CN102642111B - 一种齿底滚压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及花键齿根部强化装置技术领域，公开了一种齿底滚压装置，包括第一、第二滚轮机构和底座；底座固定在机加设备的轴向往复运动支座上；第一滚轮机构与第二滚轮机构以工作面相向，并且第一滚轮机构工作面与第二滚轮机构工作面间距可调的方式，平行设置在底座上，第一滚轮机构与第二滚轮机构处于机加设备的轴向定位机构的两侧。本发明利用滚压加工技术特有的能够同时达到光整加工及强化两种目的特性，专门为需要进行齿底强化处理的工件提供了一种齿底滚压装置，通过本装置与机加设备的配合，能够实现对齿根部进行强化处理的目的，填补了齿底强度处理装置的空白，能够提高单个外齿或外花键的抗疲劳性能。

Description

一种齿底滚压装置

技术领域

本发明涉及花键齿根部强化装置技术领域，特别涉及一种齿底滚压装置。

背景技术

汽车悬架系统中，独立悬架结构中的扭力杆是关键部件，其两端的花键是扭力杆往复扭转的传力部位，花键的强度和疲劳性能决定着悬架系统的可靠性。因此，扭力杆的花键不但要有较高的制造精度，还要求每个花键齿具有较高的强度。

现有技术中，齿轮或花键的加工方法主要有铣齿、滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿及拉削，其中剃齿、珩齿、磨齿属于齿轮或花键的精加工，剃齿、珩齿应用较少。齿轮或花键加工应用最多的工艺方法是铣齿、滚齿、插齿、拉削，拉削的效率最高，但也有局限性。

上述现有的工艺方法都是围绕保证齿轮或花键齿形、齿向、加工精度和表面粗糙度的要求进行加工，对于提高单个齿或花键的抗疲劳性能没有太大的改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种齿底滚压装置，它具有与机加设备配合构成齿底滚压的专机，利用机加设备定位好待强化处理的外花键齿或外齿轮，通过机加设备控制本装置沿待强化处理的工件轴线方向往复运动，从而带动本装置中的滚轮机构对待强化处理的工件的齿底进行滚压，实现对外花键齿根部或外齿轮根部的强化处理，使得被滚压的外花键或外齿轮的齿底强度得以加强，从而提高了单个齿或花键的抗疲劳性能的特点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种齿底滚压装置，包括：第一滚轮机构、第二滚轮机构、底座；

所述底座固定在具有轴向定位机构和轴向往复运动支座的机加设备上，具体位于所述机加设备的轴向往复运动支座上；

所述第一滚轮机构与所述第二滚轮机构以工作面相向，并且第一滚轮机构工作面与第二滚轮机构工作面间距可调的方式，平行设置在底座上，第一滚轮机构与第二滚轮机构处于机加设备的轴向定位机构的两侧。

对上述基础结构进行优选的技术方案为，所述第一滚轮机构的滚轮与所述第二滚轮机构的滚轮以所述机加设备的轴向定位机构为中心线对称布置。

对上述结构进行改进的技术方案为，还包括：第一压力臂、第二压力臂、伸缩调节机构；

所述第一压力臂与所述底座、所述第二压力臂与所述底座，均通过轴连接方式进行连接，并且，所述轴连接方式中的轴均为纵向布置；

第一压力臂的头端连接所述第一滚轮机构，第二压力臂的头端连接所述第二滚轮机构；第一压力臂尾端通过所述伸缩调节机构与第二压力臂尾端连接。

对上述改进方案进行优选的技术方案为，所述伸缩调节机构包括：第一调节螺钉、第二调节螺钉、阻尼器；

所述第一压力臂的尾端开设有第一螺纹孔，所述第二压力臂的尾端开设有第二螺纹孔；

所述第一调节螺钉、第二调节螺钉分别设置于所述底座上，并且，第一调节螺钉与所述第一螺纹孔螺纹连接，并且，第一调节螺钉的小头端穿过第一螺纹孔与所述阻尼器的一端紧密接触；

