CN109483151A - 一种齿轮纵扭超声滚压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种齿轮纵扭超声滚压装置，包括主工作台、主动轴和超声振动机构；所述主动轴横向安装在主工作台上，所述主动轴一端与电机连接，另一端用于装夹工件齿轮；所述超声振动机构包括振动变幅杆和超声振动发生装置，所述超声振动发生装置用于产生超声振动并经过振动变幅杆作用后将纵扭振动传递至工具齿轮。本设计通过超声振动发生装置产生超声振动，并经过振动变幅杆的放大转化后将纵扭超声振动传递给工具齿轮，工具齿轮对其工件齿轮进行超声滚压强化，能提高被加工齿轮齿面力学性能，效率高、强化范围广。

Description

一种齿轮纵扭超声滚压装置
技术领域
本发明涉及齿轮加工设备，特别是涉及一种齿轮纵扭超声滚压装置。
背景技术
目前，超声滚压强化技术作为一种将超声振动与传统滚压相结合的一种复合加工方法，在提高金属表层力学性能、延长被加工零件疲劳寿命等方面具有重要意义。但现有超声滚压强化技术多用于圆柱表面或端面等规则表面，针对齿轮齿面等不规则表面强化研究较少，且现有齿面超声滚压强化研究为利用渐开线展成原理使超声工具头与齿轮单一齿面采用点接触或线接触的形式，对工具头施加轴向振动以实现对齿面的超声滚压强化加工。此种方案虽在一定程度上实现了齿轮齿面超声滚压强化加工，但由于采用点接触或线接触的形式对整个齿轮进行逐面加工存在效率低、强化范围小等缺点。为解决以上问题，设计一种齿轮纵扭超声滚压装置。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种齿轮纵扭超声滚压装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种齿轮纵扭超声滚压装置，包括主工作台、主动轴和超声振动机构；所述主动轴横向安装在主工作台上，所述主动轴一端与电机连接，另一端用于装夹工件齿轮；所述超声振动机构包括振动变幅杆和超声振动发生装置，所述振动变幅杆安装在主工作台上，所述超声振动发生装置设置在振动变幅杆一端，所述振动变幅杆另一端装夹有工具齿轮，所述振动变幅杆和主动轴的轴线位于同一水平面上，所述工件齿轮与工具齿轮位置对齐；所述超声振动发生装置用于产生超声振动并经过振动变幅杆作用后将纵扭振动传递至工具齿轮。
进一步，还包括移动工作台，所述移动工作台纵向滑动安装在主工作台上，所述振动变幅杆安装在移动工作台上并能随着移动工作台纵向移动，所述移动工作台连接有调距装置，所述调距装置能驱动移动工作台沿纵向滑动。
进一步，所述主工作台上设置有纵向延伸的导轨，所述移动工作台底部连接有与导轨匹配的滑块。
进一步，所述调距装置包括丝杆、摇柄、丝杆螺母套以及丝杆锁紧装置，所述移动工作台底部与丝杆螺母套固定连接，所述丝杆螺母套与丝杆连接，所述丝杆锁紧装置连接在主工作台侧面并用于锁紧丝杆以固定移动工作台位置，所述摇柄连接在丝杆穿过丝杆锁紧装置并伸出主工作台的端部。
进一步，所述丝杆锁紧装置包括锁紧盘和锁紧旋钮，所述锁紧盘安装在工作台侧面并包裹丝杆，所述锁紧旋钮通过旋转能使锁紧盘锁死丝杆。
进一步，所述主动轴上安装有扭矩传感器和第一陪跑齿轮，所述移动工作台上安装有从动轴，所述从动轴一端设置有与第一陪跑齿轮连接的第二陪跑齿轮，另一端与振动变幅杆连接。
进一步，所述移动工作台远离工具齿轮的一端设置有配重块。
进一步，所述从动轴包括第一轴和第二轴，所述第二陪跑齿轮设置在第一轴上，所述第二轴一端与第一轴连接，另一端与振动变幅杆连接。
进一步，所述超声振动发生装置设置在第二轴与振动变幅杆端部连接处，所述振动变幅杆靠近第二轴的端部连接有旋转磁芯外壳，所述旋转磁芯外壳转动嵌装在第二轴上；所述超声振动发生装置包括换能器、与换能器连接的旋转磁芯、固定磁芯和与固定磁芯连接的超声波发生器；所述旋转磁芯嵌装在旋转磁芯外壳上，相对应的，所述固定磁芯嵌装在所述第二轴的端部，所述振动变幅杆靠近第二轴的端部设置有轴向延伸的安装槽，所述换能器安装在安装槽内。
