復(fù)合材料傳動(dòng)軸鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)探究

張明

摘 要：基于傳動(dòng)軸的特殊性，在傳動(dòng)軸鋪層的設(shè)計(jì)方面，采用復(fù)合材料不但能夠提高傳動(dòng)軸鋪層的強(qiáng)度，同時(shí)還能滿足傳動(dòng)軸的鋪層設(shè)計(jì)要求，使傳動(dòng)軸在鋪層設(shè)計(jì)方面能夠達(dá)到使用性能要求，改變傳動(dòng)軸鋪層材料薄弱以及材料性質(zhì)出現(xiàn)問題的情況。從當(dāng)前復(fù)合材料傳動(dòng)軸鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)來看，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)纖維向應(yīng)力進(jìn)行重點(diǎn)分析，同時(shí)，根據(jù)不同厚度和不同角度的特點(diǎn)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高傳動(dòng)軸鋪層設(shè)計(jì)效果，通過使用復(fù)合材料的方式，使傳動(dòng)軸鋪層設(shè)計(jì)能夠達(dá)到性能指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料; 傳動(dòng)軸鋪層; 優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言

傳動(dòng)軸鋪層關(guān)系到傳動(dòng)軸的運(yùn)行效果，對(duì)傳動(dòng)軸的使用壽命和傳動(dòng)軸的正常運(yùn)行產(chǎn)生了重要影響，根據(jù)傳動(dòng)軸的特點(diǎn)以及傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)需要，做好傳動(dòng)軸的鋪層設(shè)計(jì)，是滿足傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)要求和解決傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)問題的重要因素。因此，我們應(yīng)認(rèn)真分析傳動(dòng)軸鋪層設(shè)計(jì)的基本情況，并分析復(fù)合材料對(duì)傳動(dòng)軸鋪層的影響，根據(jù)傳動(dòng)軸鋪層的特點(diǎn)，采取復(fù)合材料優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式，為整個(gè)傳動(dòng)軸的鋪層設(shè)計(jì)提供有力支持，保證傳動(dòng)軸鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠在功能和有效性方面得到提高，解決復(fù)合材料傳動(dòng)軸鋪層的設(shè)計(jì)問題。

一、復(fù)合材料薄壁軸的纖維向應(yīng)力

（一）受扭工況下復(fù)合材料薄壁軸的受力分析

1.薄壁軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變

基于對(duì)傳動(dòng)軸運(yùn)行過程的了解，傳動(dòng)軸在運(yùn)行中，扭力對(duì)傳動(dòng)軸的影響較大，在扭力工況下，傳動(dòng)軸如何提高傳動(dòng)效果，如何解決傳動(dòng)軸的扭力問題，是關(guān)系到傳動(dòng)軸使用壽命和傳動(dòng)軸能否正常工作的重要因素。從目前傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)運(yùn)行狀況來看，傳動(dòng)軸在扭轉(zhuǎn)切變中，需要分析傳動(dòng)軸的扭力情況，以及傳動(dòng)軸面臨的扭力變化情況。根據(jù)扭力變化測(cè)試傳動(dòng)軸的鋪層是否能夠達(dá)到傳動(dòng)軸的運(yùn)行要求。通過對(duì)傳動(dòng)軸工況的分析，傳動(dòng)軸在使用過程中受到扭力的影響，整個(gè)鋪層需要保持較大的強(qiáng)度，復(fù)合應(yīng)力才能滿足運(yùn)行要求。否則，鋪層會(huì)因扭力過大發(fā)生變形，導(dǎo)致整個(gè)傳動(dòng)軸運(yùn)行受到影響。結(jié)合傳動(dòng)軸的運(yùn)行情況，以及傳動(dòng)軸的運(yùn)行需要，在傳動(dòng)軸運(yùn)行過程中，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變的分析是分析傳動(dòng)中受力的重要方法，同時(shí)也關(guān)系到傳動(dòng)軸鋪層的具體運(yùn)行狀態(tài)[1]。因此，在傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變的分析過程中，應(yīng)當(dāng)圍繞著傳動(dòng)軸的鋪層變化情況和傳動(dòng)軸的鋪層位置，以及傳動(dòng)軸的鋪層厚度情況，分析傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變情況，為整個(gè)傳動(dòng)軸的受力分析提供方法支持。

