[发明专利]纤维增强复合材料管状轴杆及其制造方法

权利要求书

1.一种制造由纤维增强树脂基体复合材料构成的细长管状轴杆的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供细长心轴，所述心轴具有：纵向轴线、沿所述纵向轴线相互间隔开的相对的第一端和第二端、以及外周向表面，所述外周向表面的沿心轴的沿纵向轴线延伸的长度的至少一部分呈非圆柱形；

b)提供包括纤维增强物的预成型件层，所述预成型件层具有相互间隔的第一端部和第二端部以及相互间隔的内边缘和外边缘，所述内边缘和外边缘从所述第一端部向所述第二端部延伸，其中当所述预成型件层处于平面构型时，至少所述内边缘是非线性的，并且所述内边缘与外边缘之间的间距沿着在所述第一端部和第二端部之间延伸的所述预成型件层的长度而变化；

c)在起始构型中将所述预成型件层的所述第一端部定位成邻近所述心轴的第一端，在所述起始构型中，所述内边缘朝向所述心轴定向，所述外边缘远离所述心轴定向；

d)围绕所述心轴包裹所述预成型件层，使得所述心轴的所述外周向表面逐渐被所包裹的预成型件层覆盖，以形成细长管，由此在所述细长管中，所述内边缘接触所述心轴的外周向表面，所述外边缘位于所述细长管的外周向表面，其中在所述包裹步骤期间，所述心轴和所述预成型件层围绕沿着所述心轴的纵向轴线的旋转轴线相对旋转，并且所述预成型件层沿着垂直于所述心轴的纵向轴线的进给路径从所述预成型件层的所述第一端部到所述第二端部连续地进给到所述心轴上；以及

e)在所述心轴上模制所述细长管以形成由纤维增强树脂基体复合材料构成的细长管状轴杆，所述纤维增强树脂基体复合材料由所述预成型件层形成；

其中在步骤e)之前或期间，提供与所述预成型件层的纤维增强物接触的树脂材料，并且在步骤e)期间，所述树脂材料形成包含所述纤维增强物的树脂基体；

其中在步骤b)中，所述预成型件层的内边缘的形状和尺寸被设置为使得在步骤d)中所述内边缘与所述心轴的所述外周向表面连续重合，并且所述细长管包括围绕所述纵向轴线形成螺旋体的多个包裹层，其中每个包裹层平行于所述纵向轴线。

2.根据权利要求1所述的方法，其中每个包裹层是无褶皱的，并且包裹层的每个区域都与纵向轴线一致地对准。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中在步骤d)中，沿着所述细长管的长度的至少一部分，所述内边缘的至少一部分与所述心轴的外周向表面的非圆柱形区域之间的接触形成连续的内盘绕线，所述内盘绕线沿着多个包裹层延伸，其与所述心轴的外周向表面重合。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述连续内盘绕线在所述包裹层的相继盘绕旋转匝之间具有均匀的螺距。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中所述连续内盘绕线沿着所包裹的预成型件层的至少2个包裹层延伸。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在步骤b)中，所述预成型件层的形状和尺寸被设置为使得当所述预成型件层处于平面构型时，所述内边缘的至少一部分是弯曲的。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在步骤b)中，所述预成型件层的形状和尺寸被设置为使得当所述预成型件层处于平面构型时，所述内边缘的所述部分是凸形弯曲的。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤(b)中，所述预成型件层的形状和尺寸被设置为使得当所述预成型件处于平面构型时，使用具有x轴和y轴的直角坐标系来限定所述内边缘的至少一部分，其中所述x轴平行于所述第一端部与第二端部之间的间距，并且平行于所述旋转轴线，并且所述y轴平行于所述内边缘与所述外边缘之间的间距，其关系如下：

Bn＝f(x_n^B,y_n^B)，其中

B是所述内边缘相对于所述直角坐标系的位置；

n＝所包裹的预成型件层的转数；

x_n^B＝f(c,e)，其中c＝在Bn处包裹的预成型件层的周长，e＝预成型件层的厚度；并且

其中i＝在B处包裹的预成型件层的总转数。