一種用于碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與金屬法蘭的Z-pin聯(lián)接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳纖維復(fù)合材料零件設(shè)計(jì)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與金屬法蘭的Z-pin聯(lián)接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，樹脂基碳纖維復(fù)合材料質(zhì)量輕、比強(qiáng)度大、比模量大、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)異性使它在減重、減震等方向逐漸占有更大的比重，它不僅在航空、航天等高新技術(shù)方面，而且在汽車、建筑、醫(yī)療等民用方面也開始有廣泛的應(yīng)用。傳動(dòng)軸在機(jī)械工程零件中占有核心地位，為了能滿足強(qiáng)度、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)等方面更高標(biāo)準(zhǔn)的需求，部分有特殊要求的傳動(dòng)軸的生產(chǎn)材料已開始從傳統(tǒng)材料過渡為優(yōu)異的碳纖維復(fù)合材料。
[0003]使用碳纖維材料傳動(dòng)軸需與金屬法蘭聯(lián)接以傳遞扭矩，目前，常用的聯(lián)接方式有膠聯(lián)接、機(jī)械聯(lián)接(螺栓聯(lián)接、鉚釘聯(lián)接等)、成型聯(lián)接、焊接(釬焊、擴(kuò)散焊等)等。膠聯(lián)接的特點(diǎn)是不破壞纖維，避免應(yīng)力集中，但是膠聯(lián)接粘接面強(qiáng)度不均，傳遞載荷取決于膠的剪切強(qiáng)度，傳遞載荷不大；機(jī)械聯(lián)接能傳遞大載荷，便于裝卸，但是機(jī)械聯(lián)接接會(huì)破壞纖維，存在應(yīng)力集中，聯(lián)接效率低；成型聯(lián)接加工制造復(fù)雜；焊接需要表面預(yù)處理，工藝復(fù)雜。近年Z-pin增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用逐漸廣泛，但Z-pin聯(lián)接增強(qiáng)目前還僅使用非金屬Ζ-pin、僅應(yīng)用于碳纖維之間的聯(lián)接。綜上，目前的聯(lián)接形式或工藝復(fù)雜，或還不能夠完全發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性會(huì)泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:為了克服現(xiàn)有碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與金屬法蘭聯(lián)接的不足，通過Z-pin套筒和針形金屬Z-pin，提供用于碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與金屬法蘭的Z-pin聯(lián)接方法，以便保證纖維的連續(xù)性，而且能夠傳遞更大扭矩，提高碳纖維傳動(dòng)軸與金屬法蘭之間的聯(lián)接可靠性。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明提供的用于碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與金屬法蘭的Z-pin聯(lián)接方法，具體是:碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與金屬法蘭聯(lián)接處增加了過渡零件Z-pin套筒，碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與Z-pin套筒通過纖維纏繞的方式形成一體，并且一起固化。該方法可用現(xiàn)有的纖維纏繞工藝和裝備，制造成本低，錐形Z-pin套筒和芯軸過渡頭使纏繞工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
[0007]所述的Z-pin套筒，其表面用焊接或過盈配合植入針形金屬Z-pin，以便碳纖維纏繞時(shí)貼緊Z-pin套筒并且包覆Z-pin，增加碳纖維與Z-pin套筒的接觸面。
[0008]所述的Z-pin套筒，其外表面為錐形，能使碳纖維平順地從芯軸過渡到Z-pin套筒。
[0009]所述的Z-pin套筒，其依靠芯軸過渡頭在芯軸端部實(shí)現(xiàn)定位，依靠纏繞過程中纖維對(duì)Z-pin套筒的錐面的壓力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊。
[0010]所述的Z-pin套筒，其端面有多個(gè)軸向銷孔，用以通過銷與金屬法蘭實(shí)現(xiàn)聯(lián)接。[0011 ] 所述的芯軸過渡頭，設(shè)有使該芯軸過渡頭能定位在芯軸上的止口。
[0012]所述的芯軸過渡頭，設(shè)有使碳纖維能在纏繞過程中自然換向的球形過渡面。
[0013]所述的芯軸過渡頭，設(shè)有便于切割固化后碳纖維的切割槽。切割后沿軸向依次可分離芯軸過渡頭、芯軸，以實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸的脫模。
[0014]本發(fā)明在聯(lián)接工藝過程中碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與Z-pin套筒通過纖維纏繞的方式形成一體，并且一起固化。
