碳纖維復(fù)合材料傳動軸的設(shè)計研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料傳動軸不僅質(zhì)量輕，具有很好的耐疲勞性和耐腐蝕性，而且噪聲小、震動衰減性好、安全性好，特別適用于大型重載傳動軸。碳纖維復(fù)合材料傳動軸根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可以分為整體型和裝配型兩類。整體型結(jié)構(gòu)可以采用短切纖維注塑成型或采用連續(xù)纖維編織固化成型；裝配型即傳動軸由兩個以上構(gòu)件通過連接裝配成一個整體。裝配型傳動軸由于其工藝簡單，且力學(xué)性能好被廣泛使用。本文主要研究裝配型碳纖維復(fù)合材料傳動軸的設(shè)計。
　　 裝配型傳動軸一般由金屬構(gòu)件和

2、碳纖維管連接而成，金屬構(gòu)件和碳纖維管的連接對裝配型傳動軸的性能至關(guān)重要，因此連接設(shè)計是本論文研究重點之一。本文分析了復(fù)合材料與金屬常用的連接方式及特點，并對混合連接(既有膠連接又有機(jī)械連接)的傳動軸進(jìn)行了設(shè)計計算。根據(jù)膠連接的經(jīng)驗公式和ANSYS分析結(jié)果確定了膠連接的套合長度，并對膠的剪切強度進(jìn)行了校核。機(jī)械連接使用螺釘連接，對螺釘?shù)闹睆?、邊距、間距，行距分別做了計算和校核，達(dá)到了傳動軸扭轉(zhuǎn)強度的要求。
　　 碳纖維管的設(shè)計是論

3、文的另一個研究重點。碳纖維管的設(shè)計方法上與傳統(tǒng)金屬軸不同，碳纖維管結(jié)構(gòu)設(shè)計包含了材料設(shè)計，如組分材料和鋪層方向等。碳纖維管一般為薄壁圓管構(gòu)件，也可以看作是一種層合板結(jié)構(gòu)件，其鋪層設(shè)計沿用層合板的設(shè)計理論。傳動軸工作時主要承受扭矩，所以碳纖維管要有足夠的扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)剛度。本文中碳纖維管的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括鋪層角度、鋪層順序、鋪層厚度以及鋪層比例的設(shè)計。文中采用有限元軟件ANSYS及Tsai-Wu張量準(zhǔn)則分析了不同的鋪層角度對軸的扭轉(zhuǎn)強度和

4、扭轉(zhuǎn)剛度的影響。碳纖維復(fù)合材料的成型工藝中，纏繞成型工藝效率高，可使制品最大限度的獲得所要求的結(jié)構(gòu)性能，故本文碳纖維試件采用纏繞成型工藝加工。結(jié)合ANSYS分析結(jié)果、纏繞成型工藝的特點和連接部位對鋪層比例的要求，最后確定了碳纖維管的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 為了驗證碳纖維復(fù)合材料傳動軸設(shè)計方法的準(zhǔn)確性，加工了試驗件，并對試驗件進(jìn)行了靜扭轉(zhuǎn)試驗和扭轉(zhuǎn)疲勞試驗，試驗結(jié)果與設(shè)計的碳纖維復(fù)合材料傳動軸的臨界破壞扭矩基本吻合。
　　 本文