[实用新型]一种高性能编织复合材料传动轴

说明书

本实用新型公开了一种高性能编织复合材料传动轴，该传动轴包括三维编织复合材料轴管和两个分别通过滑动花键轴安装在所述三维编织复合材料轴管两端的带有伸缩套的金属万向节，两个所述滑动花键轴的一端通过花键连接和螺栓紧固两种连接方式分别固连在所述三维编织复合材料轴管的两端，两个所述滑动花键轴的另一端与所述金属万向节的伸缩套花键连接。本实用新型提供的传动轴具有抗扭转疲劳性能强、刚度高、减震效果好、质轻、生产率高等一系列优点，在航空航天、汽车、机械等领域具有广阔的工业市场前景。

技术领域

本实用新型涉及传动轴及其制备方法技术领域，特别是涉及一种应用于不同领域传动系统的高性能碳纤维增强三维编织结构的复合材料传动轴。

背景技术

传动轴是航空航天、汽车、机械等领域不可或缺的构件之一，其主要作用是传递动力和扭矩。传统的传动轴多为金属材质，而其因本身重量较大，在传递动力过程中就已经消耗了部分能量，造成了能源使用效率低的问题。同时，金属传动轴由整体金属材料通过切削等机床加工而成，在这个过程中也同样造成了资源浪费，使得传动轴的生产成本较高。常作为传动轴制作原料的金属材料为不可再生资源，寻求可代替金属材料的人工制造材料及相关制备工艺是一个重要事项。目前，随复合材料原料生产与制备成型技术的成熟以及成产成本的降低，其应用范围也已逐渐从航空航天等高精尖领域向工业民用领域扩展。高性能纤维复合材料传动轴在可以保持金属传动轴的机械力学性能的同时，可大大减轻质量，如与钢制传动轴相比，碳纤维传动轴的质量最轻仅为其30％，这对于减小使用过程中的惯性，从而提升传动效率具有重要意义。

传动轴在应用过程中经常受到较大的扭矩和剪切载荷，这对于传动轴的性能要求较高。纤维增强复合材料传动轴具有高比强度、高比模量等优异力学性能可使传动轴承受更高的载荷。金属传动轴在仪器高速运转时常常会产生谐振动，这严重降低了传动轴的使用寿命与仪器高速使用，经合理设计的复合材料传动轴可在一定程度上弱化这个问题，提高仪器的最高需用转速。金属传动轴不耐腐蚀也是较为严重的问题之一。

目前制备纤维增强复合材料传动轴的常见方法为纤维缠绕工艺，即将纤维束以浸渍树脂以设定角度缠绕成轴管，再加热固化形成复合材料传动轴。以该工艺制备的传动轴仍属于二维结构，不可避免地出现分层缺陷。在特殊使用场合，如大型重载汽车上，通常要求传动轴的跨距较大，该种传动轴明显不适用。

传动轴通常包括传动轴轴管和万向节两大部分，目前复合材料传动轴轴管与金属万向节的典型连接方式为胶结，这种单一连接方式稳定性能较差，在使用过程中容易造成万向节与轴管的粘结失效，安全性难以保证，这也是目前研究人员亟待解决的问题之一。

实用新型内容

针对传统金属传动轴自重较大、能源利用效率低、力学性能达不到要求以及纤维缠绕复合材料传动轴和典型胶结连接方式的结构稳定性差、不适用大跨距场合、使用寿命短等问题，本实用新型的目的是提供了一种高性能纤维增强编织复合材料传动轴，该传动轴可满足各种严苛复杂的服役环境使用要求。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种高性能纤维增强编织复合材料传动轴，该传动轴包括三维编织复合材料轴管和两个分别通过滑动花键轴安装在所述三维编织复合材料轴管两端的带有伸缩套的金属万向节，两个所述滑动花键轴的一端通过花键连接和螺栓紧固两种连接方式分别固连在所述三维编织复合材料轴管的两端，两个所述滑动花键轴的另一端与所述金属万向节的伸缩套花键连接。

作为一种优选技术方案，所述三维编织复合材料轴管的各处壁厚相同且两端内壁分别设有多个滑动花键槽，每两个相邻的滑动花键槽之间设有至少一个螺栓孔；两个所述滑动花键轴的一端分别设有与所述三维编织复合材料轴管相配合的滑动花键以及螺栓孔；两个所述滑动花键轴的一端通过滑动花键分别插入三维编织复合材料轴管的两端，将所述三维编织复合材料轴管与所述滑动花键轴的螺栓孔对齐并采用三维编织复合材料螺栓紧固件进行机械连接；所述三维编织复合材料轴管和所述滑动花键轴的一端采用滑动花键连接和螺栓紧固两种连接方式。