CN108626237B - 一种碳纤维复合传动轴及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种碳纤维复合传动轴及其加工方法，属于同步轴技术领域。其特征在于：传动轴包括碳纤维管（2）以及对称设置在碳纤维管（2）两端的第一轴头（1）和第二轴头（3），第一轴头（1）和第二轴头（3）均为与碳纤维管（2）同轴设置的圆筒，第一轴头（1）和第二轴头（3）分别设置在碳纤维管（2）对应的一端内，第一轴头（1）和第二轴头（3）均与碳纤维管（2）固定连接。本碳纤维复合传动轴相同体积的情况下质量轻，惯性小，为电动机携带传动轴的快速启停创造了条件，保证了使用该传动轴的自动化设备的工作精度高；本碳纤维复合传动轴的加工方法工艺简单，使加工的传动轴质量分布均匀，不会在高速转动时发生晃动。

Description

一种碳纤维复合传动轴及其加工方法

技术领域

一种碳纤维复合传动轴及其加工方法，属于同步轴技术领域。

背景技术

电动机是将电能转换为机械能的一种设备，是自动化设备中的核心动力部件。电动机通常通过联轴器和传动轴将动力输送至执行部件上，进而实现执行部件的动作。由于自动化设备对传动精度的要求越来越高，这就需要电动机能够尽可能的做到快速的启停，现有传动轴通常为金属材质，金属的密度大，相同体积下传动轴的重量大，给电动机的快速启停造成了困难，进而影响了自动化设备的工作精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种质量轻惯性小，能够满足传动要求且能够使电动机实现快速启停的碳纤维复合传动轴及其加工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该碳纤维复合传动轴，其特征在于：包括碳纤维管以及对称设置在碳纤维管两端的第一轴头和第二轴头，第一轴头和第二轴头均为与碳纤维管同轴设置的圆筒，第一轴头和第二轴头分别设置在碳纤维管对应的一端内，第一轴头和第二轴头均与碳纤维管固定连接，第一轴头和第二轴头均为金属材质，第一轴头或第二轴头的外端同轴安装有联轴器。

优选的，所述的第一轴头的外壁间隔设置有多个向外的第一轴头凸起，第二轴头的外壁间隔设置有多个向外的第二轴头凸起。

优选的，所述的第一轴头的外端设置有直径小于内端直径的对接部，对接部为与碳纤维管同轴的圆筒状，第二轴头的外端设有联轴器。

优选的，所述的联轴器包括对接套以及波纹管，对接套与第二轴头同轴设置，对接套的外端的直径大于中部的直径形成定位台，波纹管同轴套设在第二轴头与定位台之间的对接套外，波纹管同时与第二轴头和对接套相连。

优选的，所述的联轴器还包括同轴套设在对接套外的连接环，连接环设置在波纹管和第二轴头之间并与波纹管和第二轴头固定连接，连接环与对接套间隙配合。

优选的，所述的连接环的内壁为中部内凸的弧形。

优选的，环绕所述的连接环的内壁设置有中部内凹的安装槽，安装槽内安装有聚四氟乙烯环，聚四氟乙烯环，聚四氟乙烯环的内壁与对接套相贴合。

优选的，所述的第一轴头和第二轴头均为由外端到内端外径逐渐减小的锥形。

优选的，所述的第一轴头和第二轴头外端均连接有锁紧套。

一种上述的碳纤维复合传动轴的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1），车制第一轴头和第二轴头，在第一轴头外焊接第一轴头凸起，在第二轴头外焊接第二轴头凸起；

步骤2），将第一轴头和第二轴头分别套设在缠绕轴两端，在第一轴头和第二轴头外涂粘胶剂，并在第一轴头和第二轴头之间的缠绕轴上涂脱模剂；

步骤3），在第一轴头外、第二轴头外以及第一轴头和第二轴头之间的缠绕轴上缠绕碳纤维片材，每相邻的两层碳纤维片材之间涂粘胶剂，形成传动轴；

步骤4），待粘胶剂凝固后将传动轴与缠绕轴分离。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、本碳纤维复合传动轴的碳纤维管两端设置有金属材质的第一轴头和第二轴头，保证在于电动机输出轴和执行部件的连接强度，碳纤维材质密度小，相同体积的情况下质量轻，惯性小，为电动机携带传动轴的快速启停创造了条件，保证了使用该传动轴的自动化设备的工作精度高。

2、第一轴头外设置有第一轴头凸起，第二轴头外设置有第二轴头凸起，保证了第一轴头和第二轴头相对固定，进而保证了整个传动轴的传动精度，避免第一轴头或第二轴头与碳纤维管发生相对转动，影响传动精度。

