摘要：传动轴是汽车动力传递系统的重要机械零部件，减轻传动轴的重量相当于减轻了汽车的整体重量，从而可以减少汽车在行驶过程当中的行驶惯量，降低汽车发动机燃料的消耗，达到减重节能的目的。因此，随着对传动轴工作性能要求的不断提高，本篇文章旨在对传动轴设计材料进行研究，选择碳纤维复合材料来设计传动轴，从而大幅度减轻传动轴结构的重量。

本篇文章以碳纤维复合材料传动轴在国内外的研究现状为切入点，在材料选择方面，本文综合对比选择了碳纤维T300和环氧树脂5208碳纤维复合材料，并且给出了T300/5208碳纤维复合材料的基本性能参数。

运用ANSYS软件的Workbench界面对本次设计的碳纤维复合材料传动轴进行了三维实体模型以及有限元模型的建立。根据实际生产案例，对碳纤维复合材料传动轴进行载荷等约束，运用对比分析的方法，分别分析了相同材料条件下，空心传动轴与实心传动轴的区别以及相同尺寸下，碳纤维复合材料传动轴和40Cr合金调质钢材传动轴的区别。在一定程度上为本次碳纤维复合材料结构设计的经济性奠定了基础。

通过有限元软件对本次设计的碳纤维传动轴的轴截面进行应力分析，验证了本次设计的碳纤维复合材料传动轴在强度方面满足结构强度要求。与此同时，结合材料力学的相关知识，对所设计的碳纤维复合材料传动轴进行刚度分析，通过计算碳纤维复合材料传动轴轴截面扭转角度，验证了本次设计的碳纤维复合材料传动轴在刚度方面满足结构刚度要求。

最终设计的碳纤维复合材料传动轴结构符合性能要求，同时在满足传动轴结构强度和刚度要求的前提下，将本次设计的碳纤维复合材料传动轴与40Cr合金调质钢材传动轴进行比较，对比结果表明，碳纤维复合材料传动轴在重量上减轻了2531.11g,减重达到了79.67％，减重效果极其明显。因此，本篇文章对碳纤维复合材料传动轴结构进行设计具有一定的借鉴价值。

关键词：碳纤维复合材料，传动轴，有限元，模态分析

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-8

1.1 碳纤维复合材料传动轴的国内外研究现状-8

1.1.1 国内研究现状-8

1.1.2 国外研究现状-10

1.2 本文的研究目的、意义及内容-10

1.2.1本文研究的意义及目的-10

1.2.2本文研究的内容-11

第二章 碳纤维复合材料研究的理论基础-1

2.1 复合材料的简单介绍与正交各向异性材料的结构特点-1

2.1.1正交各向异性材料的结构特性-1

2.1.2 碳纤维复合材料传动轴的性能基本参数以及选择-3

2.1.3 碳纤维复合材料传动轴轴管扭转力学性能分析-5

第三章 有限元模型及分析-6

3.1 有限元的基本思想-6

3.2 传动轴的有限元建模-6

3.2.1 建立传动轴的三维模型-6

3.2.2 实心传动轴和空心传动轴比较以及模型选择-7

3.2.3 赋予传动轴模型碳纤维复合材料属性-8

3.2.4 有限元模型的网格划分-8

3.2.5 传动轴有限元模型理论承载扭矩计算-9

3.2.6 设立约束条件及扭矩-10

3.2.7传动轴有限元模型的计算-10

3.2.8 计算结果以及静力分析-10

第四章 传动轴有限元模型模态分析-12

4.1 碳纤维复合材料传动轴的模态分析-12

4.1.1 模态分析的简述-12

4.1.2 振动方程的建立-12

4.1.3 加载及应力分析-13

4.1.4加载及模态分析-14

4.1.5 T300/5208传动轴与40Cr合金调质钢传动轴的对比-17

4.1.6 传动轴刚度计算-21

第五章 总结与展望-23

5.1 研究总结-23

5.2 研究展望-24

致  谢-25

参考文献-26