后轮驱动乘用车辆的传动轴用来将发动机所产生的动力传递到差动齿轮箱。传动轴要实现动力传递的功能，需要其具有很高的扭矩传递能力，从而使其在车辆驱动过程中不发生损坏。乘用车辆传动轴要求具有高于2700N·m的静态扭矩传递能力，同时能满足9200转/分以上的转速要求。要满足9200转/分的转速要求，传动轴的弯曲固有频率将至少为154Hz。

　　传动轴的固有频率与其长度的平方成反比关系，这就意味着传动轴长度越长，就越难以满足较高传动轴弯曲固有频率的要求。因钢质材料刚度较低，一段式钢质传动轴因单段长度较长，通常难以满足154Hz的弯曲固有频率要求，因此目前，钢质传动轴一般制造为两段式，由3个万向节、1个中心支承轴承和1个托架组成，结构较复杂，传动效率低，增加了汽车自重，大大增加了能源耗用，不符合当前的汽车轻量化发展趋势。

　　在当前大力提倡侣节能减排，节约能源，发展低碳经济的新形势下，显然传统的传动轴制造已受到很大的制约。碳纤维复合材料已在航空器及机器人等对结构强度和刚度要求更严格的领域得到了广泛应用。紧跟低碳经济的发展趋势，将具有高强度、高刚度的碳纤维复合材料应用到传动轴制造技术中，对提高汽车的能效及传动性能都将非常行之有效。

　　通常，复合材料有很好的减振能力，可达1%，而钢仅为0.001-0.1%，因此复合材料具有很好的抗振性。将复合材料应用到传动轴设计中，较之钢结构，会产生更小的噪声及振动，同时可满足较高的弯曲固有领率的要求。因此，应用刚度高、抗疲劳特性好的复合材料取代钢质结构，将能制造符合使用要求的一段式传动轴。一段式传动轴相对于两段式，在中间连接部位减少了1个万向节、1个中间支承轴承和1个托架，结构的简单化能有效的减少噪声及振动。

　　混合轴是通过将碳纤维复合材料逐层固化粘附到铝制轴的内表面制造而成，碳纤维复合材料具有很高的比刚度，能成倍的提高混合轴的弯曲固有频率。采用此方法，因复合材料隐藏于铝制轴的内部，能有效的防止复合材料受外部冲击以及水等杂质的吸收对其的破坏，而其中位于外部的铝制轴则用来承担绝大部分的扭矩传递功能。混合传动轴同时采用铝及高刚度比的碳纤维复合材料制造而成，因此能同时满足动力传递和高弯曲固有频率的功能要求，即能具有高于2700N·m的静态扭矩传递能力，同时也能满足9200转/分以上的转速要求。采用铝制轴与碳纤维复合材料来制造混合轴，所使用的方法为共固化法，此方法取代了缠绕法。

　　在共固化过程中，将碳纤维固化到铝制轴内表面时，在这两种材料的接触表面的残余应力会对复合材料层产生损伤。为解决此问题，玻璃纤维复合材料被植人到碳纤维与铝制轴内表面之间，以此使残余应力最小化。

　　经有限元分析与实验测试结果显示，碳纤维复合材料具有很高的刚度，当其固化到铝制轴的内表面后，能非常有效的提高其弯曲固有频率等振动特性。本研究首先对混合轴的制造技术及性能要求进行了探讨，然后重点通过有限元分析及实验测试相结合的方法对铝碳纤维复合材料混合轴的振动特性进行了分析比较。

　　在ANSYS11环境下获得的结果与测试结果基本一致，当碳纤维层数增加时，一阶弯曲固有频率也随之增加，铝制轴内表面固化有3层碳纤维的混合轴相对于仅固化1层的混合抽，弯曲固有频率增加了82%。传统的乘用车辆传动轴因引入高刚度的碳纤维复合材料，将能制造出符合动力传递及振动特性要求的一段式混合轴，克服了传统的两段式传动轴结构复杂，自重大，能耗大等缺点。

　　阅读延伸：《碳纤维传动轴在机床上的应用优势》