一段式复合材料汽车传动轴的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料领域，涉及一种一段式复合材料汽车传动轴的制备方法。
【背景技术】
[0002]复合材料管件是工程上常用的一种结构件，管型制品的特点是中空、环向连续封闭、轴向具有一定的长度，具有较高的轴向和环向力学性能，可用于承受轴向拉压、弯曲和扭转，具有较高的结构效率，是各种结构中常见的结构零部件形式之一。常见的管型制品有飞机、车船、机械中的传动轴、飞机/直升机上的尾椎管\导弹桶身/头椎/尾喷管、螺旋桨/旋翼/风机叶片蒙皮的异形截面管、筒型压力容器、空间桁架常用的管型受力杆件、缓冲吸能装置中的吸能管、飞机/直升机结构中的管梁、工业管道、弯头等。在材料轻量化的今天，抗弯和抗扭强度高的更轻的复合材料管成为了近年来结构件的必要选择。目前一般采用厚度较大的铺层提高复合材料的抗弯和抗扭转疲劳性能。有报道采用石膏模具制备具有竹节结构增强的复合材料管，抗弯刚度、抗弯和抗扭转疲劳性能差，且其制备方法复杂，不可能实现批量化(CN101214729A)。
[0003]目前用于大多数传动轴的材质为钢质，复合材料科传动轴具有重量轻，强度高，适用于长跨距、大扭矩、高转速应用，热膨胀系数低，可隔绝噪声与振动等优点，可以满足不同的工程应用。已报道的汽车传动轴大部分是两段式，未见报道的一段式复合材料传动轴且可提供长度和角度变化结构的文献，本发明可以实现高强复合材料汽车传动轴的制备，解决在实际应用中适度调节长度和角度的难题。可根据不同的应用性能要求制备重量轻、强度高、大扭矩、高转速的汽车复合材料传动轴。该传动轴可提高使用安全性和燃油效率，有效隔绝噪声与减震。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提出一种一段式复合材料汽车传动轴的制备方法，该发明可制备疲劳性好、刚度高，静扭强度高等特点的汽车传动轴，并作为一体件充分满足了的汽车在运动过程中对传动轴长度的变化的要求。
[0005]为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以解决:
[0006]一段式复合材料汽车传动轴的制备方法，包括分别与具有内螺纹的复合材料管两端连接的十字万向节和球笼式万向节，所述十字万向节与汽车动力系统连接，所述球笼式万向节与后桥系统采用法兰形式连接，所述制备方法包括以下步骤:
[0007]I)具有内螺纹的复合材料管制备:
[0008]a、将预浸料缠绕至外螺纹模具上，所述外螺纹模具为开有螺旋状螺槽的螺柱，首先预浸料在O?1N的张力条件下，按照O?90°的角度在模具上缠绕一层；
[0009]b、再以10?30N张力条件下按照螺槽的角度缠绕到螺槽内；
[0010]C、重复步骤a和b反复缠绕2?50次将螺槽缠满；
[0011]d、然后按照预浸料与模具轴向成O?90°将预浸料在5?30N张力的条件下缠绕5?100层结束缠绕，形成复合材料管；
[0012]e、最后将所述复合材料管固化定型后通过反方向旋转脱出所述外螺纹模具，得到具有内螺纹加强筋的复合材料管；
[0013]2)将十字万向节通过胶结或机械连接到步骤I)制得的具有内螺纹加强筋的复合材料管的一端或在所述复合材料管缠绕时直接缠绕在复合材料管的金属法兰上；
[0014]3)将球笼式万向节通过胶结或机械连接到所述具有内螺纹加强筋的复合材料管的另一端或按照2)的方式先将金属法兰连接至复合材料管，再将球笼式万向节连接至金属法兰，即制得一段式复合材料汽车传动轴。
[0015]作为优选的技术方案:
[0016]本发明的制备方法，所述复合材料管在脱模前通过在旋转烘箱内，以5?10r/min的速度旋转，在温度为60?80°C固化0.5?2h，温度为90?120°C固化0.5?2h，温度为150?200°C固化0.5?3h后进行脱模。通过对树脂的研宄，分三段加热，可以控制交联速度，消除反应过程中产生的内应力。
