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碳纤维传动轴的制造技术

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研发背景
飞机、轮船、汽车、水泵和冷却塔等传动轴多为金属材料制备,有很多优点,但也存在质量重、拆装不方便、加工困难、制造周期长、生产效率低、疲劳性能差、抗阻尼性差等确定。现今工业一直在寻找减轻材料本身重量并且增加其有效载荷的方法,而应运而生的高性能碳纤维复合材料正可以满足这种需求。因此,高强度、高模量(硬度)的树脂复合材料传动轴正在传动轴的应用中扮演着越来越重要的角色。

应用范围

游艇上的应用

传动轴总重量22Kg,长度2335mm,同样传扭能力钢质传动轴质量为130Kg(不考虑连接件),降低重量83%。实现了国产复合材料传动轴首次实船配套。安全运行600余天


在船舶动力传动装置振动噪声检测试验台的应用 

原金属传动轴在该试验台柴油机的某些工况下存在较大振动,通过改用复合材料传动轴后解决振动问题。


在武汉理工大学半消声室的应用

原金属轴系在试验台运行过程中,轴承发热易损,经常更换,通过使用复合材料轴系后解决相应问题

技术路线及原理
材料选择:为了满足良好的承载能力和扭转刚度,此外还应当尽量减轻轴的自重方便安装和拆卸。中间圆筒为碳纤维复合材料空心件,碳纤维为T700,树脂为环氧树脂;两端为钢制法兰结构件;粘接用胶黏剂采用高韧性环氧体系粘接剂。

成型工艺
碳纤维复合材料直筒段采用纤维缠绕工艺成型,将碳纤维浸渍环氧树脂,通过纤维缠绕机按照设计的角度和铺层顺序,缠绕在金属芯模上,再经过固化、加工、脱模等工序成型的。

胶合工艺
法兰与碳纤维复合材料直筒的连接采用粘接成型工艺,并在粘接界面采用销钉加强。粘接用胶黏剂采用高韧性环氧体系粘接剂,具有粘接强度高、耐湿热性能好等特点。

技术特色
当应用于汽车时,由于轴重量很轻,在转动时具有更小的惯性,减小了转动能量的损失,一个更轻的驱动轴使你的引擎有更多的动力作用于地面; 在大型船舶中约占船舶总重量的,而长轴系上通常不需要布置轴承,或减少了轴承数量,这样就降低了成本,减轻了轴系,减少了部件,并节省了轴承支撑件的成本; 应用于赛车时,使用金属驱动轴会产生谐振动,从而限制了引擎的转速,而通过设计的碳纤维驱动轴可以消除驱动轴的转速限制,把引擎速度加速到飞机的安全飞行速度;

经济效益分析
汽车底盘每减重1kg,整车会带来10kg的效果,把金属传动轴更换为碳纤维传动轴可以为整车带来100kg减重效果。汽车每减重100kg,油耗降低约0.04L/km; 0-100km/h加速性提升8%-10%制动距离缩短2-7m;新能源汽车续航里程可提升10%-11%,电池成本减少20%,日常损耗成本减少20% ;

采用碳纤维传动轴可以使原来的两件合并为一件,这样就可以减少轴承和轴承底座的数量;