3、第一轴头通过对接部与执行部件相连，第二轴头通过联轴器与电动机的输出轴相连，方便了本传动轴的安装。

4、对接套通过波纹管与第二轴头相连，波纹管具有一定的弹性，允许第二轴头轴线与碳纤维管的轴线存在一定的夹角，很好的对电动机输出轴与本传动轴之间的传动进行了一定的补偿，避免由于安装误差导致电动机输出轴与传动轴不同轴而影响传动，并对传动轴或电动机造成损坏。

5、波纹管与第二轴头之间设置有连接环，连接环与对接套间隙配合，使对接套与碳纤维管之间的补偿角度增大，连接环内壁为中部内凹的弧形，使连接环的轴线能够与对接套轴线存在一定夹角，避免对接套与连接环在不同轴时发生碰撞而损坏。

6、连接环的内壁设置有聚四氟乙烯环，提高了连接环与对接套之间的耐磨性能，而且不会由于连接环与对接套之间不同轴而损坏，连接环能够通过聚四氟乙烯环始终与对接套保持接触。

7、第一轴头和第二轴头均为锥形，消除了应力集中现象，提高了第一轴头和第二轴头的强度。

8、本碳纤维复合传动轴的加工方法工艺简单，且能够快速稳定的生产出本碳纤维复合传动轴，缠绕轴能够保证生产出的传动轴误差小，质量分布均匀，不会在高速转动时发生晃动，进一步提高了自动化设备的工作精度。

附图说明

图1为碳纤维复合传动轴的主视剖视示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3为图1中B处的局部放大图。

图4为联轴器的主视剖视示意图。

图5为图4中C处的局部放大图。

图6为缠绕轴与第一轴头和第二轴头的配合示意图。

图7为图6中D处的局部放大图。

图中：1、第一轴头 101、对接部 102、第一轴头凸起 2、碳纤维管 3、第二轴头301、第二轴头凸起 302、易断槽 4、连接环 401、安装槽 5、波纹管 6、对接套 601、定位台7、锁紧套 8、聚四氟乙烯环 9、缠绕轴 901、缠绕部。

具体实施方式

图1~7是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~7对本发明做进一步说明。

一种碳纤维复合传动轴，包括碳纤维管2以及对称设置在碳纤维管2两端的第一轴头1和第二轴头3，第一轴头1和第二轴头3均为与碳纤维管2同轴设置的圆筒，第一轴头1和第二轴头3分别设置在碳纤维管2对应的一端内，第一轴头1和第二轴头3均与碳纤维管2固定连接，第一轴头1和第二轴头3均为金属材质，第一轴头1或第二轴头3的外端同轴安装有联轴器。本碳纤维复合传动轴的碳纤维管2两端设置有金属材质的第一轴头1和第二轴头3，保证在于电动机输出轴和执行部件的连接强度，碳纤维材质密度小，相同体积的情况下质量轻，惯性小，为电动机携带传动轴的快速启停创造了条件，保证了使用该传动轴的自动化设备的工作精度高。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本发明的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本申请的保护范围。

具体的：如图1~3所示：第一轴头1为圆筒状，第一轴头1为由左至右外径逐渐减小的锥形，从而能够消除应力集中，提高了第一轴头1的强度，第一轴头1的右端为圆弧状，避免对碳纤维管2造成损坏。第二轴头3也为圆筒状，第二轴头3为由右至左外径逐渐减小的锥形，能够消除应力集中，提高了第二轴头3的强度，第二轴头3的左端为圆弧状，避免对碳纤维管2造成损坏。第一轴头1和第二轴头3均为不锈钢材质，且第一轴头1和第二轴头3均与碳纤维管2同轴设置，第一轴头1设置在碳纤维管2左端内并与碳纤维管2固定连接，第二轴头3也设置在碳纤维管2内，且第二轴头3 的右端伸出碳纤维管2，第二轴头3与碳纤维管2固定连接。第一轴头1和第二轴头3均为金属材质，优选为不锈钢材质。

第一轴头1的外壁间隔设置有多个朝外的第一轴头凸起102，第一轴头凸起102沿第一轴头1的径向设置，第一轴头凸起102的长度小于碳纤维管2的壁厚，第一轴头凸起102由碳纤维管2的内壁伸入碳纤维管2的管壁内，从而保证第一轴头1和碳纤维管2固定连接并保持同步转动。

