CN111059162A

CN111059162A - 一种空心轴紧固机构

Info

Publication number: CN111059162A
Application number: CN201911374721.8A
Authority: CN
Inventors: 刘立国; 丁亚林; 张洪文; 远国勤
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-04-24

Abstract

本发明提供了一种空心轴紧固机构，包括用于安装空心轴的旋转轴，所述空心轴的圆柱孔与所述旋转轴的圆柱轴轴孔配合；包括紧固组件，所述紧固组件包括第一紧固部和第二紧固部，所述第一紧固部的一端与所述旋转轴的圆柱孔紧密配合，所述第一紧固部的另一端为锥形轴，置于旋转轴外；还包括设置在锥形轴外侧面的第二紧固部，所述第二紧固部是内部为锥形孔，外部为圆柱轴的中空结构，所述第二紧固部的圆柱轴外径与空心轴的圆柱孔尺寸相同。本发明的紧固机构利用小型紧凑的结构即可产生较大的紧固摩擦力；空心轴部件内无需预留螺孔、销孔、键槽等结构，通用性强；锥形孔角度及涨紧套长度均可根据需求调节，以改变紧固机构内力分布，无需更改被紧固对象。

Description

一种空心轴紧固机构

技术领域

本发明涉及机械零部件领域，更具体而言，涉及一种空心轴紧固机构。

背景技术

旋转轴系是各种仪器中广泛使用的部件，一般由旋转轴、轴承、轴承座、轴承压盖及其它附件组成。旋转轴在轴承座、轴承、轴承端盖、调整垫及一些附件的支撑下，可以实现旋转。通常旋转轴上需要紧固其他零件，实现被紧固零件与旋转轴可靠同步旋转，如力矩电机电枢、传感器的旋转部分、齿轮、凸轮等等都是经常需要被紧固至旋转轴上的零部件。这些零部件通常加工出圆柱光孔，通过紧固结构与旋转轴紧固。这些零部件必须与旋转轴可靠紧固，不能发生松动、打滑现象，否则会导致仪器无法正常工作。因此可靠的紧固机构是保证仪器正常工作的重要技术途径之一。

目前，常见的旋转空心轴的紧固机构有螺钉紧固、过盈配合紧固、键紧固、销钉紧固及摩擦式紧固。

螺钉紧固是最普遍的机构，如图1。在相应零件上加工出光孔和螺孔，通过螺钉紧固即可实现。在要求安装精度较高的情况下，常采用销钉定位。

过盈配合紧固的机构常用于空间有限的场合，如图2。普遍的安装方法为，常温条件下光孔的内径尺寸比旋转轴的外径尺寸略小，一般控制在0.01～0.05毫米，基于热胀冷缩原理，加热空心轴或冷却旋转轴，空心轴的内孔直径会变大，旋转轴的外径会变小，此时旋转轴的外径尺寸小于空心轴的内径尺寸，将空心轴安装在旋转轴上，待温度恢复到室温，空心轴与旋转轴实现了过盈配合，实现紧固。

键紧固在机械设备中较为常见，如图3。这种方式中有多种键可供选择，图3为平键方式。在空心轴内孔、旋转轴外圆加工出键槽，并将键装入键槽内，通常还会采用螺钉紧固等辅助措施。

销钉紧固也是一种常见的机构，如图4，在空心轴上和旋转轴上加工出通孔，将销钉插入，并安装卡圈防止销钉脱出。

摩擦式紧固通常采用平面摩擦、斜面摩擦、涨紧式摩擦。平面摩擦通常为采用一个零件与旋转轴通过螺纹等方式紧固，零件上的平面与旋转轴上的轴肩分别挤压空心轴的两个端面，产生摩擦力，实现空心轴与旋转轴的紧固，如图5。斜面摩擦通常采用的机构为用于紧固的零件上加工出外锥面，而空心轴内孔加工出与之配合的锥孔，通过施加轴向力的方式，使两锥面产生微小变形并紧密贴合。用于紧固的零件通常固定在旋转轴上，如图6。

涨势式紧固通常采用的机构为在旋转轴上加工出锥孔，并沿旋转轴轴向方向上加工出长槽结构，将锥形内孔分成不连续结构，使其具有沿径向变形的能力。用于紧固的零件为具有外锥面的轴，其外锥面挤压旋转轴上的内锥孔，使旋转轴外圆柱面发生变形，挤压空心轴内孔，产生摩擦力，实现紧固功能，如图7。

