[發(fā)明專利]碳纖維復(fù)合空心軸及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810366862.4
• 申請(qǐng)日: 2018-04-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108518404A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鈞;鄒毅;楊小利;段華軍;蔡浩鵬;王翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F16C3/02
• 分類號(hào): 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(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合空心軸及其制備方法。該碳纖維復(fù)合空心軸包括內(nèi)管、外管以及多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件；所述多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件設(shè)置于所述內(nèi)管的外壁和所述外管的內(nèi)壁之間，所述多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件沿內(nèi)管和外管的周向排列，所述多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的長(zhǎng)度沿著所述內(nèi)管和外管的軸向方向延伸，所述空心軸的材質(zhì)為碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料。本發(fā)明極大的改善了復(fù)合材料空心軸沿軸向的強(qiáng)度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)改善了軸縱向截面的剛度，從而易于推廣。并通過(guò)結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)，既有效地減輕了空心軸的重量，又保證了空心軸的力學(xué)性能要求，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到“因材施用，物盡其用”。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合高強(qiáng)度高剛度空心軸及其制備方法。

背景技術(shù)

工業(yè)設(shè)備離不開(kāi)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(lái)說(shuō)，分為空心軸與實(shí)心軸。根據(jù)材料力學(xué)分析，在轉(zhuǎn)軸傳遞扭矩時(shí)，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(shí)心軸，以減少轉(zhuǎn)軸的自重。

隨著材料成形技術(shù)的發(fā)展，空心軸由于具有節(jié)材、重量輕、力學(xué)性能好的特點(diǎn)將逐漸取代傳統(tǒng)的實(shí)心軸，成為軸類件的優(yōu)先選擇。傳統(tǒng)的空心軸加工方法有自由鍛造、徑向精鍛、機(jī)加工等，但加工精度低而且有廢料，費(fèi)時(shí)等缺點(diǎn)。

現(xiàn)階段汽車、輪船傳動(dòng)軸部件以及各類托輥都是金屬材質(zhì)，考慮到傳動(dòng)軸的受力情況比較復(fù)雜，尤其是要承受很大的扭矩，金屬材質(zhì)的軸會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品重量很大。故如何實(shí)現(xiàn)輕量化是本領(lǐng)域技術(shù)人員的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高強(qiáng)度高剛度的碳纖維復(fù)合空心軸及其制備方法。該空心軸制備工藝簡(jiǎn)單，易于推廣。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案是：

一種碳纖維復(fù)合空心軸，所述碳纖維復(fù)合空心軸包括內(nèi)管、外管以及多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件；所述多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件設(shè)置于所述內(nèi)管的外壁和所述外管的內(nèi)壁之間，所述多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件沿內(nèi)管和外管的周向排列，所述多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的長(zhǎng)度沿著所述內(nèi)管和外管的軸向方向延伸，所述空心軸的材質(zhì)為碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料。

上述方案中，所述每個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)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(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的截面形狀為圓形。

上述方案中，所述纖維復(fù)合空心軸還包括填充于多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件之間空隙的填料，所述填料為碳纖維和樹(shù)脂的混合輕質(zhì)填料。

上述方案中，每個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的壁厚為2～20mm。

上述方案中，所述空心軸長(zhǎng)度為0.1～20m，外徑為10～500mm。

上述方案中，所述內(nèi)管和外管的壁厚為3～40mm。

上述方案中，所述樹(shù)脂包括環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂。

所述的碳纖維復(fù)合空心軸的制備方法，所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件由碳纖維拉擠制成；所述內(nèi)管和外管采用碳纖維紗纏繞制成。

本發(fā)明具有以下有益效果：根據(jù)承受載荷的要求進(jìn)行力學(xué)分析設(shè)計(jì)，采用拉擠結(jié)合環(huán)向纏繞的工藝在受力方向上相應(yīng)增強(qiáng)該方向的強(qiáng)度，極大的改善了復(fù)合材料空心軸沿軸向的強(qiáng)度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)改善了軸縱向截面的剛度，從而易于推廣。并通過(guò)結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)，既有效地減輕了空心軸的重量，又保證了空心軸的力學(xué)性能要求，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到“因材施用，物盡其用”。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1所提供的碳纖維復(fù)合空心軸的整體縱向截面圖。

圖2是實(shí)施例1中的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的縱向截面圖。

圖3是實(shí)施例2所提供的碳纖維復(fù)合空心軸的整體縱向截面圖。

具體實(shí)施方式