CN115110052A - 一种介质阻挡冷等离子体轴承强化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属强化加工技术领域，尤其是涉及一种介质阻挡冷等离子体轴承强化装置。强化装置包括第一强化机构、第二强化机构、介质阻挡电极、正反转驱动装置、旋转装置和喷丸装置；第一强化机构和第二强化机构的加工空间内均设置有介质阻挡电极；正反转驱动装置位于第一强化机构加工空间的底部；旋转装置的用于被强化工件的固定端位于第二强化机构内，且喷丸装置的喷嘴与固定端上的工件相对设置。通过将等离子体场、漩涡流场以及机械能场协同耦合，提高了强化的效率和质量。可在轴承零部件设计不同元素功能的改性层，在其表面形成多层次梯度强化层，可对轴承的全部零部件进行强化，结构简单效率高，亦可在常温常压下进行强化。

Description

一种介质阻挡冷等离子体轴承强化装置

技术领域

本发明涉及金属强化加工技术领域，尤其是涉及一种介质阻挡冷等离子体轴承强化装置。

背景技术

轴承作为极度重要的基础零部件，被基础民用工业、高端数控、智能制造以及航空航天等广泛应用，是一种包含了人类智慧的顶尖工业产品。轴承制造技术决定了相关领域工业产品的性能、寿命以及可靠性，很大程度上制约着其它相关产业的发展水平，甚至从根本上代表着机械科技工业和综合国力。轴承不仅要面对高转速，高温度的极限工况，同时身处扬尘、霉菌、潮湿且带有腐蚀离子的恶劣腐蚀环境，其服役寿命面临着巨大的威胁。若轴承一旦性能下降或者失效故障，往往会造成不堪想象的后果，如高端数控设备和工业机器人的轴承出现问题，则会明显影响加工产品的精度，消极影响范围不断扩张，若航空航天类的轴承出了问题，则会严重威胁到飞行安全甚至造成安全事故，给人类带来巨大的灾难。

一般来说，轴承的主要失效方式是接触疲劳剥落、表面损伤以及腐蚀。为解决轴承失效带来的问题，人们针对性的对轴承材料和制造工艺开展了大量基础研究，同时也衍生出很多轴承强化装置和性能强化工艺，提高了轴承的寿命。然而，随着高端装备的不断发展，对轴承提出的要求越来越高，目前轴承强化技术仍然存在以下不足：

(1)强化加工的能量场单一：轴承行业普遍会使用离心滚筒机械冲击强化技术对轴承滚动体进行表面强化，它是采用带有提升板的离心滚筒，让滚动体上升然后落下，滚动体的势能转换为动能，从而撞击滚筒产生表面塑性变形提高表面硬度。但是该方法仅存在单一的冲击能量场，控制性差，会出现过强化和欠强化现象。此外也有普通离子注入的方法，使轴承零部件表面合金化产生强化层，但强化层不明显，而且还需要在高温环境下处理，推广性差，效率较低。

(2)强化层性能和表面一致性不好：由于强化加工的能量场单一，强化层参差不齐，没有办法抑制疲劳裂纹的萌生和扩展，也没有获得在恶劣环境下服役的抗腐蚀性能。此外，这些强化方法也可能导致滚动体表面粗糙和应力不均匀，导致因表面一致性差带来的不利后果。

(3)存在一定的短板效应：轴承的每个零部件都极度重要，如保持架隔离并引导滚动体的运动，使载荷均匀分布。轴承寿命由最容易失效的自身组成零部件决定，内、外滚道以及保持架发生过大量的失效案例，但目前大多数强化都集中在滚动体，缺少轴承其余各部件的同时强化。

发明内容

本发明的第一目的在于提供介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，该强化装置能够解决现有中存在的问题；

本发明的第二目的在于提供一种介质阻挡冷等离子体轴承强化方法，其采用如以上所述的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置对轴承进行强化。

