在赛车的设计中，零部件的轻量化设计可使赛车容易获得较高的加速能力，同时，有利于提高操作稳定性，轻量化设计已经成为赛车设计与制造的一个研究热点。新材料的利用是实现轻量化设计的一个重要途径门。而碳纤维作为一种新型的复合材料，具有密度小、优越的抗拉强度、耐疲劳强度和耐腐蚀等优点，某型号赛车的悬架若采用碳纤维管代替钢管可使悬架杆件的重量减少62%。设计中，碳纤维管与铝合金接头的胶接技术是实现设计与制造的关键。考虑到有诸多因素影响胶接强度，因此，对碳纤维管及铝合金接头的胶接进行分析与试验，为设计和加工制作提供试验依据。

　　在赛车悬架设计中，车轮轮毂与车架通过4个杆件联接，碳纤维悬架结构各杆件由碳纤维管和铝合金接头胶接而成，杆件两端铝合金接头与轮毂和车架都通过球铰联接，因此，杆件承受拉力或压力；通过计算杆件在赛车工况中的受力，最大拉力为5574N,最大压力为4509N。

　　考虑到胶接工之，铝合金接头与碳纤维端部接头形式采用套接方案，铝合金接头头部和根部设计为2×45°的外圆锥面，碳纤维管端部也设计为2×45°的内圆锥面，这样的设计可使铝合金接头与碳纤维管在装配时，通过内、外圆锥面的配合保证碳纤维管与铝合金接头胶接安装时的同心度，同时也保证了铝合金接头表面与碳纤维管内表面之间胶层厚度的均匀性。另外，为了方便胶接试验中胶层厚度参数和胶接长度参数的选择，通过调整铝合金接头的直径来调整胶层厚度参数；通过调整铝合金接头胶接部位长度来调整胶接长度参数。

　　赛车悬架在使用中要克服赛车行驶中的冲击载荷、满足干燥和潮湿的气候环境，鉴于赛车的使用工况和环境，胶接剂的选用要考虑胶接基材、使用要求工艺要求、成本、使用载荷和环境因素；与碳纤维管胶接的材料为铝合金，所以所选取的胶接剂应该既能胶接碳纤维，也能胶接铝合金；胶接剂应具有耐油性能、耐大气老化性；结合以上选用原则和现有胶接剂，最后选定美国3M公司生产的环氧树脂胶接剂。

　　影响胶接强度的因素有多种，根据胶接模型的分析，胶接长度是影响胶接剪应力的几何因素，因此作为试验分析中的考察因素。由于胶接的主要机理是机械嵌合、吸附作用和化学结合，因此，处理后金属表面上产生的任何结构、形貌、化学成分和组织形态等方面的变化，均会对胶接性能产生较大的影响。因此对被胶接体进行适当的表面处理，使其具有不同的表面状态，可以让胶接结构具有不同的强度性能。胶接表面的粗糙度和化学处理也是影响胶接强度的因素，适当的粗糙度可增加胶接强度，过大的粗糙度会使表面深度凹陷处包藏有空气，从而产生空隙，使胶接强度下降。

　　铝合金接头的表面粗糙度通过粗车、精车、砂纸打磨和表面滚花的加工方式获得。由于胶接材料在胶接之前需要做除油去污处理，为了增强胶接强度，除了对胶接材料表面做除油去污处理外，通常还采用化学方法除去表面疏质层，先后将胶水刷涂在碳纤维管内表面和铝合金接头外表面，然后将铝合金接头沿碳纤维管内表面缓慢匀速插入，直到部分胶水被挤出，此时，用胶带将碳纤维管与铝合金接头的接缝处缠绕，避免空气进入胶层，将碳纤维管平放滚动10min。

　　碳纤维管与铝合金接头无论受拉力还是压力，其胶接部位的强度都是抗剪切强度，因此可以通过测试试件的最大拉力来衡量胶接强度。通过测试，随着胶接长度的增加，胶接强度在升高，这说明胶接长度增加了胶接的面积，从而增加了胶接强度；最佳的胶层厚度为0.15mm,胶层厚度的进一步增加，胶接强度有下降趋势，说明了胶层厚度过大会使胶接层产生空穴，减小了胶接强度；随着铝合金接头表面的粗糙度增加，胶接强度有增加的趋势，但是粗糙度过大使得胶接强度有减少的趋势，这说明过大的粗糙度也影响到胶层的胶接工艺，使得胶层可能产生空气，影响了胶接强度；

　　铝合金接头表面的去脂和P2处理可以获得较好的胶接强度，这说明进行P2处理可更有效地去除铝合金表面疏质层，增加胶接强度。根据极差可看出，影响试件胶接强度的首要因素是胶接长度，根据悬架杆件理论计算可承受的最大载荷为5574N,可以选定胶接长度为30mm,次要因素是铝合金接头表面的化学处理方式，最后是胶层厚度和铝合金接头表面粗糙度。除胶接长度因素外，其余因素的最佳水平：胶层厚度为0.15mm,铝合金接头表面粗糙度为150um,表面进行P2处理。

　　阅读延伸：《碳纤维管胶粘与机械连接有哪些区别》