10.16638/jki.1671-7988.2020.21.018
基于FSAE赛车的碳纤维传动半轴设计制造*
刘昊东，毛亚斌，任豪放，范凯琪*
（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070）
摘要：碳纤维增强复合材料具有质轻高强等优势，应用于汽车零部件可达到轻量化、提高零件的碰撞吸能性、减振性和抗疲劳性、耐腐蚀性等目的。目前FSAE赛车的传动半轴主要采用钢制材料（如40Cr、钛合金等），质量较大。然而由于可靠性、成本控制、设计制造难度等，使得碳纤维传动半轴不能得到广泛的应用，基于此目的，文章设计了一款碳纤维传动半轴，使用三段式结构，运用有限元软件辅助设计，确定铺层形式为[90/±45/0/±45]4，并采用共固化成型工艺制造，减重程度预计可达25%及以上。
关键词：FSAE赛车；碳纤维；传动半轴；共固化
中图分类号：U463.2 文献标志码：A 文章编号：1671-7988(2020)21-57-05
Design and manufacture of carbon fiber transmission half shaft based on FSAE car*
汽车碳纤维
Liu Haodong, Mao Yabin, Ren Haofang, Fan Kaiqi*
( School of Automotive Engineering, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070 )
Abstract: Carbon fiber reinforced composite materials have the advantages of light weight and high strength, it can be used in automotive parts to reduce weight, improve collision energy absorption, vibration damping and fatigue resistance, corrosion resistance. At present, the transmission half shaft of the FSAE car mainly uses steel materials (such as 40Cr, titanium alloy), and the weight is large. However, due to reliability, cost control, difficulty in design and manufacture, carbon fiber transmission half shafts cannot be widely used. Based on this purpose, a carbon fiber transmission half shaft is designed in this paper, which uses a three-stage structure, with finite element software to assist design, the ply form is [90/±45/0/±45]4. Using the co-curing molding process, the weight loss is expected to reach 25% and above.
Keywords: FSAE car; Carbon fiber; Transmission half shaft; Co-curing
CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)21-57-05
引言
FSAE(Formula Society of Automotive Engineers)赛事自1978年创办以来，吸引了世界各地的大学生踊跃参加，中国自2010年举办第一届赛事至今也已走过了十个年头。大学生方程式汽车大赛作为一个实践创新平台，极大地提高了车辆工程专业学生的知识水平和动手能力。近年来，大学生方程式赛车设计水平不断提高，特别是在轻量化方面，应用了大量的碳纤维复合材料，其使用率占到了整车材料的20% ~ 40%，然而碳纤维传动半轴设计难度大，可靠性不高导致其应用困难。
国内外针对复合材料传动轴开展了一系列研究，对FSAE赛车碳纤维传动半轴设计制造有一定的借鉴意义。A.R. Abu Talib等[1]运用有限元方法来设计碳纤维/玻璃纤维复合
作者简介：刘昊东（1999-），男，本科，就读于武汉理工大学汽车
工程学院，研究方向：汽车底盘零部件结构设计。通信作者：范凯
琪（1998-），男，本科，就读于武汉理工大学汽车工程学院，研究
方向：汽车轻量化。基金项目：武汉理工大学国家级大学生创新创
业训练计划资助（201910497060）。
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