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1、传动轴发展一背景汽车是最普通的代步、运输工具，许多国家均将汽车工业作为其重要的支柱 产业。面对资源和环境的严峻挑战，推进汽车轻量化以降低油耗，一直是汽车工 业发展的主题。复合材料因具有加工能耗低，轻质高强，可设计性强，耐锈蚀，成 型工艺性好等优点，成为汽车工业以塑代钢的理想材料。汽车用材料在经历了通 用塑料、工程塑料时代之后，2（世纪九十年代进人复合材料时期。通用汽车公司1953年生产的世界上第一辆复合材料汽车车身汽车Chevrolet Corvette敲开了复合材料在汽车领域的应用，自推出此款车型以来通用汽车公 司目前已销售130余万辆，此款车型采用的是玻璃纤维增强树脂复合材料。汽车 复合材
2、料的应用主要经历了两个时期：在20世纪70年代开始，由于SMC材料 的成功开发和机械化模压技术以及模内涂层技术的应用，促使玻璃钢/复合材料 在汽车应用的年增长速度达到25%，形成汽车玻璃钢制品发展的第一个快速发 展时期；到20年代90年代初，随着环保和轻量化、节能等呼声越来越高，以 GMT （玻璃纤维毡增强热塑性复合材料）、LFT （长纤维增强热塑性复合材料） 为代表的复合材料得到了迅猛发展，主要用于汽车结构部件的制造，年增长速度 达到1015%，掀起第二个快速发展时期。作为新材料前沿的复合材料逐步替 代汽车零部件中的金属产品和其它传统材料，并取得更加经济和安全的效果。据统计，汽车用复合材料已
3、占全球复合材料总量的23%以上，并且成逐步上 升的趋势。美国、日本、欧洲的德国，意大利等发达国家是车用复合材料的主要 国家，全球汽车用增强塑料制品的市场规模为每年454万吨，其中美国达到172 万吨，欧洲达到136万吨。目前，德国每辆汽车平均使用的纤维增强塑料制品近 300kg，占汽车总消费材料的22%左右，日本每辆汽车平均使用的纤维增强塑料 制品达100kg，约占汽车材料消费总量的7.5%。其汽车用复合材料部件制造的整 体技术水平高，大量采用SMC/BMC 材料，采用流水线作业方式，机械化、自 动化程度高，产品质量好，经济效益高。涉及到轿车、客车、火车、拖拉机、摩 托车以及运动车、农用车等所
4、有车种，个别车型的单车平均用量已超过200kg。 采用复合材料制造的汽车零部件种类繁多，主要包括以下几类图1.：纤维增强树脂复合材料已被广泛应用于桥车、客车、卡车等的各种覆盖件和 结构件上。主要包括以下应用，车身及车身部件：车身壳体、地板、车门、前端 板、阻流板等；悬挂部件：前后保险杠、仪表板等；动力部件：传动轴、导流罩、 发动机外壳等；车内装饰：门内饰板、车门把手、仪表盘等。图1.碳纤维复合材料在汽车上的应用生产单位夜车割号零部件名物备 ttNdPLAST茁诺Reumull）公司 Vel. ShlI fil LuunH 车短尔福Wolvo）公司V70车标致 1PUEGOT）会司 506 T后
5、车门车竟板、散热黯柄件、折合式车罩，操甄盘等采用大量星产成型技术，例如 (Reimutl公司 Vel Sails 车果月 和洼射或国组合技术，私如02弓 起配度r标曜设备批瓯生产Budd公司Pl.M4ic Di*r福特（Ford）公司 Tklincferl.Hrdl 车外壳、操甄占短、前防护抵、护茜,后上罩面扳、可拆卸顶等采用三向数字化设计、计算机*压8MC工艺M的nzoliL - Fibron欠司本茨（Mercedes - Benz）公司 CL 203 T曼组蕾财楚播（Man Nut2fahrtfti#jeAG）公司TG-A卡尊后车门板喊震器等采用口MS甜脂横压成型，烦含; 有尺寸稳定性好.
