CN111442025A - 一种汽车发动机电机轴及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车发动机电机轴及其加工方法，包括转动轴体，所述转动轴体两端分别设有第一连接端以及第二连接端，所述第一连接端作为电机输出端，且所述转动轴体内开设有冷却腔；所述第一连接端上开设有与所述冷却腔连通的第一连通槽，所述第二连接端上开设有与冷却腔连通的第二连通槽，所述第一连接端以及所述第二连接端上均安装转动接头，且所述第一连接端与所述第二连接端接入循环冷却介质。本发明其具有增强冷却介质散热作用的效果，提高了其电机的散热效率。

Description

一种汽车发动机电机轴及其加工方法

技术领域

本发明涉及电机的技术领域，尤其是涉及一种汽车发动机电机轴及其加工方法。

背景技术

电机转子是电机中的旋转部分，通常电机中的电机轴随电机的运转而转动，从而将动力转动输出。但是，电机在工作过程中会产生大量的热量，如果热量没有及时散失，将会对电机的性能产生影响。

目前，公告号为CN104092333B的中国发明专利公开了一种防爆电机用冷却轴结构，将轴分为外轴、内轴、轴筋，冷却介质由介质口A进入内轴中心孔中流入内轴前端，穿过内轴到达另一端后，流入到内轴外壁、轴筋和外轴内壁构成的空间中，最终从外轴B的处冷却介质口流出，形成流通水道，起到冷却防爆电机的作用。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：该冷却轴结构内通入冷却介质时，冷却介质位于所述轴筋与外轴内壁形成的空间内，当冷却轴转动时，冷却轴内的冷却介质随之转动，冷却介质无法环绕冷却轴的轴线流动，故而冷却轴内的冷却介质无法充分冷却冷却轴。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种汽车发动机电机轴，其具有增强冷却介质散热作用的效果，提高了其电机的散热效率。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种汽车发动机电机轴，包括转动轴体，所述转动轴体两端分别设有第一连接端以及第二连接端，所述第一连接端作为电机输出端，且所述转动轴体内开设有冷却腔；所述第一连接端上开设有与所述冷却腔连通的第一连通槽，所述第二连接端上开设有与冷却腔连通的第二连通槽，所述第一连接端以及所述第二连接端上均安装转动接头，且所述第一连接端与所述第二连接端接入循环冷却介质。

通过采用上述技术方案，当该电机轴工作时，转动轴体转动，此时循环冷却介质通过第一连接端的第一连通槽进入转动轴体内的冷却腔内，然后通过第二连接端内的第二连通槽排出，从而吸收了转动轴体上的热量，加强了转动轴体上的散热效果，此外，冷却介质的主要运动为沿转动轴体的轴线的流动，由于冷却介质具有惯性，而转动轴体绕其自身轴线转动，从而使得冷却介质与转动轴体之间产生绕转动轴线的相对转动，从而使得冷却介质与冷却腔的弧形内壁各处充分接触，增强了冷却介质对转动轴体的散热作用，提高转动轴体对电机的散热效率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述转动轴体为分体式，且所述转动轴体包括相互焊接固定的第一半轴以及第二半轴。

在常用的电机轴中，转动轴体的直径通常大于第一连接端以及第二连接端的直径，为保证散热均匀，转动轴体、第一连接端以及第二连接端的壁厚需保持一致，故而冷却腔的内径大于第一连通槽的内径以及第二连通槽的内径，通过采用上述技术方案，转动轴体由第一半轴以及第二半轴焊接形成，使得冷却腔得以在焊接工序前开设，避免出现由于冷却腔内径大于第一连通槽内径以及第二连通槽内径而导致无法加工冷却腔的情况。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述冷却腔内固定有沿所述转动轴体轴线螺旋延伸的螺旋叶片。

通过采用上述技术方案，当该电机轴在工作时，转动轴体转动，带动了冷却腔内的冷却介质，使得靠近冷却腔内壁的冷却介质具有沿转动轴体轴线流动的作用，从而加快了冷却介质的流动，此外，当电机的转速加快时，电机轴的转速加快，转动轴体上螺旋叶片的转动速度加快，使得螺旋叶片对冷却介质的推动作用加强，从而进一步加快了转动轴体对电机的散热作用，具有根据电机功率调节散热效率的作用。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述螺旋叶片包括分别固定于所述第一半轴内的第一叶片以及固定于所述第二半轴内的第二叶片，且所述第一叶片的旋向与所述第二叶片的旋向相反。

