專利名稱：碳纖維材料傳動(dòng)軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為機(jī)械動(dòng)力傳輸裝置，尤其涉及一種適用于高速場(chǎng)合、強(qiáng) 度高、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，具有優(yōu)良位移補(bǔ)償功能的碳纖維材料傳動(dòng)軸。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布置越來越復(fù)雜，性 能要求也相應(yīng)提高，對(duì)重量要求也更加苛刻。例如對(duì)某些大功率復(fù)合傳 動(dòng)裝置而言，采用傳統(tǒng)的設(shè)備，系統(tǒng)的體積重量相當(dāng)大，很難滿足實(shí)際工 程對(duì)傳動(dòng)設(shè)備提出的綜合性能要求。
碳纖維是先進(jìn)復(fù)合材料中最重要的增強(qiáng)材料之一，具有高強(qiáng)度、高剛 度、高模量、重量輕、耐高溫、耐腐蝕以及優(yōu)異的電性能等，從其發(fā)展初 期開始就受到各個(gè)國(guó)家的高度重視。為了滿足傳動(dòng)軸系的重量，優(yōu)化軸系 的布置結(jié)構(gòu)，考慮在傳動(dòng)軸系中使用碳纖維復(fù)合材料，通過合理設(shè)計(jì)，使 傳動(dòng)軸系具備更加的性能。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種適用于高速場(chǎng)合、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、 結(jié)構(gòu)緊湊、具有優(yōu)良位移補(bǔ)償功能的碳纖維材料傳動(dòng)軸。
本實(shí)用新型的目的可以采用如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)碳纖維材料傳動(dòng) 軸，包括軸體和設(shè)在軸體兩端的法蘭；其特征在于，所述的軸體為管狀， 該軸體兩端與法蘭結(jié)合區(qū)域的管段的管壁較軸體軸身的管壁厚；所述的軸 體包括由碳纖維纏繞形成的內(nèi)、外層以及夾在所述內(nèi)、外層之間的夾心層 所構(gòu)成。
上述碳纖維材料傳動(dòng)軸，其中，所述的軸體的兩端設(shè)有連接段，各連 接段上均相對(duì)設(shè)有連接孔；所述法蘭包括連接管和從該連接管的一端垂直 延伸的法蘭盤，所述連接管上相對(duì)設(shè)有連接孔，與軸體連接段上設(shè)置的連 接孔相配合；所述法蘭的兩連接管套設(shè)在軸體兩端的連接段內(nèi)，通過螺栓固定連接。
本實(shí)用新型的法蘭采用碳纖維復(fù)合材料模壓成型構(gòu)成或由金屬材料加 工成型構(gòu)成。
所述法蘭盤上均布有法蘭固定孔。
本實(shí)用新型由碳纖維纏繞形成的內(nèi)層及外層，所述碳纖維形成單螺紋 狀、多螺紋狀或網(wǎng)格狀紋路。優(yōu)選為網(wǎng)格狀紋路。碳纖維與軸體軸線呈一
定角度的方向纏繞，角度范圍為-90度到90度。
本實(shí)用新型由碳纖維纏繞形成的內(nèi)層或外層，由多層碳纖維纏繞層構(gòu) 成，相鄰兩碳纖維纏繞層的碳纖維之間成0-90度夾角，優(yōu)選為90度夾角。
本實(shí)用新型由碳纖維纏繞形成的內(nèi)層，由2-3層碳纖維纏繞層構(gòu)成。 由碳纖維纏繞形成的外層，由3-4層碳纖維纏繞層構(gòu)成。
本實(shí)用新型采用的碳纖維單絲直徑為6-9微米，每束絲數(shù)為500-20000根。
本實(shí)用新型的碳纖維纏繞前采用環(huán)氧樹脂浸潤(rùn)。 本實(shí)用新型的夾心層采用注塑包裹，然后再纏繞外層碳纖維。 由于本實(shí)用新型采用了如上的技術(shù)方案，同傳統(tǒng)的金屬傳動(dòng)軸相比， 本實(shí)用新型的碳纖維材料傳動(dòng)軸具有如下優(yōu)點(diǎn).-
1、 強(qiáng)度高借助碳纖維的高比強(qiáng)度性能，碳纖維傳動(dòng)軸具有優(yōu)良的抗 拉強(qiáng)度和抗拉模量；
2、 重量輕碳纖維的密度僅是鋼鐵的四分之一，碳纖維傳動(dòng)軸可以顯 著地減輕傳動(dòng)軸的重量。同鋼質(zhì)軸相比，碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸的重量可
減輕約70%，其中包括了碳纖維傳動(dòng)軸端部必要的金屬部件。
3、 優(yōu)化系統(tǒng)布置在長(zhǎng)軸系中使用碳纖維傳動(dòng)軸更能體現(xiàn)出碳纖維的
