盘上的第一安装通孔与型腔连通且用于抽出型腔内的气体并促进树脂传递。
[0014]更进一步的，为了方便底盘与中间管部的连接，所述中间管部的端部沿周向间隔开设有多个内螺纹孔，所述底盘上围绕周向开设有与所述内螺纹孔相对应的第二安装通孔，中间管部通过插装在第二安装通孔内且与内螺纹孔螺纹配合的螺钉连接，第二安装通孔的直径大于所述内螺纹孔的直径。在预成型体放入中间管部后，将底盘通过螺钉预装在中间管部的两端，因为此时的预成型体处于相对蓬松的状态，所以需将第二安装通孔的直径设置成大于内螺纹孔的直径，以保证预装完成后方便调整底盘位置，使适应预成型体，待底盘的位置调整好后，再拧紧螺钉，使底盘相对中间管部固定。
[0015]进一步的，所述法兰上预留有第三安装通孔，以便于复合材料传动轴在使用时与减速器连接，进行步骤(2)所述的绕制时，先在第三安装孔内插装销钉，以避免绕制过程中纤维干丝堵住第三安装孔。同时，也应绕开气胀辊，防止固化成型后影响气胀辊和芯模的拆除。
[0016]进一步限定了气胀辊的结构和气胀辊与芯模的连接方式，所述芯模沿轴向的两端分别开设有沿芯模轴向的盲孔，所述盲孔内设有内螺纹，所述气胀辊沿轴向的两端分别设有沿气胀辊轴向的短轴，2个短轴中的其中一个设有与盲孔内的内螺纹相配合的外螺纹，气胀辊通过该设有外螺纹的短轴与芯模螺纹连接。
[0017]与现有技术相比，本技术取得了如下有益效果：
[0018]1)纤维轴体部和纤维连接部按设定层数一体绕制并将法兰与纤维轴体部连接后再经RTM成型工艺固化成型，使得法兰与纤维轴体部之间实现良好连接，充分发挥力学性能并保证复合材料传动轴扭转载荷的平稳传递。
[0019]2)具体绕制方法中通过在芯模部分缠绕后再绕至法兰，通过法兰凹槽从法兰内侧绕至法兰外侧，再绕回法兰内侧，并进一步绕回芯模进行下一层的缠绕，依次循环，完成整个轴的缠绕工作，通过纤维连接法兰，形成一体，大大提高纤维轴体部与法兰之间的连接强度，克服了现有复合材料传动轴与法兰之间的连接问题；
[0020]3)法兰的斜面设置提高了法兰与纤维干丝之间的贴合度，保证缠绕过程中法兰与纤维干丝之间可以紧密贴合，同时每层在轴管的根部为了调整纤维走向，都会在根部进行两圈以上的垂直于轴向的缠绕，一方面进一步保证纤维与斜面的贴合度，保证牢固性和使用强度；另一方面使得纤维轴体部端部与法兰之间成圆角过渡(也即纤维轴体部与纤维连接部之间圆弧过渡，纤维连接部与法兰的斜面贴合)，提高了纤维轴体部端部的力学性能，降低了拐角处的应力集中现象；第三方面有利于减小复合材料传动轴内的空隙。法兰的凹槽设计，可以固定纤维干丝的走向，通过纤维复合材料在法兰部分的力学性能，充分发挥复
合材料传动轴的整体力学性能。
[0021]4)使用气胀辊连接法兰和芯模，避免机械打孔，保证法兰强度。
[0022]5)使用纤维干丝进行缠绕，而非预浸纤维，纤维干丝缠绕后再进行RTM注胶，以RTM成型工艺进行固化成型，可以有效降低复合材料传动轴内部的空隙，特别是纤维轴体部部分的空隙。
附图说明
[0023]图1为本技术实施例中的预成型体经RTM成型工艺进行固化成型后的结构示意图。
[0024]图2为图1中a处的放大示意图；
[0025]图3为本技术实施例中的法兰与芯模的连接示意图；
[0026]图4为图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料传动轴，其特征在于：所述复合材料传动轴包括管状的纤维轴体部（101）、纤维连接部（102）和通过纤维连接部（102）连接在纤维轴体部（101）的轴向两端的法兰（2），法兰（2）靠近纤维轴体部（101）的一侧的端面为斜面（201），所述斜面（201）从法兰（2）沿径向的内侧向法兰（2）沿径向的外侧倾斜，围绕法兰（2）的外周面间隔设有多个凹槽（202）；所述纤维轴体部（101）和纤维连接部（102）由纤维干丝（6）按设定层数一体绕制，形成预成型体，预成型体经RTM成型工艺固化成型，且纤维干丝（6）绕过法兰（2）时均由...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆举杰，朱桂龙，李笑喃，韩德滨，高小弟，
申请(专利权)人：江苏集萃碳纤维及复合材料应用技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：