1.本发明属于电机轴领域，特别是涉及一种组合式空心电机轴及其制造方法。
背景技术：2.电机是油电混动新能源汽车和纯电新能源汽车的动力来源，电机轴是电机的重要部件，具有传递扭矩的功能。电机轴受力情况复杂，承受转子(硅钢片和铜线绕组等)重量引起的拉应力，传递扭矩产生的剪应力和单边磁拉力引起的弯曲应力。电机轴的重量影响电机功率密度，电机轴重量减少，功率密度相应提高，同时也会减少电机转子总成的质量惯性，提高电机启动灵敏性。研发轻量化的电机轴产品和制造方法可以提升电机性能和产品竞争力。
3.目前电机轴多为实心一体式的产品，制造方法通常是，采用锻造工艺生产出阶梯轴毛坯，然后采用机加工的方法制造成电机轴产品，电机轴多为实心、一体式的产品结构。目前为实现电机轴轻量化部分产品采用空心结构，制造方法有旋锻工艺和焊接工艺，焊接工艺又分为激光焊接和旋转摩擦焊，但这几种制造方法都需求专用的加工设备，如旋锻压机、激光焊接设备等，具有设备投资成本高、产品成本高、工艺难度大、技术门槛高等缺点，不适合产品研发验证和小批量试制等，由于技术难度大，大批量生产后质量风险也较高，废品率高。同时由于电机轴服役工况为高转速和大扭矩，因此对尺寸精度和疲劳性能要求很高。旋锻工艺生产的一体式空心轴由于成形应力原因，尺寸稳定性不佳。激光焊接工艺生产的空心多段电机轴，也容易发生激接变形，严重影响尺寸精度，同时激光焊接工艺会造成焊缝区强度下降，减弱产品抗疲劳性能，可能无法满足电机轴疲劳性能要求，尤其无法满足大扭矩电机轴产品要求。因此当前空心电机轴产品量产应用极少，当前产品结构和制造方法无法满足电机轴产品轻量化和低成本制造需求。
技术实现要素：4.有鉴于此，本发明旨在提出一种组合式空心电机轴及其制造方法，以解决现有电机轴的结构和制造方法无法满足电机轴产品轻量化和低成本制造需求的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种组合式空心电机轴，包括花键首端轴、中间轴管、尾端轴、定位传扭销和固定销，所述中间轴管的首尾通过定位传扭销和固定销分别固定花键首端轴和尾端轴，所述中间轴管的内径尺寸与首端连接轴和尾端连接轴的连接端的外径尺寸相同。
6.更进一步的，所述花键首端轴包括花键、首端轴承段、限位挡、首端连接轴、一号轴向连接孔、一号定位传扭槽和一号减重盲孔，所述花键、首端轴承段、限位挡和首端连接轴依次连接，所述首端连接轴内轴向设置有一号减重盲孔，所述首端连接轴的侧壁轴向设置有若干一号定位传扭槽，所述首端连接轴侧面设置有若干一号轴向连接孔。
7.更进一步的，所述中间轴管包括键槽、若干二号定位传扭槽和二号轴向连接孔，所述中间轴管的本体上轴向设置有键槽，所述中间轴管两端的内壁设置有若干二号定位传扭
槽和二号轴向连接孔，
8.中间轴管的内径尺寸与首端连接轴和尾端连接轴的连接端的外径尺寸的公差尺寸不同，中间轴管与首端连接轴和尾端连接轴的公差配合关系均为过盈装配。
9.更进一步的，所述尾端轴包括尾端连接轴、尾端轴承段、三号轴向连接孔、若干三号定位传扭槽和若干二号减重盲孔，所述尾端连接轴和尾端轴承段连接组成阶梯轴，所述尾端轴承段上轴向设置有三号定位传扭槽，所述尾端轴承段 (302)的连接端侧壁设置有若干三号定位传扭槽和二号减重盲孔。
10.更进一步的，所述固定销穿过二号轴向连接孔和一号轴向连接孔，同时所述固定销也穿过二号轴向连接孔和三号轴向连接孔，所述固定销的长度等于一号减重盲孔的壁厚加上二号减重盲孔的壁厚。
11.更进一步的，所述定位传扭销与一号定位传扭槽和二号定位传扭槽配合，同时所述定位传扭销与二号定位传扭槽和三号定位传扭槽配合，所述定位传扭销的长度与一号定位传扭槽、二号定位传扭槽和三号定位传扭槽均相同。
12.一种组合式空心电机轴的制备方法，具体包括以下步骤：
