專利名稱：一種冷卻塔用復合材料傳動軸及其成型工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳動軸及其成型工藝，具體講是一種冷卻塔用復合材料傳動軸及其成型工藝，屬冷卻塔傳動軸技術領域。
背景技術：
傳動軸是冷卻塔的關鍵部件之一，其性能對整個冷卻塔風機的效率影響很大。該傳動軸安裝在減速機和電機之間，起傳遞扭矩和傳遞電動機動力的作用。目前，冷卻塔用的傳動軸主要采用合金鋼、鋁合金、鎂合金或鈦合金等金屬材料制作，而金屬材質的傳動軸， 其重量偏重，傳動效率低，噪聲系數高，熱膨脹系數高，使用壽命短，成本高；因此，限制了冷卻塔的改進與發展，無法滿足經濟和技術的高速發展對冷卻塔配套產品的性能要求和市場需求。
發明內容
為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種可降低傳動軸的重量，提高傳動效率，降低噪聲，有效延長傳動軸的使用壽命，成本低的冷卻塔用復合材料傳動軸及其成型工藝。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案；一種冷卻塔用復合材料傳動軸，它包括筒體和在筒體兩端固接的法蘭盤；其特征在于所述筒體的側壁由浸漬過環氧樹脂的纖維增強材料纏繞固化而成；該筒壁由內至外依次設有抗扭轉層、剛度層和外保護層；所述抗扭轉層、剛度層和所述外保護層的厚度均相同；所述法蘭盤為2個，分別粘接于該筒體的兩端；在所述筒壁與所述法蘭盤粘接處還裝有固定用的復合材料銷釘。上述每端的法蘭盤與該端筒壁相接處沿圓周向各設有4-8個固定所述復合材料銷釘的通孔。為了實現上述目的，本發明還提供了一種冷卻塔用復合材料傳動軸的成型方法， 包括用不同模具分別成型該傳動軸的筒體和法蘭盤的步驟，以及將所述筒體和法蘭盤固接為一體的步驟；其特征在于所述筒體的成型由纖維增強材料和環氧樹脂采用濕法纏繞后固化而成；其中，筒體的側壁包括內層和外保護層，內層由內至外依次為抗扭轉層和剛度層；所述外保護層緊貼該剛度層的外側；所述法蘭盤由纖維布材料和樹脂基體材料采用手糊工藝模壓而成；該法蘭盤為2個，分別粘接于所述筒體的兩端；在所述筒體與所述法蘭盤粘接處還安裝有固定用的復合材料銷釘。上述筒體成型的具體步驟如下1)對預制的芯模表面進行清理，涂抹脫模劑；2) 將浸漬過環氧樹脂的纖維增強材料纏繞至芯模上，分別依次形成所述抗扭轉層、剛度層和外保護層構成復合層；3)將步驟2)纏繞在芯模上的復合層一同放入固化爐內加熱固化；4) 取出，自然冷卻后，脫模；然后將其進行打磨、除去浮膠，成型為所述筒體。其中，步驟2)中的抗扭轉層和剛度層采用的纖維增強材料為碳纖維；外保護層采用的纖維增強材料為玻璃纖維；其中，抗扭轉層先以45°方式纏繞一層，以一45°方式纏繞第二層，然后重復1-2圈纏繞三次；再以89°方式纏繞三層，直至纏繞厚度為0. 25mm ；剛度層先以15°方式纏繞第一圈，再以一15°方式纏繞第二圈；重復1-2圈纏繞方式，直至纏繞厚度為0. 25mm ；所述外保護層以89°方式纏繞，其纏繞厚度為0. 25mm ；所述抗扭轉層、剛度層和外保護層的纏繞寬度為所述筒體的長度。上述步驟3)中所用的固化爐，功率大于50KW，升溫速度為0. 5-20C /min ；其加熱固化的過程是將該固化爐的溫度由室溫升溫到88-92°C，保溫濁；再升溫118-122 ，保溫
