摘 要

本文通过借助三维建模软件SolidWorks，针对复销结构碳纤维复合材料传动轴生产装备设计，完成了主轴箱进给箱传动比设计，制造出可实现各个角度纤维缠绕；选用双向离合自动换向机构，实现了送丝机构自动往返；设计了相配套的丝杠螺母机构、机床导轨和床身，组合成了一个实现碳纤维复合材料传动轴制造的专用机床。同时还对该机床中的各个典型部件进行了可行性分析和强度校核。该机床的设计填补了国内关于复销结构碳纤维复合材料传动轴制备的空白，对于碳纤维传动轴的发展而言是一次很好的经验。

关键词：复销结构；碳纤维传动轴；缠绕成型；专用机床设计

Abstract

In this paper, through the use of three-dimensional modeling software SolidWorks, for the sale of carbon fiber composite drive shaft production equipment design, completed the spindle box feed box drive ratio design, to achieve the realization of the angle of the fiber winding; use two-way clutch automatic commutation mechanism, The realization of the wire feeding mechanism automatic round-trip; design of the matching screw nut mechanism, machine tool rail and bed, combined into a carbon fiber composite shaft manufacturing machine for the manufacture of special machine. At the same time, the feasibility analysis and strength checking of the typical parts in the machine tool are also carried out. The design of the machine to fill the domestic sales of carbon fiber composite drive shaft on the preparation of the blank, for the development of carbon fiber drive shaft is a very good experience.

Key Words：Revocation structure；Carbon fiber drive shaft；Winding forming；Special machine desig

目 录

第1章 绪论 1

1.1 复销结构碳纤维复合材料传动轴生产装备概述 1

1.2 国内外碳纤维传动轴装备设计研究现状 1

1.3 该专用机床的设计意义 2

1.4 碳纤维传动轴制备装备设计发展趋势 2

第2章 机床主传动系统设计方案拟定 3

2.1 机床结构简图设计 3

2.2 电动机的选择 3

2.2.1 确定电动机型号 3

2.3 拟定机床的传动方案 4

2.3.1 确定结构式 4

2.3.2 确定主轴箱传动组及各传动中组传动副数目 4

2.3.3 传动式拟定 4

2.3.4 结构式的确定 4

2.4 绘制转速图 4

2.4.1 确定各级转速并绘制转速图 4

2.4.2 确定各转速组齿轮齿数模数 5

2.5 绘制主传动系统图 8

2.6主传动系统中的其他机构 8

2.6.1 输入轴与电动机的带轮传动 8

2.6.2 输入轴上的安全离合器 10

2.6.3 主轴与进给传动系统部分的连接——挂轮架 10

第3章 机床进给传动系统设计方案拟定 12

3.1 机床进给系统传动方案的确立 12

3.1.1 进给系统传动方案分析 12

3.1.2 进给系统中各齿轮齿数模数的初步确立 13

3.2 机床进给系统传动方案的误差分析 15

3.3 绘制机床进给系统传动图 18

3.4 机床进给系统中其他装置的选择 19

3.4.1 自动换向离合器设计 19

3.4.2 锥齿轮的选用 21

第4章 其他典型零部件设计 22

4.1 支承件的设计 22

4.2 导轨的选择与设计 22

4.3 丝杠螺母副设计 23

4.4 送丝装置设计 24

4.5 尾座的设计 24

第5章 关键零部件受力分析及强度校核 26

5.1 主轴的受力分析及强度校核 26

5.1.1 主轴的结构设计 26

5.1.2 主轴的校核计算 26

5.2 齿轮部分的受力分析及强度校核 31

机床设计总结 35

参考文献 36

致谢 37

1. 绪论
   • 1.1复销结构碳纤维复合材料传动轴生产装备概述

复销结构碳纤维复合材料传动轴生产装备是以外圆磨床和CA6140车床为基础，在一系列机床专用结构的配合下，采用碳纤维传动轴缠绕成型工艺，用以制备出特殊复销结构的碳纤维轴的一种专用机床。这种连接结构不破换碳纤维的纤维而且用机械结构的方式实现了连接，保证其连接强度。同时针对此结构提出一套简单的制造工艺能够实现工厂大批量生产这种碳纤维轴，从而降低制造成本。该机床结构简单，可实现大批量装备生产，生产率高，加工精度较高，能适应改变加工轴长度、厚度等变化，具有一定的重新组合调整的能力，可实现多种碳纤维轴缠绕角度的变化。

• • 1.2 国内外碳纤维传动轴装备设计研究现状

近25年来，碳纤维由于其优异的强度高、质量轻、抗震性能强、抗疲劳程度好等特点，得到了越来越广泛的使用，尤其是在航空航天、车辆运输、机械制造等领域。但要将一层一层碳纤维复合材料制备成高强度的碳纤维传动轴，一直都得不到良方。

目前，碳纤维传动轴的制备还处于发展阶段，在日、美等发达国家中碳纤维传动轴生产装备已实现机电一体化，能完成大批量各规格自动化数控生产。碳纤维复合材料传动轴已用于替换汽车、航空航天、制造业等各个领域。我国进行碳纤维传动轴的研究也有近20年的时间，但进展缓慢，仍还停留在机械结构设计优化程度不足的阶段,同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁,至今没能实现大规模工业化生产,工业及民用领域的需求长期依赖进口,严重影响了我国高技术的发展,尤其制约了制造业、航空航天及国防事业的发展，与我国的经济社会发展进程极不相称^[1]。

目前，国内的碳纤维传动轴的制备所受制约，主要在其连接部分和制造方法上。一方面，金属材料与碳纤维复合传动轴的连接部分容易出现失效现象。现阶段，碳纤维复合材料传动轴的连接方式主要采用胶接连接、机械连接和混合连接。采用胶接连接时，其结构较简单、应用广泛、连接效率高，但其传递扭矩低，连接处强度低，装配时间过长，实际胶接量控制较为困难；采用机械连接时，结构较为复杂但力学性能相对更好，连接牢固，装配时间少，但在轴上进行打孔等处理会影响碳纤维轴的整体性能；而混合连接相对来说各有优劣，但制造成本过高，装配时间长，一般不予考虑。