傳動軸是一個高轉(zhuǎn)速、少支承的旋轉(zhuǎn)體,是汽車傳動系中傳遞動力的重要部件,由軸管、伸縮套和萬向節(jié)構(gòu)成,其作用是與變速箱、驅(qū)動橋一起將發(fā)動機的動力傳遞給車輪,使汽車產(chǎn)生驅(qū)動力。而汽車的這一構(gòu)件也容易出現(xiàn)磨損導致?lián)p壞、變形、失去動平衡,這對行駛中的汽車來說會造成異響、振動,嚴重時可能導致事故發(fā)生。因而,使用耐高溫、耐摩擦性好的碳纖維復合材料加工汽車傳動軸就成了汽車行業(yè)企業(yè)的研究創(chuàng)新重點。碳纖維制品傳動軸自1988年就有相關公司在研究。
將碳纖維材料用于汽車生產(chǎn)是1984年,福特公司,GKN公司在1988年開始著手于碳纖維復合材料傳動軸的研究,碳纖維復合材料抗扭曲強度是傳統(tǒng)金屬材料的兩倍以上,扭矩力測試結(jié)果為17793N,遠大于安全設計值10000N,作為受力材料玻璃纖維還要遜色于碳纖維復合材料。作為重要的汽車運動部件,傳動軸在不同軸心的兩軸間傳遞動力,工作環(huán)境比較惡劣,如果使用金屬材料來加工,在構(gòu)件使用過程中需要定期注入潤滑油保養(yǎng),同時使用過程容易磨損,引起傳動軸噪音和發(fā)動機能量損失、使用壽命縮短。而碳纖維復合材料傳動軸具有很高的比強度、比模量,在實現(xiàn)汽車輕量化的同時可以達到節(jié)能省油的目的,其強度也比金屬材料高。因此碳纖維復合材料是制造傳動軸的理想材料。
碳纖維制品傳動軸具碳纖維材料重量輕,強度高的優(yōu)勢,主要以聚丙腈纖維為原料,經(jīng)過高溫碳化等特殊工藝加工成極細的纖維絲,提高單絲強度,使一定量纖維的表面積增大很多,抗拉強度高于鋼材于3倍,剛度高于2倍,耐疲勞性高于2倍,具有高強度、高模量、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗疲勞等諸多優(yōu)異性能。其次,碳纖維材料的密度為1.8g/立方厘米,鋼的密度為7.8g/立方厘米,通常汽車普通部件質(zhì)量每減輕1%,可節(jié)油1%,汽車傳動軸加工用中碳纖維材料要比金屬材料減輕40%的重量,因而汽車的節(jié)油能力也得到提升。