2.薄壁軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的切應(yīng)力

傳動(dòng)軸在扭轉(zhuǎn)過程中，鋪層的受力較大，往往造成鋪層變形。結(jié)合傳動(dòng)軸的運(yùn)行實(shí)際和傳動(dòng)軸的鋪層變化情況，鋪層的形變必須在可控的范圍之內(nèi)，并且在形變之后能夠回彈，才能滿足傳動(dòng)軸的運(yùn)行需要。如果傳動(dòng)軸在運(yùn)行過程中，受到扭力的影響，發(fā)生了傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)變形，但是扭轉(zhuǎn)變形超出了傳動(dòng)軸的受力極限，造成了傳動(dòng)軸在運(yùn)行過程中因扭轉(zhuǎn)的牽引力而影響了鋪層的變化，使整個(gè)鋪層發(fā)生較大的變形，并且形變無法回彈，影響傳動(dòng)軸的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中容易出現(xiàn)較大的問題。在實(shí)際分析中，切應(yīng)力是傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的重要受力形式，分析牽引力的數(shù)值，并掌握牽引力的基本情況，能夠提高傳動(dòng)軸鋪層的分析效果，使整個(gè)傳動(dòng)軸突層的應(yīng)力情況，能夠通過切應(yīng)力的分析方式得以呈現(xiàn)。因此，行動(dòng)中的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，在具體表現(xiàn)形式上，不僅僅要分析其受力的方向和受力大小，同時(shí)還要分析其受力的數(shù)值情況，保證傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力分析能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

（二）復(fù)合材料薄壁軸的偏軸本構(gòu)關(guān)系

復(fù)合材料傳動(dòng)軸在運(yùn)行過程中，受到扭力的影響，會(huì)出現(xiàn)偏軸的情況，偏軸的偏離角度，以及偏軸與軸承本身的構(gòu)成關(guān)系，是決定偏軸是否能夠得到有效控制的關(guān)鍵。在偏軸控制中，應(yīng)當(dāng)按照偏軸的特點(diǎn)和偏軸的偏離角度判斷偏軸的具體情況，分析偏軸的發(fā)生情況，以及偏軸在發(fā)生過程中所產(chǎn)生的影響，根據(jù)偏軸的類型以及偏軸與軸承本身的偏離角度，分析偏軸產(chǎn)生的具體原因，以及偏軸在實(shí)施過程中的具體影響，按照偏軸的類型和特點(diǎn)以及偏軸的具體偏移數(shù)值，分析偏軸和軸承中線的關(guān)系。通過對(duì)偏軸的分析，復(fù)合材料的傳動(dòng)軸在偏軸的控制方面能夠達(dá)到控制要求，能夠避免偏軸超出控制范圍，能夠解決偏軸的控制問題。同時(shí)，在偏軸的變形量以及偏軸的變化數(shù)值方面，復(fù)合材料的傳動(dòng)軸對(duì)偏軸的控制能夠取得積極效果，能夠縮小偏重的差距，使整個(gè)傳動(dòng)軸在偏軸的偏移方向和偏軸的偏移型變量方面，能夠在可控的范圍之內(nèi)[2]。因此，在偏軸形變的分析過程中，應(yīng)當(dāng)重視偏軸形變量的控制，以及分析復(fù)合材料對(duì)偏軸形變的具體影響。

（三）復(fù)合材料的偏軸工程彈性常數(shù)

傳動(dòng)軸在運(yùn)行過程中，單軸應(yīng)力或純剪應(yīng)力作用下的正軸單層，其材料剛度性能參數(shù)是關(guān)系到軸承運(yùn)行效果以及軸承偏離形變變化效果的關(guān)鍵。通過對(duì)材料剛度的分析，能夠掌握材料剛度的變化情況，以及材料剛度的應(yīng)力情況，對(duì)分析復(fù)合材料偏軸的形變量具有重要影響。復(fù)合材料的偏軸工程彈性產(chǎn)常數(shù)，在分析過程中，需要注重材料剛性參數(shù)的分析、材料的高度與材料的運(yùn)行有直接關(guān)系，材料剛度越強(qiáng)，材料在運(yùn)行過程中形變量越小，材料的剛度決定了材料的形變情況以及材料的回彈量。復(fù)合材料在偏軸工程彈性參數(shù)常數(shù)中，其彈性型變量與材料的剛度數(shù)值有直接關(guān)系，分析彈性常數(shù)，能夠掌握偏軸工程的形變效果，能夠保證偏軸工程在彈性常數(shù)方面滿足傳動(dòng)軸的運(yùn)行需要?；趯?duì)傳動(dòng)軸運(yùn)行過程的了解，偏軸是傳動(dòng)軸運(yùn)行中面臨的主要問題，在偏軸分析過程中，了解傳動(dòng)軸的變化情況以及傳動(dòng)軸的實(shí)施情況，對(duì)解決傳動(dòng)軸的變化問題，以及分析傳動(dòng)軸的彈性常數(shù)情況具有重要意義。