本发明提供一种介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其包括第一强化机构、第二强化机构、介质阻挡电极、正反转驱动装置、旋转装置和喷丸装置；

所述第一强化机构和第二强化机构均具有加工空间，两者的加工空间内均设置有介质阻挡电极；

所述正反转驱动装置位于第一强化机构加工空间的底部；

所述旋转装置的用于被强化工件的固定端位于第二强化机构内，且喷丸装置的喷嘴与固定端上的工件相对设置。

优选的，所述介质阻挡电极包括导电金属棒、介质阻挡层和电极保护套；

所述导电金属棒设置在电极保护套内，且介质阻挡层位于导电金属棒和电极保护套之间。

优选的，所述第一强化机构包括第一强化罐本体、第一罐体密封盖、叶轮式强化板以及叶轮密封盖；

所述第一罐体密封盖和第一强化罐本体密封连接，所述叶轮式强化板设置在第一强化罐本体底部，叶轮密封盖盖设在叶轮式强化板的叶轮孔上。

优选的，所述第一罐体密封盖上配有进气口、出气口、电极固定孔、进料口和把手；

所述进料口配有进料密封盖和密封垫圈；

第一强化机构的介质阻挡电极由电机固定孔插入第一强化罐本体。

优选的，所述第一强化机构还包括振动传导板、减震弹簧和高频振动电机；

所述第一强化罐本体和高频振动电机均设置在振动传导板上，振动传导板通过减震弹簧安装在第一强化机构安装位上。

优选的，所述叶轮式强化板在变速换向机构驱动下转动；

所述变速换向机构包括伺服电机、往复直线机构、三相电机以及锥齿轮换向装置组成，锥齿轮换向装置通过轴承安装在支承座上，锥齿轮换向机构通过主轴叶轮式强化板相连；

所述锥齿轮换向装置包括传动轴、第一主动锥齿轮、第二主动锥齿轮、从动锥齿轮、主轴、主动棘轮和换向把手；

所述第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮套设在传动轴，第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮相对于传动轴轴向固定周向转动连接；

所述主轴与从动锥齿轮固定连接，从动锥齿轮与第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮相啮合；

所述主动棘轮内圈套设在传动轴上，外圈套设在换向把手一端的主动棘轮安装孔内；

所述主动棘轮与传动轴周向固定，轴向滑动连接；

所述主动棘轮与主动棘轮安装孔轴向固定，周向滑动连接；

所述主动棘轮位于第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮之间，在主动棘轮的两侧、第一主动锥齿轮朝向主动棘轮的一侧、第二主动锥齿轮朝向主动棘轮的一侧均设置有啮合齿；

所述往复直线机构的一端与伺服电机连接，另一端与换向把手的另一端连接。

优选的，所述第二强化机构还包括强化罐本体、罐体密封盖、电动机和强磁吸云台；

所述第二罐体密封盖和第二强化罐本体密封连接；

所述强磁吸云台设置在强化罐本体内，所述强磁吸云台的固定轴通过连轴器与电动机的输出轴连接；

所述喷丸装置包括多个不同角度喷嘴，多个不同角度喷嘴设置在强化管体上，且喷嘴朝向强磁吸云台设置；

所述第二强化罐密封盖上设置有进气口、出气口、电极固定孔、进料口和把手，进料口配有进料密封盖和密封垫圈。

优选的，所述强化罐和研磨料存储罐连接。

优选的，所述介质阻挡冷等离子体轴承强化装置还包括强化控制台和降噪安全保护罩；

所述第一强化机构和第二强化结构均设置在降噪安全保护罩内。

一种介质阻挡冷等离子体轴承强化方法，其采用如以上所述的介质阻挡冷等离子体轴承强化方法对轴承进行强化，将滚动体放入第一强化机构内，在不同气氛组的等离子体场作用的同时通过正反转驱动装置撞击叶轮强化板和研磨料，通过振动电机带动第一罐体振动；