第二调节螺钉与所述第二螺纹孔螺纹连接，并且，第二调节螺钉的小头端穿过第二螺纹孔与阻尼器的另一端紧密接触。

对上述方案进行进一步优选的技术方案为，所述阻尼器包括：芯轴、压缩弹簧、挡圈、槽型螺母、压盖；

所述芯轴的长度小于所述压缩弹簧常态下的长度；

所述压缩弹簧套在芯轴上；

所述挡圈包括第一挡圈和第二挡圈；第一、第二挡圈分别设置于压缩弹簧的头、尾两端；

所述槽型螺母的外径小于挡圈的内径，包括第一槽型螺母和第二槽型螺母；所述第一槽型螺母由第一挡圈的外侧连接芯轴的一端，所述第二槽型螺母由第二挡圈的外侧连接芯轴的另一端；

所述压盖呈凹形结构，包括第一压盖和第二压盖；第一压盖套在第一槽型螺母上，第一压盖的端部压住第一挡圈的外侧面；第二压盖套在第二槽型螺母上，第二压盖的端部压住第二挡圈的外侧面；第一压盖与第二压盖分别为阻尼器的一端与另一端。

对上述方案做出再进一步改进的技术方案为，所述滚轮机构包括：叉形轴、耳轴、滚轮、垫圈、螺帽、滚针；

所述叉形轴的一端与所述压力臂连接，叉形轴的叉形开口端与所述耳轴连接，耳轴上设置有所述滚轮；滚轮的两侧均安装有所述垫圈；

所述滚针沿圆周方向紧密排列布置于耳轴与滚轮之间。

对上述方案做出再又进一步改进的技术方案为，还包括：第一轴、第二轴；

所述底座上位于所述机加设备的轴向定位机构的两侧开设有第一轴安装孔、第二轴安装孔；

所述第一压力臂的臂身上纵向开设有第一通孔，所述第一通孔与第一压力臂头端的间距，小于第一通孔与第一压力臂尾端的间距；

所述第二压力臂的臂身上纵向开设有第二通孔，所述第二通孔与第二压力臂头端的间距，小于第二通孔与第二压力臂尾端的间距；

所述第一轴经所述第一压力臂上的第一通孔与底座的第一轴安装孔固定连接；所述第二轴经所述第二压力臂上的第二通孔与底座的第二轴安装孔固定连接。

更加优选的技术方案为，所述机加设备为卧式铣床。

本发明的有益效果在于：

1.本发明根据磨削无法做到而滚压加工技术特有的无切削加工方式，在常温下利用金属的塑性变形，使工件表面的微观不平度碾平从而达到改变表层结构、机械特性、形状和尺寸，能够同时达到光整加工及强化两种目的特性，专门为需要进行齿底强化处理的工件提供了一种齿底滚压装置。通过在机加设备上加装本装置，使其变成齿底滚压的专机。利用机加设备定位好待强化处理的外花键齿，并通过机加设备控制本装置沿待强化处理的工件轴线方向往复运动，从而带动本装置中的滚轮机构对待强化处理的工件的外花键齿底进行滚压，实现对外花键齿根部的强化处理，使得被滚压的外花键的齿底强度得以加强，从而提高了单个花键的抗疲劳性能。

2.本发明能够通过滚轮机构对每个外花键齿根部(即外花键齿的齿底)进行强化处理，外花键齿经过强化处理后不仅可提高外花键齿底表面粗糙度，使表层组织晶粒细化，形成残余应力层，还可以提高外花键的韧性和装配性能。本发明可提高汽车独立悬架系统中关键部件扭力杆的外花键强度和抗疲劳性能，对独立悬架系统起着决定性的作用。

3.本发明特别适用于对扭转强度要求很高的、有外齿或外花键的轴类零件，经过本装置进行齿底滚压后的工件，在齿底表面形成残余应力区，可大幅度改善齿轮或花键的疲劳寿命、抗应力腐蚀能力，延长工件的使用寿命。

