CN114876968A - 一种定位锥的连接结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种定位锥的连接结构，涉及高速转子动力学技术领域，包括定位锥与旋转体，定位锥沿其轴线方向包括圆锥段与圆柱段，圆柱段的第一端与圆锥段的大径端同轴连接，圆柱段的直径小于圆锥段的大径端直径；旋转体的第一端开设配合孔，旋转体的第一端的外表面轮廓与圆锥段的外锥面轮廓匹配，圆柱段插入配合孔并与配合孔过盈配合；旋转体的第二端用于连接高速机床转轴。本申请通过设置定位锥与旋转体实现定位锥、工件以及高速机床转轴的传动，避免螺栓结构引入而降低结构整体的紧密与稳定，圆锥段的锥部用于与待加工工件端面摩擦，实现定位定心，通过旋转体与圆柱段的过盈配合，实现稳定地摩擦传扭，兼顾定位锥定位的可靠度与传扭的稳定性。

Description

一种定位锥的连接结构

技术领域

本申请涉及高速转子动力学技术领域，具体涉及一种定位锥的连接结构。

背景技术

高速旋转定位锥是用于加工细长轴类件工作台交换定位的关键零件, 是保证机床精度的关键环节。现有的定位锥采用螺栓法兰或者径向螺栓的方式与机床高速转子连接，但是两种方式的防松性能都较差，并且螺栓法兰的方式容易造成结构阻尼的变化，容易疲劳失效，而采用径向螺栓的方式，容易产生滑丝，上述情况都会使定位锥与机床高速转子的连接不稳定，进而导致定位锥定位的可靠度降低、传扭稳定性差。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种定位锥的连接结构，旨在解决现有技术中定位锥的传扭稳定性差的问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种定位锥的连接结构，包括用于与定位锥连接的旋转体，其中：

定位锥包括沿其轴线方向分布的圆锥段和圆柱段，圆柱段的第一端与圆锥段的大径端同轴连接，圆柱段的直径小于圆锥段的大径端直径；

旋转体的第一端开设配合孔，旋转体的第一端的外表面轮廓与圆锥段的外锥面轮廓匹配，圆柱段插入配合孔并与配合孔过盈配合；旋转体的第二端用于连接高速机床转轴。

可选的，圆柱段上设置环形槽，以使圆柱段的靠近旋转体的一端形成环形限位块，配合孔的孔壁向靠近定位锥的轴线的方向延伸，并形成卡接段，卡接段与环形槽配合。

可选的，连接结构还包括销钉，卡接段的靠近定位锥的一面开设定位孔，圆锥段的大径端开设限位孔，限位孔与定位孔的轴线均与定位锥的轴线平行，限位孔贯穿圆锥段，销钉的一端由限位孔的远离旋转体的一端插入限位孔内，并在贯穿限位孔后插入定位孔。

可选的，销钉设置多个，定位孔与限位孔的数量均与销钉的数量一致，多个销钉绕定位锥的轴线呈环形阵列分布。

可选的，环形限位块上开设三个缺口，以形成三个限位块本体，三个限位块本体绕定位锥的轴线呈环形阵列分布。

可选的，环形槽的靠近定位锥的轴线的槽面上开设转动槽，卡接段的靠近定位锥的轴线的一面上设置凸块，凸块与转动槽配合。

可选的，环形槽的靠近定位锥的轴线的槽面的圆度小于等于0.012毫米。

可选的，圆锥段的大径端端面相对于定位锥的轴线的垂直度小于等于0.01。

可选的，定位锥与旋转体的内部分别设置形状与其自身形状匹配的空腔。

可选的，旋转体的第二端开设安装孔，安装孔的轴线与定位锥的轴线重合，安装孔的尺寸与高速机床转轴匹配。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请实施例提出的一种定位锥的连接结构，通过设置定位锥与旋转体实现定位锥、工件以及高速机床转轴的传动，避免了螺栓结构引入而降低结构整体的紧密与稳定，定位锥包括了圆锥段与圆柱段，圆锥段的锥部用于与待加工的工件端面摩擦，实现定位定心，在定位锥质心半径缩小的情况下，使高转速工作下的工作惯性矩和不平衡响应均减小，圆柱段插入旋转体的配合孔并实现过盈配合，旋转体的第二端用于连接高速机床转轴，在转轴的带动下，旋转体与定位锥之间，通过旋转体与圆柱段的过盈配合，实现稳定地摩擦传扭，兼顾了定位锥定位的可靠度与传扭的稳定性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的定位锥的连接结构的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的定位锥的连接结构的剖视结构示意图；

图3为本申请实施例提供的定位锥的连接结构中定位锥的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的定位锥的连接结构中定位锥的侧视结构示意图；

