CN108167312A - 一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，包括传动轴本体，传动轴本体的其中一端设置有用于与发动机输出齿轮啮合传动连接的花键，传动轴本体的另一端设置有用于与无人机主轴固定连接的法兰盘，传动轴本体上套有辅助支撑套管，辅助支撑套管的其中一端与法兰盘固定连接，辅助支撑套管的另一端与传动轴本体固定连接，且辅助支撑套管的长度等于传动轴本体长度的一半；本发明同时公开了一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴的制造方法，本发明通过利用多种金属熔炼得到的合金材料制成带有辅助支撑套管的无人机传动轴具有高强度的结构性，抗磨损能力强，耐磨损性、耐冲击性好，有效提高无人机传动轴的使用寿命，满足无人机快速发展的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机传动轴，尤其涉及一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴及其制造方法，属于无人机机械结构技术领域。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作；与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务；无人机按应用领域，可分为军用和民用，军用方面，无人机分为侦察机和靶机；民用方面，无人机行业应用，是无人机真正的刚需，目前主要在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术；无人机传动轴主要是用于大型直升机式的无人机，将发动机动力传输给无人机主轴，无人机主轴驱动旋翼旋转，因此该传动轴传递扭矩又承受全部反力，还要承受无人机主轴传来的垂直力、驱动力和侧向力引起的反力和弯矩，因此，该无人机传动轴的结构和强度非常重要，其耐磨损性和耐冲击性也同样重要，目前大型直升机式的无人机中采用的传动轴无法满足大型直升机式的无人机快速发展的需求。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，同时公开该传动轴的制造方法，本发明制造的带有辅助支撑套管的无人机传动轴具有高强度的结构性，抗磨损能力强，耐磨损性、耐冲击性好，有效提高无人机传动轴的使用寿命，满足大型直升机式的无人机快速发展的需求。
本发明所采用的技术方案为：
一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，包括传动轴本体，所述传动轴本体的其中一端设置有用于与发动机输出齿轮啮合传动连接的花键，所述传动轴本体的另一端设置有用于与无人机主轴固定连接的法兰盘，所述传动轴本体上套有辅助支撑套管，所述辅助支撑套管的其中一端与法兰盘固定连接，所述辅助支撑套管的另一端与传动轴本体固定连接，且所述辅助支撑套管的长度等于传动轴本体长度的一半。
作为本发明的进一步优选，所述的辅助支撑套管包括第一套管、第二套管和第三套管，所述第一套管的其中一端与法兰盘固定连接，所述第一套管的另一端与第二套管的其中一端固定连接，所述第二套管的另一端与第三套管的其中一端固定连接，所述第三套管的另一端与传动轴本体固定连接。
作为本发明的进一步优选，所述的第一套管的内径大于第二套管的外径，所述第二套管的内径大于第三套管的外径，所述第三套管的内径大于传动轴本体的直径，所述的第一套管、第二套管和第三套管的管壁厚度相同。
作为本发明的进一步优选，所述第一套管的其中一端与法兰盘通过焊接方式固定连接，所述第二套管的其中一端插接在第一套管的内部并通过焊接方式与第一套管固定连接，所述第三套管的其中一端插接在第二套管的内部并通过焊接方式与第二套管固定连接，所述第三套管的另一端通过焊接方式与传动轴本体固定连接。
作为本发明的进一步优选，所述的焊接方式是满焊方式焊接，所有焊缝打磨光滑。
作为本发明的进一步优选，所述的传动轴本体、法兰盘和花键是一体成型结构，且所述的传动轴本体、法兰盘、花键和辅助支撑套管是由相同的金属合金材料制成。
作为本发明的进一步优选，所述的金属合金材料所含金属成分及其重量份数比为：铁18-25份、铜23-27份、铝13-15份、锰10-12份、钙0.2-0.3份、硼0.5-0.6份、钡2.4-3.6份、镍1.4-1.5份、铬1.7-2.3份、钼3.4-3.8份、硅5-9份、氧化铁15-22份、氧化铝5-8份。