将轴承内外套圈、轴承保持架放入第二强化机构，轴承内外套圈、轴承保持架固定在旋转装置的固定端并通过旋转装置带动工件旋转，在不同气氛组的等离子体作用下通过喷嘴向工件表面喷射磨料。

有益效果：

(1)本发明通过将等离子体场、漩涡流场以及机械能场协同耦合，提高了强化的效率和质量。富含大量活性粒子的等离子体轰击滚动体表面，增强了表面的活性，同时机械冲击引入残余压应力和大量缺陷，更进一步的打开了离子通道，加速了原位气固反应，方便离子快速植入。研磨粉和滚动体协同作用产生微切削和微碰撞，降低粗糙度并改善精度，并有利于表面晶粒细化。

(2)本发明可在轴承零部件设计不同元素功能的改性层，在其表面形成多层次梯度强化层。正反旋转涡流和高频震动使滚动体获得残余应力层，高速射流使内外套圈和保持架相应获得残余应力层，通过可调节电源参数、罐内压力以及不同元素气氛，产生不同化学性质的等离子体和放电类型，通过随机撞击进一步在轴承零部件表面形成等离子改性层，最后含特定元素研磨粉和等离子体结合在最表层形成表面织构和强化相。

(3)本发明可对轴承的全部零部件进行强化，结构简单效率高，亦可在常温常压下进行强化。正反转涡流撞击和高频微振动方式不仅使强化过程的运动随机均匀，也使得对介质阻挡电极损害更少。另外，换向变速机构避免了电动机频繁启停、换向和冲击，延长了设备的生命周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式提供的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置的立体结构示意图；

图2为本发明具体实施方式提供的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置的主视图；

图3为图2“A-A向”剖视图；

图4为图2“B-B向”剖视图；

图5为本发明具体实施方式提供的变速换向机构的立体结构示意图；

图6为本发明具体实施方式提供的变速换向机构的另一个角度的立体结构示意图；

图7为本发明具体实施方式提供的介质阻挡电极的立体结构示意图；

图8为本发明具体实施方式提供的介质阻挡电极的主视图；

图9为图8“C-C向”剖视图；

图10为本发明具体实施方式提供的电磁气氛系统等离子脉冲电源与第一强化机构、第二强化结构连接的示意图；

图11为本发明具体实施方式提供的过滤器的结构示意图；

图12为本发明具体实施方式提供的轴承零部件设计不同元素功能的改性层结构示意图。

附图标记说明：

1：第一强化机构

11：第一强化罐本体、12：第一罐体密封盖、13：叶轮式强化板、14：叶轮密封盖、15：振动传导板、16：减震弹簧、17：高频振动电机、18：变速换向机构；

181：伺服电机、182：往复直线机构、183：三相电机、184：锥齿轮换向装置；

2：第二强化机构

21：第二强化罐本体、22：第二罐体密封盖、23：电动机、24：强磁吸云台、25：喷嘴；

3：介质阻挡电极

31：导电金属棒、32：介质阻挡层、33：电极保护套；

4：强化控制台、5：降噪安全保护罩。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、" 长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、" 水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、 "第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图12所示，本实施方式提供了一种介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其包括第一强化机构1、第二强化机构2、介质阻挡电极3、正反转驱动装置、旋转装置和喷丸装置。

第一强化机构1和第二强化机构2均具有加工空间，两者的加工空间内均设置有介质阻挡电极3。

正反转驱动装置位于第一强化机构1加工空间的底部。

旋转装置的用于被强化工件的固定端位于第二强化机构2内，且喷丸装置的喷嘴25与固定端上的工件相对设置。

第一强化机构1

参照图4至图6，第一强化机构1包括第一强化罐本体11、第一罐体密封盖12、叶轮式强化板13以及叶轮密封盖14。

第一罐体密封盖12和第一强化罐本体11密封连接，叶轮式强化板13 设置在第一强化罐本体11底部，叶轮密封盖14盖设在叶轮式强化板13的叶轮孔上。叶轮式强化板13通过一定速度和频率来回正反转动，使得叶轮式强化板13、罐体、滚动体、研磨球以及研磨粉在等离子场中互相撞击和研磨。