13.(1)制备花键首端轴、中间轴管、尾端轴、定位传扭销和固定销；
14.(2)将2个定位传扭销安装到花键首端轴的定位传扭槽中，将花键首端轴的首端连接轴过盈装配到中间轴管内径中，定位传扭销过盈装配在定位传扭槽和定位传扭槽形成的圆槽中，将两个固定销安装到轴向连接孔和轴向连接孔中；
15.(3)将2个定位传扭销安装到尾端连接轴的定位传扭槽中，将尾端轴的尾端连接轴过盈装配到中间轴管内径中，定位传扭销过盈装配在定位传扭槽和定位传扭槽形成的圆槽中，将两个固定销安装到轴向连接孔和轴向连接孔中；
16.(4)最后检验固定销是否凸出中间轴管的外表面，如有突出部分，可采用磨削工艺去掉凸出部分。
17.更进一步的，所述花键首端轴的制造方法为：将圆钢棒模锻成阶梯轴毛坯，然后车削加工阶梯轴，在首端连接轴钻削，加工出轴向连接孔、定位传扭槽和减重盲孔，采用冷挤压或切削加工出花键，最后对花键和首端轴承段外表面进行感应淬火提高硬度。
18.更进一步的，所述中间轴管的制造方法为：在钢管上铣削加工方形键槽，钻削加工定位传扭槽和轴向连接孔，最后对中间轴管外表面进行感应淬火提高硬度。
19.更进一步的，所述尾端轴的制造方法为：将圆钢棒模锻成阶梯轴毛坯，然后车削加工阶梯轴，加工出尾端连接轴和尾端轴承段，在尾端连接轴部位钻削轴向连接孔、定位传扭槽和减重盲孔。
20.与现有技术相比，本发明所述的一种组合式空心电机轴及其制造方法的有益效果是：
21.(1)本发明采用空心三段式的产品结构，可以最大程度的实现产品模块化设计和产品通用替换，实现多款产品共用模具和工艺等优点，更容易产品迭代升级，具有轻量化和低成本的优点。
22.(2)本发明的制造方法包括：锻造(模锻或挤压)、切削、钻孔、感应热处理、销轴连接等工艺。设备全部为通用设备，不需要专用制造设备和特殊制造工艺，常用的加工中心和压力机床即可满足制造要求，加工设备简单，设备投资少，制造成本低，投产容易，生产难度
低，降低空心电机轴的制造难度，不需要专用设备和专机。
23.(3)本发明可应用于新能源汽车电机、通用电机等几乎所有的电机产品，尤其适用于对轻量化要求极高的新能源汽车电机。本发明的制造方法同时由于产品模块化设计，可实现多款产品共用模具和工艺，实现低成本制造，同时满足大批量产品、小批量产品以及功能样件等不同生产情景需求。
24.(4)本发明的产品结构特征，通过同轴装配、多处过盈配合以及定位传扭销等方式，即能包括三段产品的同轴度、直线度等尺寸精度，又能满足电机轴扭矩传递的载荷要求，提高产品抗疲劳性能。
附图说明
25.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
26.图1为本发明所述的一种组合式空心电机轴的整体结构示意图；
27.图2为本发明所述的一种组合式空心电机轴的爆炸图；
28.图3为本发明所述的中间轴管的结构示意图；
29.图4为本发明所述的花键首端轴的结构示意图一；
30.图5为本发明所述的花键首端轴的结构示意图二；
31.图6为本发明所述的尾端轴的结构示意图一；
32.图7为本发明所述的尾端轴的结构示意图二；
33.图中：1-花键首端轴、2-中间轴管、3-尾端轴、4-定位传扭销、5-固定销， 101-花键、102-首端轴承段、103-限位挡、104-首端连接轴、105-一号轴向连接孔、106-一号定位传扭槽、107-一号减重盲孔、201-键槽、202-二号定位传扭槽、 203-二号轴向连接孔、301-尾端连接轴、303-三号轴向连接孔、304-三号定位传扭槽、305-二号减重盲孔。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