[0015]本發(fā)明提供的上述的聯(lián)接方法，使碳纖維傳動(dòng)軸能夠傳遞更大扭矩，提高了碳纖維傳動(dòng)軸與金屬法蘭聯(lián)接的可靠性，促進(jìn)了碳纖傳動(dòng)軸在汽車、機(jī)床行業(yè)中的應(yīng)用。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要有以下的優(yōu)點(diǎn):
[0017]1.不破壞纖維連續(xù)性，能夠充分發(fā)揮碳纖維材料的優(yōu)異性能。
[0018]2.在碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸工作過程中，碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與金屬法蘭不直接傳遞載荷，碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸將載荷傳遞到Z-pin套筒，Z-pin套筒通過銷將載荷傳遞到金屬法蘭，可提高碳纖維傳動(dòng)軸與金屬法蘭聯(lián)接處的承受載荷能力，從而能更加發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能。
[0019]3.在工藝過程中，碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與Z-pin套筒通過纖維纏繞的方式形成一體，并且一起固化。該方法可用現(xiàn)有的纖維纏繞工藝和裝備，制造成本低，錐形Z-pin套筒和芯軸過渡頭使纏繞工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
[0020]4.提高了碳纖維傳動(dòng)軸與金屬法蘭聯(lián)接的可靠性，促進(jìn)了碳纖傳動(dòng)軸在汽車、機(jī)床行業(yè)中的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明聯(lián)接方法中所用的Z-pin套筒主視圖的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是圖1的左視圖。
[0023]圖3是圖1的I處放大圖。
[0024]圖4是圖1的II處放大圖。
[0025]圖5是本發(fā)明聯(lián)接方法中所用的芯軸示意圖。
[0026]圖6是本發(fā)明聯(lián)接方法中所用的芯軸過渡頭主視圖的示意圖。
[0027]圖7是圖6的左視圖。
[0028]圖8是本發(fā)明聯(lián)接方法中所用的法蘭主視圖的示意圖。
[0029]圖9是圖8是左視圖。
[0030]圖10是本發(fā)明聯(lián)接方法工藝過程，Z-pin套筒裝夾在芯軸后示意圖。
[0031]圖11是本發(fā)明聯(lián)接方法工藝過程，碳纖維纏繞過程示意圖。
[0032]圖12是本發(fā)明聯(lián)接方法工藝過程，碳纖維纏繞完畢示意圖，碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與Z-pin套筒形成一體。
[0033]圖13是本發(fā)明聯(lián)接方法工藝過程，碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與Z-pin套筒一起固化，然后切割多余碳纖維示意圖。
[0034]圖14是本發(fā)明聯(lián)接方法工藝過程，帶有Z-pin套筒的碳纖維傳動(dòng)軸脫模后示意圖。
[0035]圖15是本發(fā)明聯(lián)接方法工藝過程，金屬法蘭與去模具后的組件裝配后示意圖。
[0036]圖中:1.Z-pin套筒；2.芯軸；3.芯軸過渡頭；4.碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸；5.金屬法蘭；6.銷；11.Z-pin ;12.錐面；13.銷孔；31.止口 ；32.球形過渡面；33.切割槽；41.碳纖維絲；51.銷孔。
【具體實(shí)施方式】
[0037]本發(fā)明的技術(shù)方案是:碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與金屬法蘭不直接接觸，而是在聯(lián)接處增加一個(gè)錐形Z-pin套筒過渡零件，其中芯軸過渡頭使Z-pin套筒定位在芯軸端部，然后纏繞碳纖維、一同固化、切割、去模具，最后再用銷把金屬法蘭與去模具后的組件聯(lián)接起來。該方法可用現(xiàn)有的纖維纏繞工藝和裝備，制造成本低。本發(fā)明涉及一種用于碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸與金屬法蘭的Z-pin聯(lián)接方法，它在工藝過程中增加了 Z-pin套筒和芯軸過渡頭兩個(gè)零件。Z-pin套筒在其錐面植入針形金屬Z-pin，既能使碳纖維更好地從芯軸過渡到Z-pin套筒且能傳遞更大載荷，并使模具簡(jiǎn)化、易于脫模。芯軸過渡頭有止口、球形過渡區(qū)、切割槽等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。由于錐形Z-pin套筒和芯軸過渡頭的加入使纏繞工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
[0038]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0039]本發(fā)明提供的聯(lián)接方法中，使用了 Z-pin套筒1，如圖1至圖4所示，是一種用于聯(lián)接金屬法蘭5與碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸4的Z-pin套筒，它是在金屬法蘭5與碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸4的聯(lián)接處所增加的一個(gè)過