本實(shí)用新型屬于汽車工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車輛用兩段式傳動(dòng)軸。

背景技術(shù)：

面對(duì)資源短缺和環(huán)境污染的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，推進(jìn)汽車輕量化以降低油耗，一直是汽車工業(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)，成為汽車工業(yè)以塑代鋼的理想材料。隨著環(huán)保和輕量化、節(jié)能等呼聲越來越高，以玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料、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，主要用于汽車結(jié)構(gòu)部件的制造。

碳纖維傳動(dòng)軸具有強(qiáng)度高、重量輕、防水耐腐、熱脹系數(shù)小、吸收震動(dòng)和共振、油耗低等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在國外中高端車型中獲得大量應(yīng)用，與其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比較更具有成為汽車輕量化材料的前途。受益于龐大的內(nèi)需市場(chǎng)，碳纖維增強(qiáng)材料汽車零部件這一細(xì)分市場(chǎng)必將有巨大的增長(zhǎng)空間。

同時(shí)，由于復(fù)合材料傳動(dòng)軸的承載較為復(fù)雜，采用某種單一連接方式通常難以保障傳動(dòng)軸長(zhǎng)期穩(wěn)定傳遞載荷的要求，例如風(fēng)力發(fā)電用復(fù)合材料傳動(dòng)軸采用膠結(jié)方式與金屬傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，長(zhǎng)期使用后經(jīng)常發(fā)生膠層破壞、脫落的現(xiàn)象。另外纖維纏繞復(fù)合材料材質(zhì)較脆且各向異性，采取機(jī)械連接容易導(dǎo)致連接部位的應(yīng)力集中，降低連接效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是利用碳纖維復(fù)合材料軸管提供一種車輛用兩段式傳動(dòng)軸，替代四驅(qū)車上的兩段式金屬傳動(dòng)軸，除達(dá)到一般承載要求外，還要滿足減重和抗疲勞性的碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸，同時(shí)解決復(fù)合材料軸管與金屬件之間的連接問題。

為此，本實(shí)用新型提供了一種車輛用兩段式傳動(dòng)軸，包括球籠、軸管、與軸管連接的法蘭叉，所述軸管為兩段，設(shè)于球籠的兩端，所述球籠與軸管焊接；

所述軸管為碳纖維復(fù)合材料，該碳纖維復(fù)合材料為碳纖維/環(huán)氧樹脂。

所述法蘭叉通過過盈連接插接在軸管內(nèi)，該法蘭叉與軸管的連接面上設(shè)有齒紋，軸管與法蘭叉的接觸面上設(shè)有粘結(jié)層。

所述球籠與軸管焊接采用CO₂保護(hù)焊、摩擦焊、氬弧焊三種焊接方法結(jié)合。

所述法蘭叉為鋁制件。

所述軸管與法蘭叉的連接部位管壁增厚1-2mm。

所述軸管與法蘭叉過盈連接部位的過盈量不超過0.5mm。

所述粘結(jié)層為環(huán)氧樹脂。

所述碳纖維/環(huán)氧樹脂中碳纖維為T300、T700或T800中的一種。

所述環(huán)氧樹脂為E-44(6101) 環(huán)氧樹脂。

本實(shí)用新型提供的這種車輛用兩段式傳動(dòng)軸，用碳纖維復(fù)合材料圓柱形管體結(jié)構(gòu)替代鑄鋼棒材制造傳動(dòng)軸，相對(duì)于鑄鋼傳動(dòng)軸，復(fù)合材料傳動(dòng)軸減重達(dá)20%以上，同時(shí)滿足強(qiáng)度和剛度要求；法蘭叉和軸管通過過盈連接、膠結(jié)和齒紋連接三種方式結(jié)合進(jìn)行連接，膠結(jié)結(jié)構(gòu)具有一定的韌性和變形補(bǔ)償能力，不僅降低了連接部位應(yīng)力集中的現(xiàn)象，同時(shí)膠結(jié)與過盈連接并用的方式增強(qiáng)了連接部位的強(qiáng)度和抗變形能力，實(shí)現(xiàn)軸系扭轉(zhuǎn)、拉、壓載荷的平穩(wěn)傳遞，可以廣泛應(yīng)用于新能源汽車的傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

下面將結(jié)合附圖做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型傳動(dòng)軸總成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是軸管與法蘭叉的連接示意圖。

圖中：1、球籠；2、軸管；3、法蘭叉；4、十字軸；5、底座。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

本實(shí)施例提供了一種如圖1所示的車輛用兩段式傳動(dòng)軸，包括球籠1、軸管2、與軸管2連接的法蘭叉3，所述軸管2為兩段，設(shè)于球籠1的兩端，所述球籠1與軸管2焊接；