螺钉紧固机构，结构简单，但这种机构要求旋转轴和被紧固件的零件具有螺孔和光孔，通常径向尺寸会大一些，在小型仪器中应用受到限制，也不适用某些具有空心轴的部件。

过盈配合紧固机构，结构简单，但其拆卸困难，给仪器维护增加困难。

键紧固机构需要加工出键槽，因此空心轴和旋转轴径向尺寸略大，且对空心轴和旋转轴材料硬度具有一定要求，硬度过低的材料(如铝合金)长期使用后可能产生间隙，导致仪器无法正常工作或发生损坏。

销钉紧固机构结构简单，但是其需要增加旋转轴和空心轴的轴向长度。

平面摩擦式紧固机构，其接触面积受被紧固件的空心轴的尺寸约束，可能出现接触面积过小的情况。斜面摩擦紧固机构中，为增加接触面积或调解锥孔角度，需要空心轴上的锥孔保持足够的长度或空心轴具有足够的壁厚，这将导致空心轴直径尺寸增大。涨紧式摩擦紧固机构中，旋转轴与空心轴涨紧是线接触，摩擦力较小，可靠性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心轴紧固机构，以解决上述现有技术中存在的问题，在保持紧固性能的同时，优化设计，保持各零件具有较小的尺寸、使仪器设计具有紧凑的结构。

为解决上述技术问题，本发明提供一种空心轴紧固机构，包括用于安装空心轴部件的旋转轴，所述空心轴部件的圆柱孔与所述旋转轴的圆柱轴轴孔配合；

包括紧固组件，所述紧固组件包括第一紧固部和第二紧固部，所述第一紧固部的一端与所述旋转轴的圆柱孔紧密配合，所述第一紧固部的另一端为锥形轴，置于旋转轴外；

还包括设置在锥形轴外侧面的第二紧固部，所述第二紧固部是内部为锥形孔，外部为圆柱轴的中空结构，所述第二紧固部的圆柱轴外径与空心轴的圆柱孔尺寸相同。

在一些实施例中，所述第二紧固部为涨紧套，所述涨紧套包括刚性结构和柔性结构，所述刚性结构和所述柔性结构交替分布，所述柔性结构和所述刚性结构形成内部为锥形孔，外部为圆柱轴的中空结构。

在一些实施例中，所述涨紧套的锥形孔与所述锥形轴配合。

在一些实施例中，所述第一紧固部的一端通过螺纹与旋转轴的螺纹啮合。

在一些实施例中，所述第一紧固部的螺纹与所述锥形轴之间为第一紧固部圆柱轴，所述第一紧固部圆柱轴与所述旋转轴的圆柱孔配合。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明采用了面接触结构产生摩擦力，利用小型紧凑的结构即可产生较大的紧固摩擦力；对空心轴要求较低，无需预留螺孔、销孔、键槽等结构，通用性更强；易于操作；锥形孔角度及锥形套长度均可根据需求调节，以改变机构内力分布，无需更改被紧固对象。

附图说明

图1是本发明背景技术中采用螺钉紧固方式的紧固结构示意图；

图2是本发明背景技术中采用过盈配合紧固方式的紧固结构示意图；

图3是本发明背景技术中采用键紧固方式的紧固结构示意图；

图4是本发明背景技术中采用销钉紧固方式的紧固结构示意图；

图5是本发明背景技术中采用平面摩擦紧固方式的紧固结构示意图；

图6是本发明背景技术中采用斜面摩擦紧固方式的紧固结构示意图；

图7是本发明背景技术中采用涨紧式摩擦紧固方式的紧固结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种空心轴紧固机构的整体结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种空心轴紧固机构的涨紧套结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种空心轴紧固机构的紧固螺钉结构示意图；

图11是本发明实施例提供的一种空心轴紧固机构的旋转轴结构示意图。

1、涨紧套；2、紧固螺钉；3、旋转轴；101、锥形孔；

102、涨紧套圆柱轴；103、柔性结构；104、刚性结构；

201、锥形轴；202、第一紧固部圆柱轴；203、紧固螺钉螺纹；

301、旋转轴圆柱轴；302、旋转轴圆柱孔；303、旋转轴螺纹；

100、空心轴部件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

实施例1：

参考图8-11，一种空心轴紧固机构，包括用于安装空心轴部件100的旋转轴3，所述空心轴部件100的圆柱孔与旋转轴圆柱轴301轴孔配合；

包括紧固组件，所述紧固组件包括第一紧固部和第二紧固部，所述第一紧固部的一端与旋转轴圆柱孔302紧密配合，所述第一紧固部的另一端为锥形轴201，置于旋转轴3外；

还包括设置在锥形轴201外侧面的第二紧固部，所述第二紧固部是内部为锥形孔101，外部为圆柱轴的中空结构，所述第二紧固部的圆柱轴外径与空心轴的圆柱孔尺寸相同。

在本实施例中，第一紧固部为紧固螺钉2，所述紧固螺钉2与旋转轴圆柱孔302配合的一端为紧固螺钉螺纹303，所述紧固螺钉螺纹303与所述锥形轴201之间为第一紧固部圆柱轴202，所述第一紧固部圆柱轴202与所述旋转轴圆柱孔302相配合。

