本發(fā)明涉及汽車傳動(dòng)裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種碳纖維半軸。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)中在生產(chǎn)時(shí)傳統(tǒng)半軸一般采用實(shí)心鋼棒經(jīng)機(jī)加工，端部滾花鍵，經(jīng)熱處理，最后裝配內(nèi)花鍵三球銷萬(wàn)向節(jié)，軸向卡簧得到。然而，傳統(tǒng)半軸重量較大，生產(chǎn)工序繁瑣，且三球銷萬(wàn)向節(jié)與花鍵配合精度難以保證，存在間隙，端部花鍵易受沖擊，易疲勞受損而斷裂，無法滿足工作條件甚至發(fā)生危險(xiǎn)。碳纖維作為一種比強(qiáng)度高、比剛度大的新型纖維材料，還具有許多優(yōu)越性能，例如：密度低、無蠕變、非氧化環(huán)境下耐高溫、耐疲勞性、耐腐蝕等。然而，碳纖維材料在汽車領(lǐng)域中與其他金屬零部件之間的固定一直是難以解決的問題。因此，有必要找到一種連接方式，使碳纖維材料能夠在汽車領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種安全系數(shù)高、使用壽命長(zhǎng)、質(zhì)量輕的新型碳纖維半軸，從而解決傳統(tǒng)半軸笨重、易失效、制作工序繁瑣的技術(shù)問題，找到了膠粘固定方式，確定其膠粘間隙、膠粘長(zhǎng)度，從而獲得極限強(qiáng)度高的碳纖維半軸。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：該半軸由碳纖維軸管及球銷萬(wàn)向節(jié)總成兩部分組成；其中，所述球銷萬(wàn)向節(jié)總成包括球銷支架、滾針、球環(huán)、擋環(huán)及卡簧；所述球銷支架一端為插接端，所述插接端套設(shè)在所述碳纖維軸管上，球銷支架另一端沿著周向方向均勻分布有銷軸，每個(gè)銷軸與球銷支架連接端上均設(shè)有凸臺(tái)，所述凸臺(tái)的直徑大于所述球環(huán)的內(nèi)徑；所述銷軸另一端沿著周向方向上設(shè)有卡簧槽；所述滾針軸承嵌入在球環(huán)內(nèi)，滾針軸承連同球環(huán)整體裝配在所述銷軸上，所述銷軸與滾針、球環(huán)配合，組成軸承萬(wàn)向節(jié)；所述銷軸上再裝配擋環(huán)，通過將卡簧卡合在所述卡簧槽內(nèi)予以限位。其中，所述球環(huán)的內(nèi)表面為圓柱面；所述銷軸與滾針裝配時(shí)為間隙配合，所述滾針與所述球環(huán)裝配時(shí)為間隙配合。為更進(jìn)一步減輕半軸整體重量，減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所述銷軸內(nèi)還設(shè)有減重孔，所述減重孔孔深不超過凸臺(tái)界面。所述球銷支架上的銷軸為三個(gè)及以上；所述卡簧槽到銷軸端面距離為1mm。本發(fā)明所述半軸上碳纖維軸管的圓柱度盡量小，端面要求平整；球銷支架軸端的圓柱度要好,所述球銷支架與碳纖維軸管的連接端與球銷支架上安裝有銷軸端圓角平滑過渡均勻，無尖角，且應(yīng)保證球銷支架上平滑過渡處不與球環(huán)發(fā)生干涉；這樣能使其能夠更加平穩(wěn)、精確的傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)一定角位移和軸向位移等復(fù)雜工況下均可傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。在本發(fā)明的半軸中,所述球環(huán)的內(nèi)表面的球心位于所述球環(huán)的厚度方向上的均分平面上。本發(fā)明所述球銷萬(wàn)向節(jié)總成通過膠水粘結(jié)固定在所述碳纖維軸管的兩端，膠粘時(shí)，膠粘間隙、膠粘長(zhǎng)度以及表面處理對(duì)整體碳纖維半軸的性能影響較大。下面通過以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比：一、等效拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)試一實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定條件:碳纖管內(nèi)徑17mm、溫度25℃、膠粘間隙0.2mm、膠粘長(zhǎng)度37.5mm。實(shí)驗(yàn)可變條件:膠粘面表面處理。表一表面處理方式對(duì)碳纖維半軸極限拉力的影響表面處理狀態(tài)平均極限拉力/kN表面粗糙處理36.33表面滾花處理21.65根據(jù)以上數(shù)據(jù)，表面粗糙處理相較于滾花處理能夠提供更大的極限拉力。根據(jù)分析，表面滾花導(dǎo)致固化的膠水表面被破壞，從而無法提供足夠的膠粘強(qiáng)度。結(jié)果表明，表面粗糙處理更加合理。