6、抗破坏、质重 携表面等优点,每年产缺约L0： 2r 4 X Im ?C 0. 25m,原星 32 用DM$啊脂琪压成型，箕合持! 高了我尚能力、成轻了职B；井:Bayer约闻迪米(Jchn D,)公司的联合 收割况后枚果用EhjhJut巧0,生产周期但LIrunia Sys - lem d in.cri5500FRP pipe portion销钉式连接US4380443中采用的销钉连接的方式，如图9所示：1为传动轴示意图，2 为连接部位销钉连接示意图，3为连接部位横切面示意图。图10.传动轴连接示意图碳纤维传动轴在冲击强度上有一定的不足、在传动轴的设计生产过程中在最 外表面加上增强层，一般为玻
7、璃纤维复合材料。可在缠绕成型过程中完成，也可 采用喷射工艺将短纤维复合材料喷射在轴体表面固化成型加强层。3.2空心管轧碾真空袋成型(Tube-rolling)专利US2005159229A1采用真空袋成型工艺，如上图所示：a将4层碳纤维 复合材料布和1层玻璃纤维复合材料布整理叠层卷绕在芯模上。b将芯模插入到 铝制空心管中。（复合材料布的长度与略大于芯模与铝制空心管的内孔周长一 致）；c旋转芯模将复合材料布堆坨在铝制空心管的内表面；d将铝制空心管放 置在真空袋中；e抽真空固化成型。此种工艺更有利于成型高尔夫球杆、钓鱼杆 等小直径的管材。复合材料轴体固化成型后经加工与金属连接部件采用齿纹式相粘和连
8、接如 下图所示：图12。连接装备示意图国内对复合材料汽车传动轴有一定的研究。许昌汽车传动轴总厂生产的尼龙 涂敷汽车传动轴的生产工艺为：金属零件经过除油、除锈处理后采用马日夫盐、 硝酸盐对其进行磷化处理，敷粘结剂后浸敷尼龙，流均匀冷却定型，最后精加工 可得成品。此工序过程在美国专利基础上有所改进，改善了采用磨砂处理金属零 件不均匀的缺点，并且粘结剂的使用在结合强度上也要有利于涂底漆的处理方 法。哈尔滨玻璃钢研究院、中国船舶重工集团对碳纤维传动轴都有所研究。哈玻 院采用采用缠绕成型工艺生产传动轴，轴体分三层、内表层为玻璃纤维增强树脂 复合材料采用缠绕或者喷射成型；中间层也称结构层为碳纤维复合材料，
9、采用缠 绕成型而成；最外层为玻璃纤维复合材料经缠绕成型而成。经加压固化后，采用 特殊的工装和设备进行无锥度脱模，轴体的厚度在3mm左右。中国船舶重工集 团的研究主要是解决了碳纤维轴体与连接部件的连接。采用的法兰连接的方式如 下图：图13.法兰连接方式此种类型的碳纤维传动轴主要应用于冷却塔风机、造纸机、印刷机、压缩机、泵四应用展望资料统计表明2007年中国汽车销售879.15万辆，同比增长20%以上。在汽 车市场的带动下，2007年我国汽车传动轴的需求已经突破992万根，产值达到 了 45亿元。2008年汽车销量达到938.05万辆，而作为汽车零部件的汽车传动 轴需求量也接近1900万套，产值达
10、到54亿元。预计，2010年我国汽车传动轴 总销售额将达87亿元，在汽车材料应用领域复合材料传动轴具有很大的潜在应 用市场。目前国内传动轴市场被GKN Driveline等大型外资所控制。GKN Driveline 凭借自身技术优势在中国轿车市场占有50%汽车传动轴市场份额，其年产量可达 500万根。2008年10月又在上海投资新工厂，并计划2009年在中国武汉在开 设新的传动轴工厂，这将是GKN继上海、重庆、吉林之后，在中国开设的第五家 传动轴工厂，全国布局还在继续。中国碳纤维传动轴的研究和生产迫切需要提高。碳纤维传动轴的大规模的产业化受碳纤维成本高的影响，美国对汽车工业用 碳纤维作了研究分析，结论是碳纤维价格降至16.5美元以下时，碳纤维与钢材相 比就有竞争性了。但其优良的性能及减轻车重的作用对制造商来说具有巨大的魅 力。
