傳動(dòng)軸發(fā)展.doc

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1、傳動(dòng)軸發(fā)展一 背景汽車(chē)是最普通的代步、運(yùn)輸工具，許多國(guó)家均將汽車(chē)工業(yè)作為其重要的支柱產(chǎn)業(yè)。面對(duì)資源和環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，推進(jìn)汽車(chē)輕量化以降低油耗，一直是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的主題。復(fù)合材料因具有加工能耗低, 輕質(zhì)高強(qiáng), 可設(shè)計(jì)性強(qiáng), 耐銹蝕, 成型工藝性好等優(yōu)點(diǎn), 成為汽車(chē)工業(yè)以塑代鋼的理想材料。汽車(chē)用材料在經(jīng)歷了通用塑料、工程塑料時(shí)代之后, 20世紀(jì)九十年代進(jìn)人復(fù)合材料時(shí)期。通用汽車(chē)公司1953年生產(chǎn)的世界上第一輛復(fù)合材料汽車(chē)車(chē)身汽車(chē)Chevrolet Corvette，敲開(kāi)了復(fù)合材料在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用，自推出此款車(chē)型以來(lái)通用汽車(chē)公司目前已銷(xiāo)售130余萬(wàn)輛，此款車(chē)型采用的是玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料。汽車(chē)復(fù)

2、合材料的應(yīng)用主要經(jīng)歷了兩個(gè)時(shí)期：在20世紀(jì)70年代開(kāi)始，由于SMC材料的成功開(kāi)發(fā)和機(jī)械化模壓技術(shù)以及模內(nèi)涂層技術(shù)的應(yīng)用，促使玻璃鋼/復(fù)合材料在汽車(chē)應(yīng)用的年增長(zhǎng)速度達(dá)到25，形成汽車(chē)玻璃鋼制品發(fā)展的第一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期；到20年代90年代初，隨著環(huán)保和輕量化、節(jié)能等呼聲越來(lái)越高，以GMT（玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料）、LFT（長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料）為代表的復(fù)合材料得到了迅猛發(fā)展，主要用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)部件的制造，年增長(zhǎng)速度達(dá)到1015，掀起第二個(gè)快速發(fā)展時(shí)期。作為新材料前沿的復(fù)合材料逐步替代汽車(chē)零部件中的金屬產(chǎn)品和其它傳統(tǒng)材料，并取得更加經(jīng)濟(jì)和安全的效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車(chē)用復(fù)合材料已占全球復(fù)合材料總量

3、的23%以上，并且成逐步上升的趨勢(shì)。美國(guó)、日本、歐洲的德國(guó)，意大利等發(fā)達(dá)國(guó)家是車(chē)用復(fù)合材料的主要國(guó)家，全球汽車(chē)用增強(qiáng)塑料制品的市場(chǎng)規(guī)模為每年454萬(wàn)噸 ，其中美國(guó)達(dá)到172 萬(wàn)噸，歐洲達(dá)到136萬(wàn)噸。目前，德國(guó)每輛汽車(chē)平均使用的纖維增強(qiáng)塑料制品近300kg，占汽車(chē)總消費(fèi)材料的22%左右，日本每輛汽車(chē)平均使用的纖維增強(qiáng)塑料制品達(dá)100kg，約占汽車(chē)材料消費(fèi)總量的7.5%。其汽車(chē)用復(fù)合材料部件制造的整體技術(shù)水平高，大量采用SMC/BMC材料，采用流水線作業(yè)方式，機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)濟(jì)效益高。涉及到轎車(chē)、客車(chē)、火車(chē)、拖拉機(jī)、摩托車(chē)以及運(yùn)動(dòng)車(chē)、農(nóng)用車(chē)等所有車(chē)種，個(gè)別車(chē)型的單車(chē)平均用量已