第一罐体密封盖12上配有进气口、出气口、电极固定孔、进料口和把手，进料口配有进料密封盖和密封垫圈。第一强化机构1的介质阻挡电极3 由电机固定孔插入第一强化罐本体11。

第一强化机构1还包括振动传导板15、减震弹簧16和高频振动电机 17，第一强化罐本体11和高频振动电机17均设置在振动传导板15上，振动传导板15通过减震弹簧16安装在第一强化机构1安装位上。振动弹簧、振动传导板15、振动电机组成的高频振动系统可在强化过程中形成微振动，震动幅度为5mm，可对滚动体产生微撞击以及防止研磨粉结块和粘连内壁。需要说明的是，也可通过超声波发生器和超声波工业振头产生高频振动。

叶轮式强化板13在变速换向机构18驱动下转动。

变速换向机构18包括伺服电机181、往复直线机构182、三相电机183 以及锥齿轮换向装置184组成，锥齿轮换向装置184通过轴承安装在支承座上，锥齿轮换向机构通过主轴叶轮式强化板13相连。

锥齿轮换向装置184包括传动轴、第一主动锥齿轮、第二主动锥齿轮、从动锥齿轮、主轴、主动棘轮和换向把手。

第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮套设在传动轴，第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮相对于传动轴轴向固定周向转动连接。

主轴与从动锥齿轮固定连接，从动锥齿轮与第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮相啮合。

主动棘轮内圈套设在传动轴上，外圈套设在换向把手一端的主动棘轮安装孔内。

主动棘轮与传动轴周向固定，轴向滑动连接。主动棘轮与主动棘轮安装孔轴向固定，周向滑动连接。

主动棘轮位于第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮之间，在主动棘轮的两侧、第一主动锥齿轮朝向主动棘轮的一侧、第二主动锥齿轮朝向主动棘轮的一侧均设置有啮合齿。

往复直线机构182的一端与伺服电机181连接，另一端与换向把手的另一端连接。

往复直线机构182包括沿直线方向往复滑动的滑杆，滑杆通过多连杆机构与伺服电机181连接，伺服电机181通过多连杆机构带动滑杆的往复直线运动，滑杆通过把手带动主动棘轮沿传动轴的轴线往复运动。

变速换向机构18由伺服电机181、往复直线机构182、三相电机183 以及锥齿轮换向装置184组成，锥齿轮换向装置184通过轴承安装在支承座上，锥齿轮换向机构通过主轴与第一强化机构1中叶轮式强化板13相连，提供动力。锥齿轮换向机构与三相电机183通过联轴器连接，锥齿轮换向机构中通过左右换向把手带动主动棘轮沿传动轴移动，使主动棘轮与不同的主动锥齿轮啮合，将三相电机183动力切换至不同锥齿轮，从而使从动轴锥齿轮正反运动。换向把手动作通过往复直线机构182和伺服电机181 进行控制，伺服电机181安装在电机支承座上。若使用单一电动机23连接主轴，则需要频繁启停、正反转和变速，容易造成电动机23的损坏，该变速换向机构18不仅结构简单，且延长了工作寿命，仅需要控制三相电机183 和伺服电机181转速，即可达到控制强化过程中正反转频率，正反转旋转速度以及冲击力大小。其中，伺服电机181转速为0-120r/min,三相电机183 转速为0-1400r/min。需要说明的是，也可以通过摩擦离合机构代替锥齿轮换向机构进行换向。

