机床用碳纤维传动轴设计与分析

宋春生 徐仕伟 张锦光 龚静雯

（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉 430070）

机床传动轴主要是用来将动力源的动力传递给执行机构的，一般都是用钢制材料制成，在中小机床中能够较好地运行。然而重型机床传动轴的长度和直径一般都比较大，且对扭矩传递能力、抗弯曲能力、旋转精度以及所能承受的最高转速均有较高的要求。由于金属材料的比模量和比刚度较低，金属传动轴过长，质量就会比较大，这就使得传动轴的加工、布置、安装和调试变得非常困难，且容易引起强烈的振动，影响加工精度，浪费能源，增加成本。寻找强度更高、质量更轻、等同结构的材料来取代钢材一直是机床主轴的发展趋势。

碳纤维复合材料具有密度小、强度高、制造容易、阻尼减振性好等诸多优点。目前，纤维增强复合材料在传动轴中使用日益广泛，它所具有的各种优异性能也日益凸现［1］。与传统的金属传动轴相比，具有轻质高效，低振动，低噪声，易维修、节约能源等特点，这就给机床主轴的设计者提供了全新的契机，从而提出了纤维增强复合材料机床主轴的设计思想，这些都给纤维增强复合材料机床主轴今后的使用带来了巨大的潜力。

1 碳纤维传动轴设计方案

根据机床的使用要求，碳纤维机床用传动轴的设计要求如表1所示。

复合材料的基体一般是树脂材料，目前可供选择的树脂主要有两类:一类为热固性树脂，其中包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂和聚酯树脂等。……