[0017]本发明的制备方法，所述金属法兰与复合材料管连接的部分镶嵌凸起，凸起主体直径为I?5mm，含有针状或三角或四角的尖端；凸起沿圆周方向数量为4?100个，垂直圆周方向数量为I?100个，凸起相互交错；凸起高度为复合材料管壁厚的I?10倍。该法兰主要是用于直接缠绕在复合材料管上，此凸起可以起到加强界面连接的作用。针状或四角的尖端可以避免纤维在凸起上挂丝。
[0018]本发明的制备方法，所述复合材料管的内螺纹加强筋螺纹与复合材料管轴中心线的角度为I?85°，对应的模具为含有贯穿的相应螺纹结构；当受扭矩为1000?3000Nm，螺纹的角度为I?45° ;当受扭矩为3000?lOOOONm，螺纹的角度为45?85°。选择不同的螺纹角度，可以得到抵抗不同扭矩的传动轴。
[0019]本发明的制备方法，所述复合材料管内螺纹加强筋的螺纹宽度为O?1mm ;所述内螺纹加强筋的螺纹截面形状为三角形、半圆形或梯形。该螺纹形状利于脱模。
[0020]本发明的制备方法，所述十字万向节、球笼式万向节为铝合金、镁合金、钛合金或钢材材质，保证连接件的刚度；所述机械连接包括铆接、螺纹连接、锥螺纹连接或套管冷挤压连接，对于高扭矩的传动轴使用机械连接较合适。
[0021]本发明的制备方法，所述预浸料为纤维预浸料或织物预浸料，织物预浸料为宽为10?100_的布带。
[0022]本发明的制备方法，所述预浸料为在线预浸的预浸料，即纤维在缠绕前进行浸泡树脂。在线预浸，保证了成本和浸润效果。
[0023]本发明的制备方法，所述纤维为高性能纤维，包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶、高模量聚乙烯纤维、玄武岩纤维及以上任两种或两种以上纤维组合。在轻量化方面选择碳纤维，在低成本高强度可以选择玻璃纤维，而对于韧性方面要求较高可以选择无机纤维和有机纤维组合。
[0024]本发明的制备方法，所述树脂为热固型树脂，包括环氧树脂或双马来酰亚胺树脂。综合力学性能、成型工艺和耐温性方面的特点，选择了以上两种树脂。
[0025]有益效果
[0026]由于采用以上技术方案，本发明提出的一段式复合材料汽车传动轴的制备方法，通过该方法制备的该复合材料一段式传动轴充分发挥了复合材料固有频率高的优势，具有极高的疲劳性和静扭强度等特点，可满足汽车在运动过程中对传动轴长度和角度的变化的要求，可制备疲劳性好、刚度高，静扭强度高等特点的汽车传动轴，并作为一体件充分满足了的汽车在运动过程中对传动轴长度的变化的要求，可应用于乘用车、卡车、商务车、越野车和跑车等前置后驱的车型。
【附图说明】
[0027]图1为本发明中的复合材料管结构示意图；
[0028]图2为本发明中的复合材料管剖面图；
[0029]图3为本发明中的外螺纹模具结构示意图；
[0030]图4为本发明中的外螺纹模具截面示意图；
[0031]图5为本发明一段式复合材料汽车传动轴结构示意图；
[0032]图6为本发明中十字万向节的结构示意图；
[0033]图7为本发明中球笼式万向节的结构示意图。
[0034]图中:
[0035]I为十字万向节；2为复合材料管；3为球笼式万向节
【具体实施方式】
[0036]下面根据附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明:
[0037]实施例1
[0038]本发明的一段式复合材料汽车传动轴的制备方法，包括分别与具有内螺纹的复合材料管两端连接的铝合金十字万向节I和铝合金球笼式万向节3，所述铝合金十字万向节与汽车动力系统连接，所述铝合金球笼式万向节与后桥系统采用法兰形式连接，所述制备方法包括以下步骤:
[0039]I)具有内螺纹的复合材料管2制备:
[0040]a、先将玻璃纤维进行环