優(yōu)點(diǎn)，由于使用碳纖維傳動(dòng)軸，軸承之間的距離可以加大。同時(shí)碳纖維傳 動(dòng)軸上通常可以不需要布置軸承，這樣可以減少軸承的數(shù)量，也節(jié)省了軸 承支撐件，減少了軸承對(duì)碳纖維傳動(dòng)軸的支撐力及其傳動(dòng)軸所承受的彎曲 轉(zhuǎn)矩。
4、 優(yōu)良的位移補(bǔ)償能力，并適用于高速場(chǎng)合。
5、 長(zhǎng)壽命、低噪聲、耐腐蝕、無摩擦、免維修、不導(dǎo)電、無磁性。

本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下的實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步給出。 圖1是本實(shí)用新型碳纖維材料傳動(dòng)軸的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1A-A的剖視圖。
圖3是本實(shí)用新型碳纖維材料傳動(dòng)軸應(yīng)用的使用狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型碳纖維材料傳動(dòng)軸，包括軸體1和設(shè)在軸體1 兩端的法蘭2。軸體1為管狀，可最大限度地減少材料的用量。該軸體1 包括軸身11和設(shè)在軸身兩端的連接段12，各連接段上均相對(duì)設(shè)有連接孔。 法蘭2包括連接管21和從該連接管的一端垂直延伸的固定法蘭22。連接管 21上相對(duì)設(shè)有連接孔，與軸體連接段上設(shè)置的連接孔相對(duì)應(yīng)；法蘭2的兩 連接管21套設(shè)在軸體兩端的連接段12內(nèi)，通過螺栓3固定連接。固定法 蘭22上也設(shè)有固定孔221，用于該傳動(dòng)裝置連接。由于要承受較大的載荷， 以及采用螺紋連接，該軸體1兩端與法蘭結(jié)合區(qū)域的連接段管段的管壁較 軸體1軸身的管壁加厚。碳纖維材料傳動(dòng)軸在工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)械通過高彈 性聯(lián)軸器與碳纖維材料傳動(dòng)軸一端法蘭2相連輸入動(dòng)力，通過碳纖維材料 傳動(dòng)軸體與另一端法蘭將動(dòng)力輸出。
請(qǐng)參閱圖2，軸體1包括由碳纖維纏繞形成的內(nèi)層11、外層12以及夾 在內(nèi)、外層ll、 12之間的夾心層13所構(gòu)成。內(nèi)層11和外層12選用采用 碳纖維單向與浸膠技術(shù)所生產(chǎn)的碳纖維單向環(huán)氧樹脂預(yù)浸料為主要生產(chǎn)材
料，根據(jù)軸體1的力學(xué)及重量要求設(shè)計(jì)出內(nèi)層11和外層12材料的用量及 碳纖維排列方向。碳纖維單絲直徑為6-9微米，每束絲數(shù)為500-20000根。
由碳纖維纏繞形成的內(nèi)層11及外層12形成單螺紋狀、多螺紋狀或網(wǎng) 格狀紋路。最好為網(wǎng)格狀紋路。碳纖維與軸體1軸線呈一定角度的方向纏 繞，角度范圍為-90度到90度。具體纏繞時(shí)，相鄰兩碳纖維纏繞層的碳纖 維之間成90度夾角。內(nèi)層11由2-3層碳纖維纏繞層構(gòu)成，外層12由3-4 層碳纖維纏繞層構(gòu)成。
如果碳纖維材料傳動(dòng)軸長(zhǎng)度過長(zhǎng)，可以采用拼接的方式，由若根短的 碳纖維材料傳動(dòng)軸拼接而成，拼接處采用交錯(cuò)齒相互交錯(cuò)拼接。
5夾心層13采用注塑包裹，然后再纏繞外層碳纖維。
本實(shí)用新型的法蘭2克采用金屬材料，也可以采用碳纖維復(fù)合材料模 壓成型。根據(jù)具體要求選擇。采用傳統(tǒng)的金屬材料制造的碳纖維材料傳動(dòng) 軸法蘭，制造簡(jiǎn)單，成本較低，但大位移補(bǔ)償性能不足。實(shí)用碳纖維復(fù)合 材料制造的法蘭可實(shí)現(xiàn)大位移補(bǔ)償技術(shù)的要求。
圖3是本實(shí)用新型碳纖維材料傳動(dòng)軸使用狀態(tài)的示意圖。電機(jī)100通 過高彈性聯(lián)軸器200與碳纖維材料傳動(dòng)軸一端的法蘭301相連并輸入動(dòng)力， 碳纖維材料傳動(dòng)軸體400與另一軸端法蘭302將動(dòng)力傳輸至下一個(gè)傳動(dòng)裝 置500。在法蘭302與下一個(gè)傳動(dòng)裝置之間可加高彈性的膜片材料。由于碳 纖維材料傳動(dòng)軸自重較輕，無需為其布置軸承及支承裝置，有效降低該軸 系承受的支反力、彎矩及對(duì)中的難度。
