[发明专利]一种复合材料空心轴与金属法兰的联接方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料联接技术领域，尤其涉及到一种复合材料空心轴与金属法兰的联接方法。

背景技术

由复合材料制作的传动轴已广泛应用于工程机械、风力发电、机车推进装置等各个领域，复合材料大多采用纤维增强树脂基，复合材料传动轴与金属传动轴相比，具有重量轻、耐腐蚀、振动衰减大、噪声低，不导磁、免维护等优点，尤其适用于制作较长的传动轴，能减少轴承的装配数量，同时还具有较强的位移补偿功能。

为减轻重量，多数场合下复合材料传动轴采用空心轴，复合材料空心轴在工程应用中的一个重要问题就是如何实现扭转、拉、压等载荷的可靠传递，复合材料空心轴通常与金属法兰构成一个完整联接体，因此如何保证复合材料空心轴与金属法兰的可靠联接，是关系复合材料空心轴能否长期可靠运行的关键问题。 

有报道称，通过胶接和机械联接相结合的方式可以实现复合材料空心轴与金属法兰的联接，或是将金属法兰插接在复合材料空心轴内的联接方式，但问题是：

复合材料空心轴的力学性能呈现出各向异性且层间剪切强度较低，采用上述联接方式时，不可避免会对联接部位造成损伤，尤其是在长期大扭矩交变载荷作用下其联接部位极易产生应力集中而进一步加剧损伤，出现如分层、扩孔等疲劳破坏，降低复合材料空心轴的承载能力，严重时会引起联接部位的损坏失效。

如何提高复合材料空心轴与金属法兰的联接强度以及抗疲劳性，是本发明所要探讨的问题。

发明内容

为提高复合材料空心轴与金属法兰的联接强度以及抗疲劳性，本发明提供了一种复合材料空心轴与金属法兰的联接方法，通过该联接方法可有效解决复合材料空心轴在长期大扭矩载荷下的工作可靠性和稳定性，延长复合材料空心轴的使用寿命，推动复合材料空心轴向各领域范围进行具体应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案： 

一种复合材料空心轴与金属法兰的联接方法，复合材料空心轴由纤维增强树脂制作而成，金属法兰包含法兰筒和法兰盘，设定法兰筒与复合材料空心轴的轴向联接长度为L，设定法兰筒的联接内孔直径为D₁，设定法兰筒的联接外径为D₂，设定复合材料空心轴的外径为D₃，D₁与D₃匹配，法兰盘的最大外径不做限制，法兰筒联接在法兰盘的端面上，本发明的联接方法包含复合材料空心轴轴端L段外径的设计改进、法兰筒联接内孔的设计改进以及改进后复合材料空心轴与所述金属法兰的联接方式，本发明的联接方法涉及到轴向螺栓、径向螺栓及锁紧连杆；本发明的特征如下：

 ①复合材料空心轴轴端L段外径的设计改进

 根据法兰筒的轴向联接长度将复合材料空心轴的轴端L段外径在D₂的基础上进行增径并将增径外径的外形设计改进为外正多边形，所述外正多边形选用的基材与空心轴的复合材料相同，所述增径外径控制在D₃+{5～30}mm；

②法兰筒联接内孔的设计改进

根据复合材料空心轴轴端L段外径的所述外正多边形设计改进，将法兰筒的联接内孔也进行增径并将增径内径的内形设计改进为内正多边形，所述内正多边形的边数=所述外正多边形的边数且所述内正多边形的相关尺寸与所述外正多边形的相关尺寸相互匹配，所述增径内径控制在D₁+{5～30}mm，所述增径内径与所述增径外径相匹配，法兰盘的最大外径满足安装需求即可；

③复合材料空心轴与所述金属法兰的联接方式