后自然冷卻。上述法蘭盤的手糊工藝用環包和搭包相結合的方式糊制；所用的纖維布材料為方格布和沃蘭布；所用的樹脂基體為環氧乙烯基樹脂；具體步驟為A)在法蘭盤的陽模內將多層方格布和多層沃蘭布交叉鋪覆其內，同時在其上涂抹環氧乙烯基樹脂，用手糊糊制在該陽模上；再將陰模與該陽模扣接；2)將步驟1)扣接為一體的模具放入壓機內，升溫合模， 將氣泡擠出；加溫加壓固化后，自然冷卻后脫模；3)將脫模后的法蘭盤外表打磨，即成型為所述法蘭盤。其中，步驟1)中的方格布為40-45層，每層方格布的厚度為0. 4mm ；沃蘭布為8_10 層，每層沃蘭布的厚度為0.2mm ；方格布與沃蘭布以1 5的數量比交叉鋪設；步驟2)所用的壓機為315噸壓機；升溫合模的溫度為60°C;施加的壓力為SMPa ；再將溫度升至80°C，保溫Ih后斷電降溫。上述的筒體和法蘭盤固接為一體的步驟，具體操作如下先將2個法蘭盤分別與所述筒體兩端用常溫固化的環氧樹脂粘接固定；再在法蘭盤與筒壁相接位置的中部沿圓周向開設有4-8個固裝所述復合材料銷釘的通孔，最后用復合材料銷釘插入通孔內將法蘭盤和筒體的兩端固定連接。其中，復合材料銷釘是由玻璃纖維無捻粗紗經聚酯樹脂浸漬后，經拉擠機牽引、預成型、熱模固化、定長切割加工而成；其中，熱模固化的溫度為120-180°C ；復合材料銷釘的直徑為5mm，定長為9-11mm。由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果如下1、用碳纖維復合材料和玻璃纖維復合材料手糊模壓成型的傳動軸，與傳統金屬傳動軸相比，重量減輕40 70% ；解決了金屬傳動軸因其跨度大隨長度加大臨界轉速降低問題；同時，該傳動軸還減少了支撐軸承和連接結構，降低消極重量；增強其穩定性；2、由于采用了經環氧樹脂浸漬后的碳纖維和玻璃纖維制作傳動軸的筒體和兩端的法蘭盤，與金屬材料相比可顯著降低噪聲；傳動效率比金屬傳動軸高出4%以上；同時，熱膨脹系數低，使其在使用過程中，耐腐蝕、耐磨損、免維護、無磁性；使用壽命長且節能降耗30%以上；3、碳纖維復合材料傳動軸可以國產化，其成本可降低40%以上；易于推廣應用。
圖1為復合材料傳動軸的正面剖示圖。圖2為復合材料傳動軸的制作工藝流程。
具體實施例方式如圖1所示，本發明冷卻塔用復合材料傳動軸，包括筒體和在筒體兩端固接的法蘭盤1、5 ；筒體的側壁由浸漬過環氧樹脂的纖維增強材料層纏繞而成；側壁分設有內層3和外防護層4 ；內層3由內至外分別為抗扭轉層和剛度層，均由碳纖維浸漬環氧樹脂后纏繞而成；與剛度層外表面相接為外防護層4，該外防護層4由玻璃纖維浸漬環氧樹脂后纏繞而成；外防護層4 ；抗扭轉層、剛度層和外保護層的厚度相同，均為0. 25mm ；法蘭盤1和法蘭盤 5的結構相同，分別粘接于該筒體的兩端；每端的法蘭盤與該端筒壁相接處的中部沿圓周向各設有4-8個固定筒壁與法蘭盤的復合材料銷釘孔，該銷釘孔最佳開設6個。上述復合材料傳動軸的成型方法包括用不同的模具，分別成型該傳動軸的筒體和法蘭盤的步驟；且將所述筒體和法蘭盤固接為一體的步驟；其中，筒體的成型由纖維增強材料和環氧樹脂采用濕法纏繞工藝固化而成；該筒體的側壁包括內層和外保護層， 其中，內層由內至外依次為抗扭轉層和剛度層；抗扭轉層、剛度層與外保護層的厚度比為 1:1: 1;其筒體成型的具體步驟如下1)對預制的芯模表面進行清理，涂抹脫模劑；2)將浸漬過環氧樹脂的纖維增強材料密集纏繞至芯模上，分別形成抗扭轉層、剛度層和外保護層構成所述筒體；3)將所述筒體與芯模一同放入固化爐內加熱固化；4)自然冷卻；脫模；然后對其表面進行打磨、除去浮膠，成型為所述筒體。