进一步，所述第二轴与第一轴通过中间的扭矩加载装置连接，所述扭矩加载装置包括左摩擦盘和右齿轮盘，所述左摩擦盘和右齿轮盘通过锁紧螺栓锁紧并并设置有对应的销孔，所述右齿轮盘边缘沿周向均匀设置有一圈齿槽。
本发明的有益效果是：通过超声振动发生装置产生超声振动，并经过振动变幅杆的放大转化后将纵扭超声振动传递给工具齿轮，工具齿轮对其工件齿轮进行超声滚压强化，能提高被加工齿轮齿面力学性能，效率高、强化范围广。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明安装结构示意图；
图2是本发明安装结构俯视图；
图3是图1的A处放大视图；
图4是图1的B处放大视图；
图5是移动工作台上的结构剖视图；
图6是工作台和调距装置的结构示意图；
图7是工作台、移动工作台和固定工作台的连接结构示意图；
图8是图7的C处放大视图；
图9是图5的D处放大视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1至图9，本发明的一种齿轮纵扭超声滚压装置，包括主工作台1、主动轴2和超声振动机构。所述超声振动机构包括振动变幅杆6和超声振动发生装置4。
所述主动轴2横向安装在主工作台1上，所述主动轴2一端与电机23连接，另一端用于装夹工件齿轮3。具体的，所述主动轴2安装在固定工作台12上，固定工作台12固定在主工作台1上，且依靠主工作台1两侧的挡板14实现定位固定。固定工作台12上固定安装有轴支撑座，轴支撑座上套装有轴承，主动轴2与轴承配合实现支撑并可绕自身的轴线自由转动。
所述振动变幅杆6安装在主工作台1上，所述超声振动发生装置4设置在振动变幅杆6一端，所述振动变幅杆6另一端装夹有工具齿轮7。所述振动变幅杆6和主动轴2的轴线位于同一水平面上，所述工件齿轮3与工具齿轮7位置对齐。工具齿轮7对工件齿轮3进行对滚加工。所述超声振动发生装置4用于产生超声振动并经过振动变幅杆6作用后将纵扭振动传递至工具齿轮7。为获得较好纵振效果，振动变幅杆6设计成二级复合变幅杆，第一级阶梯变幅杆64采用阶梯圆锥形变幅杆，形状因数好、易于加工，圆柱部分641与圆锥部分642长度均为1/4波长。第二级阶梯变幅杆65采用阶梯型变幅杆，两端阶梯长度均为1/4波长，经二级复合变幅杆放大后可得到较高纵向振动；为了获得纵扭振动，在第二级阶梯变幅杆65末端开四个绕轴线中心对称的螺旋槽63，且其与轴线所成角度为45°，此时可在变幅杆末端获得纵扭振动并将该振动传递给工具齿轮7。
为了增加装置的适用性，将工具齿轮7设计成可纵向调节的，以此来调节工具齿轮7与工件齿轮3的中心距，可适应不同规格齿轮的加工。具体的，本装置还包括移动工作台13，所述移动工作台13纵向滑动安装在主工作台1上，所述振动变幅杆6安装在移动工作台13上并能随着移动工作台13纵向移动，所述移动工作台13连接有调距装置9，所述调距装置9能驱动移动工作台13沿纵向滑动。与固定工作台12类似，移动工作台13上设置有支撑轴类零件的支撑座132。滑动方式优选采用轨道滑动，所述主工作台1上设置有纵向延伸的导轨11，所述移动工作台13底部连接有与导轨11匹配的滑块131，导轨11设置有两条，对称设置。所述调距装置9包括丝杆92、摇柄91、丝杆螺母套93以及丝杆锁紧装置94，所述移动工作台13底部与丝杆螺母套93固定连接，所述丝杆螺母套93与丝杆92匹配且螺旋连接，所述丝杆锁紧装置94连接在主工作台1侧面并用于锁紧丝杆92以固定移动工作台13位置，所述摇柄91连接在丝杆92穿过丝杆锁紧装置94并伸出主工作台1的端部。优选的，所述丝杆锁紧装置94包括锁紧盘941和锁紧旋钮942，所述锁紧盘941安装在工作台侧面并包裹丝杆92，所述锁紧旋钮942通过旋转能使锁紧盘941锁死丝杆92。需要松开时，锁紧旋钮942旋转使得锁紧盘941松开丝杆92，使得丝杆92可以自由转动，当移动工作台13到达指定位置时，反向旋转锁紧旋钮942使得锁紧盘941重新夹紧固定丝杆92以固定移动工作台13。
