[發明專利]一種用于碳纖維復合材料傳動軸與金屬法蘭的Z-pin聯接方法

在審

• 申請號: 201510808222.0
• 申請日: 2015-11-20
• 公開（公告）號: CN105333021A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 王曉光;任慶;胡業發;張錦光;丁國平;宋春生
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: F16D1/06
• 分類號: F16D1/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及碳纖維復合材料零件設計制造技術領域，特別是一種用于碳纖維復合材料傳動軸與金屬法蘭的Z-pin聯接方法。

背景技術

目前，樹脂基碳纖維復合材料質量輕、比強度大、比模量大、熱膨脹系數小等優異性使它在減重、減震等方向逐漸占有更大的比重，它不僅在航空、航天等高新技術方面，而且在汽車、建筑、醫療等民用方面也開始有廣泛的應用。傳動軸在機械工程零件中占有核心地位，為了能滿足強度、轉速、振動等方面更高標準的需求，部分有特殊要求的傳動軸的生產材料已開始從傳統材料過渡為優異的碳纖維復合材料。

使用碳纖維材料傳動軸需與金屬法蘭聯接以傳遞扭矩，目前，常用的聯接方式有膠聯接、機械聯接(螺栓聯接、鉚釘聯接等)、成型聯接、焊接(釬焊、擴散焊等)等。膠聯接的特點是不破壞纖維，避免應力集中，但是膠聯接粘接面強度不均，傳遞載荷取決于膠的剪切強度，傳遞載荷不大；機械聯接能傳遞大載荷，便于裝卸，但是機械聯接接會破壞纖維，存在應力集中，聯接效率低；成型聯接加工制造復雜；焊接需要表面預處理，工藝復雜。近年Z-pin增強技術應用逐漸廣泛，但Z-pin聯接增強目前還僅使用非金屬Z-pin、僅應用于碳纖維之間的聯接。綜上，目前的聯接形式或工藝復雜，或還不能夠完全發揮碳纖維的優異性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：為了克服現有碳纖維復合材料傳動軸與金屬法蘭聯接的不足,通過Z-pin套筒和針形金屬Z-pin，提供用于碳纖維復合材料傳動軸與金屬法蘭的Z-pin聯接方法，以便保證纖維的連續性，而且能夠傳遞更大扭矩，提高碳纖維傳動軸與金屬法蘭之間的聯接可靠性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供的用于碳纖維復合材料傳動軸與金屬法蘭的Z-pin聯接方法，具體是：碳纖維復合材料傳動軸與金屬法蘭聯接處增加了過渡零件Z-pin套筒，碳纖維復合材料傳動軸與Z-pin套筒通過纖維纏繞的方式形成一體，并且一起固化。該方法可用現有的纖維纏繞工藝和裝備，制造成本低，錐形Z-pin套筒和芯軸過渡頭使纏繞工藝簡單，可實現自動化。

所述的Z-pin套筒，其表面用焊接或過盈配合植入針形金屬Z-pin，以便碳纖維纏繞時貼緊Z-pin套筒并且包覆Z-pin，增加碳纖維與Z-pin套筒的接觸面。

所述的Z-pin套筒，其外表面為錐形，能使碳纖維平順地從芯軸過渡到Z-pin套筒。

所述的Z-pin套筒，其依靠芯軸過渡頭在芯軸端部實現定位，依靠纏繞過程中纖維對Z-pin套筒的錐面的壓力實現自動夾緊。

所述的Z-pin套筒，其端面有多個軸向銷孔，用以通過銷與金屬法蘭實現聯接。

所述的芯軸過渡頭，設有使該芯軸過渡頭能定位在芯軸上的止口。

所述的芯軸過渡頭，設有使碳纖維能在纏繞過程中自然換向的球形過渡面。

所述的芯軸過渡頭，設有便于切割固化后碳纖維的切割槽。切割后沿軸向依次可分離芯軸過渡頭、芯軸，以實現碳纖維復合材料傳動軸的脫模。

本發明在聯接工藝過程中碳纖維復合材料傳動軸與Z-pin套筒通過纖維纏繞的方式形成一體，并且一起固化。

本發明提供的上述的聯接方法，使碳纖維傳動軸能夠傳遞更大扭矩，提高了碳纖維傳動軸與金屬法蘭聯接的可靠性，促進了碳纖傳動軸在汽車、機床行業中的應用。

本發明與現有技術相比，主要有以下的優點：

1.不破壞纖維連續性，能夠充分發揮碳纖維材料的優異性能。

2.在碳纖維復合材料傳動軸工作過程中，碳纖維復合材料傳動軸與金屬法蘭不直接傳遞載荷，碳纖維復合材料傳動軸將載荷傳遞到Z-pin套筒，Z-pin套筒通過銷將載荷傳遞到金屬法蘭，可提高碳纖維傳動軸與金屬法蘭聯接處的承受載荷能力，從而能更加發揮碳纖維的優異性能。

3.在工藝過程中，碳纖維復合材料傳動軸與Z-pin套筒通過纖維纏繞的方式形成一體，并且一起固化。該方法可用現有的纖維纏繞工藝和裝備，制造成本低，錐形Z-pin套筒和芯軸過渡頭使纏繞工藝簡單，可實現自動化。

4.提高了碳纖維傳動軸與金屬法蘭聯接的可靠性，促進了碳纖傳動軸在汽車、機床行業中的應用。

附圖說明

圖1是本發明聯接方法中所用的Z-pin套筒主視圖的結構示意圖。

圖2是圖1的左視圖。

圖3是圖1的Ⅰ處放大圖。

圖4是圖1的Ⅱ處放大圖。

圖5是本發明聯接方法中所用的芯軸示意圖。

圖6是本發明聯接方法中所用的芯軸過渡頭主視圖的示意圖。