上述步驟2)中，抗扭轉層和剛度層采用的纖維增強材料為碳纖維；外保護層采用的纖維增強材料為玻璃纖維；具體纏繞方式為在芯模上用經過環氧樹脂浸漬過的碳纖維先以45°方式纏繞一圈，以一45°方式纏繞第二圈；重復1-2圈的纏繞方式連續纏繞三層； 再以89°方式纏繞三層，直至纏繞厚度為0.25mm形成抗扭轉層；然后在其外，繼續用經過環氧樹脂浸漬過的碳纖維以15°方式纏繞第一圈，再以一15°方式纏繞第二圈；重復1-2 圈纏繞方式連續纏繞，直至纏繞厚度為0. 25mm形成剛度層；在剛度層的外側用經過環氧樹脂浸漬過的玻璃纖維以89°方式連續纏繞，纏繞厚度至0.25mm厚時形成外保護層；上述的抗扭轉層、剛度層和外保護層的纏繞寬度均為該筒體的長度。上述步驟3)所用固化爐的功率大于50KW，升溫速度為0. 5-20C /min ；其加熱固化的過程是將該固化爐的溫度由室溫升溫到88-92°C，保溫2h ；再升溫118-122°C，保溫2h后自然冷卻。法蘭盤設有2個，均由纖維布材料和樹脂基體材料采用手糊方式模壓而成，纖維布材料選用方格布和沃蘭布；樹脂基體材料選用環氧乙烯基樹脂。法蘭盤的手糊工藝采用常規的環包和搭包相結合的方式糊制；具體步驟如下A) 在法蘭盤的陽模內將多層方格布和多層沃蘭布交叉鋪覆其內，同時在其上涂抹環氧乙烯基樹脂，用手糊糊制在該陽模上；再將陰模與該陽模扣接；B)將步驟A)扣接為一體的模具放入壓機內，升溫合模，將氣泡擠出；加溫加壓固化后，自然冷卻后脫模；C)將脫模后的法蘭盤打磨即成型為所述的法蘭盤。步驟A)中多層的方格布為40-45層，每層方格布的厚度為0.4mm;多層的沃蘭布為 8-10層，每層沃蘭布的厚度為0.2mm ；方格布與沃蘭布以1 5的數量比交叉鋪設；步驟B) 所用的壓機為315噸壓機；升溫合模的溫度為60°C;施加壓力SMPa后，再將溫度升至80°C， 保溫Ih后斷電降溫。2個法蘭盤分別粘接于該筒體的兩端；筒壁與法蘭盤的連接采用常溫固化的環氧膠粘接固定；在法蘭盤與筒壁相接段的中部沿圓周向開設有4-8個安裝復合材料銷釘的通孔；本實例中所用的常溫固化膠為環氧常溫膠。
復合材料銷釘的加工方法采用玻璃纖維無捻粗紗經聚酯樹脂浸漬后，在拉擠機牽引作用下預成型、在120-180°C的熱模中固化、定長切割而成；該復合材料銷釘的直徑為 5mm、長度為 9-llmm。筒壁與法蘭盤的厚度相同，均為20mm ；；通孔最佳開有6個；復合材料銷釘的數量與通孔開設的數量相同。最后將筒體、復合材料法蘭、復合材料銷釘組裝為一體，成型為該復合材料傳動軸ο以下結合附圖對本發明的方法作一詳細介紹
如圖2所示本發明復合材料傳動軸的成型方法包括步驟如下 步驟1、纏繞模具清理在清理干凈的模具表面，涂覆型號為XTEND 818脫模劑該脫模劑為市售產品。步驟2、筒體抗扭轉層、剛度層的纏繞成型；筒體側壁的內層采用經環氧樹脂浸漬后的碳纖維，通過纖維纏繞機按照設計的角度纏繞在金屬芯模上；具體纏繞方式為先以 45°方式纏繞一圈，以一45°方式纏繞第二圈構成一層，然后重復1-2圈的方式纏繞三層； 再以89°方式纏繞三層，直至纏繞厚度為0.25mm，形成抗扭轉層；在該抗扭轉層的表面以 15°方式纏繞第一圈，再以一 15°方式纏繞第二圈；重復1-2圈的方式纏繞，直至厚度為 0. 25mm，形成剛度層；其中，抗扭轉層和剛度層中所用的纖維增強材料為碳纖維，其中，碳纖維選用市售的型號為T700-UK的碳纖維，環氧樹脂選用本申請人生產的E251-1環氧樹脂。步驟3、外防護層成型；在剛度層的外面以89°方式連續纏繞，直至纏繞厚度為 0. 25mm，形成外保護層；所用的增強材料為玻璃纖維，玻璃纖維選用型號SC8-M0W的高強紗，高強紗的斷裂強力大于120N;所用的環氧樹脂與抗扭轉層、剛度層所用的環氧樹脂相同。通常情況下，凡是適合濕法纏繞的高溫固化環氧樹脂在本實例中均適用；