作为本发明的进一步优选，所述的金属合金材料所含金属成分及其重量份数比优选为：铁19份、铜26份、铝14.5份、锰11份、钙0.28份、硼0.54份、钡3.1份、镍1.47份、铬1.8份、钼3.75份、硅8.1份、氧化铁18.5份、氧化铝7.2份。
一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴的制造方法，包括以下步骤：
（1）将各金属材料的原料依次加入到熔炼炉中进行加热熔炼，得到熔化的合金钢水；具体的熔炼步骤如下：首先将铁、铜、铝和锰金属材料的原料按重量份数比加入到熔炼炉中进行加热熔炼，待全部熔融后，加入按重量份数比配好的氧化铁和氧化铝金属材料的原料，搅拌均匀直至氧化铁和氧化铝金属材料的原料全部熔融，保温1小时，然后加入按重量份数比配好的铬、钼和硅金属材料的原料，继续熔炼30分钟，然后加入按重量份数比配好的钙、硼、钡和镍金属材料的原料，搅拌均匀直至所有金属材料的原料全部熔化；
（2）将得到的合金钢水分别采用底注法注入到传动轴砂型模具和辅助支撑套管砂型模具中进行浇铸，浇铸完成后，通风冷却24小时，然后打开传动轴砂型模具和辅助支撑套管砂型模具，得到传动轴坯料和辅助支撑套管坯料，清理所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料；
（3）对所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料进行热处理；
（4）将热处理完成的传动轴坯料和辅助支撑套管坯料进行机械加工，制得传动轴和辅助支撑套管，将辅助支撑套管按要求采用满焊方式焊接在传动轴上，对所有焊缝进行打磨光滑，制得带有辅助支撑套管的无人机传动轴，对制得的带有辅助支撑套管的无人机传动轴进行防绣处理，然后密封包装。
作为本发明方法的进一步优选，步骤（3）中所述的热处理包括以下步骤：将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料分别放入到热处理炉中，以90-100℃/h的加热速度加热所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料，直至所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料的温度升高到920℃后，保温2-3小时，然后继续对所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料加热，使所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料的温度升高到1120℃后，保温1小时，然后将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料从热处理炉中取出并立即进行水淬，水淬温度不低于80℃，再将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料放入热处理炉中进行回火，回火温度为700-780℃，保温5-6小时，最后将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料从热处理炉中取出空冷；经过上述热处理后得到的传动轴坯料和辅助支撑套管坯料的心部硬度可以达到 31-35HRC，表面硬度可以达到55-58HRC，抗磨损能力强，耐磨损性、耐冲击性好。
金属成分中的碳和铬的主要作用是保证铸件中碳化物数量和形态，碳与铁和锰形成稳定的化合物，通过热处理提高其硬度和耐磨性，碳与其他元素产生协同作用，提高了铸件的综合性能；铬提高铸件整体的强度和硬度，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性能，阻止石墨化，提高淬透性；锰是强化元素，融入铁素体，强化基体，能够细化组织，提高铸件的强度和硬度，以及耐磨性；硅是脱氧元素，由于硅和氧很容易化合成二氧化硅，所以硅铁常用于炼钢时的脱氧剂，同时由于二氧化硅生成时放出大量的热，在脱氧的同时，对提高铁水温度也是有利的；硼是一种与氧和氮亲和力较强的元素，在铁水中易生成氧化硼及氮化硼等硼化合物后而失去应有的作用；铝和钙具有较强的脱氧、脱硫、增碳能力，对改变铸件中夹物形态分布，细化晶粒，改善铸件的机械性能，提高铸件的质量具有重要作用；钼使铸件的强度和硬度增加，形***化性能增强，从而改善抗磨能力。
本发明的有益效果在于：通过利用多种金属熔炼得到的合金材料制成带有辅助支撑套管的无人机传动轴具有高强度的结构性，抗磨损能力强，耐磨损性、耐冲击性好，通过设置辅助支撑套管有效提高无人机传动轴的使用寿命，满足大型直升机式的无人机快速发展的需求。
