[发明专利]一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴及其制备方法

权利要求书

1.一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴，其特征在于：复合材料传动轴主体为缠绕成型的复合材料轴管，由前端管段、中部管段和后端管段构成，前端管段、中部管段和后端管段均为空心圆管，中部管段由连续的纤维取向角度一致的纤维增强复合材料组成，前端管段和后端管段均由纤维取向角度连续变化的纤维增强复合材料组成。

2.根据权利要求1所述的一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴，其特征在于，所述前端管段和所述后端管段采用非测地线缠绕；所述中部管段采用测地线缠绕。

3.根据权利要求1所述的一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴，其特征在于，中部管段为强度均匀的管段，长度不小于复合材料传动轴主体总长度的20％。

4.根据权利要求1所述的一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴，其特征在于，复合材料传动轴还包括前法兰和后法兰；前法兰固定在复合材料传动轴主体前端管段远离中部管段的一端，后法兰固定在复合材料传动轴主体后端管段远离中部管段的一端。

5.根据权利要求4所述的一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴，其特征在于，所述前法兰包括呈圆柱状延伸的前接口段，所述后法兰包括呈圆柱状延伸的后接口段；所述前接口段对接于所述前端管段，所述后接口段对接于所述后端管段；前法兰和后法兰通过缠绕成型的方式缠绕预埋在复合材料轴管内。

6.制备如权利要求1～5任一项所述的一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴的方法，其特征在于包括如下步骤：

(A)确定复合材料的缠绕工艺参数；

(B)根据需求设计轴管的结构；

(C)基于步骤(A)确定的工艺参数和步骤(B)设计的结构，制备高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(A)的工艺参数具体包括：

(A1)所用碳纤维的丝束数量和丝宽，丝束数保持在1～8，丝宽保持在2～10mm；

(A2)所用树脂的室温粘度，室温下粘度在1000mPa·s以下；

(A3)所用树脂的固化制度，包括固化温度和固化时间；

(A4)碳纤维丝束与缠绕成型所用芯模的表面摩擦系数，范围为0.1～0.8；

(A5)碳纤维的线密度和树脂的密度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(B)具体包括：

(B1)确定复合材料传动轴的长度和直径，复合材料传动轴的长度范围为5～20000mm，内、外径范围为1～1000mm；

(B2)依据需求设计中部管段的纤维取向角度和长度占比，中部管段的纤维角度范围为15～55°，长度占轴管总长度比范围为20～80％；

(B3)根据(B2)的结果，设计前端管段和后端管段中纤维缠绕角度和长度分布，前端管段和后端管段均分为若干个两端存在角度变化的小管段区间，前端管段和后端管段中小管段纤维缠绕角度在中部管段的纤维角度的基础上向靠近法兰的一端逐渐增大，每个小管段之间的纤维角度递增1～10°，靠近法兰端的小管段的纤维取向角范围为65～85°；小管段区间的轴向长度尺寸范围是25～500mm。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(C)具体包括：

(C1)根据步骤(A)确定的工艺参数和步骤(B)设计的结构，设计轴管的纤维角度，利用缠绕软件拟合得到初始缠绕轨迹，导出机床代码；

(C2)将芯模、前法兰和后法兰固定在缠绕设备上，使用机床代码驱动缠绕机进行缠绕，采用碳纤维丝束和树脂进行缠绕，缠绕张力为1～100N，缠绕速度1～200m/min；

(C3)将缠绕后的芯模放置在固化炉中固化，制得高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴。