一种快装式粉末冶金四爪联轴器及其制备工艺的制作方法

本发明涉及机械传动联轴器，尤其涉及一种快装式粉末冶金四爪联轴器及其制备工艺。

背景技术：

1、四爪联轴器，通常也称为滑块联轴器或爪式联轴器，是一种通过中间弹性元件传递扭矩的挠性联轴器，其典型结构包括两个端面带爪齿的金属半联轴器（主动爪盘与从动爪盘）以及嵌合在两者之间的塑胶弹性滑块，工作时，主动爪盘的爪齿通过挤压弹性滑块带动从动爪盘旋转，利用弹性滑块的剪切变形实现动力传递，同时可对两轴之间的径向、角向偏差进行补偿，并吸收启停过程中的冲击振动，因其结构简单、拆装便捷、成本经济且具有一定的容错能力，四爪联轴器广泛应用于各类电机、减速机与泵、风机等通用机械设备的传动连接中。

2、然而，现有四爪联轴器在实际应用中仍存在一定局限：高速重载工况下，中间塑胶弹性滑块因频繁承受交变挤压而产生剧烈摩擦热，导致材料温度急剧升高并发生软化甚至熔融，不仅使传动精度下降、回程间隙增大，还易引发弹性滑块抱死或脱落等设备故障，难以满足高端装备对可靠性与寿命的要求，并且传统结构依赖单一弹性体实现缓冲，在低速与高速、轻载与重载等复杂工况切换时无法兼顾柔性缓冲与刚性传扭的双重需求，且缺乏对突发过载或异常温升的自我保护能力；另一方面，采用粉末冶金工艺制备联轴器时，现有技术普遍采用均质材料设计，导致爪齿工作面所需的耐磨性与芯部所需的强韧性难以协同优化，同时，常规压制烧结工艺对密度均匀性、微观组织调控能力有限，致使产品致密度和力学性能难以进一步提升，限制了联轴器整体性能的充分发挥。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现有四爪联轴器在物理结构上缺乏对高速发热与过载工况的自适应调节能力，同时在粉末冶金制备工艺中因均质材料设计和常规烧结工艺的局限，难以兼顾爪齿耐磨性与芯部强韧性，导致产品综合性能无法满足高端传动需求，为此我们提出一种快装式粉末冶金四爪联轴器及其制备工艺。

2、为了实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：一种快装式粉末冶金四爪联轴器，包括从动爪盘、主动爪盘、一体成型于从动爪盘和主动爪盘相靠近一端呈交错设置的爪齿以及设置于爪齿间隙的塑胶垫；

3、所述主动爪盘上设置有离心式刚性锁止机构，离心式刚性锁止机构包括设置于主动爪盘端部侧壁且位于相邻爪齿之间的径向滑槽，径向滑槽与从动爪盘上的爪齿对应，径向滑槽内侧沿着主动爪盘的径向活动连接有滑块，滑块靠近主动爪盘轴线的一端安装有弹性结构，滑块上贯穿设置有与主动爪盘轴线平行的通孔，通孔内侧活动连接有活动杆，活动杆靠近从动爪盘的一端设置有用于与从动爪盘上的爪齿抵接配合的摩擦片，径向滑槽的内壁设置有与活动杆对应且呈倾斜状的引导片。

4、所述径向滑槽远离主动爪盘轴线的一端安装有热敏元件，热敏元件用于温度升高时将滑块向主动爪盘的轴线方向推动。

5、优选的，所述弹性结构为拉伸弹簧，弹性结构的一端固定于滑块的端部，另一端固定在径向滑槽的内壁。

6、优选的，所述热敏元件为双金属片或形状记忆合金弹簧。

7、优选的，所述活动杆靠近引导片的一端设置有用于与引导片的斜面滚动配合的活动件。

8、优选的，所述活动件为滚珠或滚轮。

9、一种快装式粉末冶金四爪联轴器的制备工艺，包括以下步骤：

10、s1：混料，按梯度材料配方分别制备芯层混合粉、过渡层混合粉和表层混合粉，所述芯层混合粉用于成型从动爪盘和主动爪盘的芯部区域，所述表层混合粉用于成型爪齿工作面区域；