35.一、具体实施方式一，参见图1-7说明本实施方式，一种组合式空心电机轴，包括花键首端轴1、中间轴管2、尾端轴3、定位传扭销4和固定销5，所述中间轴管2的首尾通过定位传扭销4和固定销5分别固定花键首端轴1和尾端轴 3，所述中间轴管2的内径尺寸与首端连接轴104和尾端连接轴301的连接端的外径尺寸相同，但公差尺寸不同，中间轴管2与首端连接轴104和尾端连接轴 301的公差配合关系均为过盈装配。
36.本发明采用空心三段式的产品结构，可以最大程度的实现产品模块化设计和产品通用替换，实现多款产品共用模具和工艺等优点，更容易产品迭代升级，具有轻量化和低成本的优点。
37.本发明的产品结构特征，通过同轴装配、多处过盈配合以及定位传扭销等方式，即能包括三段产品的同轴度、直线度等尺寸精度，又能满足电机轴扭矩传递的载荷要求，提高产品抗疲劳性能。
38.所述花键首端轴1包括花键101、首端轴承段102、限位挡103、首端连接轴104、一号轴向连接孔105、一号定位传扭槽106和一号减重盲孔107，所述花键101、首端轴承段102、限位挡103和首端连接轴104依次连接，所述首端连接轴104内轴向设置有一号减重盲孔107，所述首端连接轴104的侧壁轴向设置有若干一号定位传扭槽106，所述首端连接轴104侧面设置有若干一号轴向连接孔105。
39.所述中间轴管2包括键槽201、若干二号定位传扭槽202和二号轴向连接孔 203，所述中间轴管2的本体上轴向设置有键槽201，所述中间轴管2两端的内壁设置有若干二号定位传扭槽202和二号轴向连接孔203，
40.所述尾端轴3包括尾端连接轴301、尾端轴承段302、三号轴向连接孔303、若干三号定位传扭槽304和若干二号减重盲孔305，所述尾端连接轴301和尾端轴承段302连接组成阶梯轴，所述尾端轴承段302上轴向设置有三号定位传扭槽304，所述尾端轴承段302的连接端侧壁设置有若干三号定位传扭槽304 和二号减重盲孔305。
41.所述固定销5穿过二号轴向连接孔203和一号轴向连接孔105，同时所述固定销5也穿过二号轴向连接孔203和三号轴向连接孔303，所述固定销5的长度等于一号减重盲孔107的壁厚加上二号减重盲孔305的壁厚。
42.所述定位传扭销4与一号定位传扭槽106和二号定位传扭槽202配合，同时所述定位传扭销4与二号定位传扭槽202和三号定位传扭槽304配合，所述定位传扭销4的长度与一号定位传扭槽106、二号定位传扭槽202和三号定位传扭槽304均相同。
43.所述定位传扭销4和固定销5均为圆柱体，其制造方法为：切削圆钢棒加工。
44.所述定位传扭销4为圆柱销，定位传扭销4的直径与定位传扭槽 (106/202/304)的基本尺寸相同，仅公差尺寸不同，二者公差配合关系为过盈装配。定位传扭销4的长度与定位传扭槽(106/202/304)相同。
45.所述固定销5为圆柱销，固定销5的直径与轴向连接孔(105/203/303)的基本尺寸相同，仅公差尺寸不同，二者公差配合关系为过盈装配。
46.所述的组合式空心电机轴的制备方法，具体包括以下步骤：
47.(1)制备花键首端轴1、中间轴管2、尾端轴3、定位传扭销4和固定销5；
48.(2)将2个定位传扭销4安装到花键首端轴1的定位传扭槽106中，将花键首端轴1的首端连接轴104过盈装配到中间轴管2内径中，定位传扭销4过盈装配在定位传扭槽106和定位传扭槽202形成的圆槽中，将两个固定销5安装到轴向连接孔105和轴向连接孔203中；
49.(3)将2个定位传扭销4安装到尾端连接轴301的定位传扭槽304中，将尾端轴3的尾端连接轴301过盈装配到中间轴管2内径中，定位传扭销4过盈装配在定位传扭槽304和定位传扭槽202形成的圆槽中，将两个固定销5安装到轴向连接孔303和轴向连接孔203中；
50.(4)最后检验固定销5是否凸出中间轴管2的外表面，如有突出部分，可采用磨削工艺去掉凸出部分。