第二轴头3外壁间隔设置有多个朝外的第二轴头凸起301，第二轴头凸起301沿第二轴头3的径向设置，第二轴头凸起301的长度小于碳纤维管2的壁厚，第二轴头凸起301由碳纤维管2的内壁伸入碳纤维管2的管壁内，从而保证第二轴头3和碳纤维管2固定连接并保持同步转动。

第一轴头1的左端设置有直径小于右端直径的对接部101，对接部101为与第一轴头1同轴设置的圆筒状，对接部101与第一轴头1一体设置。对接部用于与执行部件对接。对接部101内设置有锁紧套7，在本实施例中，锁紧套7为液压锁紧套，从而能够保证与传动部件同轴连接，传动精确。第一轴头1的左端也可以连接联轴器。

第二轴头3的右端伸出碳纤维管2，第二轴头3的左端连接有联轴器，第二轴头3通过联轴器与电动机的输出轴相连，既能够使第二轴头3与电动机的输出轴相连，还能够对传动轴与电动机输出轴之间进行补偿，避免由于传动轴与电动机的输出轴不同轴而损坏电动机或传动轴。

如图4~5所示：联轴器包括对接套6、波纹管5以及连接环4，对接套6为圆筒状，对接套6的右端的外径大于左端的外形，从而在对接套6的右端形成定位台601。波纹管5同轴套设在对接套6外，且波纹管5的右侧定位在定位台601上，波纹管5与对接套6间隙配合。连接环4也同轴套设在对接套6上，且连接环4设置在波纹管5的左侧。波纹管5的右端与定位台601焊接，波纹管5的左端与连接环4焊接，从而实现了联轴器的组装。连接环4的内壁与对接套6间隙配合，且由于波纹管5具有一定的弹性，能够对电动机的输出轴和传动轴进行一定的补偿，进而能够允许电动机的输出轴的轴线与传动轴的轴线存在一定的夹角，消除了安装误差带来的影响。对接套6左端的内径大于右端的内径，从而降低了对接套6的重量，进而减少了对接套6的惯性。对接套6、波纹管5和连接环4均为金属材质，优选为不锈钢材质。

连接环4的内壁为中部外凸的弧形，环绕连接环4的内壁设置有中部内凹的安装槽401，安装槽401内安装有聚四氟乙烯环8，聚四氟乙烯环8的内壁与对接套6的外壁相贴合，从而能够保证连接环4与对接套6同轴设置，聚四氟乙烯环8还提高了连接环4与对接套6之间的耐磨性能，而且允许连接环4和对接套6之间发生相对运动。

波纹管5的两端内径均大于中部内径，从而在波纹管5的两端形成阶梯孔，连接环4的右侧一体设置有连接环凸台，连接环凸台伸入波纹管5左端内并定位在波纹管5内孔左端的肩部，从而对连接环4和波纹管5进行定位。定位台601的左侧一体设置有定位台凸台，定位台凸台伸入波纹管右端并定位在波纹管5内孔右端的肩部，同时定位台601与波纹管5的右侧面贴合，从而对定位台601和波纹管5进行定位。方便了联轴器的组装，而且也能够保证连接环4和对接套6依靠波纹管5的弹性发生相对位移，保证在卸载后联轴器的连接环4和对接套6能够复位，提高了联轴器的使用寿命。

连接环4的左侧设置有外径小于中部的外径的对接台，对接台的外径稍小于第二轴头3的内径，安装时，对接台伸入第二轴头3的右端，且第二轴头3与连接环4焊接。

对接套6内同轴安装有锁紧套7，锁紧套7优选液压锁紧套，从而能够保证电动机输出轴与对接套6同轴连接。

如图6~7所示：一种上述的碳纤维复合传动轴的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1），车制第一轴头1和第二轴头3，在第一轴头1外焊接第一轴头凸起102，在第二轴头3外焊接第二轴头凸起301；

车制第一轴头1，并在第一轴头1外焊接第一轴头凸起102，车制第二轴头3，并在第二轴头3外焊接第二轴头凸起301。在对第二轴头3的右端车制内径小于左端内径的限位台，同时在限位台左侧的第二轴头3内壁车制内径大于左端内径的易断槽302。

步骤2），将第一轴头1和第二轴头3分别套设在缠绕轴9两端，在第一轴头1和第二轴头3外涂粘胶剂，并在第一轴头1和第二轴头3之间的缠绕轴9上涂脱模剂；

缠绕轴9为水平设置的转轴，缠绕轴9连接有带动其转动的电机，缠绕轴9的中部直径大于两端直径，形成缠绕部901，缠绕部901的直径等于或稍小于第一轴头1右端的内径和第二轴头3左端的内径，缠绕轴9端部的直径等于或稍小于对接部101的内径。