调距装置9的工作原理如下：
当需要调节时，锁紧盘941为松开丝杆92的状态，丝杆92能正常转动，手动旋转摇柄91，带动丝杆92转动，丝杆92与丝杆螺母套93螺旋传动，带动丝杆螺母套93以及与丝杆螺母套93连接的移动工作台13沿着导轨11移动。当移动到指定位置后，旋转锁紧旋钮942，锁紧盘941夹紧固定丝杆92，即锁死了丝杆92，实现了移动工作台13的位置锁定。
为了实现功率封闭，本实施例中，主动轴2上安装有扭矩传感器22和第一陪跑齿轮21，所述移动工作台13上安装有从动轴5，所述从动轴5一端设置有与第一陪跑齿轮21连接的第二陪跑齿轮511，另一端与振动变幅杆6连接。第一陪跑齿轮21和第二陪跑齿轮511啮合传动将扭矩传递至从动轴5。为了保证移动工作台受力均匀，所述移动工作台13远离工具齿轮7的一端设置有配重块133。所述从动轴5包括第一轴51和第二轴52，所述第二陪跑齿轮511设置在第一轴51上，所述第二轴52一端与第一轴51连接，另一端与振动变幅杆6连接。
为了齿轮滚压过程中能起到良好的强化作用，为从动轴5施加扭矩，为此，所述第二轴52与第一轴51通过中间的扭矩加载装置8连接，所述扭矩加载装置8包括左摩擦盘81和右齿轮盘82，所述左摩擦盘81和右齿轮盘82通过锁紧螺栓83锁紧并设置有对应的销孔，所述右齿轮盘82边缘沿周向均匀设置有一圈齿槽821。当要加载扭矩时，在左摩擦盘81和右齿轮盘82对应的销孔内插入定位销84以实现左摩擦盘81和右齿轮盘82的定位，将加载臂卡装在右齿轮盘82上，加载臂一端设置有与右齿轮盘82匹配的圆形缺口，并在圆形缺口处设置有与齿槽821匹配的两个卡块，卡块卡入齿槽821内，并在加载臂远端挂有砝码，随后拔出定位销84，将砝码加载的扭矩传递至轴上。上述主动轴2与第一陪跑齿轮21、第一轴51与第二陪跑齿轮511、第一轴51与右齿轮盘82、第二轴52与左摩擦盘81等扭矩传递均通过键来实现。当然传递扭矩的形式有很多，这里并不做具体限制。
本实施例中，所述超声振动发生装置4采用非接触方式传递能量。具体的，如图3和图9所示，所述超声振动发生装置4设置在第二轴52与振动变幅杆6端部连接处，所述振动变幅杆6靠近第二轴52的端部连接有旋转磁芯外壳62，所述旋转磁芯外壳62转动嵌装在第二轴52上；所述超声振动发生装置4包括换能器41、与换能器41连接的旋转磁芯42、固定磁芯43和与固定磁芯43连接的超声波发生器；所述旋转磁芯42嵌装在旋转磁芯外壳62上，相对应的，所述固定磁芯43嵌装在所述第二轴52的端部，所述振动变幅杆6靠近第二轴52的端部设置有轴向延伸的安装槽61，所述换能器41安装在安装槽61内，旋转磁芯外壳62一端盖住安装槽61，一端为锥状并嵌入第二轴52的锥槽内。
超声振动发生装置4的工作原理如下：超声波发生器和固定磁芯43连接，超声波发生器产生高频超声能量并加载到固定磁芯43上，固定磁芯43以电磁感应的方式将超声能量传递到旋转磁芯42，旋转磁芯42与换能器41连接并将能量传递至换能器41，经换能器41转换后产生超声振动，超声振动经振动变幅杆6放大、转化并在振动变幅杆6末端产生纵扭振动，并最终实现工具齿轮7的超声振动。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种齿轮纵扭超声滚压装置，其特征在于：包括主工作台(1)、主动轴(2)和超声振动机构；
所述主动轴(2)横向安装在主工作台(1)上，所述主动轴(2)一端与电机(23)连接，另一端用于装夹工件齿轮(3)；