本发明利用滚压加工技术特有的能够同时达到光整加工及强化两种目的特性，专门为需要进行齿底强化处理的工件提供了一种齿底滚压装置，通过本装置与机加设备的配合，能够实现对外花键齿根部进行强化处理的目的，填补了齿底强度处理装置的空白。本装置体积小、性能可靠、易于操作，能够快速、准确的完成加强齿底强度的操作，从而提高单个齿或花键的抗疲劳性能。

附图说明

图1为本发明实施例的工作状态示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为本发明实施例中底座的结构示意图；

图4为本发明实施例中压力臂的结构示意图；

图5为图4所示结构的俯视图；

图6为本发明实施例中滚轮机构的工作状态放大视图；

图7为图6的B-B剖面结构放大示意图；

图8为本发明实施例中伸缩调节机构的结构示意图；

图9为本发明实施例中用于安装伸缩调节机构的调节螺钉的Z型支架结构示意图；

图10为图9所示结构的侧视图。

其中，1-底座，2-压力臂臂身上设置的通孔，3-机加设备上的顶尖，4-滚轮机构，5-待加工件，6-伸缩调节机构，7-底座上的轴安装孔，8-底座上用于安装伸缩调节机构的通孔，9-底座上用于安装Z型支架的螺纹孔；10-底座上用于“Z”型支架定向的销轴安装孔，11-压力臂上的滚轮机构安装孔，12-压力臂上的螺纹通孔，13-滚轮机构的叉形轴，14-滚轮机构的垫圈，15-滚轮机构的耳轴，16-滚轮机构的滚轮，17-滚轮机构的滚针，18-滚轮机构的螺帽，19-伸缩调节机构的调节螺钉，20-伸缩调节机构的压盖，21-伸缩调节机构的槽型螺母，22-伸缩调节机构的挡圈，23-伸缩调节机构的压缩弹簧，24-伸缩调节机构的芯轴，25-伸缩调节机构的调节螺钉的小头端，26-Z型支架上的销轴安装孔，27-Z型支架上用于与底座连接的螺纹孔，28-型支架上的调节螺钉安装孔，29-Z型支架，30--定位销，31-紧固螺栓。

具体实施方式

为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的齿底滚压装置的具体实施方式及工作原理进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明所提供的齿底滚压装置，包括：滚轮机构4和底座1。其中，底座1是本装置的基础部件，用于连接其它部件并将本装置固定于机加设备上。由于本装置需要与机加设备进行配合，利用机加设备对代加工件进行轴向定位，并使本装置中的滚轮机构沿待代加工件轴向移动，所以，需要选用具有轴向定位机构和轴向往复运动支座的机加设备，将本装置的底座1固定在该机加设备的轴向往复运动支座上。本装置中的滚轮机构4包括：第一滚轮机构和第二滚轮机构。第一滚轮机构与第二滚轮机构以工作面相向，并且第一滚轮机构工作面与第二滚轮机构工作面间距可调的方式，平行设置在底座1上，第一滚轮机构与第二滚轮机构处于机加设备的轴向定位机构的两侧。

本装置的工作原理为：通过底座1将间距可调的两组滚轮机构设置到机加设备上，该机加设备具有轴向定位和轴向往复运动的功能，通过机加设备将待强化处理的外花键齿或外齿轮进行轴向定位，通过调节的两组滚轮机构间的间距来调整滚轮机构4对待加工件5的压力，并通过机加设备控制本装置沿待强化处理的工件轴线方向往复运动，从而带动本装置中的滚轮机构4对待强化处理的工件5的齿底进行滚压，实现对外花键齿根部或外齿轮根部的强化处理，使得被滚压的外花键或外齿轮的齿底强度得以加强，从而提高了单个齿或花键的抗疲劳性能。