4、超過(guò)200kg。采用復(fù)合材料制造的汽車(chē)零部件種類(lèi)繁多，主要包括以下幾類(lèi)圖1.：纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料已被廣泛應(yīng)用于橋車(chē)、客車(chē)、卡車(chē)等的各種覆蓋件和結(jié)構(gòu)件上。主要包括以下應(yīng)用，車(chē)身及車(chē)身部件：車(chē)身殼體、地板、車(chē)門(mén)、前端板、阻流板等；懸掛部件：前后保險(xiǎn)杠、儀表板等；動(dòng)力部件：傳動(dòng)軸、導(dǎo)流罩、發(fā)動(dòng)機(jī)外殼等；車(chē)內(nèi)裝飾：門(mén)內(nèi)飾板、車(chē)門(mén)把手、儀表盤(pán)等。圖1. 碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)上的應(yīng)用圖2.復(fù)合材料在汽車(chē)上的應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料,具有高強(qiáng)度、高剛性, 有良好的耐蠕變和耐腐蝕性, 與其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比較更具有前途成為汽車(chē)輕量化材料。用碳纖維取代鋼材制造車(chē)身和底盤(pán)構(gòu)件, 可減輕質(zhì)量, 從而節(jié)約汽油消耗。碳

5、纖維復(fù)合材料在汽車(chē)上的應(yīng)用, 美國(guó)開(kāi)展的最好, 美國(guó)福特公司早已采用制造汽車(chē)傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、上下懸架臂等零部件，主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)件和受力件上。2003年，碳纖維的SMC復(fù)合材料首先成功批量應(yīng)用于2003款的Dodge Viper車(chē)型和mercedes Maybach車(chē)型的系列化生產(chǎn)中。二 汽車(chē)傳動(dòng)軸發(fā)展歷程汽車(chē)傳動(dòng)軸作為汽車(chē)的一個(gè)重要的運(yùn)動(dòng)部件，傳動(dòng)軸在不同軸心的兩軸間甚至在工作過(guò)程中相對(duì)位置不斷變化的兩軸間傳遞動(dòng)力，工作環(huán)境都比較惡劣。對(duì)傳動(dòng)軸材料性能有著較高的要求，傳統(tǒng)的汽車(chē)傳動(dòng)軸是金屬件。包括傳動(dòng)軸體（一根或者多根）、萬(wàn)向節(jié)（兩個(gè)或者多個(gè)）、滑動(dòng)花鍵副、中間支承結(jié)構(gòu)。對(duì)于金屬傳動(dòng)軸而言，

6、當(dāng)兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)的中心距離不大于1.5m時(shí)，一般采用單根傳動(dòng)軸管。當(dāng)距離較遠(yuǎn)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度超過(guò)1.5m時(shí)，通常就要采用兩根或者兩根以上傳動(dòng)軸管、由三個(gè)或者三個(gè)以上的萬(wàn)向節(jié)連接而成，并且要增設(shè)中間結(jié)構(gòu)件。金屬傳動(dòng)軸在使用過(guò)程中要定期給其注入潤(rùn)滑油，以保養(yǎng)傳動(dòng)軸，而且注潤(rùn)滑油又臟又累，給駕駛?cè)藛T增加負(fù)擔(dān)還浪費(fèi)時(shí)間。并且金屬傳動(dòng)軸在使用過(guò)程中容易磨損，引起傳動(dòng)軸噪音和發(fā)動(dòng)機(jī)能量損失、縮短使用壽命。為了解決磨損、潤(rùn)滑等缺點(diǎn)，美國(guó)最先進(jìn)行了傳動(dòng)軸涂覆層的研發(fā)。1966年成功申請(qǐng)專(zhuān)利。此種工藝將尼龍11、尼龍12、尼龍1010粉末結(jié)合粘結(jié)劑涂覆在金屬傳動(dòng)軸的表面。此種方法對(duì)傳動(dòng)軸的性能及其應(yīng)用有一定的改進(jìn)，但在部

