一种重型机床用花键式碳纤维管联轴器的制作方法

本发明涉及重型机床传动，尤其涉及一种重型机床用花键式碳纤维管联轴器。

背景技术：

1、重型机床作为工业母机，在航空航天、国防科工、轨道交通及船舶重工等重点领域的需求持续快速增长，其核心功能部件的技术水平往往决定机床产品的关键性能指标。在重型机床的主运动传动链中，主轴联轴器是连接主轴电机与主轴的关键功能部件，其性能直接影响机床的加工精度、切削效率和运行稳定性。

2、目前，市场上常见的碳纤维管联轴器多采用膜片式连接结构，即碳纤维管的两端通过金属膜片组与主轴及传动轴连接。此类膜片联轴式碳纤维管联轴器虽然具有一定的纠偏能力，但存在以下不足：其一，膜片连接结构的扭转刚度有限，在高扭矩工况下膜片弹性变形较大，难以满足高精度重型机床对传动刚度的苛刻要求；其二，膜片组在长期交变载荷下存在疲劳失效风险，影响联轴器的使用寿命和可靠性；其三，膜片联轴器的轴向尺寸较大，在重型机床滑枕的狭小安装空间内难以布置。此外，现有碳纤维管联轴器的中心冷却功能通常需要在内冷管上设置中间支撑环节，结构复杂，制造和装配工艺繁琐，且中间支撑在高速旋转时会产生附加不平衡质量，限制联轴器的最高使用转速。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种重型机床用花键式碳纤维管联轴器。

2、具体技术方案如下：

3、一种重型机床用花键式碳纤维管联轴器，包括碳纤维管组件、两件渐开线齿形内花键套和中心内冷组件；所述碳纤维管组件包括碳纤维轴管和分别嵌入其两端的金属法兰，所述碳纤维轴管与所述金属法兰经混合联接固化后一体成型，形成永久性耦合联结结构；所述渐开线齿形内花键套的一端设有渐开线内花键齿，用于与机床主轴或传动轴的外花键配合连接，另一端为法兰连接部，通过高强度铰制孔用螺栓与对应端的所述金属法兰的端面形成可拆卸地紧固连接；所述中心内冷组件包括内冷管和两件锁紧螺母，所述内冷管同轴穿设于所述碳纤维管组件的中心，其两端分别穿过两端的所述金属法兰，并通过所述锁紧螺母对所述内冷管施加轴向预拉伸力，使所述内冷管在无中间支撑的条件下保持轴向张紧状态。

4、可选的，所述金属法兰在所述碳纤维轴管与所述金属法兰混合联接固化脱模后，经数控加工在所述金属法兰的外端面形成止口安装结构，所述止口安装结构与所述渐开线齿形内花键套的所述法兰连接部止口配合，用于保证所述金属法兰与所述渐开线齿形内花键套的连接界面精度。

5、可选的，所述渐开线内花键齿的齿形为30°压力角渐开线齿形，所述渐开线内花键齿与所述机床主轴或传动轴的外花键之间为齿侧定心配合。

6、可选的，所述碳纤维轴管的中间段为等截面薄壁圆管结构。

7、可选的，所述高强度铰制孔用螺栓为12.9级铰制孔用螺栓，所述金属法兰的端面设有与所述铰制孔用螺栓对应数量的铰制螺孔。

8、可选的，所述锁紧螺母与所述金属法兰的外端面之间设有防松垫圈，所述锁紧螺母对所述内冷管施加的所述轴向预拉伸力使所述内冷管在所述联轴器的最高设计转速下不产生轴向松弛。

9、可选的，所述内冷管的两端设有与所述锁紧螺母配合的外螺纹段。

10、可选的，所述金属法兰为钢制件。

11、可选的，所述金属法兰的连接部上沿周向均布有6至8个铰制孔用螺栓。

12、可选的，所述联轴器整体安装于重型机床的滑枕内，所述联轴器的两端分别通过所述渐开线齿形内花键套与所述重型机床的主轴和传动轴连接，所述中心内冷组件为所述重型机床主轴提供中心气液传输通道。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