51.所述花键首端轴1的制造方法为：将圆钢棒模锻成阶梯轴毛坯，然后车削加工阶梯轴，在首端连接轴104钻削，加工出轴向连接孔105、定位传扭槽106 和减重盲孔107，采用冷挤压或切削加工出花键101，最后对花键101和首端轴承段102外表面进行感应淬火提高硬度。
52.所述中间轴管2的制造方法为：在钢管上铣削加工方形键槽201，钻削加工定位传
扭槽202和轴向连接孔203，最后对中间轴管2外表面进行感应淬火提高硬度。
53.所述尾端轴3的制造方法为：将圆钢棒模锻成阶梯轴毛坯，然后车削加工阶梯轴，加工出尾端连接轴301和尾端轴承段302，在尾端连接轴301部位钻削轴向连接孔303、定位传扭槽304和减重盲孔305。
54.本发明的制造方法包括：锻造(模锻或挤压)、切削、钻孔、感应热处理、销轴连接等工艺。设备全部为通用设备，加工设备简单，设备投资少，生产难度低，降低空心电机轴的制造难度，不需要专用设备和专机。
55.本发明涉及一种组合式空心电机轴及其制造方法，属于电机产品技术领域，可应用于新能源汽车电机、通用电机等几乎所有的电机产品，尤其适用于对轻量化要求极高的新能源汽车电机。使用本发明可以实现电机轴的轻量化，有利于产品模块化设计和产品通用替换，更容易产品迭代升级；本发明的制造方法降低空心电机轴的制造难度，不需要专用设备和专机，同时由于产品模块化设计，可实现多款产品共用模具和工艺，实现低成本制造，同时满足大批量产品、小批量产品以及功能样件等不同生产情景需求。
56.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。
技术特征：1.一种组合式空心电机轴，其特征在于：包括花键首端轴(1)、中间轴管(2)、尾端轴(3)、定位传扭销(4)和固定销(5)，所述中间轴管(2)的首尾通过定位传扭销(4)和固定销(5)分别固定花键首端轴(1)和尾端轴(3)，所述中间轴管(2)的内径尺寸与首端连接轴(104)和尾端连接轴(301)的连接端的外径尺寸相同。2.根据权利要求1所述的组合式空心电机轴，其特征在于：所述花键首端轴(1)包括花键(101)、首端轴承段(102)、限位挡(103)、首端连接轴(104)、一号轴向连接孔(105)、一号定位传扭槽(106)和一号减重盲孔(107)，所述花键(101)、首端轴承段(102)、限位挡(103)和首端连接轴(104)依次连接，所述首端连接轴(104)内轴向设置有一号减重盲孔(107)，所述首端连接轴(104)的侧壁轴向设置有若干一号定位传扭槽(106)，所述首端连接轴(104)侧面设置有若干一号轴向连接孔(105)。3.根据权利要求2所述的组合式空心电机轴，其特征在于：所述中间轴管(2)包括键槽(201)、若干二号定位传扭槽(202)和二号轴向连接孔(203)，所述中间轴管(2)的本体上轴向设置有键槽(201)，所述中间轴管(2)两端的内壁设置有若干二号定位传扭槽(202)和二号轴向连接孔(203)，中间轴管(2)的内径尺寸与首端连接轴(104)和尾端连接轴(301)的连接端的外径尺寸的公差尺寸不同，中间轴管(2)与首端连接轴(104)和尾端连接轴(301)的公差配合关系均为过盈装配。4.根据权利要求3所述的组合式空心电机轴，其特征在于：所述尾端轴(3)包括尾端连接轴(301)、尾端轴承段(302)、三号轴向连接孔(303)、若干三号定位传扭槽(304)和若干二号减重盲孔(305)，所述尾端连接轴(301)和尾端轴承段(302)连接组成阶梯轴，所述尾端轴承段(302)上轴向设置有三号定位传扭槽(304)，所述尾端轴承段(302)的连接端侧壁设置有若干三号定位传扭槽(304)和二号减重盲孔(305)。5.