7、件簡(jiǎn)化及性能強(qiáng)度上的改善不大。纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料傳動(dòng)軸的問(wèn)世及發(fā)展正在逐漸解決傳統(tǒng)金屬傳動(dòng)軸的缺點(diǎn)和完善其性能。國(guó)內(nèi)傳動(dòng)軸涂敷尼龍的研究已很成熟了，河南許昌傳動(dòng)軸總廠年產(chǎn)尼龍涂敷汽車(chē)傳動(dòng)軸總成90萬(wàn)套，其中:輕型汽車(chē)傳動(dòng)軸28萬(wàn)套,中型汽車(chē)傳動(dòng)軸34萬(wàn)套，重型汽車(chē)傳動(dòng)軸28萬(wàn)套。最早生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料的公司是美國(guó)摩里遜公司（Morrison Molded Fiber Glass）生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)傳動(dòng)軸。其生產(chǎn)的傳動(dòng)軸供通用汽車(chē)公司載重汽車(chē)應(yīng)用。采用的碳纖維復(fù)合材料可以使原來(lái)的兩件合并為一件，與鋼材相比較質(zhì)量可以減輕60%，每個(gè)傳動(dòng)軸減輕9Kg。該傳動(dòng)軸采用卓爾泰克公司（ZOLTKE）

8、公司的工業(yè)級(jí)48K碳纖維，年生產(chǎn)量為60萬(wàn)根傳動(dòng)軸，每根傳動(dòng)軸消耗碳纖維0.68Kg。福特公司1984年將玻璃纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸應(yīng)用到汽車(chē)領(lǐng)域。此種材料的抗扭曲強(qiáng)度是傳統(tǒng)金屬材料的兩倍以上，扭矩力測(cè)試結(jié)果為17 793N遠(yuǎn)大于安全設(shè)計(jì)值10 000N，作為受力材料玻璃纖維還要遜色于碳纖維復(fù)合材料?？紤]到碳纖維使用的成本，早期傳動(dòng)軸主要采用的時(shí)玻璃纖維纖維增強(qiáng)樹(shù)脂或者是玻璃纖維和碳纖維混合的使用，其中碳纖維作為結(jié)構(gòu)層。GKN公司在1988年開(kāi)始著手于碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸的研究，傳動(dòng)軸在Renault Espace Quadra 上的使用開(kāi)導(dǎo)了碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)傳動(dòng)軸的先驅(qū)。1992年推出的Ren

9、ault Safrane Quadra的傳動(dòng)軸由原始的金屬三段式發(fā)展到了金屬和復(fù)合材料相連的兩節(jié)式，減重高達(dá)40%，此種傳動(dòng)軸銷(xiāo)量較小，僅年產(chǎn)500套。在Toyota Mark II使用的碳纖維傳動(dòng)軸減重大50%，性能上大大改善了NVH。Audi 80/90 Quattro 首次使用碳纖維傳動(dòng)軸是在1989年，并且使用汽車(chē)汽車(chē)型號(hào)一直延續(xù)到了1998年的Audi A4/A8 Quattro，此種型號(hào)傳動(dòng)軸年產(chǎn)已達(dá)30 000套。此外碳纖維汽車(chē)傳動(dòng)軸在以下車(chē)型上均有使用：阿斯頓馬丁DB9，阿斯頓馬丁V8 Vantage Coupe，阿斯頓馬丁V12 Vantage，馬自達(dá)RX-8。即將上市的20

10、11款奔馳SLS AMG歐翼，碳纖維傳動(dòng)軸的使用也將成為此款車(chē)型的標(biāo)配。圖2.碳纖維傳動(dòng)軸使用進(jìn)展汽車(chē)傳動(dòng)軸的諸多性能參數(shù)但中，臨界轉(zhuǎn)速是其很重要的一個(gè)參數(shù)，當(dāng)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速與它的彎曲振動(dòng)的固有頻率相同時(shí)，傳動(dòng)軸就會(huì)發(fā)生共振使傳動(dòng)軸有折斷的危險(xiǎn)。常用的計(jì)算汽車(chē)傳動(dòng)軸臨界轉(zhuǎn)速的公式如下：Nc = (C / L2) (E/ I/A)0.5上式中，Nc為汽車(chē)傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速，C為常數(shù)，L為傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度，I為軸管連接部位力矩，A為萬(wàn)向十字節(jié)的連接面積。對(duì)這些限制因素進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，傳動(dòng)軸長(zhǎng)度及連接萬(wàn)向節(jié)確定的情況下，要提高傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速只能提高E/ 模量系數(shù)，對(duì)復(fù)合材料而言有高強(qiáng)，高模，彎曲模量可高