通过采用上述技术方案，当冷却介质通过转动轴体时，转动轴体转动，带动第一叶片以及第二叶片反向转动，使得转动轴体中心的冷却介质流向不变，而第一叶片与第二叶片之间形成冷却介质的对冲平面，从而使得靠近冷却腔内壁的冷却介质具有朝向转动轴体轴线的流动倾向，从而使得冷却腔内的冷却介质内外交换加快，增强冷却腔内壁表面热量传递至冷却介质内部的传递速度，在冷却介质流速不变的条件下有利于增强等量冷却介质对转动轴体的吸热效率。

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之二是提供一种汽车发动机电机轴的加工方法，其具有加工转动轴体内冷却腔的效果，制造工艺合理。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种汽车发动机电机轴的加工方法，包括如下步骤：S1、锻造胚料，锻造转动轴体；S2、车加工毛坯，加工第一半轴、第二半轴、冷却腔、第一连通槽以及第二连通槽；S3、采用摩擦焊对焊第一半轴以及第二半轴；S4、去应力回火；S5、半精车；S6、于第一连接端上粗滚花键齿；S7、淬火渗碳处理；S8、磨加工；S9、精滚花键齿。

通过采用上述技术方案，在步骤S2中，冷却腔加工完成后进行步骤S3，使得加工出冷却腔的第一半轴与第二半轴摩擦对焊固定，从而形成转动轴体，与其他焊接方式相比，摩擦焊无需焊丝，有利于保持转动轴体内材料的一致性，有利于保持转动轴体的一体性，防止转动轴体在使用时产生裂纹，此外，转动轴体的轴向尺寸精度要求较高，采用摩擦焊的方式焊接第一半轴以及第二半轴可以通过调节第一半轴与第二半轴的转动参数控制第一半轴与第二半轴的接触面侵入量，从而控制转动轴体的轴向尺寸精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S4中的回火温度为300℃，回火时间为2h。

通过采用上述技术方案，在步骤S3中，第一半轴与第二半轴摩擦焊固定后，在步骤S4中回火处理，回火温度300℃以及回火时间2h，充分保证去除了转动轴体内的应力，有利于防止转动轴体内产生裂纹。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S7中的淬火处理采用油淬渗碳，且淬火硬度值为58-62HRC。

通过采用上述技术方案，在步骤S7中，采用油淬方式对转动轴体进行淬火渗碳处理，保证了转动轴体的硬度要求。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤S3中控制摩擦焊时所述第一半轴与所述第二半轴的相对转动圈数，使得所述第一叶片与所述第二叶片相接设置。

通过采用上述技术方案，在步骤S3中控制第一半轴与第二半轴之间的相对转动圈数，使得第一叶片与第二叶片相接设置，当转动轴体转动时，靠近冷却腔内壁的冷却介质在经过第一叶片与第二叶片之间时没有扰动间隙，从而减小了冷却介质紊流的产生，有利于冷却介质形成朝向转动轴体轴线的流动倾向，使得冷却腔内的冷却介质内外交换加快。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

当该电机轴工作时，转动轴体转动，循环冷却介质通过冷却腔，从而吸收了转动轴体上的热量，加强了转动轴体上的散热效果，此外，冷却介质的主要运动为沿转动轴体的轴线的流动，由于冷却介质具有惯性，而转动轴体绕其自身轴线转动，从而使得冷却介质与转动轴体之间产生绕转动轴线的相对转动，从而使得冷却介质与冷却腔的弧形内壁各处充分接触，增强了冷却介质对转动轴体的散热作用，提高转动轴体对电机的散热效率；

当电机的转速加快时，电机轴的转速加快，转动轴体上螺旋叶片的转动速度加快，使得螺旋叶片对冷却介质的推动作用加强，从而进一步加快了转动轴体对电机的散热作用，具有根据电机功率调节散热效率的作用；

