碳纖維機(jī)床傳動軸的彎扭性能研究.pdf

1、分類號——UDC密級學(xué)校代碼劣屬程歹大薯學(xué)位論文10497題目璧紅笙查監(jiān)堡塾墊鮑窒墊：絲魚墾盟塞英文designofcarbonfiberreinforcedplasticdriveshaft’Sbendingand題目!Q!墨iQ趔P曼煎o巡曼魚!壘堡絲叢監(jiān)垃Q!研究生姓名魚矗題指導(dǎo)教師姓名——』巫些L職稱——塑墜一學(xué)位—盛_副指導(dǎo)教師姓名單位名稱申請學(xué)位級別論文提交日期職稱碩士論文答辯日期學(xué)位授予單位盛墨墨王盤堂學(xué)位授予日期答辯委員

2、會主席墨凼盤評閱人至塑型絲塑墮2013年4月摘要針對大型機(jī)床，傳統(tǒng)的金屬傳動軸因其質(zhì)重，軸承間跨距大，振動大，造成傳動精度差，導(dǎo)致機(jī)床的加工精度下降。碳纖維樹脂復(fù)合材料因其比強(qiáng)度大、比剛度大、固有頻率高、阻尼大等優(yōu)越的靜動態(tài)特性，成為了當(dāng)今重型機(jī)床傳動軸材料的新寵。裝配型碳纖維傳動軸因其性能優(yōu)越、工藝簡單、靈活性強(qiáng)，應(yīng)用潛力巨大。本文對碳纖維復(fù)合材料機(jī)床傳動軸進(jìn)行了設(shè)計(jì)與評估，并對其各項(xiàng)力學(xué)性能和彎扭耦合效應(yīng)進(jìn)行了初步的探討。本文設(shè)計(jì)的

3、碳纖維裝配型傳動軸是將金屬端與碳纖維圓管膠接而成。運(yùn)用復(fù)合材料的經(jīng)典力學(xué)理論，分析得出鋪層參數(shù)對復(fù)合材料圓管的力學(xué)性能及彎扭耦合效應(yīng)都有著顯著的影響，可通過對鋪層參數(shù)的設(shè)計(jì)，最大優(yōu)化碳纖維傳動軸的彎扭性能。且基于梁單元理論，推導(dǎo)出傳動軸彎扭耦合控制系數(shù)的表達(dá)式，并分析出影響耦合控制系數(shù)的各項(xiàng)因素。根據(jù)傳動軸的工作載荷，設(shè)計(jì)出碳纖維圓管、金屬端外形結(jié)構(gòu)尺寸及膠接部分參數(shù)。運(yùn)用ansys有限元仿真，得出各鋪層參數(shù)對碳纖維圓管的彎扭強(qiáng)度、剛度

4、及耦合效應(yīng)的影響關(guān)系曲線。結(jié)果表明：鋪層角對各項(xiàng)性能的影響最為顯著，隨著纖維角度的增加，碳纖維圓管抗彎強(qiáng)度、剛度單調(diào)遞減。而抗扭強(qiáng)度在450附近最大，250和750附近最小；抗扭剛度在500600間最大，在150附近最小。偏軸纖維的增加能優(yōu)化耦合性能，耦合系數(shù)在200250間取得最大值，在00和900時(shí)為0。所以碳纖維傳動軸的設(shè)計(jì)應(yīng)主要選用450和Oo，并適當(dāng)增加士450層。隨著鋪層厚度的增加，圓管的彎扭強(qiáng)度、剛度均單調(diào)遞增。同時(shí)鋪層順

5、序?qū)A管彎扭強(qiáng)度的影響較大，剛度的影響較小，【45／45／0]的鋪層順序具有最優(yōu)的彎扭綜合性能?？紤]到反對稱鋪層的耦合效應(yīng)稍微優(yōu)于對稱鋪層，提出本軸的最優(yōu)鋪層設(shè)計(jì)為[45／45／012145／4513[0／45／4512。最后運(yùn)用仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，得出碳纖維裝配型傳動軸試件的彎扭性能參數(shù)。Ansys仿真預(yù)測彎曲強(qiáng)度為12339MPa，彎曲剛度為34086Nm2；扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為8238MPa，扭轉(zhuǎn)剛度為7231Nm2。實(shí)驗(yàn)得出試件的彎曲