11、達(dá)100Gpa。簡(jiǎn)化的臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式：上式中：l為傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度，Eal、Eco為鋁和碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂的彈性模量；qal，qco為鋁管和碳纖維鋪層的單位長(zhǎng)度質(zhì)量。與金屬材料相比較，碳纖維復(fù)合材料有著高彈性模量，并且有較小的單位長(zhǎng)度質(zhì)量。碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸具有優(yōu)異力學(xué)性能并且具有位移補(bǔ)償能力，單根軸體管就能達(dá)到使用上的要求。研究表明：軸體直徑一致的情況下，汽車(chē)傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速為8000 rev/min時(shí)傳統(tǒng)金屬傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度為1250mm，而碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度可以達(dá)到1650mm。碳纖維復(fù)合材料有望實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸的一體化。圖3.傳動(dòng)軸長(zhǎng)度與臨界轉(zhuǎn)速的關(guān)系碳纖維復(fù)合材料具有很高的比強(qiáng)

12、度、比模量，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的同時(shí)可以達(dá)到節(jié)能省油的目的。資料表明：碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與傳統(tǒng)金屬傳動(dòng)軸相比較可以至少減輕40%的質(zhì)量如示意圖4，其中包括傳動(dòng)軸兩段的金屬鏈接部件。汽車(chē)普通部件質(zhì)量每減輕1%，可節(jié)油1%，類(lèi)似傳動(dòng)軸等運(yùn)動(dòng)部件則可以節(jié)油2%。纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料傳動(dòng)軸已經(jīng)廣泛應(yīng)用到汽車(chē)領(lǐng)域，并且成功的改善了傳統(tǒng)金屬汽車(chē)傳動(dòng)軸的NVH（Noise, Vibration, and Harshness）性能，為汽車(chē)駕駛者提供了安靜怡人的環(huán)境。圖4.金屬傳動(dòng)軸和CFRP傳動(dòng)軸對(duì)比示意圖 三 成型工藝?yán)w維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料汽車(chē)傳動(dòng)軸成型技術(shù)已趨于成熟，常見(jiàn)的成型工藝有拉擠成型，纏繞成型，空心管

13、軋碾成型，壓模注塑成型等成型工藝。3.1纏繞成型圖5.纏繞工藝示意圖纏繞成型是生產(chǎn)復(fù)合材料傳動(dòng)軸最常用的成型工藝。纏繞成型可以精度的控制纖維的方向和軸體直徑，此成型工藝具有高度的自動(dòng)化生產(chǎn)能力。GKN公司所提供的復(fù)合材料傳動(dòng)軸均由纏繞工藝制備而成。纏繞成型過(guò)程中主要控制的參數(shù)有纏繞線型和纏繞角度對(duì)傳動(dòng)軸性能的影響，復(fù)合材料傳動(dòng)軸軸體與金屬連接部件連接的方式。針對(duì)具體的的纏繞成型工藝選舉典型的幾個(gè)實(shí)例予以說(shuō)明。3.1.1纏繞線型對(duì)傳動(dòng)軸體的影響：早期的復(fù)合材料傳動(dòng)軸考慮增強(qiáng)纖維的加工成本，增強(qiáng)纖維主要采用玻璃纖維（彈性模量552-827GPa，E-glass、S-glass），基體采用雙酚A型環(huán)

