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针对大型机床,传统的金属传动轴因其质重,轴承间跨距大,振动大,造成传动精度差,导致机床的加工精度下降。碳纤维树脂复合材料因其比强度大、比刚度大、固有频率高、阻尼大等优越的静动态特性,成为了当今重型机床传动轴材料的新宠。装配型碳纤维传动轴因其性能优越、工艺简单、灵活性强,应用潜力巨大。本文对碳纤维复合材料机床传动轴进行了设计与评估,并对其各项力学性能和弯扭耦合效应进行了初步的探讨。本文设计的碳纤维装配型传动轴是将金属端与碳纤维圆管胶接而成。运用复合材料的经典力学理论,分析得出铺层参数对复合材料圆管的力学性能及弯扭耦合效应都有着显著的影响,可通过对铺层参数的设计,最大优化碳纤维传动轴的弯扭性能。且基于梁单元理论,推导出传动轴弯扭耦合控制系数的表达式,并分析出影响耦合控制系数的各项因素。根据传动轴的工作载荷,设计出碳纤维圆管、金属端外形结构尺寸及胶接部分参数。运用ansys有限元仿真,得出各铺层参数对碳纤维圆管的弯扭强度、刚度及耦合效应的影响关系曲线。结果表明：铺层角对各项性能的影响最为显著,随着纤维角度的增加,碳纤维圆管抗弯强度、刚度单调递减。而抗扭强度在45°附近最大,25°和75°附近最小；抗扭刚度在50°～60°间最大,在150附近最小。偏轴纤维的增加能优化耦合性能,耦合系数在20°～25°间取得最大值,在0°和900时为O。所以碳纤维传动轴的设计应主要选用+450和00,并适当增加±45°层。随着铺层厚度的增加,圆管的弯扭强度、刚度均单调递增。同时铺层顺序对圆管弯扭强度的影响较大,刚度的影响较小,[45/-45/0]的铺层顺序具有最优的弯扭综合性能。考虑到反对称铺层的耦合效应稍微优于对称铺层,提出本轴的最优铺层设计为[45/-45/0]2[45/-45]3[0/45/-45]2。最后运用仿真与实验相结合的方法,得出碳纤维装配型传动轴试件的弯扭性能参数。Ansys仿真预测弯曲强度为123.39MPa,弯曲刚度为34086Nm2；扭转强度为82.38MPa,扭转刚度为7231Nm2。实验得出试件的弯曲强度为116.1MPa,仿真误差为6.28%；弯曲刚度为32797Nm2,仿真误差为3.93%；扭转强度为63.31MPa；扭转刚度为6566Nm2。相较于金属传动轴,碳纤维传动轴试件质轻减震,并具有更优的弯扭力学性能。