CN106392201B - 一种利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置，薄壁柔轮内孔保持圆柱形，液槽内柔轮筒体不受磨削，环形磁铁与柔轮定位基准定位，保证相对运动时同轴，直线运动机构保证柔轮齿圈在磨削过程中切削运动速度恒定，液槽内部变钝的磨料和切屑能够得到及时排出，克服了以前方案的缺陷，提高了谐波齿轮的磨削效率和加工效果。

Description

一种利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置
技术领域
本发明涉及齿轮磨削加工领域，特别涉及一种利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置。
背景技术
谐波齿轮传动技术是二十世纪中期随着空间科学、宇航技术的发展，在弹性薄壳理论基础上出现的一种新型传动技术。它具有运动精度高、传动比大、重量轻、体积小、承载能力大、并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作等优点，已经成功应用于空间技术、仪器仪表、机器人、半导体工业、食品包装机械、印刷机械及医疗器械等领域中。
谐波齿轮传动通常的模数范围在0.1mm至1.5mm，属小模数齿轮传动，柔轮、刚轮、波发生器被称为谐波齿轮传动三大件，其中柔轮为易变形的薄壁构件，由于谐波齿轮传动易于实现大速比传动，因此，其柔轮和刚轮的齿数较多，一般为几十到几百。高精度谐波齿轮传动中的柔轮和刚轮齿圈有时需要采用磨齿工艺进行精加工。
本发明主要是基于以下因素而提出：
由于现有磨齿工艺限制，目前谐波齿轮传动中柔轮和刚轮齿圈的磨削仍采用逐齿加工，磨削效率低，而且由于磨具尺寸限制，现有磨齿工艺无法磨削模数小于0.3mm的柔轮和刚轮齿圈。因此，对于谐波齿轮传动中柔轮和刚轮这类齿数多且模数小的齿轮，需要开发新型高效的磨齿加工工艺。
在发明人以前提出的利用磁流体对柔轮进行研磨的装置(邓曼，辛洪兵等一种利用磁流体对柔轮进行磨齿的方法.科技创新与应用，2016(6)：48)中，存在以下问题：1)易变形的薄壁构件柔轮内部没有保持其圆柱形的芯体，在磨削加工中，薄壁柔轮变形将导致加工的齿圈和齿形畸变。2)由于机构运动规律限制，曲柄滑块机构使磁铁梯度磁场形成的柔性磨头与柔轮的相对切削运动速度不恒定，齿面磨削加工质量不均匀。3)O型密封圈无法覆盖密封壳体内齿圈以外的柔轮筒体，在加工过程中，柔轮筒体将受到切削作用，降低了柔轮的强度。4)在加工过程中，密封壳体内的磁流体不能得到更新，变钝的磨料和切屑无法排出。
本发明提出的利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置中，在薄壁柔轮内部安装了保持其圆柱形的芯体，用直线运动机构替代曲柄滑块机构使柔性磨头在柔轮齿圈上的切削运动速度保持恒定，用密封套覆盖液槽内齿圈以外的柔轮筒体，采用流体控制系统更新密封壳体内的磁流体，克服了以前方案的缺陷。
发明内容
本发明采用以下技术方案：
谐波齿轮传动中具有齿圈的构件包括薄壁构件柔轮、刚轮，本发明利用磁流体既具有固体磁性又具有液体流动性的性质，把加有磨料的磁流体输入到包围柔轮齿圈或刚轮齿圈的液槽内，在梯度磁场的作用下，液槽内加有磨料的磁流体在梯度磁场作用区形成软固性深入柔轮或刚轮齿槽的柔性磨头，使柔轮或刚轮齿圈与梯度磁场产生相对运动，在柔性磨头附近磨料的作用下，柔轮或刚轮的齿圈得到磨削加工。
在薄壁柔轮内部装有芯体，以保持柔轮内孔为圆柱形，柔轮和芯体通过联结件固定在机座上；柔轮齿圈两侧装有密封套，保护密封壳体内齿圈以外的柔轮筒体不受磨削；环形磁铁通过定位件与柔轮定位基准定位，以保证相对运动时同轴；驱动器通过直线运动机构驱动环形磁铁沿齿轮轴向往复运动，保证柔轮齿圈在磨削过程中切削运动速度保持恒定；柔轮齿圈、密封套、密封壳体围成的区域形成液槽，液槽两侧分别有磁流体输入口和输出口，在加工过程中，通过液控模块控制液槽内部柔性磨头两侧的磁流体不断得到更新，将变钝的磨料和切屑及时滤出，以保证磨削效率和加工效果。
刚轮为内齿轮，若磨削刚轮，则需要以刚轮外圆柱面或直口为定位面，在刚轮外圆柱面或直口装有起定位作用的芯体，以保证环形磁铁通过定位件与刚轮定位基准定位，磨削刚轮时的液槽由刚轮齿圈、密封套、密封壳体围成。
本发明的有益效果：
本发明提出的利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置，薄壁柔轮内孔保持圆柱形，液槽内柔轮筒体不受磨削，环形磁铁与柔轮定位基准定位，保证相对运动时同轴，直线运动机构保证柔轮齿圈在磨削过程中切削运动速度恒定，液槽内部变钝的磨料和切屑能够得到及时排出，克服了以前方案的缺陷，提高了谐波齿轮的磨削效率和加工效果。
附图说明
在利用磁流体对柔轮进行磨齿的装置图1 中，1-机座，2-联结件，3-芯体，4-柔轮，4a-齿圈，5a、5b-密封套，6-密封壳体，7-磁流体，8-环形磁铁，9-第1联结，10- 第2联结，10a-定位件，11-直线运动机构，12-驱动器，13-过滤器，14-液控模块， 15-液池，16、17-输出口，18、19-输入口。
具体实施方式
如附图所示，柔轮4上具有齿圈4a，在柔轮4内部装有芯体3，芯体3使柔轮4的内孔保持圆柱形，柔轮4和芯体3通过联结件2固定在机座1上；柔轮4上的齿圈4a左右两侧分别装有密封套5a和密封套5b，密封壳体6通过第1联结9与柔轮芯体3并进而与柔轮4 或齿圈4a定位安装并相对固定，密封套5a和密封套5b保护密封壳体6内部柔轮4上齿圈 4a以外部分不受磨削；环形磁铁8通过第2联结10与定位件10a组成可动联结，第2联结10与定位件10a组成具有轴向移动自由度的移动副，定位件10a与芯体3同轴安装并进而与柔轮4或齿圈4a同轴；环形磁铁8产生梯度磁场，加有磨料的磁流体7在梯度磁场作用区形成软固性深入齿圈4a齿槽的柔性磨头，驱动器12通过直线运动机构11和第2联结 10驱动环形磁铁8相对齿圈4a沿轴向往复运动，深入齿圈4a齿槽的柔性磨头也沿轴向往复运动，在柔性磨头附近磨料的作用下，齿圈4a的齿廓得到磨削加工，齿圈4a、密封套5a、密封套5b、密封壳体6围成的区域形成液槽，液槽两侧分别有磁流体输入口18和输入口19，磁流体输出口16和输出口17，在磨削过程中，通过液控模块14控制更新后的含磨料磁流体从液池15通过输入口18和输入口19输入液槽，将含变钝的磨料和切屑磁流体通过输出口 16和输出口17排出液槽，并经过滤器13回收。
液槽同侧的输入口和输出口可以为同一个端口。
谐波齿轮刚轮为内齿轮，将密封壳体6和环形磁铁8安装于刚轮的内部，还可以构成利用磁流体对刚轮进行磨齿的装置。
刚轮为内齿轮，若磨削刚轮，则需要以刚轮外圆柱面或直口为定位面，在刚轮外圆柱面或直口装有起定位作用的芯体3，以保证环形磁铁通过定位件与刚轮定位基准定位，磨削刚轮时的液槽由刚轮齿圈4a、密封套5a、密封套5b、密封壳体6围成。
直线运动机构11可为螺旋传动机构、齿轮齿条机构、液压缸、气缸等，若直线运动机构 11为液压缸、气缸，则驱动器12具有流体控制功能。