对于滚轮机构4的设置方式，优选的，将第一滚轮机构的滚轮与第二滚轮机构的滚轮以机加设备的轴向定位机构为中心线对称布置，使得两组滚轮机构的滚轮高度对称。这样的设置方式能够使待加工件5两侧受力均匀，更易于均衡待加工件5各个齿底的加工程度。对于机加设备，优选的，采用卧式铣床。因为卧式铣床的伸出臂刚性和稳定性比一般机加设备更好。

本实施例中，采用了通过压力臂与伸缩调节机构6来对两组滚轮机构4实现间距可调。底座1采用了铸造结构；压力臂是本装置的关键部件，为保证其可靠性采用锻件。如图4、图5所示，压力臂的臂身上开设有通孔2，相当于旋转点，压力臂绕其中心轴线转动，压力臂的长臂端设置螺纹孔，用于连接伸缩调节机构6，短臂端设置滚轮机构4的安装孔，用于安装固定滚轮机构4。压力臂包括第一压力臂和第二压力臂，第一压力臂与底座1、第二压力臂与底座1，均通过轴连接方式进行连接，并且，轴连接方式中的轴均为纵向布置。如图3所示，在底座1上位于机加设备的轴向定位机构的两侧各开设一个轴安装孔7，即第一轴安装孔和第二轴安装孔；采用两个轴，一个轴经第一压力臂上的通孔2与底座1上的一个轴安装孔7固定连接，另一轴经第二压力臂上的通孔2与底座1上的另一个轴安装孔7固定连接。这样，压力臂就能够以通孔2为旋转点绕轴转动了。

滚轮机构4是滚轮的安装和调节装置，如图6、图7所示，本实施例中采用的滚轮机构包括：叉形轴13、耳轴15、滚轮16、垫圈14、螺帽18及滚针17。叉形轴13的一端与压力臂头端的滚轮机构安装孔连接，另一端为叉形开口端，该叉形开口端与耳轴15连接。耳轴15上设置滚轮16，在滚轮16的两侧安装垫圈14，其作用一是防止滚针(10)的上下窜动，二是调整滚轮16的中心位置。将滚针17沿圆周方向紧密排列布置于耳轴15与滚轮16之间。螺帽18与叉形轴13的外侧螺纹配合，压紧耳轴15两端的耳柄。滚轮16作用是滚压工件的花键齿底。

如图8所示，本实施例中采用的伸缩调节机构6包括：两个调节螺钉19和一个阻尼器。调节螺钉19设置于底座1上，作用是将阻尼器的力均匀的分配到两个压力臂上。阻尼器是一个弹性阻尼元件，作用是可根据要求调整合适的力值，通过底座1上的通孔8安装于底座1中。如图4、图5所示，压力臂的尾端开设有螺纹孔12。将两个调节螺钉19设置在底座1上，可以采用：在底座1上位于两个压力臂尾端螺纹孔12的相对应处开设用于安装调节螺钉19的螺纹通孔，调节螺钉19依次穿过底座上的该螺纹通孔、压力臂尾端的螺纹孔12后，两个调节螺钉19的小头端接触阻尼器的两个端面。或者，如图1、图9、图10所示，采用本实施例中的Z型支架29将调节螺钉19设置在底座1上：在底座1上位于伸缩调节机构安装孔8的上方开设用于安装Z型支架29的螺纹孔9、用于Z型支架29定向的销轴安装孔10。在Z型支架上对应开设销轴安装孔26、用于与底座1连接的螺纹孔27、调节螺钉安装孔28。采用紧固螺栓31经Z型支架29上的螺纹孔27与底座上的螺纹孔9锁紧连接，将定位销30依次插入Z型支架29上销轴安装孔26、底座上的销轴安装孔10。采用该方式在底座1的两侧均安装好Z型支架29。两个调节螺钉19分别由底座1两侧依次与Z型支架29上的调节螺钉安装孔28、压力臂尾端的螺纹孔12螺纹连接后，两个调节螺钉的小头端25分别与阻尼器的两端紧密接触。

