碳纖維復合材料傳動軸的設計研究.pdf

1、碳纖維復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。碳纖維復合材料傳動軸根據(jù)結構形式可以分為整體型和裝配型兩類。整體型結構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，且力學性能好被廣泛使用。本文主要研究裝配型碳纖維復合材料傳動軸的設計。
　　 裝配型傳動軸一般由金屬構件和

2、碳纖維管連接而成，金屬構件和碳纖維管的連接對裝配型傳動軸的性能至關重要，因此連接設計是本論文研究重點之一。本文分析了復合材料與金屬常用的連接方式及特點，并對混合連接(既有膠連接又有機械連接)的傳動軸進行了設計計算。根據(jù)膠連接的經(jīng)驗公式和ANSYS分析結果確定了膠連接的套合長度，并對膠的剪切強度進行了校核。機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，達到了傳動軸扭轉強度的要求。
　　 碳纖維管的設計是論

3、文的另一個研究重點。碳纖維管的設計方法上與傳統(tǒng)金屬軸不同，碳纖維管結構設計包含了材料設計，如組分材料和鋪層方向等。碳纖維管一般為薄壁圓管構件，也可以看作是一種層合板結構件，其鋪層設計沿用層合板的設計理論。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強度和扭轉剛度。本文中碳纖維管的結構設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計。文中采用有限元軟件ANSYS及Tsai-Wu張量準則分析了不同的鋪層角度對軸的扭轉強度和

4、扭轉剛度的影響。碳纖維復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構性能，故本文碳纖維試件采用纏繞成型工藝加工。結合ANSYS分析結果、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構參數(shù)。
　　 為了驗證碳纖維復合材料傳動軸設計方法的準確性，加工了試驗件，并對試驗件進行了靜扭轉試驗和扭轉疲勞試驗，試驗結果與設計的碳纖維復合材料傳動軸的臨界破壞扭矩基本吻合。
　　 本文