所述超声振动机构包括振动变幅杆(6)和超声振动发生装置(4)，所述振动变幅杆(6)安装在主工作台(1)上，所述超声振动发生装置(4)设置在振动变幅杆(6)一端，所述振动变幅杆(6)另一端装夹有工具齿轮(7)，所述振动变幅杆(6)和主动轴(2)的轴线位于同一水平面上，所述工件齿轮(3)与工具齿轮(7)位置对齐；
所述超声振动发生装置(4)用于产生超声振动并经过振动变幅杆(6)作用后将纵扭振动传递至工具齿轮(7)。
2.根据权利要求1所述的齿轮纵扭超声滚压装置，其特征在于：还包括移动工作台(13)，所述移动工作台(13)纵向滑动安装在主工作台(1)上，所述振动变幅杆(6)安装在移动工作台(13)上并能随着移动工作台(13)纵向移动，所述移动工作台(13)连接有调距装置(9)，所述调距装置(9)能驱动移动工作台(13)沿纵向滑动。
3.根据权利要求2所述的齿轮纵扭超声滚压装置，其特征在于：所述主工作台(1)上设置有纵向延伸的导轨(11)，所述移动工作台(13)底部连接有与导轨(11)匹配的滑块(131)。
4.根据权利要求3所述的齿轮纵扭超声滚压装置，其特征在于：所述调距装置(9)包括丝杆(92)、摇柄(91)、丝杆螺母套(93)以及丝杆锁紧装置(94)，所述移动工作台(13)底部与丝杆螺母套(93)固定连接，所述丝杆螺母套(93)与丝杆(92)连接，所述丝杆锁紧装置(94)连接在主工作台(1)侧面并用于锁紧丝杆(92)以固定移动工作台(13)位置，所述摇柄(91)连接在丝杆(92)穿过丝杆锁紧装置(94)并伸出主工作台(1)的端部。
5.根据权利要求4所述的齿轮纵扭超声滚压装置，其特征在于：所述丝杆锁紧装置(94)包括锁紧盘(941)和锁紧旋钮(942)，所述锁紧盘(941)安装在工作台侧面并包裹丝杆(92)，所述锁紧旋钮(942)通过旋转能使锁紧盘(941)锁死丝杆(92)。
6.根据权利要求2所述的齿轮纵扭超声滚压装置，其特征在于：所述主动轴(2)上安装有扭矩传感器(22)和第一陪跑齿轮(21)，所述移动工作台(13)上安装有从动轴(5)，所述从动轴(5)一端设置有与第一陪跑齿轮(21)连接的第二陪跑齿轮(511)，另一端与振动变幅杆(6)连接。
7.根据权利要求6所述的齿轮纵扭超声滚压装置，其特征在于：所述移动工作台(13)远离工具齿轮(7)的一端设置有配重块(133)。
8.根据权利要求6所述的齿轮纵扭超声滚压装置，其特征在于：所述从动轴(5)包括第一轴(51)和第二轴(52)，所述第二陪跑齿轮(511)设置在第一轴(51)上，所述第二轴(52)一端与第一轴(51)连接，另一端与振动变幅杆(6)连接。
9.根据权利要求8所述的齿轮纵扭超声滚压装置，其特征在于：所述超声振动发生装置(4)设置在第二轴(52)与振动变幅杆(6)端部连接处，所述振动变幅杆(6)靠近第二轴(52)的端部连接有旋转磁芯外壳(62)，所述旋转磁芯外壳(62)转动嵌装在第二轴(52)上；所述超声振动发生装置(4)包括换能器(41)、与换能器(41)连接的旋转磁芯(42)、固定磁芯(43)和与固定磁芯(43)连接的超声波发生器；所述旋转磁芯(42)嵌装在旋转磁芯外壳(62)上，相对应的，所述固定磁芯(43)嵌装在所述第二轴(52)的端部，所述振动变幅杆(6)靠近第二轴(52)的端部设置有轴向延伸的安装槽(61)，所述换能器(41)安装在安装槽(61)内。
10.根据权利要求8所述的齿轮纵扭超声滚压装置，其特征在于：所述第二轴(52)与第一轴(51)通过中间的扭矩加载装置(8)连接，所述扭矩加载装置(8)包括左摩擦盘(81)和右齿轮盘(82)，所述左摩擦盘(81)和右齿轮盘(82)通过锁紧螺栓(83)锁紧并设置有对应的销孔，所述右齿轮盘(82)边缘沿周向均匀设置有一圈齿槽(821)。
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