图5为本申请实施例提供的定位锥的连接结构中旋转体的结构示意图；

附图中标号说明：

1-定位锥，11-圆锥段，111-限位孔，12-圆柱段，121-环形限位块，1211-限位块本体，1212-缺口，122-转动槽，2-旋转体，21-卡接段，211-定位孔，22-安装孔。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

现有技术中，定位锥与机床高速转子之间普遍采用螺栓法兰、径向螺栓、外卡环式等连接结构；其中，螺栓法兰连接结构简单、操作性好，但是在受到冲击外力或螺栓预紧力时，会产生应力集中与变形，对连接的可靠性造成一定影响，以及由于法兰片之间存在摩擦，容易造成结构阻尼的变化，防松性能较差，甚至会导致疲劳失效；径向螺栓连接虽具有结构简单、尺寸小、装配方便的特点，但容易产生滑丝、防松性能较差；外卡环式连接结构具有安装拆卸方便、占用内部空间小的优点，但其能够承受的连接力和连接刚度均较小。

因此，为满足高速转子之间连接的紧凑性、可靠性、传扭稳定，本申请实施例提出一种定位锥的连接结构以实现上述目的，参照附图1-附图5，包括用于与定位锥1连接的旋转体2，其中，定位锥1包括沿其轴线方向分布的圆锥段11和圆柱段12，圆柱段12的第一端与圆锥段11的大径端同轴连接，圆柱段12的直径小于圆锥段11的大径端直径；旋转体2的第一端开设配合孔，旋转体2的第一端的外表面轮廓与圆锥段11的外锥面轮廓匹配，圆柱段12插入配合孔并与配合孔过盈配合；旋转体2的第二端用于连接高速机床转轴。

本实施例中，首先需要说明的是，本申请实施例中所描述的部件的第一端、第二端是基于附图2所示的方向，部件的位于左侧的一端为其第一端，位于右侧的一端为其第二端。本申请实施例通过设置定位锥1与旋转体2形成连接结构，用于高速机床转轴与待加工轴类零件之间的传动，定位锥1包括圆柱段12与圆锥段11，圆锥段11的锥部用于在加工中与零件轴向的端面抵接，在定位锥1质心半径减小的情况下，高速的转动工况下，能够减小工作惯性矩与不平衡响应；在转动下传扭，若待加工零件与圆锥段11不是同轴，那么其在转动的过程中端面与圆锥段11之间形成滑动，直至零件与定位锥同轴，同步转动不再产生偏心转移，转轴与定位锥实现自定位定心，并且能够稳定传扭。旋转体2通过开设的配合孔与圆柱段12过盈配合，更具体的，在过盈配合下，圆柱段12的周向环面与旋转体2接触部位实现稳定地摩擦传扭，能够稳定地输出、传递高速机床转轴的动力，并带动待加工零件转动以实现高精度的定位加工。

此外，本申请的实施例还提供一种连接结构，包括用于与定位锥1连接的旋转体2，以及上述定位锥1，旋转体2可以采用设置对称的卡扣，通过卡扣与定位锥1实现卡接限位，并在限位后通过过盈配合的方式实现紧固安装。旋转体2还可以对其侧面进行磨削加工，以使其曲面外表上形成平整的环形面用于装夹定位。定位锥1可以采用如前述实施例中的圆锥状，也可以是在端部开设与待加工零件轴向尺寸匹配的对接孔的设置，待加工的零件靠近对接孔即可完成与定位锥1的同轴设置。定位锥1的锥部还可以做倒角处理使其形成圆滑的端部，避免在摩擦定位时对工件的端面造成损伤。

在一种实施例中，如附图2、附图3所示，为使摩擦传扭更稳定，在圆柱段12上设置环形槽，以使圆柱段12的靠近旋转体2的一端形成环形限位块121，配合孔的孔壁向靠近定位锥1的轴线的方向延伸，并形成卡接段21，卡接段21与环形槽配合。本实施例中，避免引入螺栓结构导致在高速转动中螺栓发生松动，降低传扭稳定，通过设置卡接段21与环形槽卡合的方式，一方面能够在轴向、径向方向上均实现定位锥1与旋转体2的相互限位，使二者的配合更为紧密；另一方面旋转体2与圆柱段12有更大的接触面面积，在过盈配合下能够有更大的摩擦传扭面，既可通过旋转体2的卡接段21与圆柱段12的环面实现摩擦传扭，还可通过卡接段21的端面与环形限位块121靠近环形槽的端面实现辅助传扭，提升了定位锥1与旋转体2的传扭稳定性。

