碳纖維機床傳動軸的彎扭性能研究.pdf

1、分類號——UDC密級學校代碼劣屬程歹大薯學位論文10497題目璧紅笙查監(jiān)堡塾墊鮑窒墊：絲魚墾盟塞英文designofcarbonfiberreinforcedplasticdriveshaft’Sbendingand題目!Q!墨iQ趔P曼煎o巡曼魚!壘堡絲叢監(jiān)垃Q!研究生姓名魚矗題指導教師姓名——』巫些L職稱——塑墜一學位—盛_副指導教師姓名單位名稱申請學位級別論文提交日期職稱碩士論文答辯日期學位授予單位盛墨墨王盤堂學位授予日期答辯委員

2、會主席墨凼盤評閱人至塑型絲塑墮2013年4月摘要針對大型機床，傳統(tǒng)的金屬傳動軸因其質(zhì)重，軸承間跨距大，振動大，造成傳動精度差，導致機床的加工精度下降。碳纖維樹脂復合材料因其比強度大、比剛度大、固有頻率高、阻尼大等優(yōu)越的靜動態(tài)特性，成為了當今重型機床傳動軸材料的新寵。裝配型碳纖維傳動軸因其性能優(yōu)越、工藝簡單、靈活性強，應(yīng)用潛力巨大。本文對碳纖維復合材料機床傳動軸進行了設(shè)計與評估，并對其各項力學性能和彎扭耦合效應(yīng)進行了初步的探討。本文設(shè)計的

3、碳纖維裝配型傳動軸是將金屬端與碳纖維圓管膠接而成。運用復合材料的經(jīng)典力學理論，分析得出鋪層參數(shù)對復合材料圓管的力學性能及彎扭耦合效應(yīng)都有著顯著的影響，可通過對鋪層參數(shù)的設(shè)計，最大優(yōu)化碳纖維傳動軸的彎扭性能。且基于梁單元理論，推導出傳動軸彎扭耦合控制系數(shù)的表達式，并分析出影響耦合控制系數(shù)的各項因素。根據(jù)傳動軸的工作載荷，設(shè)計出碳纖維圓管、金屬端外形結(jié)構(gòu)尺寸及膠接部分參數(shù)。運用ansys有限元仿真，得出各鋪層參數(shù)對碳纖維圓管的彎扭強度、剛度

4、及耦合效應(yīng)的影響關(guān)系曲線。結(jié)果表明：鋪層角對各項性能的影響最為顯著，隨著纖維角度的增加，碳纖維圓管抗彎強度、剛度單調(diào)遞減。而抗扭強度在450附近最大，250和750附近最小；抗扭剛度在500600間最大，在150附近最小。偏軸纖維的增加能優(yōu)化耦合性能，耦合系數(shù)在200250間取得最大值，在00和900時為0。所以碳纖維傳動軸的設(shè)計應(yīng)主要選用450和Oo，并適當增加士450層。隨著鋪層厚度的增加，圓管的彎扭強度、剛度均單調(diào)遞增。同時鋪層順

5、序?qū)A管彎扭強度的影響較大，剛度的影響較小，【45／45／0]的鋪層順序具有最優(yōu)的彎扭綜合性能?？紤]到反對稱鋪層的耦合效應(yīng)稍微優(yōu)于對稱鋪層，提出本軸的最優(yōu)鋪層設(shè)計為[45／45／012145／4513[0／45／4512。最后運用仿真與實驗相結(jié)合的方法，得出碳纖維裝配型傳動軸試件的彎扭性能參數(shù)。Ansys仿真預測彎曲強度為12339MPa，彎曲剛度為34086Nm2；扭轉(zhuǎn)強度為8238MPa，扭轉(zhuǎn)剛度為7231Nm2。實驗得出試件的彎曲