測(cè)試二實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定條件:碳纖管內(nèi)徑17mm、溫度25℃、膠粘間隙0.2mm、表面粗糙處理。實(shí)驗(yàn)可變條件:膠粘長(zhǎng)度。表二不同的膠粘長(zhǎng)度對(duì)碳纖維半軸極限拉力的影響序號(hào)1234567膠粘長(zhǎng)度/mm15253545556570平均極限拉力/kN20.1127.1236.3347.3255.4555.3055.45以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明膠粘長(zhǎng)度超過55mm，平均極限拉力將保持平穩(wěn)，無明顯增長(zhǎng)。測(cè)試三實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定條件:碳纖管內(nèi)徑17mm、溫度25℃、膠粘長(zhǎng)度37.5mm、表面粗糙處理。實(shí)驗(yàn)可變條件:膠粘間隙。表三不同的膠粘間隙對(duì)碳纖維半軸極限拉力的影響序號(hào)123456膠粘間隙/mm0.050.100.150.200.250.30平均極限拉力/kN20.3323.7530.0036.3336.3034.00以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明0.2mm的間隙能夠提供較大的極限拉力，所以我們選擇0.2mm的間隙。二、等效扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)表四等效扭轉(zhuǎn)方程根據(jù)如上方程，等效測(cè)試方案如下：在拉伸實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)確認(rèn)了膠水類型(樂泰460結(jié)構(gòu)膠)、表面處理、膠粘方式，所以主要的關(guān)注點(diǎn)在于膠粘長(zhǎng)度和膠粘間隙。測(cè)試四實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定條件:碳纖管內(nèi)徑17mm、溫度25℃、膠粘間隙0.2mm表面粗糙處理。實(shí)驗(yàn)可變條件:膠粘長(zhǎng)度。表五不同的膠粘長(zhǎng)度對(duì)碳纖維半軸極限扭矩的影響序號(hào)12345膠粘長(zhǎng)度/mm3545556575平均極限扭矩/Nm60.365.57176.378表五顯示：極限扭矩與膠粘長(zhǎng)度并不成比例。所以改變了等效方程以得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。表六改變后的等效方程現(xiàn)在，我們選擇17mm內(nèi)徑和55mm膠粘長(zhǎng)度作為實(shí)驗(yàn)件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)試五實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定條件:碳纖管內(nèi)徑17mm、溫度25℃、膠粘長(zhǎng)度55mm、表面粗糙處理。實(shí)驗(yàn)可變條件:膠粘間隙。表七不同的膠粘間隙對(duì)碳纖維半軸極限扭矩的影響序號(hào)1234567膠粘間隙/mm0.050.100.150.200.250.300.35平均極限扭矩/Nm65.567.369.171.069.069.070.0與拉伸實(shí)驗(yàn)一致，0.2mm的膠粘間隙能夠提供最大的扭矩。最終，我們確定使用0.2mm膠粘間隙、55mm膠粘長(zhǎng)度以及表面粗糙處理的方式。附圖說明圖1為傳統(tǒng)半軸剖視圖。圖2為本發(fā)明所述半軸的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所述球銷萬(wàn)向節(jié)總成的放大圖。圖4為本發(fā)明所述球銷萬(wàn)向節(jié)總成的爆炸圖。圖5為本發(fā)明所述球銷萬(wàn)向節(jié)總成的剖視圖。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：(1)本發(fā)明所述半軸省去內(nèi)外花鍵結(jié)構(gòu)，通過采用空心碳纖維軸管，碳纖維軸管使其具有更輕的重量、更高的安全系數(shù)、更小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、更好的加速性，節(jié)約動(dòng)力、延長(zhǎng)使用壽命，并且避免了花鍵疲勞斷裂引起的失效。(2)本發(fā)明所述半軸與傳統(tǒng)的半軸相比將消除軸端花鍵、卡簧槽以及球銷萬(wàn)向節(jié)內(nèi)花鍵等結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化了的半軸加工、裝配過程，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、可靠。