第一强化机构1工作时，罐内产生大量高能量高密度的等离子场，轰击和活化滚动体表面，然后换向变速机构主轴带动叶轮式强化板13来回正反旋转，形成漩涡流场，不断撞击滚动体表面，引入残余应力并有效打开离子通道，有助于加速等离子体渗入，正反换向变速运动能防止滚动体因向心力紧贴罐体内壁，同时由于漩涡流场，对中间的介质阻挡电极3磨损较小，提高了电极的使用寿命。振动电机、减震弹簧16、振动传导板15对罐体产生高频微振动，有效防止研磨粉结块和粘连内壁，同时对漩涡中撞击罐体的滚动体产生微振动，提高表面一致性，通过调节偏心块和转速，使震动幅度不超过20mm，此处的替代方案也可使用超声波发生器和超声波工业振头产生微振动。

第二强化机构2

参照图3，第二强化机构2还包括第二强化罐本体21、第二罐体密封盖22、电动机23和强磁吸云台24。

所述第二罐体密封盖22和第二强化罐本体21密封连接，强磁吸云台 24(旋转装置固定端)设置在强化罐本体内，强磁吸云台24的固定轴通过连轴器与电动机23的输出轴连接，电动机23和强磁吸云台24构成旋转装置。

喷丸装置包括多个不同角度喷嘴25，多个不同角度喷嘴25设置在强化管体上，且喷嘴25朝向强磁吸云台24设置。

第二强化罐密封盖上设置有进气口、出气口、电极固定孔、进料口和把手，进料口配有进料密封盖和密封垫圈。

强化罐和研磨料存储罐连接，喷丸时研磨料被气流吸取喷射到工件表面。该强化罐可对轴承的内外滚道以及保持架进行强化，也可对日常生活中的零部件进行强化，将工件置于等离子体场，电动机23带动工件旋转，电动机23转速范围0-600r/min，不同角度喷嘴25对工件表面进行强化研磨，研磨料可以是研磨球和研磨粉的组合。

介质阻挡电极3

参照图7至图9，介质阻挡电极3包括导电金属棒31、介质阻挡层32 和电极保护套33。

导电金属棒31设置在电极保护套33内，且介质阻挡层32位于导电金属棒31和电极保护套33之间。

导电金属棒31材质可以为银、铜、铝等，介质阻挡层32可以为聚四氟乙烯、环氧树脂等，电极保护套33为氧化铝、氧化锆以及耐磨陶瓷等以提高电极使用时间。其中介质阻挡层32上端有螺纹，通过螺母将其固定在第一强化机构1、第二强化机构2的强化罐本体的中间位置。

介质阻挡冷等离子体轴承强化装置还包括电磁气氛系统，电磁气氛系统能实现单个强化罐独立工作或两个强化罐同时工作，强化控制台能够显示和控制罐内气体压强，实现不同气体在低压、中压和高压下的放电和电离。该系统还配有过滤器，通过内置滤网的方式过滤气体并回收特定元素研磨粉。

电磁气氛系统气体为氮气、氩气以及氧气或者两种以上的组合等，实现第一强化罐和第二强化罐内气压0.02Mpa到0.5Mpa可调，第二强化罐喷嘴25压力0.2Mpa到0.8Mpa可调，第一强化罐和第二强化罐能同时运行和单独运行，气路中设有含内过滤桶的过滤器，过滤器包括筒体，以及设置在筒体内的过滤筒体。实现对含金属元素研磨粉的回收利用。

介质阻挡冷等离子体轴承强化装置还包括强化控制台4、降噪安全保护罩5和等离子体脉冲电源，第一强化机构1和第二强化结构均设置在降噪安全保护罩内。

强化控制台由强化罐工作指示灯，急停开关以及工业显示屏组成，能观察装置运行参数、状态，以及调节各电机运行转速和气路的调节阀，等离子体脉冲电源，正极与介质阻挡电极3中导电金属相连，负极与强化罐罐体连接并且接地，调节电压为0-45KV，工作频率0-65KHZ。

一种介质阻挡冷等离子体轴承强化方法，将滚动体放入第一强化机构1 内，在不同气氛组的等离子体场作用的同时通过正反转驱动装置搅拌磨料，通过振动电机带动第一罐体振动，此过程中含特定金属的研磨粉(磨料) 和叶轮强化板通过正反搅拌装置对工件来回撞击研磨强化。研磨粉有2个作用，1是研磨降低表面粗糙度，2是在表面形成特定组织。