上述碳纖維能滿足傳動(dòng)軸系隔、減震、抗沖擊的要求，減輕傳動(dòng)軸系 的重量，優(yōu)化軸系的布置結(jié)構(gòu)，使傳動(dòng)軸系具備更佳的性能。
本實(shí)用新型已由上述相關(guān)實(shí)施例加以描述，然而上述實(shí)施例僅為實(shí)施 本實(shí)用新型的范例，必須指出的是，已揭露的實(shí)施例并末限制本實(shí)用新型 的范圍。相反地，包含權(quán)利要求書的精神及范圍的修改及均等設(shè)置均包含 于本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、碳纖維材料傳動(dòng)軸，包括軸體和設(shè)在軸體兩端的法蘭；其特征在于，所述的軸體為管狀，該軸體兩端與法蘭結(jié)合區(qū)域的管段的管壁較軸體軸身的管壁厚；所述的軸體包括由碳纖維纏繞形成的內(nèi)、外層以及夾在所述內(nèi)、外層之間的夾心層所構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維材料傳動(dòng)軸，其特征在于，所述的軸 體的兩端設(shè)有連接段，各連接段上均相對(duì)設(shè)有連接孔；所述法蘭包括連接 管和從該連接管的一端垂直延伸的法蘭盤，所述連接管上相對(duì)設(shè)有連接孔， 與軸體連接段上設(shè)置的連接孔相配合；所述法蘭的兩連接管套設(shè)在軸體兩 端的連接段內(nèi)，通過螺栓固定連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳纖維材料傳動(dòng)軸，其特征在于，所述 的法蘭采用碳纖維復(fù)合材料模壓成型構(gòu)成或由金屬材料加工成型構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的碳纖維材料傳動(dòng)軸，其特征在于，所述碳纖 維纏繞形成的內(nèi)層及外層的碳纖維形成單螺紋狀、多螺紋狀或網(wǎng)格狀紋路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳纖維材料傳動(dòng)軸，其特征在于，所述碳纖 維與軸體軸線呈一定角度的方向纏繞，角度范圍為-90度到90度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的碳纖維材料傳動(dòng)軸，其特征在于，所述碳纖 維纏繞形成的內(nèi)層或外層，由多層碳纖維纏繞層構(gòu)成，相鄰兩碳纖維纏繞 層的碳纖維之間成0-90度夾角。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維材料傳動(dòng)軸，其特征在于，所述碳纖 維纏繞形成的內(nèi)層，由2-3層碳纖維纏繞層構(gòu)成；所述碳纖維纏繞形成的 外層，由3-4層碳纖維纏繞層構(gòu)成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳纖維材料傳動(dòng)軸，其特征在于，所述碳纖 維單絲直徑為6-9微米，每束絲數(shù)為500-20000根。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳纖維材料傳動(dòng)軸，其特征在于，所述碳纖 維纏繞前采用環(huán)氧樹脂浸潤(rùn)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維材料傳動(dòng)軸，其特征在于，所述夾 心層采用采用注塑包裹，然后再纏繞外層碳纖維。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種碳纖維材料傳動(dòng)軸，包括軸體和設(shè)在軸體兩端的法蘭；其特征在于，所述的軸體為管狀，該軸體兩端與法蘭結(jié)合區(qū)域的管段的管壁較軸體軸身的管壁厚；所述的軸體包括由碳纖維纏繞形成的內(nèi)、外層以及夾在所述內(nèi)、外層之間的夾心層所構(gòu)成。具有優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度和抗拉模量、重量輕，優(yōu)化系統(tǒng)布置、優(yōu)良的位移補(bǔ)償能力，以及長(zhǎng)壽命、低噪聲、耐腐蝕、無摩擦、免維修、不導(dǎo)電，無磁性等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16C3/02GK201241910SQ20082005661
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者亮 曹, 曹逸蒼 申請(qǐng)人:上海蒼逸機(jī)電研究所