14、本发明通过将渐开线花键连接替代常规膜片连接并设置于碳纤维管组件的两端，渐开线花键所具备的齿面接触均匀、承载能力高和自动定心的特性与碳纤维轴管的轻质高刚特性相结合，使联轴器的整体扭转刚度得到大幅提高，同时花键配合的轴向滑移能力使联轴器安装更为简便，尤其适用于高精度重型机床的高转速、高刚性应用场景。中心内冷组件采用两端锁紧螺母预拉伸结构，取消中间支撑环节，既简化了装配工艺，又消除了中间支撑带来的附加不平衡质量，提高了联轴器的高速运行稳定性和可靠性。内花键套与碳纤维管组件之间采用高强度铰制孔用螺栓可拆卸连接，在花键齿磨损后无需更换整个联轴器即可单独维护更换，降低了全生命周期使用成本。

1.一种重型机床用花键式碳纤维管联轴器，其特征在于，包括碳纤维管组件、两件渐开线齿形内花键套和中心内冷组件；所述碳纤维管组件包括碳纤维轴管和分别嵌入其两端的金属法兰，所述碳纤维轴管与所述金属法兰经混合联接固化后一体成型，形成永久性耦合联结结构；所述渐开线齿形内花键套的一端设有渐开线内花键齿，用于与机床主轴或传动轴的外花键配合连接，另一端为法兰连接部，通过高强度铰制孔用螺栓与对应端的所述金属法兰的端面形成可拆卸地紧固连接；所述中心内冷组件包括内冷管和两件锁紧螺母，所述内冷管同轴穿设于所述碳纤维管组件的中心，其两端分别穿过两端的所述金属法兰，并通过所述锁紧螺母对所述内冷管施加轴向预拉伸力，使所述内冷管在无中间支撑的条件下保持轴向张紧状态。

2.根据权利要求1所述的重型机床用花键式碳纤维管联轴器，其特征在于，所述金属法兰在所述碳纤维轴管与所述金属法兰混合联接固化脱模后，经数控加工在所述金属法兰的外端面形成止口安装结构，所述止口安装结构与所述渐开线齿形内花键套的所述法兰连接部止口配合，用于保证所述金属法兰与所述渐开线齿形内花键套的连接界面精度。

3.根据权利要求2所述的重型机床用花键式碳纤维管联轴器，其特征在于，所述渐开线内花键齿的齿形为30°压力角渐开线齿形，所述渐开线内花键齿与所述机床主轴或传动轴的外花键之间为齿侧定心配合。

4.根据权利要求1所述的重型机床用花键式碳纤维管联轴器，其特征在于，所述碳纤维轴管的中间段为等截面薄壁圆管结构。

5.根据权利要求1所述的重型机床用花键式碳纤维管联轴器，其特征在于，所述高强度铰制孔用螺栓为12.9级铰制孔用螺栓，所述金属法兰的端面设有与所述铰制孔用螺栓对应数量的铰制螺孔。

6.根据权利要求1所述的重型机床用花键式碳纤维管联轴器，其特征在于，所述锁紧螺母与所述金属法兰的外端面之间设有防松垫圈，所述锁紧螺母对所述内冷管施加的所述轴向预拉伸力使所述内冷管在所述联轴器的最高设计转速下不产生轴向松弛。

7.根据权利要求6所述的重型机床用花键式碳纤维管联轴器，其特征在于，所述内冷管的两端设有与所述锁紧螺母配合的外螺纹段。

8.根据权利要求1所述的重型机床用花键式碳纤维管联轴器，其特征在于，所述金属法兰为钢制件。

9.根据权利要求1所述的重型机床用花键式碳纤维管联轴器，其特征在于，所述金属法兰的连接部上沿周向均布有6至8个铰制孔用螺栓。

10.根据权利要求1所述的重型机床用花键式碳纤维管联轴器，其特征在于，所述联轴器整体安装于重型机床的滑枕内，所述联轴器的两端分别通过所述渐开线齿形内花键套与所述重型机床的主轴和传动轴连接，所述中心内冷组件为所述重型机床主轴提供中心气液传输通道。