[發明專利]碳纖維復合空心軸及其制備方法

在審

• 申請號: 201810366862.4
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108518404A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 王鈞;鄒毅;楊小利;段華軍;蔡浩鵬;王翔
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: F16C3/02
• 分類號: F16C3/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鄔麗明

本發明涉及一種碳纖維復合空心軸及其制備方法。該碳纖維復合空心軸包括內管、外管以及多個增強結構件；所述多個增強結構件設置于所述內管的外壁和所述外管的內壁之間，所述多個增強結構件沿內管和外管的周向排列，所述多個增強結構件的長度沿著所述內管和外管的軸向方向延伸，所述空心軸的材質為碳纖維增強樹脂基復合材料。本發明極大的改善了復合材料空心軸沿軸向的強度，增強結構件的設計改善了軸縱向截面的剛度，從而易于推廣。并通過結構合理設計，既有效地減輕了空心軸的重量，又保證了空心軸的力學性能要求，同時兼顧經濟性，達到“因材施用，物盡其用”。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維復合高強度高剛度空心軸及其制備方法。

背景技術

工業設備離不開承軸的配合使用，軸的種類是多種多樣的，就最明顯的不同種類來說，分為空心軸與實心軸。根據材料力學分析，在轉軸傳遞扭矩時，從徑向截面看，越外的地方傳遞有效力矩的作用越大，所以一般可采用空心軸代替實心軸，以減少轉軸的自重。

隨著材料成形技術的發展，空心軸由于具有節材、重量輕、力學性能好的特點將逐漸取代傳統的實心軸，成為軸類件的優先選擇。傳統的空心軸加工方法有自由鍛造、徑向精鍛、機加工等，但加工精度低而且有廢料，費時等缺點。

現階段汽車、輪船傳動軸部件以及各類托輥都是金屬材質，考慮到傳動軸的受力情況比較復雜，尤其是要承受很大的扭矩，金屬材質的軸會導致產品重量很大。故如何實現輕量化是本領域技術人員的研究熱點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高強度高剛度的碳纖維復合空心軸及其制備方法。該空心軸制備工藝簡單，易于推廣。

為實現上述目的，本發明公開的技術方案是：

一種碳纖維復合空心軸，所述碳纖維復合空心軸包括內管、外管以及多個增強結構件；所述多個增強結構件設置于所述內管的外壁和所述外管的內壁之間，所述多個增強結構件沿內管和外管的周向排列，所述多個增強結構件的長度沿著所述內管和外管的軸向方向延伸，所述空心軸的材質為碳纖維增強樹脂基復合材料。

上述方案中，所述每個增強結構件的截面形狀為扇形、梯形、三角形、工字型或矩形。

上述方案中，所述每個增強結構件的截面形狀為圓形。

上述方案中，所述纖維復合空心軸還包括填充于多個增強結構件之間空隙的填料，所述填料為碳纖維和樹脂的混合輕質填料。

上述方案中，每個增強結構件的壁厚為2～20mm。

上述方案中，所述空心軸長度為0.1～20m，外徑為10～500mm。

上述方案中，所述內管和外管的壁厚為3～40mm。

上述方案中，所述樹脂包括環氧樹脂、乙烯基酯樹脂、不飽和聚酯樹脂或酚醛樹脂。

所述的碳纖維復合空心軸的制備方法，所述增強結構件由碳纖維拉擠制成；所述內管和外管采用碳纖維紗纏繞制成。

本發明具有以下有益效果：根據承受載荷的要求進行力學分析設計，采用拉擠結合環向纏繞的工藝在受力方向上相應增強該方向的強度，極大的改善了復合材料空心軸沿軸向的強度，增強結構件的設計改善了軸縱向截面的剛度，從而易于推廣。并通過結構合理設計，既有效地減輕了空心軸的重量，又保證了空心軸的力學性能要求，同時兼顧經濟性，達到“因材施用，物盡其用”。

附圖說明

圖1是實施例1所提供的碳纖維復合空心軸的整體縱向截面圖。

圖2是實施例1中的增強結構件的縱向截面圖。

圖3是實施例2所提供的碳纖維復合空心軸的整體縱向截面圖。

具體實施方式