将第一轴头1由左端套设在缠绕轴9上，且第一轴头1的对接部101设置在左侧，第一轴头1的右侧内壁与缠绕部901左侧端面贴合。将第二轴头3由缠绕轴9的右端套设在缠绕轴9上，且第二轴头3的限位台设置在右侧，第二轴头3的限位部与缠绕部901的右侧贴合，保证生产出的传动轴长度符合要求。在第一轴头1和第二轴头3之间的缠绕轴9上涂脱模剂，从而方便将缠绕好的碳纤维管2取下。

步骤3），在第一轴头1外、第二轴头3外以及第一轴头1和第二轴头3之间的缠绕轴9上缠绕碳纤维片材，每相邻的两层碳纤维片材之间涂粘胶剂，形成传动轴；

在第一轴头1和第二轴头3的外壁涂粘胶剂，然后在第一轴头1外、第二轴头3外以及第一轴头1和第二轴头3之间的缠绕轴9上缠绕碳纤维片材，每相邻的每相邻的两层碳纤维片材之间涂抹粘胶剂，形成传动轴，缠绕的碳纤维的层数根据所需要的传动轴的直径来确定。

步骤4），待粘胶剂凝固后将传动轴与缠绕轴9分离。

带粘胶剂凝固后，从第二轴头3的易断槽302处将第二轴头3切断，将第二轴头3的限位部取下，将传动轴向左移动并与缠绕轴9分离，完成传动轴的加工。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种碳纤维复合传动轴，其特征在于：包括碳纤维管（2）以及对称设置在碳纤维管（2）两端的第一轴头（1）和第二轴头（3），第一轴头（1）和第二轴头（3）均为与碳纤维管（2）同轴设置的圆筒，第一轴头（1）和第二轴头（3）分别设置在碳纤维管（2）对应的一端内，第一轴头（1）和第二轴头（3）均与碳纤维管（2）固定连接，第一轴头（1）和第二轴头（3）均为金属材质，第二轴头（3）的外端同轴安装有联轴器；

第一轴头（1）的外壁间隔设置有多个向外的第一轴头凸起（102），第二轴头（3）的外壁间隔设置有多个向外的第二轴头凸起（301）；

第一轴头（1）的外端设置有直径小于内端直径的对接部（101），对接部（101）为与碳纤维管（2）同轴的圆筒状；

联轴器包括对接套（6）以及波纹管（5），对接套（6）与第二轴头（3）同轴设置，对接套（6）的外端的直径大于中部的直径形成定位台（601），波纹管（5）同轴套设在第二轴头（3）与定位台（601）之间的对接套（6）外，波纹管（5）同时与第二轴头（3）和对接套（6）相连；

联轴器还包括同轴套设在对接套（6）外的连接环（4），连接环（4）设置在波纹管（5）和第二轴头（3）之间并与波纹管（5）和第二轴头（3）固定连接，连接环（4）与对接套（6）间隙配合。

2.根据权利要求1所述的碳纤维复合传动轴，其特征在于：所述的连接环（4）的内壁为中部内凸的弧形。

3.根据权利要求1所述的碳纤维复合传动轴，其特征在于：环绕所述的连接环（4）的内壁设置有中部内凹的安装槽（401），安装槽（401）内安装有聚四氟乙烯环（8），聚四氟乙烯环（8），聚四氟乙烯环（8）的内壁与对接套（6）相贴合。

4.根据权利要求1所述的碳纤维复合传动轴，其特征在于：所述的第一轴头（1）和第二轴头（3）均为由外端到内端外径逐渐减小的锥形。

5.根据权利要求1所述的碳纤维复合传动轴，其特征在于：所述的第一轴头（1）和第二轴头（3）外端均连接有锁紧套（7）。

6.一种权利要求1~5任一项所述的碳纤维复合传动轴的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1），车制第一轴头（1）和第二轴头（3），在第一轴头（1）外焊接第一轴头凸起（102），在第二轴头（3）外焊接第二轴头凸起（301）；

步骤2），将第一轴头（1）和第二轴头（3）分别套设在缠绕轴（9）两端，在第一轴头（1）和第二轴头（3）外涂粘胶剂，并在第一轴头（1）和第二轴头（3）之间的缠绕轴（9）上涂脱模剂；

步骤3），在第一轴头（1）外、第二轴头（3）外以及第一轴头（1）和第二轴头（3）之间的缠绕轴（9）上缠绕碳纤维片材，每相邻的两层碳纤维片材之间涂粘胶剂，形成传动轴；

步骤4），待粘胶剂凝固后将传动轴与缠绕轴（9）分离。