[发明专利]一种三维编织复合材料汽车传动轴及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车传动轴制备技术领域，特别涉及一种应用于不同车型的三维编织纤维织物结构的复合材料汽车传动轴及其制备方法。

背景技术

传动轴作为汽车传动系统中的重要传递动力的部件，其作用是主要与变速箱、驱动桥一并将发动机运转过程中产生的动力有效传递给车轮以使得汽车产生驱动力。经过研究表明，传动系统自身运转过程中由于自重的原因将消耗掉发动机能量的17-22％，而目前采用的金属材质的传动轴，由于金属本身较大的体密度而将造成发动机能量利用效率的较大负担。除此以外，金属材质传动轴部件在运行过程中，在轴管、万向节以及伸缩套之间各个部件的摩擦也带来了较大的阻力，这对于发动机能量的消耗也有不容忽视的负担。

复合材料材质的汽车传动轴具有重量轻、强度高、耐磨擦等优势，可以适用于较大扭矩、较高转速以及较长跨距的应用，除此以外，复合材料的热膨胀系数较低，可以隔绝噪声和振动，能够大大减轻汽车发动机的能量消耗，明显降低油耗而提升燃油效率。传统的复合材料传动轴较多采用二维缠绕方式制备，在制备过程中通过高性能纤维长丝的螺旋缠绕提高轴体强度和刚度。而这种纤维结构复合材料的汽车传动轴存在较大问题，首先缠绕过程中的纤维的排布属于二维平面排布，这对于重型汽车要求的大扭矩或长跨距的轴体要求显然满足不了，此外，缠绕工艺制备的复合材料传动轴部件也存在刚度和强度不稳定的问题而带来使用寿命的无法保证。

虽然文献《气囊/VARTM工艺成型三维复合材料传动轴》公开的是采用三维玻璃纤维编织物，但是玻璃纤维的比强度和化学稳定性较弱，尤其是对碱性介质而言，所以在制备得到的三维复合材料传动轴的力学性能并不理想，不能满足较大扭矩的使用要求。

发明内容

针对目前传统金属材质以及二维缠绕复合材料材质汽车传动轴的重量大、油耗高、刚度以及寿命稳定性不高的种种问题，本发明提供了一种三维编织织物增强复合材料汽车传动轴的结构设计和真空导入快速固化的成型技术，可以通过三维织物结构将传动轴管及万向节等重要汽车传统结构零部件达到均质高强、高刚度以及减震性能优异的综合特性提升的目的，具有实际应用价值。

本发明采用以下技术方案：

一种三维编织复合材料汽车传动轴，包括三维编织复合材料传动轴管、三维编织复合材料万向节和三维编织复合材料连接套筒；

所述三维编织复合材料传动轴管的两端部轴管壁内设有若干个第一内滑动花键槽，所述三维编织复合材料传动轴管是由高刚度纤维混杂制成的三维立体编织预制体、沿所述三维立体编织预制体中的第一内滑动花键槽部位处预制体厚度方向的二次铺缝结构和热固性树脂复合成型；

所述三维编织复合材料万向节是由万向节端头和与万向节端头相连万向节套管组成，所述万向节套管的壁内设有若干个第二内滑动花键槽，所述三维编织复合材料万向节包括高刚度碳纤维和高强高韧性纤维混杂制成的三维立体编织预制体、沿所述三维立体编织预制体中的第二内滑动花键槽部位处预制体厚度方向的二次铺缝结构和热固性树脂复合成型；

所述三维编织复合材料连接套筒的筒壁设有若干个与第一内滑动花键槽和第二滑动花键槽相匹配的外滑动花键，所述外滑动花键与所述筒壁的连接处设有金属增强件，所述三维编织复合材料连接套筒包括高强高韧纤维混杂制成的三维立体编织预制体、沿所述三维立体编织预制体中的外滑动花键部位处预制体厚度方向的二次铺缝结构和热固性树脂复合成型。

优选的，在三维编织复合材料传动轴管中，所述高刚度纤维选用高模量碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维等其中的两种或两种以上混杂组合，高模量碳纤维为M40J碳纤维和/或M60J碳纤维，所述高模量碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维的混杂比例根据实际工况要求灵活调整，可选用三维四向、三维五向、三维六向、三维七向中的一种或多种三维编织结构进行组合编织。为进一步提高传动轴管的力学性能，所述高模量碳纤维与碳化硅或氧化铝纤维或玄武岩纤维的体积比例为1～6:1。

沿所述三维立体编织预制体中的第一内滑动花键槽部位处预制体厚度方向的二次铺缝结构为由铺缝纤维沿所述三维立体编织预制体中的第一内滑动花键槽部位处预制体厚度方向铺缝所形成的结构。