附图说明：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明法兰盘结构示意图；
图中主要附图标记含义如下：
1-传动轴本体，2-花键，3-法兰盘，4-第一套管，5-第二套管，6-第三套管。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做具体的介绍。
实施例一
如图1和2所示：本实施例是一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，包括传动轴本体1，传动轴本体1的其中一端设置有用于与发动机输出齿轮啮合传动连接的花键2，传动轴本体1的另一端设置有用于与无人机主轴固定连接的法兰盘3，传动轴本体1上套有辅助支撑套管，辅助支撑套管的其中一端与法兰盘3固定连接，辅助支撑套管的另一端与传动轴本体1固定连接，且辅助支撑套管的长度等于传动轴本体1长度的一半。
本实施例中的辅助支撑套管包括第一套管4、第二套管5和第三套管6，第一套管4的其中一端与法兰盘3固定连接，第一套管4的另一端与第二套管5的其中一端固定连接，第二套管5的另一端与第三套管6的其中一端固定连接，第三套管6的另一端与传动轴本体1固定连接；而且，本实施例中第一套管4的内径大于第二套管5的外径，第二套管5的内径大于第三套管6的外径，第三套管6的内径大于传动轴本体1的直径，第一套管4、第二套管5和第三套管6的管壁厚度相同；同时，本实施例中第一套管4的其中一端与法兰盘3通过焊接方式固定连接，第二套管5的其中一端插接在第一套管4的内部并通过焊接方式与第一套管4固定连接，第三套管6的其中一端插接在第二套管5的内部并通过焊接方式与第二套管5固定连接，第三套管6的另一端通过焊接方式与传动轴本体1固定连接，本实施例中的焊接方式是满焊方式焊接，所有焊缝打磨光滑。
本实施例中的传动轴本体1、法兰盘3和花键2是一体成型结构，且传动轴本体1、法兰盘3、花键2和辅助支撑套管是由相同的金属合金材料制成。
本实施例中的金属合金材料所含金属成分及其重量份数比为：铁18份、铜23份、铝13份、锰10份、钙0.2份、硼0.5份、钡2.4份、镍1.4份、铬1.7份、钼3.4份、硅5份、氧化铁15份、氧化铝5份。
实施例二
本实施例与实施例一相似，其区别仅在于本实施例中的金属合金材料所含金属成分及其重量份数比为：铁25份、铜27份、铝15份、锰12份、钙0.3份、硼0.6份、钡3.6份、镍1.5份、铬2.3份、钼3.8份、硅9份、氧化铁22份、氧化铝8份。
实施例三
本实施例与实施例一相似，其区别仅在于本实施例中的金属合金材料所含金属成分及其重量份数比为：铁19份、铜26份、铝14.5份、锰11份、钙0.28份、硼0.54份、钡3.1份、镍1.47份、铬1.8份、钼3.75份、硅8.1份、氧化铁18.5份、氧化铝7.2份。
一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴的制造方法，包括以下步骤：
（1）将各金属材料的原料依次加入到熔炼炉中进行加热熔炼，得到熔化的合金钢水；具体的熔炼步骤如下：首先将铁、铜、铝和锰金属材料的原料按重量份数比加入到熔炼炉中进行加热熔炼，待全部熔融后，加入按重量份数比配好的氧化铁和氧化铝金属材料的原料，搅拌均匀直至氧化铁和氧化铝金属材料的原料全部熔融，保温1小时，然后加入按重量份数比配好的铬、钼和硅金属材料的原料，继续熔炼30分钟，然后加入按重量份数比配好的钙、硼、钡和镍金属材料的原料，搅拌均匀直至所有金属材料的原料全部熔化；
（2）将得到的合金钢水分别采用底注法注入到传动轴砂型模具和辅助支撑套管砂型模具中进行浇铸，浇铸完成后，通风冷却24小时，然后打开传动轴砂型模具和辅助支撑套管砂型模具，得到传动轴坯料和辅助支撑套管坯料，清理所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料；
（3）对所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料进行热处理；
（4）将热处理完成的传动轴坯料和辅助支撑套管坯料进行机械加工，制得传动轴和辅助支撑套管，将辅助支撑套管按要求采用满焊方式焊接在传动轴上，对所有焊缝进行打磨光滑，制得带有辅助支撑套管的无人机传动轴，对制得的带有辅助支撑套管的无人机传动轴进行防绣处理，然后密封包装。