14、氧樹(shù)脂：Epi-Rez508，Epi-Rez 510（Celanese Coatings），Epon 828（Shell），固化劑采用酸酐類(lèi)固化劑（鄰苯二甲酸酸酐，）或者胺類(lèi)固化劑（間本二胺，N,N-二甲基苯胺）。其中纖維體積含量為55-70%（60%）。傳動(dòng)軸長(zhǎng)度69.5 英寸（176.53cm，1 英寸=2.54 cm），內(nèi)徑：4英寸（10.16cm），由四個(gè)纏繞層組成如圖6所示，考慮纏繞角度及每層的厚度對(duì)傳動(dòng)軸的影響，US 4171626專(zhuān)利考察了輕微改變每纏繞層的厚度和纏繞角，采用了四種方案進(jìn)行纏繞，并對(duì)比了傳動(dòng)軸的基本性能指標(biāo)。圖5 軸體示意圖方案一：Layer No.Thickne

15、ss/ inch(cm)Fiber reinforcementFiber angle10.02 (0.051)E-glass fiber4520.074 (0.188)E-glass fiber030.014 (0.036)Carbon fiber（2206GPa）040.012 (0.030)E-glass fiber90方案二：Layer No.Thickness/ inch(cm)Fiber reinforcementFiber angle10.020 (0.051)E-glass fiber4520.070 (0.178)E-glass fiber1030.017 (0.043)Car

16、bon fiber（2206GPa）1040.012 (0.030)E-glass fiber80方案三：Layer No.Thickness/ inch(cm)Fiber reinforcementFiber angle10.02 (0.051)E-glass fiber4520.082 (0.208)E-glass fiber030.008 (0.020)Carbon fiber（3792GPa）040.010 (0.025)E-glass fiber90方案四：Layer No.Thickness/ inch(cm)Fiber reinforcementFiber angle10.020

17、 (0.051)E-glass fiber4520.080 (0.203)E-glass fiber1030.010 (0.025)Carbon fiber（3792GPa）1040.010 (0.025)E-glass fiber80四種方案?jìng)鲃?dòng)軸參數(shù)：序號(hào)總厚度（cm）總重量（kg）經(jīng)向模量(MPa)臨界轉(zhuǎn)速（RPM）方案一0.3053.35654900(81.68HZ)方案二0.3023.31644880(81.35HZ)方案三0.3053.39664895(81.59HZ)方案四0.3053.38654889(81.49HZ) 小角度纖維纏繞層主要為傳動(dòng)軸提供靜態(tài)彎曲強(qiáng)度，大角度纖維纏

18、繞層為了保障靜傳動(dòng)軸態(tài)扭曲強(qiáng)度。為了避免小角度纏繞時(shí)的纖維脫落、打滑在纏繞時(shí)采用輔助部件銷(xiāo)釘如示意圖中的31所示。由專(zhuān)利文獻(xiàn)小角度纏繞角一般在10-45之間，大角度纏繞角度一般為75-90。 3.1.2復(fù)合材料傳動(dòng)軸軸體與金屬連接部件的連接形式 齒紋式連接 連接工序分兩種情況，一種是現(xiàn)將碳纖維傳動(dòng)軸軸體成型加工好之后再將其與金屬連接部件粘和連接。另外一種則是在纏繞成型過(guò)程中將金屬連接部件固定在纏繞芯模上，在纏繞過(guò)程中即可完成粘和連接。不管是兩者中的任何一種連接方式，金屬連接部件的外表面都經(jīng)過(guò)齒紋狀處理以增加連接強(qiáng)度的作用。（US 2003/0157988 A1）專(zhuān)利傳動(dòng)軸軸體部位采用纏繞成型的

19、工藝，復(fù)合材料軸體連接部位和連接部件連接部位采用齒紋連接的方式。圖7傳動(dòng)軸示意圖圖8.傳動(dòng)軸連接部位連接示意圖如上圖所示13為傳動(dòng)軸金屬連接部件，14為金屬連接部件上的齒紋帶。齒紋帶齒紋的頂角角度為45-75（推薦使用60）。金屬連接部件齒紋帶14的外徑為70mm-75mm，齒紋頂尖厚度為0.05mm，相鄰齒紋頂尖寬度為0.9-1.8mm，齒紋高度為1.25mm，齒紋根部寬度為1.5mm,齒紋數(shù)量在145個(gè)左右。United states patent 5309620本專(zhuān)利中傳動(dòng)軸的連接示意圖如下圖所示，3為金屬連接部件，5為金屬連接部件與復(fù)合材料軸體的連接層，6為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料傳動(dòng)軸軸體。