11、s2：模具准备，提供粉末冶金成型模具，所述模具包括阴模、上模冲、下模冲及组合式芯棒，所述组合式芯棒由中心固定芯棒和多个径向活动块组成，用于在主动爪盘上位于两相邻爪齿之间一次成型径向滑槽；

12、s3：梯度布料，将芯层混合粉、过渡层混合粉和表层混合粉按顺序分层布料至阴模型腔内；

13、s4：压制成型，通过上模冲和下模冲对粉末施加压制压力，同时通过斜楔机构驱动组合式芯棒的径向活动块向外撑出，成型所述径向滑槽，压制采用多步变速压制工艺；

14、s5：脱模，上模冲退回，下模冲顶出，同时组合式芯棒的径向活动块自动缩回，得到生坯；

15、s6：烧结，将生坯置于烧结炉中进行分温区控温烧结；

16、s7：后续处理，对烧结坯进行精整加工，然后进行表面强化处理，最后将热敏元件以及离心式刚性锁止机构安装于径向滑槽中。

17、优选的，步骤s1中，所述芯层混合粉按质量百分比计包括：cu为1.5%—2.5%，ni为1.0%—2.0%，mo为0.5%—1.0%，c为0.6%—0.9%，余量为fe；

18、所述过渡层混合粉按质量百分比计包括：cu为2.5%—3.5%，c为0.7%—1.0%，余量为fe；

19、所述表层混合粉按质量百分比计包括：cu为2.5%—3.5%，c为0.7%—1.0%，固体润滑剂为0.5%—1.5%，余量为fe。

20、优选的，所述固体润滑剂为mns或mos2中的至少一种。

21、优选的，步骤s6中，所述分温区控温烧结的工艺参数为：第一升温速率4-6℃/min，第一保温温度580-620℃，第一保温时间25—35min；第二升温速率7-9℃/min，烧结温度1100-1150℃，第二保温时间50—70min；冷却速率8-12℃/min，第三保温温度820-880℃，第三保温时间15—25min。

22、优选的，步骤s7中，所述表面强化处理为低温气体渗氮处理，处理温度520-540℃，处理时间4—6小时。

23、本发明的技术效果和优点：

24、本发明中，在物理结构方面，通过在主动爪盘上位于两相邻爪齿之间的径向滑槽，并在径向滑槽内设置可径向滑动的滑块，同时在滑块与径向滑槽内侧壁之间安装热敏元件，使联轴器具备根据工况自动调节传动状态的能力，低速运行时依靠中间塑胶垫实现柔性缓冲，中高速正常运行时滑块在离心力作用下径向外移并与从动爪盘的爪齿侧壁形成辅助刚性接触，从而显著提升扭矩传递能力与传动精度，当出现过载或异常温升时，热敏元件受热产生与离心力方向相反的向心推力，推动滑块向内回缩以减小刚性压紧力，从而降低摩擦发热强度并避免塑胶垫过热损坏，温度回落后再由离心力重新主导刚性压紧，使联轴器能够实现低速缓冲、高速传扭、高温自动减压的动态平衡，从根本上解决了传统联轴器在高速重载工况下易发热、刚性传动与过载保护难以兼顾的问题，显著提高了联轴器的承载能力、使用寿命与运行安全性；

25、在制备工艺方面，通过组合式芯棒结构在压制成型阶段一次成型主动爪盘上的径向滑槽，不仅避免了后续机加工对径向滑槽位置精度的不利影响，还大幅缩短了工艺流程，同时针对联轴器不同部位的性能需求采用梯度材料设计，使芯层选用fe-cu-ni-mo系高强韧配方以保证传递扭矩所需的强度，并在表层添加mns以提升爪齿工作面的减摩耐磨性能，从而解决了均质材料设计下耐磨性与强韧性难以兼得的问题，而多步变速压制工艺使粉末在压制过程中充分排气并实现均匀致密，配合分温区控温烧结通过低温扩散、高温致密、中温相变三个阶段协同优化微观组织，显著提升了产品的致密度与力学性能，再经后续低温气体渗氮处理进一步强化爪齿表面硬度。