Claims (6)

1.一种利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置，包括机座(1)、联结件(2)、芯体(3)、密封套(5a、5b)、密封壳体(6)、磁流体(7)、环形磁铁(8)、第1联结(9)、第2联结(10)、定位件(10a)、直线运动机构(11)、驱动器(12)，其特征在于：芯体(3)通过联结件(2)固定在机座(1)上，密封壳体(6)通过第1联结(9)与芯体(3)定位安装，环形磁铁(8)通过第2联结(10)与定位件(10a)组成可动联结，第2联结(10)与定位件(10a)组成具有轴向移动自由度的移动副，定位件(10a)与芯体(3)同轴安装，环形磁铁(8)产生梯度磁场，驱动器(12)通过直线运动机构(11)和第2联结(10)驱动环形磁铁(8)沿轴向往复运动。
2.根据权利要求1所述的利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置，其特征在于：磨削柔轮(4)时，芯体(3)安装在柔轮(4)内部，芯体(3)使柔轮(4)的内孔保持圆柱形，柔轮(4)上的齿圈(4a)左右两侧分别装有密封套(5a)和密封套(5b)，密封壳体(6)通过第1联结(9)与柔轮芯体(3)并进而与柔轮(4)或齿圈(4a)定位安装并相对固定，密封套(5a)和密封套(5b)保护密封壳体(6)内部柔轮(4)上齿圈(4a)以外部分不受磨削，齿圈(4a)、密封套(5a)、密封套(5b)、密封壳体(6)围成的区域形成液槽。
3.根据权利要求1所述的利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置，其特征在于：磨削刚轮时，以刚轮外圆柱面或直口为定位面，在刚轮外圆柱面或直口装有起定位作用的芯体(3)，以保证环形磁铁通过定位件与刚轮定位基准定位，磨削刚轮时的液槽由刚轮齿圈(4a)、密封套(5a)、密封套(5b)、密封壳体(6)围成。
4.根据权利要求1所述的利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置，其特征在于：所述装置包括过滤器(13)、液控模块(14)、液池(15)，液槽两侧分别有磁流体输入口(18)和输入口(19)，磁流体输出口(16)和输出口(17)，在磨削过程中，通过液控模块(14)控制更新后的含磨料磁流体从液池(15)通过输入口(18)和输入口(19)输入液槽，将含变钝的磨料和切屑磁流体通过输出口(16)和输出口(17)排出液槽，并经过滤器(13)回收。
5.根据权利要求1所述的利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置，其特征在于：直线运动机构(11)可为螺旋传动机构、齿轮齿条机构。
6.根据权利要求1所述的利用磁流体对谐波齿轮进行磨齿的装置，其特征在于：直线运动机构(11)可为液压缸、气缸，驱动器(12)具有流体控制功能。
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