20、Fig1-3為金屬連接部件上連接部位齒紋示意圖。齒紋尺寸高為：0.15-1mm，齒紋頂角角度為90。圖9.傳動(dòng)軸連接部位的連接示意圖纏繞所用軸芯的外直徑為70.0mm，長(zhǎng)度為1500mm（on winding Position芯模兩端各有50mm長(zhǎng)度被高強(qiáng)的薄膜（厚度35微米）包裹），增強(qiáng)纖維為碳纖維，樹(shù)脂基體為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂，固化劑為胺類(lèi)固化劑（TONOX 60/40），采用此體系纏繞成型軸體部分，厚度為2.85mm，纏繞角度為16。增強(qiáng)纖維的體積分?jǐn)?shù)為602%。玻璃纖維復(fù)合材料作為加強(qiáng)層纏繞在連接層部位，厚度為3mm，纏繞角度為85。將芯模放置固化爐中固化，將芯模脫模，切割兩端多余部分，

21、最終得到長(zhǎng)度為1100mm，內(nèi)徑為70.1mm的傳動(dòng)軸。此專(zhuān)利中著重研究了連接部位薄膜的加入對(duì)連接強(qiáng)度的影響，并且討論了連接部位的長(zhǎng)度與連接強(qiáng)度的關(guān)系。如下表所示，專(zhuān)利中數(shù)據(jù)表明薄膜的加入增強(qiáng)了扭矩?cái)嗔褟?qiáng)度，并且隨著薄膜連接長(zhǎng)度的增加斷裂強(qiáng)度增加。當(dāng)長(zhǎng)度為45mm時(shí)，傳動(dòng)軸軸體比連接部位先斷裂，復(fù)合材料傳動(dòng)軸軸體與金屬連接部件的連接強(qiáng)度已非?？捎^。傳動(dòng)軸連接部位性能參數(shù)：Example NoFilm Trade nameThickness（um）Joint Length（mm）Breaking Torque（N.m）Break portion1CF-T8-3535101800Joint are

22、a2CF-T8-3535254100Joint area3CF-T8-3535305100Joint area4CF-T8-3535455500FRP pipe portion銷(xiāo)釘式連接US4380443中采用的銷(xiāo)釘連接的方式，如圖9所示：1為傳動(dòng)軸示意圖，2為連接部位銷(xiāo)釘連接示意圖，3為連接部位橫切面示意圖。圖10.傳動(dòng)軸連接示意圖碳纖維傳動(dòng)軸在沖擊強(qiáng)度上有一定的不足、在傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中在最外表面加上增強(qiáng)層，一般為玻璃纖維復(fù)合材料?？稍诶p繞成型過(guò)程中完成，也可采用噴射工藝將短纖維復(fù)合材料噴射在軸體表面固化成型加強(qiáng)層。3.2 空心管軋碾真空袋成型（Tube-rolling）圖11。 傳動(dòng)

23、軸成型工藝過(guò)程專(zhuān)利US2005159229A1采用真空袋成型工藝，如上圖所示：a 將4層碳纖維復(fù)合材料布和1層玻璃纖維復(fù)合材料布整理疊層卷繞在芯模上。b將芯模插入到鋁制空心管中。（復(fù)合材料布的長(zhǎng)度與略大于芯模與鋁制空心管的內(nèi)孔周長(zhǎng)一致）；c 旋轉(zhuǎn)芯模將復(fù)合材料布堆坨在鋁制空心管的內(nèi)表面；d 將鋁制空心管放置在真空袋中；e抽真空固化成型。此種工藝更有利于成型高爾夫球桿、釣魚(yú)桿等小直徑的管材。復(fù)合材料軸體固化成型后經(jīng)加工與金屬連接部件采用齒紋式相粘和連接如下圖所示：圖12。連接裝備示意圖國(guó)內(nèi)對(duì)復(fù)合材料汽車(chē)傳動(dòng)軸有一定的研究。許昌汽車(chē)傳動(dòng)軸總廠生產(chǎn)的尼龍涂敷汽車(chē)傳動(dòng)軸的生產(chǎn)工藝為：金屬零件經(jīng)過(guò)除油、