在一种实施例中，为使旋转体2能够与定位锥1准确对接安装，并保证转动传扭的稳定，为定位锥的连接结构设置周向的限位，具体来说，连接结构还包括销钉，卡接段21的靠近定位锥1的一面开设定位孔211，圆锥段11的大径端开设限位孔111，限位孔111与定位孔211的轴线均与定位锥1的轴线平行，限位孔111贯穿圆锥段11，销钉的一端由限位孔111的远离旋转体2的一端插入限位孔111内，并在贯穿限位孔111后插入定位孔211。通过在圆锥段11的大径端与旋转体2开设位置匹配的孔来实现周向的定位，在装配时通过确认限位孔111与定位孔211的重合度即可确认旋转体2与定位锥1的对接情况，在对接好后通过插入销钉实现接触式配合限位，以提高周向定位的精度，进而使得本申请在应用时能够更精准的定位工件并且保持良好的传扭。

进一步的，为使周向限位分布均匀，保持结构的质心不偏离轴线，传扭稳定性好，将销钉设置多个，定位孔211与限位孔111的数量均与销钉的数量一致，多个销钉绕定位锥1的轴线呈环形阵列分布，在保证摩擦传扭的同时保证周向不因冲击和交变载荷影响定位精度。如附图4所示是设置三组销钉时的结构，对应的三个定位孔211与三个限位孔111均绕定位锥1的轴线呈间隔120度的环形阵列分布。

在一种实施例中，如附图4所示，依据空间几何结构，在通过转子动力学特性分析后，设计出圆柱段12以及环形槽之后，根据过盈配合的过盈量在-0.005毫米~-0.015毫米之间，对应设置满足要求且分布均匀的限位块结构，具体来说，在环形限位块121上开设三个缺口1212，以形成三个限位块本体1211，三个限位块本体1211绕定位锥的轴线呈环形阵列分布。

在一种实施例中，如附图3所示，为使旋转体2与定位锥1的连接更稳定，拆卸更方便，在环形槽的靠近定位锥1的轴线的槽面上开设转动槽122，卡接段21的靠近定位锥1的轴线的一面上设置凸块，凸块与转动槽122配合。如上设置，通过转动槽122与凸块的配合实现旋转体2与定位锥1的限位对接，并可沿转动槽旋转，此处可设置单向的旋转锁止结构，通过在部分位置设置配合的槽与键，使旋转体2与定位锥1，并可在相对转动一定角度后，接触槽与键的配合，使二者无法分离。

在一种实施例中，如附图1、附图3以及附图5所示，为降低整体重量，避免在传动过程中传动部件的惯性过大，在定位锥1与旋转体2的内部分别设置形状与其自身形状匹配的空腔，空腔的存在还能保证旋转体2与定位锥1在配合时有足够的内部空间进行操作。

在一种实施例中，如附图2、附图5所示，提供一种与高速机床转轴的配合方式，在旋转体2的第二端开设安装孔22，安装孔22的轴线与定位锥1的轴线重合，安装孔22的尺寸与高速机床转轴匹配；在具体实施中，安装孔22可与机床转轴采用过盈配合，实现稳定连接，也可以在采用间隙配合方式的同时设置为扁方连接，避免二者发生相对转动，提高传扭的稳定。

基于与前述实施例同样的发明构思，本申请实施例还提出一种定位锥的连接结构的构建方法，包括以下步骤：

S1：构建定位锥1；

在具体实施过程中，为满足加工细长的轴类零件时工作台交换定位的需要，采用空间曲面式设计方法，设计出符合工件端面高精度加工定位的呈轴对称的锥形曲面，也即定位锥1。

S2：构建旋转体2；

在具体实施过程中，根据S1得到的定位锥1的曲面形状，结合空间结构几何约束和强度破裂储备系数的要求，设计与其配合的旋转体2。

S3：构建环形槽；

在具体实施过程中，根据总体空间几何结构，通过转子动力学特性分析设计环形槽，通过环形槽的槽面与旋转体2过盈配合，实现摩擦传扭和接触式的径向定位。

S4：构建限位结构；

在具体实施过程中，基于S3构建的环形槽，在圆柱段12靠近旋转体2的一端设计环形限位块121，用于端面的摩擦辅助传扭和轴向限位，同时为保证周向不因冲击和交变载荷影响定位精度，在定位锥1与旋转体2上设置对应的限位孔111与定位孔211，并通过销钉与两个孔配合，实现周向的定位、紧固。

具体的，根据实际情况并结合具体参数对上述构建方法做进一步说明：

首先依据S1设计出定位锥1的结构；

其次，根据所设计的定位锥1的结构，结合空间结构几何约束和强度破裂储备系数大于等于1.30的要求，设计出总体定位锥1与旋转体2的空间几何结构；

然后，根据总体空间几何结构，通过转子动力学特性分析，设计出瞬态最大承载功率大于等于150KW、临界应变能小于等于20%的径向环形槽，环形槽与旋转体采用过盈量为-0.005~毫米-0.015毫米的过盈配合，环形槽内开设转动槽122，转动槽122的环槽直径为2.5毫米，设置转动槽122为两组时，槽间距为3毫米。为保证配合面的紧度，环形槽的靠近定位锥1的轴线的槽面的圆度小于等于0.012毫米。