当冷却介质通过转动轴体时，第一叶片以及第二叶片反向转动，而转动轴体中心的冷却介质流向不变，使得第一叶片与第二叶片之间形成冷却介质的对冲平面，从而使得靠近冷却腔内壁的冷却介质具有朝向转动轴体轴线的流动倾向，从而使得冷却腔内的冷却介质内外交换加快，增强冷却腔内壁表面热量传递至冷却介质内部的传递速度，在冷却介质流速不变的条件下有利于增强等量冷却介质对转动轴体的吸热效率。

附图说明

图1是实施例的结构示意图。

图2是转动轴体的内部结构示意图。

图3是实施例二中转动轴体的内部结构示意图。

图4是实施例三中转动轴体的内部结构示意图。

附图标记：1、第一连接端；11、第一连通槽；12、花键槽；2、第一锥形体；21、第一阶梯表面；22、第二阶梯表面；23、第一锥形面；3、转动轴体；31、第一半轴；32、第二半轴；33、第一腔室；34、第二腔室；35、冷却腔；36、固定圈；4、第二锥形体；41、第二锥形面；42、第三阶梯表面；43、第三锥形面；5、第二连接端；51、第二连通槽；6、螺旋叶片；61、第一叶片；62、第二叶片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

参照图1，为本发明公开的一种汽车发动机电机轴，包括依次设置的第一连接端1、第一锥形体2、转动轴体3、第二锥形体4以及第二连接端5。结合图2所示，转动轴体3为分体式，其分为共轴线的第一半轴31以及第二半轴32，第一半轴31与第二半轴32均为圆柱体结构，第一半轴31靠近第二半轴32的端面开设有第一腔室33，第一腔室33的开口呈圆形，其贯穿第一半轴31，且第一腔室33的轴线与第一半轴31的轴线重合。第二半轴32靠近第一半轴31的端面开设有第二腔室34，第二腔室34的开口呈圆形，其贯穿第二半轴32，且第二腔室34的轴线与第二半轴32的轴线重合。第一半轴31与第二半轴32相互靠近的端面重合并焊接固定，且第一半轴31与第二半轴32相互靠近的端面重合，使得第一腔室33与第二腔室34相连形成冷却腔35。

参照图1、图2，第一锥形体2为阶梯轴状，其垂直于自身轴线的截面呈圆形，第一锥形体2内部中空，且第一锥形体2上设有第一阶梯表面21以及第二阶梯表面22。第一阶梯表面21与第二阶梯表面22均为第一锥形体2的外圆柱面，第一阶梯表面21设置于第二阶梯表面22远离转动轴体3的一侧，且第二阶梯表面22的直径介于第一阶梯表面21直径与转动轴体3外径之间。第一锥形体2远离第一连接端1的端面与第一半轴31远离第二半轴32的端面一体成型并固定，使得第一锥形体2与第一半轴31内的第一腔室33连通，且第二阶梯表面22与第一半轴31外表面之间设有第一锥形面23。第一锥形面23的轴线与第一锥形体2的轴线重合，且第一锥形面23较大直径的一端与第一半轴31的外表面相连，第一锥形面23较小直径的一端与第二阶梯表面22相连。第一半轴31上套设有固定圈36，固定圈36为圆圈状，其边框截面呈矩形，且固定圈36的内壁与第一半轴31的外表面固定，且固定圈36内表面靠近第一锥形体2的边缘与第一锥形面23重合。第一连接端1为圆轴状，其轴线与第一半轴31的轴线重合，且第一连接端1靠近第一半轴31的一端端面与第一锥形体2远离第一半轴31的一端端面一体成型。此外，第一连接端1远离第一锥形体2的一端端面上开设有贯穿第一连接端1的第一连通槽11，第一连通槽11的截面呈圆形，第一连通槽11的轴线与第一连接端1的轴线重合，且第一连通槽11与第一锥形体2内部连通。在该汽车发动机电机轴工作时，第一连接端1远离第一锥形体2的一端安装有旋转接头并接入循环流动的冷却介质，从而使得冷却介质通入冷却腔35内。第一连接端1的外表面上开设有花键槽12，花键槽12设置于第一连接端1远离第一锥形体2的一端，用以实现该汽车发动机电机轴的转动输出。