（四）薄壁軸的鋪層強(qiáng)度分析

1.最大應(yīng)力準(zhǔn)則

在傳動(dòng)軸的運(yùn)行中，鋪層是影響傳動(dòng)軸運(yùn)行質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在鋪層強(qiáng)度的分析過程中，需要保證鋪層強(qiáng)度的應(yīng)力在允許的范圍之內(nèi)。鋪層強(qiáng)度與應(yīng)力有直接關(guān)系，最大應(yīng)力決定了鋪層的強(qiáng)度狀況，對(duì)鋪層的運(yùn)行以及鋪層的形變量產(chǎn)生了直接影響，在分析過程中，應(yīng)當(dāng)采取最大應(yīng)力準(zhǔn)則的方式，分析傳動(dòng)軸的鋪層所能承受的最大強(qiáng)度數(shù)值，根據(jù)鋪層的具體特點(diǎn)和鋪層的強(qiáng)度情況，分析鋪層的最大應(yīng)力狀況，進(jìn)而判斷鋪層所能承受的應(yīng)力極限。這種分析方式對(duì)解決鋪層強(qiáng)度的分析問題，以及提高鋪層強(qiáng)度分析效果具有重要影響?；趯?duì)鋪層強(qiáng)度的了解，以及鋪層強(qiáng)度的數(shù)值變化情況，在分析過程中，按照最大應(yīng)力準(zhǔn)則的方式能夠測(cè)算出鋪層的極限強(qiáng)度數(shù)值，對(duì)整個(gè)鋪層的極限強(qiáng)度情況和鋪層的具體實(shí)施情況作出判斷[3]。通過這一措施，能夠判斷出鋪層的強(qiáng)度變化情況，以及鋪層的數(shù)值變化范圍，為整個(gè)鋪層的數(shù)值分析和傳動(dòng)軸的偏重量分析提供數(shù)值支持。因此，做好最大應(yīng)力準(zhǔn)則的應(yīng)用，對(duì)提高傳動(dòng)軸的鋪層強(qiáng)度分析效果具有重要作用。

2.最大應(yīng)變準(zhǔn)則

在鋪層強(qiáng)度的分析中，采取最大應(yīng)變準(zhǔn)則，能夠分析鋪層的形變情況，能夠掌握鋪層的形變量數(shù)值，能夠總結(jié)鋪層在形變過程中的具體表現(xiàn)形式，為整個(gè)鋪層的形變提供有力支持。鋪層在形變中，最大應(yīng)變準(zhǔn)則是分析鋪層形變量的重要方法，對(duì)解決鋪層形變問題以及滿足鋪層的形變數(shù)值分析具有重要意義，在分析中，最大應(yīng)變準(zhǔn)則的內(nèi)涵在于，能夠根據(jù)鋪層的最大形變量，分析鋪層的承受能力，判斷鋪層材料的形變承受能力，檢驗(yàn)鋪層材料是否能夠滿足形變要求，檢查鋪層材料的形變情況，為整個(gè)鋪層的變化和鋪層的材料分析及應(yīng)用提供有力支持?；趯?duì)鋪層的了解，以及鋪層在變化中的具體情況，鋪層的變化需要通過最大應(yīng)變準(zhǔn)則的方式予以分析，提高分析的效果和準(zhǔn)確性，滿足分析要求。因此，按照最大形變量的要求，分析鋪層的變化情況以及鋪層的數(shù)值變化情況，對(duì)整個(gè)鋪層的分析以及鋪層形變的解決具有重要作用[4]。在分析過程中，掌握最大應(yīng)變準(zhǔn)則的特點(diǎn)，并根據(jù)鋪層的運(yùn)行實(shí)際情況，分析鋪層的形變量，對(duì)提高鋪層的分析效果具有重要意義。

二、鋪層厚度和鋪層角度的最優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）不同層厚配比時(shí)的強(qiáng)度比