上述步驟中的抗扭轉層、剛度層和外保護層的纏繞寬度均為筒體的長度。步驟4、將纏繞完成后的筒體和芯模一同置于固化爐內加熱固化；其固化制度為 室溫升溫到90士2°C保溫2h，再升溫到120士2°C保溫2h，自然冷卻。所用的固化爐要求為 功率大于50KW，升溫速度0. 5 2°C /min。步驟5、將模具從固化爐內取出，自然冷卻后用脫模機脫模。步驟6、經打磨機打磨筒體、去掉浮膠，成型為筒體。步驟7、利用手糊模壓方式成型法蘭盤；其具體操作如下
對所用的模壓模具表面進行清理用丙酮擦干凈模具表面，涂上一層市售的，型號為 XTEND 818脫模劑。步驟8、取模壓模具的陽模，用0. 4mm方格布和0. 2mm沃蘭布交叉鋪設，鋪1層沃蘭布，鋪5層方格布，重復依次交叉鋪設，方格布共鋪40 45層，沃蘭布共鋪8 10層；每鋪一層涂抹一層樹脂基體，該樹脂基體采用環氧乙烯基樹脂，用手糊方式糊制在陽模上，再把陰模扣在陽模上，然后放到315噸壓機上，升溫至60°C，緩慢合模，將氣泡擠出。步驟9、向315噸壓機內施加8Mpa的壓力；再將溫度升至80°C固化，保溫Ih后斷電降溫。步驟10、自然冷卻后脫模，成型為法蘭盤毛胚。步驟11、用打磨機磨掉毛邊，成型為法蘭盤。
步驟12、將成型的筒體和法蘭盤粘接；法蘭盤為2個，分別位于筒體的兩端；用常溫固化的環氧樹脂粘接固定；環氧樹脂的型號為E251-1。步驟13、加工復合材料銷釘；復合材料銷釘由纖維增強材料和樹脂基體用拉擠成型方式加工而成；其中，纖維增強材料選用玻璃纖維無捻粗紗，樹脂基體選用聚酯樹脂；在常規的拉擠成型機的牽引作用下，玻璃纖維無捻粗紗經過聚酯樹脂浸膠、預成型，在120 180°C的熱模內固化，再進行定長切割，加工成復合材料銷釘；該復合材料銷釘的直徑為 5mm,定長為9-1 Imm ；最佳為IOmm0步驟14、在法蘭盤與筒體兩端粘接位置的中部沿圓周向開設4-8個通孔；最佳為6 個；通孔內插有復合材料銷釘，用以加固法蘭盤和筒體兩端的連接。經過上述步驟成型的復合材料傳動軸，按照QC/T523-1999《汽車傳動軸總成臺架試驗方法》的標準，通過扭轉試驗臺對用上述方法成型的復合材料傳動軸進行的靜扭強度試驗、臨界轉速與固有頻率的試驗均可滿足該標準的要求；可產業化生產。
權利要求
1.一種冷卻塔用復合材料傳動軸，它包括筒體和在筒體兩端固接的法蘭盤；其特征在于所述筒體的側壁由浸漬過環氧樹脂的纖維增強材料纏繞固化而成；該筒壁由內至外依次設有抗扭轉層、剛度層和外保護層；所述抗扭轉層、剛度層和所述外保護層的厚度均相同；所述法蘭盤為2個，分別粘接于該筒體的兩端；在所述筒壁與所述法蘭盤粘接處還裝有固定用的復合材料銷釘。
2.如權利要求1所述的傳動軸，其特征在于每端的所述法蘭盤與該端筒壁相接處沿圓周向各設有至少4個固定所述復合材料銷釘的通孔。
3.—種冷卻塔用復合材料傳動軸的成型方法，包括用不同模具分別成型該傳動軸的筒體和法蘭盤的步驟，以及將所述筒體和法蘭盤固接為一體的步驟；其特征在于所述筒體的成型由纖維增強材料和環氧樹脂采用濕法纏繞后固化而成；其中，筒體的側壁包括內層和外保護層，內層由內至外依次為抗扭轉層和剛度層；所述外保護層緊貼該剛度層的外側；所述法蘭盤由纖維布材料和樹脂基體材料采用手糊工藝模壓而成；該法蘭盤為2個，分別粘接于所述筒體的兩端；在所述筒體與所述法蘭盤粘接處還安裝有固定用的復合材料銷釘。
4.如權利要求3所述的成型方法，其特征在于所述筒體成型的具體步驟如下1)對預制的芯模表面進行清理，涂抹脫模劑；2)將浸漬過環氧樹脂的纖維增強材料纏繞至芯模上， 分別依次形成所述抗扭轉層、剛度層和外保護層構成復合層；3)將步驟2)纏繞在芯模上的復合層一同放入固化爐內加熱固化；4)取出，自然冷卻后，脫模；然后將其進行打磨、除去浮膠，成型為所述筒體。