参照图2，第二锥形体4为阶梯轴状，其截面呈圆形，第二锥形体4的内部中空，且第二锥形体4的外表面由靠近转动轴体3至远离转动轴体3依次设有第二锥形面41、第三阶梯表面42以及第三锥形面43，第三阶梯表面42为圆柱面，其直径小于第二半轴32的外径。第二锥形面41的截面呈圆形，其直径较小的一端与第三阶梯表面42连接，另一端与第二半轴32远离第一半轴31的一端外表面连接。第三锥形面43的截面呈圆形，其直径较大的一端与第三阶梯表面42连接。第二连接端5为圆轴状，其轴线与第二半轴32的轴线重合，第二连接端5一端与第二锥形体4远离第二半轴32的端面固定，且第二连接端5的外表面与第三锥形面43直径较小的一端连接。第二连接端5的端面上开设有第二连通槽51，第二连通槽51的截面呈圆形，第二连通槽51的轴线与第二连接端5的轴线重合，且第二连通槽51贯穿第二连接端5并与第二锥形体4内部连通。第二连接端5远离第二锥形体4的一端安装有旋转接头并接入循环流动的冷却介质。

上述电机轴的实施原理为：当该电机轴工作时，转动轴体3转动，此时循环冷却介质通过第一连接端1的第一连通槽11进入转动轴体3内的冷却腔35内，然后通过第二连接端5内的第二连通槽51排出，从而吸收了转动轴体3上的热量，加强了转动轴体3上的散热效果，此外，冷却介质的主要运动为沿转动轴体3的轴线的流动，由于冷却介质具有惯性，而转动轴体3绕其自身轴线转动，从而使得冷却介质与转动轴体3之间产生绕转动轴线的相对转动，从而使得冷却介质与冷却腔35的弧形内壁各处充分接触，增强了冷却介质对转动轴体3的散热作用，提高转动轴体3对电机的散热效率。

一种汽车发动机电机轴的加工方法，包括如下步骤：

S1、锻造胚料，锻造转动轴体3；

S2、车加工毛坯，加工第一半轴31、第二半轴32、冷却腔35、第一连通槽11以及第二连通槽51；

S3、采用摩擦焊对焊第一半轴31以及第二半轴32；

S4、去应力回火，回火温度为300℃，回火时间为2h；

S5、半精车；

S6、于第一连接端1上粗滚花键齿；

S7、淬火渗碳处理，采用油淬渗碳，且淬火硬度值为58-62HRC；

S8、磨加工；

S9、精滚花键齿。

上述加工方法的作用原理为：在步骤S2中，冷却腔35加工完成后进行步骤S3，使得加工出冷却腔35的第一半轴31与第二半轴32摩擦对焊固定，从而形成转动轴体3，与其他焊接方式相比，摩擦焊无需焊丝，有利于保持转动轴体3内材料的一致性，有利于保持转动轴体3的一体性，防止转动轴体3在使用时产生裂纹，此外，转动轴体3的轴向尺寸精度要求较高，采用摩擦焊的方式焊接第一半轴31以及第二半轴32可以通过调节第一半轴31与第二半轴32的转动参数控制第一半轴31与第二半轴32的接触面侵入量，从而控制转动轴体3的轴向尺寸精度；在步骤S3中，第一半轴31与第二半轴32摩擦焊固定后，在步骤S4中回火处理，回火温度300℃以及回火时间2h，充分保证去除了转动轴体3内的应力，有利于防止转动轴体3内产生裂纹。

实施例二：

如图1、图3所示，实施例二与实施例一的区别在于：

（1）冷却腔35内设有螺旋叶片6，螺旋叶片6呈螺旋状，其与冷却腔35的内壁固定，螺旋叶片6的螺旋轴线与冷却腔35的轴线重合，且转动轴体3工作时的转向与螺旋叶片6的旋向一致。螺旋叶片6为分体式，其分为第一叶片61以及第二叶片62，第一叶片61设置于第一腔室33内，第二叶片62设置于第二腔室34内，且第一叶片61与第二叶片62的旋向一致，当转动轴体3转动时，冷却腔35内的螺旋叶片6转动，带动转动轴体3内的冷却介质流动，且该流动方向与冷却介质于冷却腔35内的初始流动方向一致，加快了冷却介质的流动，从而加快了冷却介质的流动，此外，当电机的转速加快时，电机轴的转速加快，转动轴体3上螺旋叶片6的转动速度加快，使得螺旋叶片6对冷却介质的推动作用加强，从而进一步加快了转动轴体3对电机的散热作用，具有根据电机功率调节散热效率的作用。