根据权利要求4所述的组合式空心电机轴，其特征在于：所述固定销(5)穿过二号轴向连接孔(203)和一号轴向连接孔(105)，同时所述固定销(5)也穿过二号轴向连接孔(203)和三号轴向连接孔(303)，所述固定销(5)的长度等于一号减重盲孔(107)的壁厚加上二号减重盲孔(305)的壁厚。6.根据权利要求4所述的组合式空心电机轴，其特征在于：所述定位传扭销(4)与一号定位传扭槽(106)和二号定位传扭槽(202)配合，同时所述定位传扭销(4)与二号定位传扭槽(202)和三号定位传扭槽(304)配合，所述定位传扭销(4)的长度与一号定位传扭槽(106)、二号定位传扭槽(202)和三号定位传扭槽(304)均相同。7.一种如权利要求1-6任一项所述的组合式空心电机轴的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)制备花键首端轴(1)、中间轴管(2)、尾端轴(3)、定位传扭销(4)和固定销(5)；(2)将2个定位传扭销(4)安装到花键首端轴(1)的定位传扭槽(106)中，将花键首端轴(1)的首端连接轴(104)过盈装配到中间轴管(2)内径中，定位传扭销(4)过盈装配在定位传扭槽(106)和定位传扭槽(202)形成的圆槽中，将两个固定销(5)安装到轴向连接孔(105)和轴向连接孔(203)中；(3)将2个定位传扭销(4)安装到尾端连接轴(301)的定位传扭槽(304)中，将尾端轴(3)的尾端连接轴(301)过盈装配到中间轴管(2)内径中，定位传扭销(4)过盈装配在定位传扭
槽(304)和定位传扭槽(202)形成的圆槽中，将两个固定销(5)安装到轴向连接孔(303)和轴向连接孔(203)中；(4)最后检验固定销(5)是否凸出中间轴管(2)的外表面，如有突出部分，可采用磨削工艺去掉凸出部分。8.根据权利要求7所述的组合式空心电机轴的制备方法，其特征在于：所述花键首端轴(1)的制造方法为：将圆钢棒模锻成阶梯轴毛坯，然后车削加工阶梯轴，在首端连接轴(104)钻削，加工出轴向连接孔(105)、定位传扭槽(106)和减重盲孔(107)，采用冷挤压或切削加工出花键(101)，最后对花键(101)和首端轴承段(102)外表面进行感应淬火提高硬度。9.根据权利要求7所述的组合式空心电机轴的制备方法，其特征在于：所述中间轴管(2)的制造方法为：在钢管上铣削加工方形键槽(201)，钻削加工定位传扭槽(202)和轴向连接孔(203)，最后对中间轴管(2)外表面进行感应淬火提高硬度。10.根据权利要求7所述的组合式空心电机轴的制备方法，其特征在于：所述尾端轴(3)的制造方法为：将圆钢棒模锻成阶梯轴毛坯，然后车削加工阶梯轴，加工出尾端连接轴(301)和尾端轴承段(302)，在尾端连接轴(301)部位钻削轴向连接孔(303)、定位传扭槽(304)和减重盲孔(305)。
技术总结本发明提出了一种组合式空心电机轴及其制造方法，属于电机轴领域。解决了现有电机轴的结构和制造方法无法满足电机轴产品轻量化和低成本制造需求的问题。它包括花键首端轴、中间轴管、尾端轴、定位传扭销和固定销，中间轴管的首尾通过定位传扭销和固定销分别固定花键首端轴和尾端轴，中间轴管的内径尺寸与首端连接轴和尾端连接轴的连接端的外径尺寸相同。本发明采用空心三段式的产品结构，可以最大程度的实现产品模块化设计和产品通用替换，实现多款产品共用模具和工艺等优点，更容易产品迭代升级，具有轻量化和低成本的优点。具有轻量化和低成本的优点。具有轻量化和低成本的优点。
技术研发人员：夏广明 李军 尚书贤 井琦 王鹏 李文平 邓飞 王吉洋
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2022.06.17
技术公布日：2022/11/1
