[发明专利]复合材料传动轴及其成型方法

说明书

本发明属于传动轴技术领域，公开了复合材料传动轴及其成型方法，传动轴包括纤维轴体部、纤维连接部和法兰，法兰的一侧端面为斜面，围绕法兰的外周面间隔设多个凹槽。成型方法包括：以气胀辊在芯模两端连接法兰且斜面朝向芯模，纤维干丝沿着芯模轴向逐步绕向芯模的一端，待绕至靠近该端的法兰时再将纤维干丝的缠绕方向调整为90°并在该角度下缠绕至少2圈，再沿着该端的法兰依次绕过两个凹槽后再沿着该端的法兰绕回芯模并绕向芯模的另一端，多次绕制后再基于RTM成型工艺固化成型，获得复合材料传动轴。本发明使得法兰与纤维轴体部之间实现良好连接，充分发挥力学性能并保证复合材料传动轴扭转载荷的平稳传递。

技术领域

本发明属于传动轴技术领域，具体涉及一种复合材料传动轴及其成型方法。

背景技术

复合材料传动轴包括纤维轴体部和连接在纤维轴体部两端的法兰，复合材料传动轴广泛应用于工程机械、风力发电、机车和船舶推进装置等各个领域。目前复合材料传动轴的纤维轴体部主要由预浸树脂的纤维通过缠绕、搓卷、模压、拉挤等工艺成型，与传统的金属传动轴相比重量轻、耐腐蚀、振动衰减大、噪声低、不导磁、免维护、应用于较长轴系时,可减少支撑轴承数量。复合材料传动轴在实际应用时,如何实现轴系扭转载荷的平稳传递,纤维轴体部与法兰之间的连接结构设计至关重要。现有技术中，复合材料传动轴的纤维轴体部与法兰之间的连接方式主要有胶结和机械连接，但是将法兰与纤维轴体部机械连接的缺点是需要在复合材料轴上开孔对复合材料力学性能损失较大；法兰与纤维轴体部胶接的缺点是胶接强度不高，使用安全系数低。因此，随着复合材料传动的应用越来越广泛，高强质轻的要求越来越高的情况下，原来单一的成型技术无法满足日益复杂的结构部件的成型。

发明内容

为了克服上述现有技术中的问题，本发明提供一种复合材料传动轴及其成型方法，通过对法兰结构的调整结合纤维缠绕方法，使得法兰与纤维轴体部之间实现良好连接，充分发挥力学性能并保证复合材料传动轴扭转载荷的平稳传递。

为了实现本发明目的，所采用的技术方案为:一种复合材料传动轴包括管状的纤维轴体部、纤维连接部和通过纤维连接部连接在纤维轴体部的轴向两端的法兰，法兰靠近纤维轴体部的一侧的端面为斜面，所述斜面从法兰沿径向的内侧向法兰沿径向的外侧倾斜，围绕法兰的外周面间隔设有多个凹槽；

所述纤维轴体部和纤维连接部由纤维干丝按设定层数一体绕制后再经RTM成型工艺固化成型，且纤维干丝每次绕过法兰时均由法兰上的多个凹槽限位且纤维连接部与所述斜面贴合，纤维轴体部处的纤维干丝的缠绕方向与纤维轴体部的轴向之间的夹角为α。

进一步的，所述α＝3°～87°，各层的具体绕制角度根据复合材料传动轴的受力情况进行具体设计。

进一步的，所述纤维干丝为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维中的任意一种。

进一步的，所述法兰的材质为铝合金、不锈钢或钛合金中的任意一种。

上述复合材料传动轴的成型方法，包括如下步骤：

(1)在芯模沿轴向的两端分别通过气胀辊连接所述法兰，法兰设置斜面的一侧朝向芯模；

(2)将纤维干丝沿着芯模的轴向按设定角度α向芯模的其中一端缠绕，待绕制靠近该端的法兰时再将纤维干丝的缠绕方向调整为与芯模的轴向垂直并在该角度下缠绕至少2圈，然后将纤维干丝沿着该端的法兰依次绕过两个凹槽后再沿着该端的法兰绕回芯模的其中一端，并在芯模的其中一端沿垂直于芯模的轴向的方向缠绕至少2圈，完成第一层的绕制；然后再沿着芯模的轴向按设定角度α向芯模的另一端缠绕，进行第二层的绕制；按设定层数完成绕制后获得预成型体；

(3)将所述预成型体，安放在外型模的内部，并通过RTM成型工艺固化成型，纤维干丝位于芯轴上的部分和位于法兰上的部分经RTM成型工艺固化成型后分别形成所述纤维轴体部和纤维连接部，依次拆除外型模、气胀辊及芯模后获得所述复合材料传动轴。