（2）在步骤S3中，控制摩擦焊时所述第一半轴31与所述第二半轴32的相对转动圈数，使得所述第一叶片61与所述第二叶片62相接设置。当转动轴体3转动时，靠近冷却腔35内壁的冷却介质在经过第一叶片61与第二叶片62之间时没有扰动间隙，从而减小了冷却介质紊流的产生，有利于冷却介质形成朝向转动轴体3轴线的流动倾向，使得冷却腔35内的冷却介质内外交换加快。

实施例三：

参照图1、图4，本实施例与实施例二的区别在于：螺旋叶片6中的第一叶片61与第二叶片62的旋向相反，且第一叶片61与第二叶片62靠近第一半轴31与第二半轴32接触面的端部相接。当冷却介质通过转动轴体3时，转动轴体3转动，带动第一叶片61以及第二叶片62反向转动，使得转动轴体3中心的冷却介质流向不变，而第一叶片61与第二叶片62之间形成冷却介质的对冲平面，从而使得靠近冷却腔35内壁的冷却介质具有朝向转动轴体3轴线的流动倾向，从而使得冷却腔35内的冷却介质内外交换加快，增强冷却腔35内壁表面热量传递至冷却介质内部的传递速度，在冷却介质流速不变的条件下有利于增强等量冷却介质对转动轴体3的吸热效率。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车发动机电机轴，包括转动轴体(3)，其特征在于：所述转动轴体(3)两端分别设有第一连接端(1)以及第二连接端(5)，所述第一连接端(1)作为电机输出端，且所述转动轴体(3)内开设有冷却腔(35)；所述第一连接端(1)上开设有与所述冷却腔(35)连通的第一连通槽(11)，所述第二连接端(5)上开设有与冷却腔(35)连通的第二连通槽(51)，所述第一连接端(1)以及所述第二连接端(5)上均安装转动接头，且所述第一连接端(1)与所述第二连接端(5)接入循环冷却介质。

2.根据权利要求1所述的一种汽车发动机电机轴，其特征在于：所述转动轴体(3)为分体式，且所述转动轴体(3)包括相互焊接固定的第一半轴(31)以及第二半轴(32)。

3.根据权利要求2所述的一种汽车发动机电机轴，其特征在于：所述冷却腔(35)内固定有沿所述转动轴体(3)轴线螺旋延伸的螺旋叶片(6)。

4.根据权利要求3所述的一种汽车发动机电机轴，其特征在于：所述螺旋叶片(6)包括分别固定于所述第一半轴(31)内的第一叶片(61)以及固定于所述第二半轴(32)内的第二叶片(62)，且所述第一叶片(61)的旋向与所述第二叶片(62)的旋向相反。

5.根据权利要求4所述的一种汽车发动机电机轴的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、锻造胚料，锻造转动轴体(3)；S2、车加工毛坯，加工第一半轴(31)、第二半轴(32)、冷却腔(35)、第一连通槽(11)以及第二连通槽(51)；S3、采用摩擦焊对焊第一半轴(31)以及第二半轴(32)；S4、去应力回火；S5、半精车；S6、于第一连接端(1)上粗滚花键齿；S7、淬火渗碳处理；S8、磨加工；S9、精滚花键齿。

6.根据权利要求5所述的一种汽车发动机电机轴的加工方法，其特征在于：所述步骤S4中的回火温度为300℃，回火时间为2h。

7.根据权利要求6所述的一种汽车发动机电机轴的加工方法，其特征在于：所述步骤S7中的淬火处理采用油淬渗碳，且淬火硬度值为58-62HRC。

8.根据权利要求5所述的一种汽车发动机电机轴的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中控制摩擦焊时所述第一半轴(31)与所述第二半轴(32)的相对转动圈数，使得所述第一叶片(61)与所述第二叶片(62)相接设置。

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