[发明专利]一种基于周期结构的碳纤维复合材料减隔振传动轴

说明书

本发明提供一种基于周期结构的碳纤维复合材料减隔振传动轴，包括传动轴主体、安装在传动轴主体两端的连接法兰和若干个轴向分布在传动轴主体上的周期单元，每一个所述周期单元由若干个周期元胞组成，所述周期单元数量不少于两个，每一个所述周期单元中的周期元胞数量不少于两个，各周期单元中对应的周期元胞的材料、结构和尺寸相同。本发明选择若干个直径、轴向宽度和壁厚等尺寸不同的抽壳圆管结构沿轴向周期分布，形成周期结构，阻止特定频率弹性波传递，形成带隙效应，与一般的碳纤维复合材料传动轴相比，隔振作用频段与幅度得到显著提升，具有更好的减振效果，可以广泛用于传动轴系的减振隔振领域。

技术领域

本发明属于减振降噪技术领域，具体涉及一种基于周期结构的碳纤维复合材料减隔振传动轴。

背景技术

周期结构是由基本单元按一定规律重复排列而形成的结构形式，在航空航天、船舶车辆和工程建筑等领域中得到广泛应用，如周期蜂窝结构和周期格栅结构等。当振动波在周期结构中传递时，由于阻抗的周期性变化，在某一段频率范围内可以抑制波的传播，从而出现所谓带隙效应，通过合理设计带隙，可实现特定频率范围内的减振降噪。

传动轴系的减振和隔振方法，一是通过提高零部件的性能来减小传动件的振动，二是通过隔振技术减少传动系统振动向外传递。由于空间布置的限制，在很多实际传动系统中，隔振技术和装置的应用难度较大。

基于周期结构的碳纤维复合材料减隔振传动轴是在不改变传动轴主体结构尺寸的情况下，在传动轴中构造周期结构，可用于各类传动轴系的减振和隔振，其减振和隔振机理就是利用周期结构的带隙效应和碳纤维复合材料阻尼性能好的特性，阻碍和减少动力部件的振动通过传动轴系向外的传递，从而达到减振降噪的目的。传统金属传动轴在轴系中的作用是传递动力和运动，基于周期结构的碳纤维复合材料减隔振传动轴既完成传递动力和运动的功能，又完成减振隔振功能。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种基于周期结构的碳纤维复合材料减隔振传动轴，通过在碳纤维复合材料减隔振传动轴上构造周期结构，达到传动轴系的减振隔振目的。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:

一种基于周期结构的碳纤维复合材料减隔振传动轴，其特征在于：包括传动轴主体、安装在传动轴主体两端的连接法兰和若干个轴向分布在传动轴主体上的周期单元，每一个所述周期单元由若干个周期元胞组成，所述周期单元数量不少于两个，每一个所述周期单元中的周期元胞数量不少于两个，各周期单元中对应的周期元胞的材料、结构和尺寸相同。

所述周期元胞为抽壳式结构，一个周期单元由若干个不同的周期元胞组成，各不同的周期元胞之间直径、轴向宽度和管壁壁厚等结构与尺寸，至少有一个不相同。

所述周期元胞最大直径小于或等于连接法兰直径，周期元胞最小直径大于传动轴主体直径。

所述传动轴主体和周期单元采用同一种高模量碳纤维复合材料(如M40J或SYM40等)加工而成，或采用中模量碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料等其他纤维复合材料，并且一体成型，所述碳纤维复合材料表面涂覆高阻尼材料以增强减振降噪性能。

所述连接法兰采用与传动轴主体同一种材料进行加工，并且与传动轴主体一体成型，或采用其他材料(如30CrMnSi等)，加工后再与传动轴主体进行连接，连接方式采用胶接连接、机械连接或混合连接。

所述周期元胞端面和传动轴轴线的夹角在75°和90°之间，周期元胞端面与传动轴轴线的不同夹角，会影响周期元胞的刚度，会对振动幅值衰减效果和隔振频段产生影响，基于上述影响和从成型工艺的角度考虑，周期元胞端面和传动轴轴线的夹角在75°-90°之间。

所述周期单元由沿传动轴主体轴向连续的抽壳式结构形成的周期元胞组成，是复杂型腔结构件，其成型加工可采用基于水溶性芯模的模压成型等工艺完成。

本发明具有如下优点：