(3)本發(fā)明通過對(duì)球銷萬(wàn)向節(jié)總成進(jìn)行表面粗糙處理，準(zhǔn)確控制碳纖維半軸與球銷萬(wàn)向節(jié)總成膠粘過程中的膠粘間隙及膠粘長(zhǎng)度，使碳纖維半軸具有較高的極限拉力，足以滿足使用要求。具體實(shí)施方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚、明白本發(fā)明所述技術(shù)方案及其優(yōu)點(diǎn)和特征，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。參閱圖2，本發(fā)明所述半軸由碳纖維軸管1及球銷萬(wàn)向節(jié)總成2兩部分組成，所述球銷萬(wàn)向節(jié)總成2通過結(jié)構(gòu)膠水粘結(jié)固定在所述碳纖維軸管1的兩端。確定兩者間0.2mm膠粘間隙、54mm膠粘長(zhǎng)度以及表面粗糙處理。參閱圖3、圖4、圖5，所述球銷萬(wàn)向節(jié)總成2包括球銷支架3、滾針軸承4、球環(huán)5、擋環(huán)6、卡簧7；其中，所述球銷支架3一端為插接端35，所述插接端35套設(shè)在所述碳纖維軸管1上，球銷支架3另一端沿著周向方向均勻分布有三個(gè)銷軸31，每個(gè)銷軸31與球銷支架3連接端上均設(shè)有凸臺(tái)32，所述凸臺(tái)32的直徑大于所述球環(huán)5的內(nèi)徑；所述銷軸31另一端沿著周向方向上設(shè)有卡簧槽33，卡簧槽33到銷軸31端面距離為1mm；所述滾針軸承4嵌入在球環(huán)5內(nèi)，滾針軸承4連同球環(huán)5整體再裝配到所述銷軸31上，所述銷軸31與滾針軸承4、球環(huán)5配合，組成軸承萬(wàn)向節(jié)；所述銷軸31上再裝配擋環(huán)6，通過將卡簧7卡和在所述卡簧槽33內(nèi)予以限位。本發(fā)明所述球環(huán)5的內(nèi)表面為圓柱面，其恰好與所述滾針軸承4的滾針之間實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)配合；而且，所述銷軸31與滾針軸承4裝配時(shí)為間隙配合，所述滾針軸承4與所述球環(huán)5裝配時(shí)為間隙配合；所述碳纖維軸管1圓柱度，內(nèi)表面粗糙度及端面的垂直度，球銷支架3軸端的圓柱度均應(yīng)符合要求,使其能夠更加平穩(wěn)、精確的傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)一定角位移和軸向位移等復(fù)雜工況下均可傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。參閱圖3、圖4、圖5，所述銷軸31內(nèi)還設(shè)有減重孔34，所述減重孔34孔深不超過凸臺(tái)32界面；所述球銷支架與碳纖維軸管的連接端與球銷支架上安裝有銷軸端圓角平滑過渡均勻，無尖角，且應(yīng)保證球銷支架上平滑過渡處不與球環(huán)發(fā)生干涉。所述銷軸31在實(shí)際加工過程中是一體地加工在所述球銷支架3上，銷軸31的數(shù)量一般為三個(gè)，也可以更多。該半軸與傳統(tǒng)的半軸相比消除軸端花鍵、卡簧槽以及球銷萬(wàn)向節(jié)內(nèi)花鍵等結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化了半軸加工、裝配過程，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、可靠。制作本發(fā)明碳纖維半軸時(shí)包括以下步驟：1、碳纖維軸管制備：采用纏繞成型法將碳纖維復(fù)合材料按設(shè)計(jì)纖維方向逐層纏繞在芯膜上，將定型好的卷料從卷繞機(jī)取出，在固化爐中固化；管材固化后，去除芯模型，得到碳纖維軸管；2、球銷萬(wàn)向節(jié)總成制備：2.1將合適尺寸的40CrNiMo合金鋼棒料進(jìn)行車銑機(jī)加工，得到三球銷支架；2.2對(duì)三球銷支架軸端部進(jìn)行粗糙處理；2.3用砂紙對(duì)碳纖維軸管端部?jī)?nèi)表面進(jìn)行打磨，除掉內(nèi)表面樹脂，保證碳纖維軸管及球銷萬(wàn)向節(jié)總成之間留有0.2mm膠粘間隙，膠粘長(zhǎng)度55mm；2.4對(duì)加工好的三球銷支架及碳纖維軸管使用樂泰460結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行膠粘連接，并在常溫下固化12h；3、裝配：將滾針、球環(huán)、擋環(huán)裝配在三球銷支架上，并用卡簧限位。采用上述方案后，在扭轉(zhuǎn)極限相同前提下，碳纖維半軸重量?jī)H為鋼半軸的50％-55％。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3