基于傳動(dòng)軸的運(yùn)行實(shí)際，以及傳動(dòng)軸鋪層的重要影響，做好鋪層厚度和鋪層角度的設(shè)計(jì)，對(duì)提高傳動(dòng)軸的運(yùn)行效果以及滿足傳動(dòng)軸的運(yùn)行需要具有重要影響。在鋪層的設(shè)計(jì)中，不同層厚配比的強(qiáng)度是不同的，在分析中既要掌握不同層厚配比時(shí)的強(qiáng)度比例變化情況，同時(shí)也要根據(jù)不同層厚配比時(shí)的強(qiáng)度比，分析層厚的控制，了解層厚的具體情況，以及層厚的配比情況，根據(jù)層厚的具體數(shù)值情況，判斷傳動(dòng)軸的運(yùn)行過程是否受到影響。不同層厚配比時(shí)的強(qiáng)度比，對(duì)整個(gè)層厚的情況和層厚的變化情況產(chǎn)生了直接的影響，了解層厚的配比情況，以及層厚的基本表現(xiàn)形式，是做好層厚設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，對(duì)整個(gè)層厚的設(shè)計(jì)和層厚的變化會(huì)產(chǎn)生直接影響?；趯雍竦奶攸c(diǎn)以及層厚的變化情況，在層厚配比時(shí)的強(qiáng)度比變化情況，應(yīng)當(dāng)有效調(diào)節(jié)前后的強(qiáng)度比，應(yīng)當(dāng)按照層厚的實(shí)施情況設(shè)置強(qiáng)度比，使塵后設(shè)計(jì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求解決層厚設(shè)計(jì)問題。因此，在鋪層厚度和不同角度的設(shè)計(jì)過程中，了解不同層厚配比時(shí)的強(qiáng)度比情況是做好鋪層厚度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

（二）復(fù)合材料鋪層厚度比優(yōu)化

基于傳動(dòng)軸的運(yùn)行情況和傳動(dòng)軸在運(yùn)行過程中對(duì)鋪層厚度的了解，采取復(fù)合材料的方式，能夠優(yōu)化材料鋪層的厚度比，能夠解決材料鋪層設(shè)計(jì)問題，能夠了解材料鋪層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，能夠根據(jù)材料鋪層的具體情況和材料鋪層的實(shí)施情況，調(diào)整復(fù)合材料的鋪層厚度，使復(fù)合材料在鋪層厚度方面能夠滿足傳動(dòng)軸的運(yùn)行要求，能夠解決傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)問題，使復(fù)合材料鋪層厚度比優(yōu)化能夠達(dá)到配比要求，解決設(shè)計(jì)存在的問題。通過對(duì)復(fù)合材料鋪層厚度比的分析，能夠掌握鋪層材料的厚度情況，能夠?qū)?fù)合材料的強(qiáng)度提出具體要求，能夠按照復(fù)合材料的具體情況和復(fù)合材料的厚度比情況，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行有效選擇，提高復(fù)合材料的整體性能，做好復(fù)合材料的應(yīng)用，保證復(fù)合材料在鋪層厚度比方面能夠滿足傳動(dòng)軸的運(yùn)行要求，解決傳動(dòng)軸的運(yùn)行問題[5]。因此，掌握復(fù)合材料鋪層厚度比的變化情況，并按照復(fù)合材料鋪層比例的具體情況采取優(yōu)化措施，整個(gè)復(fù)合材料的應(yīng)用和鋪層厚度比的設(shè)計(jì)具有重要影響，同時(shí)也是解決復(fù)合材料鋪層厚度比設(shè)計(jì)問題的具體措施。

（三）鋪層厚度比和鋪設(shè)角的最優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.玻璃纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸方案