其中，本实施例中采用的阻尼器包括：芯轴24、压缩弹簧23、两个挡圈22、两个槽型螺母21、两个压盖20。其中，芯轴24的长度小于压缩弹簧23在常态下的长度。将压缩弹簧23套在芯轴24上；压缩弹簧23的头、尾两端各安装一个挡圈22；芯轴24的两端各连接一个槽型螺母21，因芯轴24的长度小于压缩弹簧23在常态下的长度，安装时通过槽型螺母21、挡圈22的轴向移动，使压缩弹簧23产生预压力。槽型螺母21的作用就是调节压缩弹簧23的压缩量，保证压缩弹簧23预压力的恒定。压盖20呈凹形结构，在两个槽型螺母21上各套上一个压盖20，压盖20的端部与挡圈22的外侧面接触。

压缩弹簧23在挡圈22、槽型螺母21作用下装入芯轴24时，因压缩产生预压力，当调节螺钉19、压盖20顶紧挡圈22后，压缩弹簧23再次变形，产生更大的压力，力通过挡圈22、压盖20、调节螺钉19传递到压力臂，再通过杠杆作用将力放大，传递到滚轮机构4的叉形轴13、耳轴15最后传递到滚轮16上作用于带滚压的工件5上。力的传递路径是：滚轮16的压力由阻尼器通过调节螺钉19将力传递给压力臂，杠杆作用将力放大施加于滚轮16，最终滚轮16将力传到工件的齿底。滚轮16沿工件5的轴线往复滚动，形成对工件5齿底的滚压作用。

当需要将两组滚轮机构的间距调小时，旋转两个调节螺钉19，使两个调节螺钉19朝芯轴24方向旋转，此时，调节螺钉19逐渐深入压力臂上的螺纹孔12，调节螺钉的小头端25挤压压盖20，从而进一步挤压压缩弹簧23，而力的作用是相互的，压缩弹簧23将受到的压力反弹给挡圈22，并且有挡圈22通过压盖20传递给调节螺钉19的小头端，使得第一压力臂与第二压力臂的尾端受力，此时，第一、第二压力臂以臂身上的通孔2为旋转点绕轴转动，第一、第二压力臂尾端间距变大，头端间距变小，从而使压力臂头端连接的两组滚轮机构的间距得以变小，加大了滚轮机构工作面对代加工件5的压力。当需要将两组滚轮机构的间距调大时，使两个调节螺钉19朝芯轴24外侧的方向旋转即可。

工作时，根据待滚压的扭力杆花键齿底滚压的力值要求，通过计算，调节好阻尼器两端的预压力，调整调节螺钉19的伸出长度，可计算出滚轮16的滚压力。

如图5所示，若滚轮16的滚压力为F1，则根据杠杆原理，F1×L1＝F2×L2，可计算出F2的数值，F2即是阻尼器施加于调节螺钉19的力值；而阻尼器实际是通过压缩弹簧23来实现的，压缩弹簧23的设计按公式计算出各参数，确定压缩弹簧23的钢丝直径、节距、初始长度、弹簧中经等，约束条件是：底座1上安装阻尼器的孔径、压缩弹簧预压后的安装长度及F2。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种齿底滚压装置，其特征在于，包括：第一滚轮机构、第二滚轮机构、底座；

所述底座固定在具有轴向定位机构和轴向往复运动支座的机加设备上；

所述第一滚轮机构与所述第二滚轮机构以工作面相向，并且第一滚轮机构工作面与第二滚轮机构工作面间距可调的方式，平行设置在底座上，第一滚轮机构与第二滚轮机构处于机加设备的轴向定位机构的两侧；

