[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

说明书

本发明涉及一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴及其制备方法，复合材料传动轴主体为缠绕成型复合材料的轴管，由前端管段、中部管段和后端管段构成，中部管段由连续的不变角度纤维复合材料制备而成，前端管段和后端管段均由连续变角度纤维增强复合材料制备而成；制备方法包括：(A)确定所述树脂基复合材料的缠绕工艺参数；(B)根据需求设计轴管的结构；(C)基于确定的工艺参数和设计的结构，制备高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴。本发明可以进一步提高复合材料传动轴的扭转强度，使其更好地应用于航空航天、轨道交通、风电、轨道交通及汽车等领域，满足更高的扭转性能需求。

技术领域

本发明属于复合材料传动轴技术领域，涉及一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴及其制备方法。

背景技术

传动轴承担着传递转矩、输出动力的作用，传动轴作为结构件中的关键旋转零部件，轻量化可以实现更高的传动效率和更低得能量损耗，具有十分重要的节能减排意义。基于碳纤维复合材料轻质、高强、高模的优点，碳纤维复合材料传动轴可满足其临界转速的要求。复合材料传动轴具有质量轻、结构简单的特点，可有效提高汽车的操作性。某些领域需要在保证固有频率的前提下进一步提高传动轴的扭转强度，本发明通过前、后端复合材料轴管的纤维变角度得到高扭转强度的复合材料传动轴。该种结构得到的复合材料传动轴与轴管段纤维角度一致的复合材料传动轴相比固有频率小幅度下降的条件下，扭转强度明显提高。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴，复合材料传动轴主体为缠绕成型复合材料的轴管，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。

本发明采用变强度轴管，通过设计改变构成变轴管的前端管段和后端管段的纤维取向角度、角度变化率、变强度管段的长度和变强度管段的长度分布，可以容易地调整复合材料传动轴的扭转强度，使其与多种用途相匹配，满足不同条件下的扭转性能需求。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴，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。

如上所述的一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴，中部管段为强度均匀的管段，即整个中部管段的强度完全相同，长度不小于复合材料传动轴主体总长度的20％。

如上所述的一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴，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。

如上所述的一种高扭转强度缠绕成型复合材料传动轴，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。

本发明还提供制备如上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，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。

作为优选的技术方案：

如上所述的方法，步骤(A)的工艺参数具体包括：