在鋪層厚度比和鋪設(shè)角度的最優(yōu)化設(shè)計(jì)中，復(fù)合材料的選擇至關(guān)重要。玻璃纖維作為復(fù)合材料的重要類型，在實(shí)際應(yīng)用中具有強(qiáng)度高，抗拉能力強(qiáng)，以及形變量可控的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中能夠應(yīng)用在傳動(dòng)傳動(dòng)軸的庫存中，使傳動(dòng)軸在鋪層方面能夠滿足強(qiáng)度要求和抗拉要求，能夠解決傳動(dòng)軸的抗拉問題，對(duì)解決傳動(dòng)軸的拉力問題和傳動(dòng)軸的形變問題具有重要影響。從玻璃纖維復(fù)合材料的應(yīng)用來看，玻璃纖維復(fù)合材料作為重要的材料形式，能夠根據(jù)傳動(dòng)軸的變化特點(diǎn)和傳動(dòng)軸的使用類型，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸鋪層材料的改變，對(duì)整個(gè)傳動(dòng)軸的變化產(chǎn)生了重要影響，使傳動(dòng)軸在鋪層的材料轉(zhuǎn)換中取得積極效果。因此，了解玻璃纖維材料的特點(diǎn)，并將玻璃纖維材料作為復(fù)合材料，應(yīng)用在傳動(dòng)軸的鋪層方面，對(duì)于提高傳動(dòng)軸的鋪層設(shè)計(jì)效果和滿足傳動(dòng)軸的鋪層設(shè)計(jì)需要具有重要意義。按照鋪層設(shè)計(jì)要求做好傳動(dòng)中材料的設(shè)計(jì)，并正確應(yīng)用玻璃纖維材料，對(duì)解決傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)問題以及提高傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)效果具有重要影響[6]。

2.玻璃纖維軸的優(yōu)化

基于玻璃纖維材料的特點(diǎn)和玻璃纖維材料的具體應(yīng)用形式，玻璃纖維材料在應(yīng)用過程中，不僅僅可以作為傳動(dòng)軸庫存的材料，同時(shí)對(duì)傳動(dòng)軸的材料也有具體的影響，使用玻璃纖維材質(zhì)的傳動(dòng)軸，能夠使整個(gè)傳動(dòng)軸在使用效果和傳動(dòng)軸的優(yōu)化方面能夠達(dá)到使用要求，解決傳動(dòng)軸的強(qiáng)度問題，避免傳動(dòng)軸在應(yīng)用中因傳動(dòng)軸本身的材質(zhì)問題和傳動(dòng)軸的具體結(jié)構(gòu)和形式問題，影響傳動(dòng)中的使用。通過對(duì)傳動(dòng)軸的分析，以及傳動(dòng)軸材料的了解，玻璃纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)出的傳動(dòng)軸，需要經(jīng)過強(qiáng)度測(cè)試和運(yùn)行測(cè)試之后才能投入使用。從目前掌握的情況來看，玻璃纖維材料在強(qiáng)度方面能夠滿足運(yùn)行要求，能夠按照玻璃纖維的具體特點(diǎn)和玻璃纖維的組成形式，應(yīng)用在傳動(dòng)軸上。對(duì)于提高玻璃纖維的應(yīng)用效果和滿足傳動(dòng)軸的應(yīng)用需要具有重要意義。因此，了解玻璃纖維傳動(dòng)軸的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并做好玻璃纖維傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，對(duì)提高玻璃纖維傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)效果，以及滿足玻璃纖維傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)需要具有重要意義。

3.碳纖維復(fù)合材料傳統(tǒng)軸方案

在傳動(dòng)軸鋪層材料的選擇中，除了選擇玻璃纖維材料之外，碳纖維材料也是重要的選擇。碳纖維材料不但對(duì)整個(gè)傳動(dòng)軸的鋪層產(chǎn)生的重要影響，同時(shí)也滿足了傳動(dòng)軸的運(yùn)行要求，使傳動(dòng)軸在運(yùn)行中能夠按照傳動(dòng)軸自身的特點(diǎn)，以及傳動(dòng)軸的應(yīng)用需要，做好傳動(dòng)軸的應(yīng)用，采取材料優(yōu)化的措施，提高傳動(dòng)軸的優(yōu)化效果。從目前掌握的信息來看，碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸在應(yīng)用過程中，具有突出的優(yōu)勢(shì)，能夠根據(jù)傳動(dòng)軸的功能需要和傳動(dòng)軸的抗變形量要求，做好傳動(dòng)軸的優(yōu)化，使傳動(dòng)軸在設(shè)計(jì)中，能夠按照傳動(dòng)軸的具體要求和傳動(dòng)軸的運(yùn)行方案予以設(shè)計(jì)，對(duì)解決傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)問題和提高傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)效果具有重要影響。目前碳纖維復(fù)合材料在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了材料優(yōu)勢(shì)，對(duì)解決材料應(yīng)用問題和提高傳動(dòng)軸的材料強(qiáng)度以及材料優(yōu)勢(shì)具有重要影響[7]。因此，根據(jù)碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用方式，做好復(fù)合材料的應(yīng)用，對(duì)提高傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)效果具有重要影響。