所述第二紧固部为涨紧套1，所述涨紧套1包括刚性结构104和柔性结构103，所述刚性结构104和所述柔性结构103交替分布，所述柔性结构103和所述刚性结构104形成内部为锥形孔101，外部为圆柱轴102的中空结构。

所述涨紧套1的锥形孔101与所述锥形轴201配合。

空心轴部件100的圆柱孔和旋转轴圆柱轴301实现轴孔配合。紧固螺钉2通过紧固螺钉螺纹203与旋转轴3连接，通过控制旋紧力矩控制紧固力的大小,紧固螺钉2上加工有圆柱轴结构，与旋转轴圆柱孔302轴孔配合,保证紧固螺钉2上锥形轴201与旋转轴3同轴。通过上述的措施保持空心轴部件100和紧固螺钉2同轴安装，进一步保证涨紧套圆柱轴102与被紧固对象空心轴部件的圆柱孔同轴，进而保证涨紧套1和空心轴各接触处变形一致。

涨紧套1上锥形孔101与紧固螺钉2上锥形轴201配合，涨紧套1为一个零件，设计有柔性结构103和刚性结构104，柔性结构103与刚性结构104按圆周交替分布。柔性结构103一方面保证刚性结构104能够在紧固螺钉2的作用下发生位移，另一方面保证刚性结构104的准确位置，避免刚性结构104发生扭转。刚性结构104扭转会引起各刚性结构变形不一致并导致产生摩擦力小，刚性结构104发生扭转还会对空心轴产生一定的弯曲作用力，柔性结构103可有效抑制刚性结构发生扭转。

涨紧套圆柱轴102外径尺寸与空心轴部件100的空心轴圆柱孔尺寸一致,旋紧紧固螺钉2，涨紧套1右侧端面被旋转轴3端面限制，无法向右移动。旋紧紧固螺钉2，在紧固螺钉锥形轴201的推动下涨紧套1的柔性结构103处产生变形,刚性结构104向外膨胀，压紧空心轴圆柱孔。进一步对紧固螺钉2施加紧固力矩，被紧固对象空心轴部件100的圆柱孔与涨紧套1接触处产生微小变形,产生较大摩擦。

在本实施例中，涨紧套的柔性结构103与刚性结构104交替分布,但不限于图中所示的交替分布,可根据需要增加或减少柔性结构及刚性结构的数量。另外，本实施例中通过紧固螺钉螺纹203与旋转轴螺纹303啮合实现第一紧固部的固定，但不限于图中的啮合方式，例如采用螺母也可以实现该功能。

本发明空心轴紧固机构的工作原理：

首先将被紧固对象安装在旋转轴3上，被紧固对象圆柱孔与旋转轴圆柱轴301轴孔配合，涨紧套1安装在紧固螺钉2上，锥形孔101与锥形轴201配合，然后一同装到旋转轴1上，紧固螺钉圆柱轴202与旋转轴圆柱孔302配合，紧固螺钉螺纹203与旋转轴螺纹303啮合，旋转紧固螺钉螺纹203，推动涨紧套刚性结构104向外膨胀，实现紧固。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种空心轴紧固机构，其特征在于，包括用于安装空心轴的旋转轴，所述空心轴的圆柱孔与所述旋转轴的圆柱轴轴孔配合；

2.根据权利要求1所述的一种空心轴紧固机构，其特征在于，所述第二紧固部为涨紧套，所述涨紧套包括刚性结构和柔性结构，所述刚性结构和所述柔性结构交替分布，所述柔性结构和所述刚性结构形成内部为锥形孔，外部为圆柱轴的中空结构。

3.根据权利要求2所述的一种空心轴紧固机构，其特征在于，所述涨紧套的锥形孔与所述锥形轴配合。

4.根据权利要求1所述的一种空心轴紧固机构，其特征在于，所述第一紧固部的一端通过螺纹与旋转轴的螺纹啮合。

5.根据权利要求4所述的一种空心轴紧固机构，其特征在于，所述第一紧固部的螺纹与所述锥形轴之间为第一紧固部圆柱轴，所述第一紧固部圆柱轴与所述旋转轴的圆柱孔配合。