24、除銹處理后采用馬日夫鹽、硝酸鹽對(duì)其進(jìn)行磷化處理，敷粘結(jié)劑后浸敷尼龍，流均勻冷卻定型，最后精加工可得成品。此工序過(guò)程在美國(guó)專(zhuān)利基礎(chǔ)上有所改進(jìn)，改善了采用磨砂處理金屬零件不均勻的缺點(diǎn)，并且粘結(jié)劑的使用在結(jié)合強(qiáng)度上也要有利于涂底漆的處理方法。哈爾濱玻璃鋼研究院、中國(guó)船舶重工集團(tuán)對(duì)碳纖維傳動(dòng)軸都有所研究。哈玻院采用采用纏繞成型工藝生產(chǎn)傳動(dòng)軸，軸體分三層、內(nèi)表層為玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料采用纏繞或者噴射成型；中間層也稱(chēng)結(jié)構(gòu)層為碳纖維復(fù)合材料，采用纏繞成型而成；最外層為玻璃纖維復(fù)合材料經(jīng)纏繞成型而成。經(jīng)加壓固化后，采用特殊的工裝和設(shè)備進(jìn)行無(wú)錐度脫模，軸體的厚度在3mm左右。中國(guó)船舶重工集團(tuán)的研究主要是解決

25、了碳纖維軸體與連接部件的連接。采用的法蘭連接的方式如下圖：圖13. 法蘭連接方式此種類(lèi)型的碳纖維傳動(dòng)軸主要應(yīng)用于冷卻塔風(fēng)機(jī)、造紙機(jī)、印刷機(jī)、壓縮機(jī)、泵等。四 應(yīng)用展望資料統(tǒng)計(jì)表明2007年中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售879.15萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)20%以上。在汽車(chē)市場(chǎng)的帶動(dòng)下，2007年我國(guó)汽車(chē)傳動(dòng)軸的需求已經(jīng)突破992萬(wàn)根，產(chǎn)值達(dá)到了45億元。2008年汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到938.05萬(wàn)輛，而作為汽車(chē)零部件的汽車(chē)傳動(dòng)軸需求量也接近1900萬(wàn)套，產(chǎn)值達(dá)到54億元。預(yù)計(jì)，2010年我國(guó)汽車(chē)傳動(dòng)軸總銷(xiāo)售額將達(dá)87億元，在汽車(chē)材料應(yīng)用領(lǐng)域復(fù)合材料傳動(dòng)軸具有很大的潛在應(yīng)用市場(chǎng)。 目前國(guó)內(nèi)傳動(dòng)軸市場(chǎng)被GKN Driveline等大型外資所控制。GKN Driveline憑借自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)在中國(guó)轎車(chē)市場(chǎng)占有50%汽車(chē)傳動(dòng)軸市場(chǎng)份額，其年產(chǎn)量可達(dá)500 萬(wàn)根。2008年10月又在上海投資新工廠，并計(jì)劃2009年在中國(guó)武漢在開(kāi)設(shè)新的傳動(dòng)軸工廠，這將是GKN繼上海、重慶、吉林之后，在中國(guó)開(kāi)設(shè)的第五家傳動(dòng)軸工廠，全國(guó)布局還在繼續(xù)。中國(guó)碳纖維傳動(dòng)軸的研究和生產(chǎn)迫切需要提高。 碳纖維傳動(dòng)軸的大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化受碳纖維成本高的影響，美國(guó)對(duì)汽車(chē)工業(yè)用碳纖維作了研究分析, 結(jié)論是碳纖維價(jià)格降至16.5美元以下時(shí), 碳纖維與鋼材相比就有競(jìng)爭(zhēng)性了。但其優(yōu)良的性能及減輕車(chē)重的作用對(duì)制造商來(lái)說(shuō)具有巨大的魅力。