先进复合材料具有比强度高、比模量高、耐腐蚀性好、抗疲劳和减振性能好等许多优点，已在工业领域获得了广泛的成功应用。采用碳纤维复合材料制造传动轴可减轻整体结构重量，降低使用维护费用，减少振动噪声，提高传动轴的临界转速。

　　碳纤维复合材料传动轴的结构设计需根据使用条件和性能要求，通过调整缠绕角度、铺层顺序、产品几何尺寸和材料选择等米满足强度、临界转速（固有频率）和抗扭转屈曲性能等的要求。传动轴结构形式碳纤维复合材料传动轴由碳纤维直筒、复合材料法兰、膜片、轮毂、紧固件等部件组成。碳纤维直筒部分采用碳纤维/环氧复合材料经缠绕工艺成型；复合材料法兰采用玻璃纤维复合材料经模压成型工艺制作，两部分采用胶接加销钉的连接方式。该结构形式具有重量轻、强度高、可靠性高的特点。

　　某型号工业领域用传动轴主要技术指标：传动轴长度4000mm，工作转速1500r/min，临界转速3000r/min，工作扭矩1200N·m。工作温度范围-55℃+90℃，复合材料传动轴直筒段采用碳纤维/环氧树脂复合材料。两端法兰采用玻璃纤维布/环氧树脂体系。直筒段复合材料层结构采用±45°、±7°和90°交替铺层结构，其中±45°层提高筒体承受扭转载荷的作用；±7°层提高轴向刚度作用；90°层满足环向刚度和强度要求。碳纤维复合材料采用T700碳纤维/环氧树脂体系。

　　临界转速是传动轴设计的关键参数之一。传动轴在长度一定时，复合材料的铺层角度、铺层方式、材料弹性模量等对传动轴的强度和刚度影响较大，决定了传动轴的固有频率和临界转速。通过分析，该复合材料传动轴的固有频率为113.43。临界转速为6780r/min。

　　碳纤维复合材料传动轴除应满足临界转速的要求外，还应保证有足够的扭转强度。该产品的额定扭矩为1200N·m，可以通过公式计算工作扭矩。传动轴在受扭矩载荷作用下最大应力值为159MPa，其中根部法兰结构上的最大应力值为56.5MPa,销钉结构上的最大应力值为25.7MPa，轴筒结构上的最大应力值为129MPa，粘结层最大应力值约为2.5MPa；传动轴在受扭矩作用下最大变形量2.041mm。有限元分析结果表明，碳纤维复合材料传动轴在扭转载荷作用下具有较高的安全系数，正常使用工况下不会产生扭转破坏。

　　碳纤维复合材料直筒段采用纤维缠绕工艺成型，将碳纤维浸渍环氧树脂，通过纤维缠绕机按照设计的角度和铺层顺序，缠绕在金属芯模上，再经过固化、加工、脱模等工序成型的。由于传动轴工作时高速转动，如果简身复合材料质量分布不均匀，将产生较大的失衡量，会降低临界转速，工作时产生振动，引起传动轴破坏。

　　制作碳纤维复合材料传动轴，直径为160mm，长度为4000mm，重量小于20kg。通过了抗扭强度试验和临界转速试验，抗扭试验载荷超过12000N·m，临界转速超过3000r/min。碳纤维复合材料传动轴具有重量轻、临界转速高、耐腐蚀性好、减震降噪、使用维护成本低等特点，是机械传动系统用传动轴的发展趋势。通过研制某型号工业领域用大跨度碳纤维复合材料传动轴，解决了相关设计与制造技术，产品各项性能指标达到了设计使用要求。