5.如權利要求4所述的成型方法，其特征在于步驟2)所述抗扭轉層和剛度層采用的纖維增強材料為碳纖維；所述外保護層采用的纖維增強材料為玻璃纖維；其中，抗扭轉層先以45°方式纏繞一層，以一45°方式纏繞第二層，然后重復1-2圈纏繞三次；再以89°方式纏繞三層，直至纏繞厚度為0.25mm;剛度層先以15°方式纏繞第一圈，再以一15°方式纏繞第二圈；重復1-2圈纏繞方式，直至纏繞厚度為0. 25mm ；所述外保護層以89°方式纏繞，其纏繞厚度為0. 25mm;所述抗扭轉層、剛度層和外保護層的纏繞寬度為所述筒體的長度。
6.如權利要求5所述的成型方法，其特征在于步驟3)所述固化爐的功率大于50KW， 升溫速度為0. 5-20C /min ；其加熱固化的過程是將該固化爐的溫度由室溫升溫到88_92°C， 保溫2h ；再升溫118-122°C，保溫2h后自然冷卻。
7.如權利要求3所述的成型方法，其特征在于所述法蘭盤的手糊工藝用環包和搭包相結合的方式糊制；所用的纖維布材料為方格布和沃蘭布；所用的樹脂基體為環氧乙烯基樹脂；具體步驟為A)在法蘭盤的陽模內將多層方格布和多層沃蘭布交叉鋪覆其內，同時在其上涂抹環氧乙烯基樹脂，用手糊工藝糊制在該陽模上；再將陰模與該陽模扣接；2)將步驟1)扣接為一體的模具放入壓機內，升溫合模，將氣泡擠出；加溫加壓固化后，自然冷卻后脫模；3)將脫模后的法蘭盤外表打磨，即成型為所述法蘭盤。
8.如權利要求7所述的成型方法，其特征在于步驟1)中的方格布為40-45層，每層方格布的厚度為0. 4mm ；沃蘭布為8-10層，每層沃蘭布的厚度為0. 2mm ；方格布與沃蘭布以 1 5的數量比交叉鋪設；步驟2)所述壓機為315噸；升溫合模的溫度為60°C ；施加的壓力為8MPa ；再將溫度升至80°C，保溫Ih后斷電降溫。
9.如權利要求3-8任一項所述的成型方法，其特征在于所述筒體和法蘭盤固接為一體的步驟，其具體操作為先將2個法蘭盤分別與所述筒體兩端用常溫固化的環氧樹脂粘接固定；再在所述法蘭盤與筒壁相接位置的中部沿圓周向開設有4-8個固裝所述復合材料銷釘的通孔，最后用復合材料銷釘插入通孔內將法蘭盤和筒體的兩端固定連接。
10.如權利要求9所述的成型方法，其特征在于所述復合材料銷釘是由玻璃纖維無捻粗紗經聚酯樹脂浸漬后，經拉擠機牽引、預成型、熱模固化、定長切割加工而成；其中，熱模固化的溫度為120-180°C ；復合材料銷釘的直徑為5mm，定長為9-llmm。
全文摘要
本發明公開了一種冷卻塔用復合材料傳動軸及其成型工藝，屬冷卻塔傳動軸技術領域。它包括筒體和與其兩端固接的法蘭盤；成型方法包括用不同模具分別成型該傳動軸的筒體和法蘭盤的步驟，以及將筒體和法蘭盤固接為一體的步驟；其中，筒體由纖維增強材料和環氧樹脂采用濕法纏繞后固化而成；該筒體由內至外依次設有抗扭轉層、剛度層和外保護層；抗扭轉層、剛度層和外保護層的厚度均相同；法蘭盤由手糊工藝模壓成型，取2個分別粘接于該筒體的兩端；在筒壁與法蘭盤粘接處還裝有固定用的復合材料銷釘。其傳動軸及其成型方法可有效增強傳動軸的剛度，傳動扭矩的承受力高，成本低，同時，消除了金屬材料的磁性，降低了熱膨脹系數和噪音系數，易于推廣應用。
文檔編號F16C3/02GK102494009SQ20111037336
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者仙寶君, 包冰國, 肖文剛, 肖永棟, 董青海, 邢會霞, 郭麗敏 申請人:北京玻鋼院復合材料有限公司, 江蘇海鷗冷卻塔股份有限公司