将轴承内外套圈、轴承保持架放入第二强化机构2，轴承内外套圈、轴承保持架固定在旋转装置的固定端并通过旋转装置带动工件旋转，在不同气氛组的等离子体作用下通过喷嘴向工件表面喷射磨料。

具体的，方法为第一强化罐对轴承滚动体进行强化，从进料口放入滚动体，研磨球，特定元素研磨粉，研磨粉含Ti和Cr等元素。从进气口通入不同性质的气体，调整罐内气压、电源电压和频率产生等离子体，换向变速机构带动叶轮式强化板13来回转动，振动电机带动罐体高频振动，同时滚动体靠近电极也对其表面进行放电，内部等离子体、滚动体和研磨料产生漩涡式复杂流场，并对表面不对随机撞击和研磨，增加一致性并产生梯度强化层。第二强化罐则是将轴承内外套圈、轴承保持架进行强化，通过强磁力将工件固定在云台上，从进料口放入滚动体，研磨球，特定元素研磨粉，从进气口通入不同性质的气体，调整罐内气压、电源电压和频率产生等离子体，电动机23带动磁吸云台和工件旋转运动，不同角度喷嘴25 对工件表面高速喷射强化研磨料，在等离子体的共同作用下产生梯度强化层。

在本实施方式中提供了一种介质阻挡冷等离子体轴承强化方法具体的实施过程：

第一强化机构1从进料口倒入待强化轴承滚动体，再加入直径为0.2mm 的二氧化锆研磨球、Ti研磨粉和Cr研磨粉组成的研磨料，两种研磨粉之间比例为1：1。二号强化机构将轴承内圈对中吸附在磁吸云台上，倒入上述相同的研磨料，盖上进料口密封盖。缓慢通入氮气和氨气组合的混合气体 3min，把氧气排空后控制混合气体流量将罐内压强调节为1个大气压，启动脉冲等离子电源放电产生等离子体。然后将变速换向机构18中三相电机 183转速设置为800r/min，伺服电机181转速设置为30r/min，第一强化机构1电动机23转速设置为120r/min，喷嘴25射流压力设置为0.2Mpa，两个强化罐同时工作进行对零部件的等离子强化。其中1号强化机构强化时间为90min，2号强化机构时间为30min。

在本实施方式中提供了另外一种介质阻挡冷等离子体轴承强化方法具体的实施过程：

第一强化机构1从进料口倒入待强化轴承滚动体，再加入直径为0.2mm 的二氧化锆研磨球，缓慢通入氮气和氨气组合的混合气体3min，把氧气排空后控制混合气体流量将罐内压强调节为1个大气压，启动脉冲等离子电源放电产生等离子体。然后将变速换向机构18中三相电机183转速设置为 600r/min，伺服电机181转速设置为20r/min，强化时间30min后将脉冲电源和变速换向机构18停止。然后再加入1：1的Ti研磨粉和Cr研磨粉，将罐内压力调节至0.8个大气压，重新启动脉冲电源和变速换向机构18，三相电机183转速设置为1000r/min，伺服电机181转速设置为30r/min，强化时间为30min后完成强化。

综上所述，本实施方式提供的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置及方法具有以下效果：

(1)本发明通过将等离子体场、漩涡流场以及机械能场协同耦合，提高了强化的效率和质量。富含大量活性粒子的等离子体轰击滚动体表面，增强了表面的活性，同时机械冲击引入残余压应力和大量缺陷，更进一步的打开了离子通道，加速了原位气固反应，方便离子快速植入。研磨粉和滚动体协同作用产生微切削和微碰撞，降低粗糙度并改善精度，并有利于表面晶粒细化。