所述軸管2為碳纖維復(fù)合材料，該碳纖維復(fù)合材料為碳纖維/環(huán)氧樹脂。

本實(shí)用新型提供的這種車輛用碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸，用碳纖維復(fù)合材料圓柱形管體結(jié)構(gòu)替代鑄鋼棒材制造傳動(dòng)軸，相對(duì)于鑄鋼傳動(dòng)軸，復(fù)合材料傳動(dòng)軸減重達(dá)20%以上，同時(shí)滿足強(qiáng)度和剛度要求。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供了如圖2所示的法蘭叉3與軸管2連接的傳動(dòng)軸，法蘭叉3通過過盈連接插接在軸管2內(nèi)，該法蘭叉3與軸管2的連接面上設(shè)有齒紋，軸管2與法蘭叉3的接觸面上設(shè)有粘結(jié)層。

如圖1、2所示，本實(shí)施例傳動(dòng)軸中間設(shè)有球籠1，兩邊設(shè)有軸管2、法蘭叉3、底座5，其中，底座5與法蘭叉3用十字軸4連接，法蘭叉3與碳纖維軸管2用膠結(jié)、過盈連接和齒紋連接的方法連接，碳纖維軸管2與球籠1用焊接的方法連接，焊接部分采用CO₂保護(hù)焊、摩擦焊、氬弧焊三種焊接方法結(jié)合的方式。

為了避免破壞軸管2及影響傳動(dòng)軸的整體性能，法蘭叉3與軸管2過盈連接的過盈量不超過0.5mm。同時(shí)，為避免連接區(qū)域破壞，軸管2與兩端法蘭叉3連接部位通過纏繞碳纖維復(fù)合材料增厚1-2mm。

本實(shí)施例中，法蘭叉3為鋁制件，減輕傳動(dòng)軸的重量；復(fù)合材料為碳纖維/環(huán)氧樹脂為已知材料名稱，為碳纖維浸上樹脂得來，是現(xiàn)有技術(shù)，其中碳纖維為T300、T700或T800中的一種，環(huán)氧樹脂為E-44(6101) 環(huán)氧樹脂；粘結(jié)層為E-44(6101) 環(huán)氧樹脂，均勻涂敷在連接面，控制粘結(jié)劑的厚度為1-2mm和均勻性。

本實(shí)施例中，法蘭叉3和軸管2采用過盈連接、膠結(jié)和齒紋連接三種方式結(jié)合進(jìn)行連接，在保證軸管2連接區(qū)域的連接強(qiáng)度的同時(shí)，減少了軸管2與法蘭叉3連接部位的應(yīng)力集中，傳動(dòng)軸傳遞扭矩提高1.5倍以上，產(chǎn)品使用壽命提高3年以上。

傳動(dòng)軸總成試驗(yàn)結(jié)果：扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度可以達(dá)到2200N·m，彎曲主頻率為305.71Hz，扭轉(zhuǎn)疲勞300 N·m時(shí)疲勞壽命值大于30萬次。

傳動(dòng)軸總成老化分析：當(dāng)碳纖維復(fù)合材料軸管2使用20年時(shí)，強(qiáng)度保留率仍可以達(dá)到80%，此時(shí)的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度值仍然高達(dá)1760N·m；當(dāng)使用30年時(shí)仍可以達(dá)到70%，此時(shí)的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度值仍然高達(dá)1520N·m。這說明碳纖維復(fù)合材料軸管2使用20年乃至30年是可行的。

綜上所述，本實(shí)用新型提供的這種車輛用碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸，用碳纖維復(fù)合材料圓柱形管體結(jié)構(gòu)替代鑄鋼棒材制造傳動(dòng)軸，相對(duì)于鑄鋼傳動(dòng)軸，復(fù)合材料傳動(dòng)軸減重達(dá)20%以上，同時(shí)滿足強(qiáng)度和剛度要求；法蘭叉3和軸管2通過過盈連接、膠結(jié)和齒紋連接三種方式結(jié)合進(jìn)行連接，膠結(jié)結(jié)構(gòu)具有一定的韌性和變形補(bǔ)償能力，不僅降低了連接部位應(yīng)力集中的現(xiàn)象，同時(shí)膠結(jié)與過盈連接并用的方式增強(qiáng)了連接部位的強(qiáng)度和抗變形能力，實(shí)現(xiàn)軸系扭轉(zhuǎn)、拉、壓載荷的平穩(wěn)傳遞，可以廣泛應(yīng)用于新能源汽車的傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

本實(shí)施例沒有具體描述的部分都屬于本技術(shù)領(lǐng)域的公知常識(shí)和公知技術(shù)，此處不再一一詳細(xì)說明。

以上例舉僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的舉例說明，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的限制，凡是與本實(shí)用新型相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。