本方法步骤（3）中所述的热处理包括以下步骤：将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料分别放入到热处理炉中，以90-100℃/h的加热速度加热所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料，直至所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料的温度升高到920℃后，保温2小时，在实际应用时也可以保温2.5小时或3小时，然后继续对所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料加热，使所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料的温度升高到1120℃后，保温1小时，然后将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料从热处理炉中取出并立即进行水淬，水淬温度不低于80℃，再将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料放入热处理炉中进行回火，回火温度为750℃，在实际应用时回火温度也可以是700℃或780℃，保温5.5小时，在实际应用时也可以保温5小时或6小时，最后将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料从热处理炉中取出空冷；经过上述热处理后得到的传动轴坯料和辅助支撑套管坯料的心部硬度可以达到 31-35HRC，表面硬度可以达到55-58HRC，抗磨损能力强，耐磨损性、耐冲击性好。
金属成分中的碳和铬的主要作用是保证铸件中碳化物数量和形态，碳与铁和锰形成稳定的化合物，通过热处理提高其硬度和耐磨性，碳与其他元素产生协同作用，提高了铸件的综合性能；铬提高铸件整体的强度和硬度，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性能，阻止石墨化，提高淬透性；锰是强化元素，融入铁素体，强化基体，能够细化组织，提高铸件的强度和硬度，以及耐磨性；硅是脱氧元素，由于硅和氧很容易化合成二氧化硅，所以硅铁常用于炼钢时的脱氧剂，同时由于二氧化硅生成时放出大量的热，在脱氧的同时，对提高铁水温度也是有利的；硼是一种与氧和氮亲和力较强的元素，在铁水中易生成氧化硼及氮化硼等硼化合物后而失去应有的作用；铝和钙具有较强的脱氧、脱硫、增碳能力，对改变铸件中夹物形态分布，细化晶粒，改善铸件的机械性能，提高铸件的质量具有重要作用；钼使铸件的强度和硬度增加，形***化性能增强，从而改善抗磨能力。
本发明通过利用多种金属熔炼得到的合金材料制成带有辅助支撑套管的无人机传动轴具有高强度的结构性，抗磨损能力强，耐磨损性、耐冲击性好，通过设置辅助支撑套管有效提高无人机传动轴的使用寿命，满足大型直升机式的无人机快速发展的需求。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，其特征在于：包括传动轴本体，所述传动轴本体的其中一端设置有用于与发动机输出齿轮啮合传动连接的花键，所述传动轴本体的另一端设置有用于与无人机主轴固定连接的法兰盘，所述传动轴本体上套有辅助支撑套管，所述辅助支撑套管的其中一端与法兰盘固定连接，所述辅助支撑套管的另一端与传动轴本体固定连接，且所述辅助支撑套管的长度等于传动轴本体长度的一半。
2.根据权利要求1所述的一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，其特征在于，所述的辅助支撑套管包括第一套管、第二套管和第三套管，所述第一套管的其中一端与法兰盘固定连接，所述第一套管的另一端与第二套管的其中一端固定连接，所述第二套管的另一端与第三套管的其中一端固定连接，所述第三套管的另一端与传动轴本体固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，其特征在于，所述的第一套管的内径大于第二套管的外径，所述第二套管的内径大于第三套管的外径，所述第三套管的内径大于传动轴本体的直径，所述的第一套管、第二套管和第三套管的管壁厚度相同。
4.根据权利要求3所述的一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，其特征在于，所述第一套管的其中一端与法兰盘通过焊接方式固定连接，所述第二套管的其中一端插接在第一套管的内部并通过焊接方式与第一套管固定连接，所述第三套管的其中一端插接在第二套管的内部并通过焊接方式与第二套管固定连接，所述第三套管的另一端通过焊接方式与传动轴本体固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，其特征在于，所述的焊接方式是满焊方式焊接，所有焊缝打磨光滑。