最后，基于S3设计的结果，基于三角稳定理念，在圆柱段12一端的环形限位块121上设计三个缺口1212，形成三个互成120度、厚3毫米、高4毫米、长5毫米的限位块本体1211，用于端面的摩擦辅助传扭和轴向限位，三个互成120度的结构，具有功能完整、结构紧凑、工艺简单等特点。与之类似的，定位锥1上的限位孔111、旋转体2上的定位孔211以及销钉形成的限位结构，互成120度、孔的直径均为2毫米，并要求圆锥段11的大径端端面相对于定位锥的轴线的垂直度小于等于0.01，保证同轴度与垂直度，使得整体结构的传扭稳定，上述参数均通过强度校核循环迭代计算确定，以保证参数的准确合理，结构简单紧凑，整体呈现曲面结构，有良好的承载能力与抗形变能力，避免了螺栓、法兰等部件的引入，使防松性能更好，且拆装也更方便，可操作性提升。

本申请提供的定位锥的额连接结构的工作原理为：依靠前端锥部挤压与待加工轴类工件的端面摩擦定位定心，直至二者同轴后可以稳定传扭实现同步转动，旋转体2的一端与高速机床转轴连接实现传动，旋转体2与定位锥1之间通过环形槽环面的配合定位、环形限位块121的约束以及过盈配合的摩擦传扭，实现高转速下的稳定传扭，采用该连接结构的定位锥1的质心半径减小，在高转速下的工作惯性矩和不平衡响应均较小，能使加工细长轴类件的同轴度定位精度从原来的ø0.02mm，提高到ø0.015mm，同时工作台交换定位效率提高约1倍，加工中定位锥1的定位可靠度高、传扭的稳定性好，具有较高的工程应用价值。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种定位锥的连接结构，其特征在于，包括用于与定位锥连接的旋转体，其中：

所述定位锥包括沿其轴线方向分布的圆锥段和圆柱段，所述圆柱段的第一端与所述圆锥段的大径端同轴连接，所述圆柱段的直径小于所述圆锥段的大径端直径；

所述旋转体的第一端开设配合孔，所述旋转体的第一端的外表面轮廓与所述圆锥段的外锥面轮廓匹配，所述圆柱段插入所述配合孔并与所述配合孔过盈配合；所述旋转体的第二端用于连接高速机床转轴。

2.根据权利要求1所述的定位锥的连接结构，其特征在于，所述圆柱段上设置环形槽，以使所述圆柱段的靠近所述旋转体的一端形成环形限位块，所述配合孔的孔壁向靠近所述定位锥的轴线的方向延伸，并形成卡接段，所述卡接段与所述环形槽配合。

3.根据权利要求2所述的定位锥的连接结构，其特征在于，所述连接结构还包括销钉，所述卡接段的靠近所述定位锥的一面开设定位孔，所述圆锥段的大径端开设限位孔，所述限位孔与所述定位孔的轴线均与所述定位锥的轴线平行，所述限位孔贯穿所述圆锥段，所述销钉的一端由所述限位孔的远离所述旋转体的一端插入所述限位孔内，并在贯穿所述限位孔后插入所述定位孔。

4.根据权利要求3所述的定位锥的连接结构，其特征在于，所述销钉设置多个，所述定位孔与所述限位孔的数量均与所述销钉的数量一致，多个所述销钉绕所述定位锥的轴线呈环形阵列分布。

5.根据权利要求2所述的定位锥的连接结构，其特征在于，所述环形限位块上开设三个缺口，以形成三个限位块本体，三个所述限位块本体绕所述定位锥的轴线呈环形阵列分布。

6.根据权利要求2所述的定位锥的连接结构，其特征在于，所述环形槽的靠近所述定位锥的轴线的槽面上开设转动槽，所述卡接段的靠近所述定位锥的轴线的一面上设置凸块，所述凸块与所述转动槽配合。

7.根据权利要求2所述的定位锥的连接结构，其特征在于，所述环形槽的靠近所述定位锥的轴线的槽面的圆度小于等于0.012毫米。

8.根据权利要求1所述的定位锥的连接结构，其特征在于，所述圆锥段的大径端端面相对于所述定位锥的轴线的垂直度小于等于0.01。

9.根据权利要求1所述的定位锥的连接结构，其特征在于，所述定位锥与所述旋转体的内部分别设置形状与其自身形状匹配的空腔。

10.根据权利要求1所述的定位锥的连接结构，其特征在于，所述旋转体的第二端开设安装孔，所述安装孔的轴线与所述定位锥的轴线重合，所述安装孔的尺寸与所述高速机床转轴匹配。

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