所述第一滚轮机构的滚轮与所述第二滚轮机构的滚轮以所述机加设备的轴向定位机构为中心线对称布置；

还包括：第一压力臂、第二压力臂、伸缩调节机构；

所述第一压力臂与所述底座，所述第二压力臂与所述底座，均通过轴连接方式进行连接，并且，所述轴连接方式中的轴均为纵向布置；

第一压力臂的头端连接所述第一滚轮机构，第二压力臂的头端连接所述第二滚轮机构；第一压力臂尾端通过所述伸缩调节机构与第二压力臂尾端连接；

其特征在于，

所述伸缩调节机构包括：第一调节螺钉、第二调节螺钉、阻尼器；

所述第一压力臂的尾端开设有第一螺纹孔，所述第二压力臂的尾端开设有第二螺纹孔；

所述第一调节螺钉、第二调节螺钉分别与所述底座连接，并且，第一调节螺钉与所述第一螺纹孔螺纹连接，并且，第一调节螺钉的小头端穿过第一螺纹孔与所述阻尼器的一端紧密接触；

第二调节螺钉与所述第二螺纹孔螺纹连接，并且，第二调节螺钉的小头端穿过第二螺纹孔与阻尼器的另一端紧密接触；

所述阻尼器包括：芯轴、压缩弹簧、挡圈、槽型螺母、压盖；

所述芯轴的长度小于所述压缩弹簧常态下的长度；

所述压缩弹簧套在芯轴上；

所述挡圈包括第一挡圈和第二挡圈；第一、第二挡圈分别设置于压缩弹簧的头、尾两端；

所述槽型螺母的外径小于挡圈的内径，包括第一槽型螺母和第二槽型螺母；所述第一槽型螺母由第一挡圈的外侧连接芯轴的一端，所述第二槽型螺母由第二挡圈的外侧连接芯轴的另一端；

所述压盖呈凹形结构，包括第一压盖和第二压盖；第一压盖套在第一槽型螺母上，第一压盖的端部压住第一挡圈的外侧面；第二压盖套在第二槽型螺母上，第二压盖的端部压住第二挡圈的外侧面；第一压盖与第二压盖分别为阻尼器的一端与另一端。

2.如权利要求1所述的齿底滚压装置，其特征在于，所述滚轮机构包括：叉形轴、耳轴、滚轮、垫圈、螺帽、滚针；

所述叉形轴的一端与所述压力臂连接，叉形轴的叉形开口端与所述耳轴连接，耳轴上设置有所述滚轮；滚轮的两侧均安装有所述垫圈；

所述滚针沿圆周方向紧密排列布置于耳轴与滚轮之间。

3.如权利要求1所述的齿底滚压装置，其特征在于，还包括：第一轴、第二轴；

所述底座上位于所述机加设备的轴向定位机构的两侧开设有第一轴安装孔、第二轴安装孔；

所述第一压力臂的臂身上纵向开设有第一通孔、第二压力臂的臂身上纵向开设有第二通孔；

所述第一轴经所述第一压力臂上的第一通孔与底座的第一轴安装孔固定连接；所述第二轴经所述第二压力臂上的第二通孔与底座的第二轴安装孔固定连接。

4.如权利要求2所述的齿底滚压装置，其特征在于，还包括：第一轴、第二轴；

所述底座上位于所述机加设备的轴向定位机构的两侧开设有第一轴安装孔、第二轴安装孔；

所述第一压力臂的臂身上纵向开设有第一通孔，所述第一通孔与第一压力臂头端的间距，小于第一通孔与第一压力臂尾端的间距；

所述第二压力臂的臂身上纵向开设有第二通孔，所述第二通孔与第二压力臂头端的间距，小于第二通孔与第二压力臂尾端的间距；

所述第一轴经所述第一压力臂上的第一通孔与底座的第一轴安装孔固定连接；所述第二轴经所述第二压力臂上的第二通孔与底座的第二轴安装孔固定连接。

5.如权利要求3所述的齿底滚压装置，其特征在于，所述机加设备为卧式铣床。

6.如权利要求4所述的齿底滚压装置，其特征在于，所述机加设备为卧式铣床。