6.根据权利要求1或2所述的一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，其特征在于，所述的传动轴本体、法兰盘和花键是一体成型结构，且所述的传动轴本体、法兰盘、花键和辅助支撑套管是由相同的金属合金材料制成。
7.根据权利要求6所述的一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，其特征在于，所述的金属合金材料所含金属成分及其重量份数比为：铁18-25份、铜23-27份、铝13-15份、锰10-12份、钙0.2-0.3份、硼0.5-0.6份、钡2.4-3.6份、镍1.4-1.5份、铬1.7-2.3份、钼3.4-3.8份、硅5-9份、氧化铁15-22份、氧化铝5-8份。
8.根据权利要求7所述的一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴，其特征在于，所述的金属合金材料所含金属成分及其重量份数比优选为：铁19份、铜26份、铝14.5份、锰11份、钙0.28份、硼0.54份、钡3.1份、镍1.47份、铬1.8份、钼3.75份、硅8.1份、氧化铁18.5份、氧化铝7.2份。
9.基于权利要求1所述的一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将各金属材料的原料依次加入到熔炼炉中进行加热熔炼，得到熔化的合金钢水；具体的熔炼步骤如下：首先将铁、铜、铝和锰金属材料的原料按重量份数比加入到熔炼炉中进行加热熔炼，待全部熔融后，加入按重量份数比配好的氧化铁和氧化铝金属材料的原料，搅拌均匀直至氧化铁和氧化铝金属材料的原料全部熔融，保温1小时，然后加入按重量份数比配好的铬、钼和硅金属材料的原料，继续熔炼30分钟，然后加入按重量份数比配好的钙、硼、钡和镍金属材料的原料，搅拌均匀直至所有金属材料的原料全部熔化；
（2）将得到的合金钢水分别采用底注法注入到传动轴砂型模具和辅助支撑套管砂型模具中进行浇铸，浇铸完成后，通风冷却24小时，然后打开传动轴砂型模具和辅助支撑套管砂型模具，得到传动轴坯料和辅助支撑套管坯料，清理所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料；
（3）对所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料进行热处理；
（4）将热处理完成的传动轴坯料和辅助支撑套管坯料进行机械加工，制得传动轴和辅助支撑套管，将辅助支撑套管按要求采用满焊方式焊接在传动轴上，对所有焊缝进行打磨光滑，制得带有辅助支撑套管的无人机传动轴，对制得的带有辅助支撑套管的无人机传动轴进行防绣处理，然后密封包装。
10.根据权利要求9所述的一种带有辅助支撑套管的无人机传动轴的制造方法，其特征在于，步骤（3）中所述的热处理包括以下步骤：将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料分别放入到热处理炉中，以90-100℃/h的加热速度加热所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料，直至所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料的温度升高到920℃后，保温2-3小时，然后继续对所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料加热，使所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料的温度升高到1120℃后，保温1小时，然后将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料从热处理炉中取出并立即进行水淬，水淬温度不低于80℃，再将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料放入热处理炉中进行回火，回火温度为700-780℃，保温5-6小时，最后将所得传动轴坯料和辅助支撑套管坯料从热处理炉中取出空冷。
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