(2)本发明可在轴承零部件设计不同元素功能的改性层，在其表面形成多层次梯度强化层。正反旋转涡流和高频震动使滚动体获得残余应力层，高速射流使内外套圈和保持架相应获得残余应力层，通过可调节电源参数、罐内压力以及不同元素气氛，产生不同化学性质的等离子体和放电类型，通过随机撞击进一步在轴承零部件表面形成等离子改性层，最后含特定元素研磨粉和等离子体结合在最表层形成表面织构和强化相。

(3)本发明可对轴承的全部零部件进行强化，结构简单效率高，亦可在常温常压下进行强化。正反转涡流撞击和高频微振动方式不仅使强化过程的运动随机均匀，也使得对介质阻挡电极3损害更少。另外，换向变速机构避免了电动机频繁启停、换向和冲击，延长了设备的生命周期。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其特征在于，包括第一强化机构、第二强化机构、介质阻挡电极、正反转驱动装置、旋转装置和喷丸装置；

所述第一强化机构和第二强化机构均具有加工空间，两者的加工空间内均设置有介质阻挡电极；

所述正反转驱动装置位于第一强化机构加工空间的底部；

所述旋转装置的用于被强化工件的固定端位于第二强化机构内，且喷丸装置的喷嘴与固定端上的工件相对设置。

2.根据权利要求1所述的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其特征在于，所述介质阻挡电极包括导电金属棒、介质阻挡层和电极保护套；

所述导电金属棒设置在电极保护套内，且介质阻挡层位于导电金属棒和电极保护套之间。

3.根据权利要求1所述的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其特征在于，所述第一强化机构包括第一强化罐本体、第一罐体密封盖、叶轮式强化板以及叶轮密封盖；

所述第一罐体密封盖和第一强化罐本体密封连接，所述叶轮式强化板设置在第一强化罐本体底部，叶轮密封盖盖设在叶轮式强化板的叶轮孔上。

4.根据权利要求3所述的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其特征在于，所述第一罐体密封盖上配有进气口、出气口、电极固定孔、进料口和把手；

所述进料口配有进料密封盖和密封垫圈；

第一强化机构的介质阻挡电极由电机固定孔插入第一强化罐本体。

5.根据权利要求3所述的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其特征在于，所述第一强化机构还包括振动传导板、减震弹簧和高频振动电机；

所述第一强化罐本体和高频振动电机均设置在振动传导板上，振动传导板通过减震弹簧安装在第一强化机构安装位上。

6.根据权利要求3所述的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其特征在于，所述叶轮式强化板在变速换向机构驱动下转动；

所述变速换向机构包括伺服电机、往复直线机构、三相电机以及锥齿轮换向装置组成，锥齿轮换向装置通过轴承安装在支承座上，锥齿轮换向机构通过主轴叶轮式强化板相连；

所述锥齿轮换向装置包括传动轴、第一主动锥齿轮、第二主动锥齿轮、从动锥齿轮、主轴、主动棘轮和换向把手；

所述第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮套设在传动轴，第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮相对于传动轴轴向固定周向转动连接；

所述主轴与从动锥齿轮固定连接，从动锥齿轮与第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮相啮合；

所述主动棘轮内圈套设在传动轴上，外圈套设在换向把手一端的主动棘轮安装孔内；

所述主动棘轮与传动轴周向固定，轴向滑动连接；

所述主动棘轮与主动棘轮安装孔轴向固定，周向滑动连接；

所述主动棘轮位于第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮之间，在主动棘轮的两侧、第一主动锥齿轮朝向主动棘轮的一侧、第二主动锥齿轮朝向主动棘轮的一侧均设置有啮合齿；

所述往复直线机构的一端与伺服电机连接，另一端与换向把手的另一端连接。

7.根据权利要求1所述的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其特征在于，所述第二强化机构还包括第二强化罐本体、第二罐体密封盖、电动机和强磁吸云台；

所述第二罐体密封盖和第二强化罐本体密封连接；

所述强磁吸云台设置在强化罐本体内，所述强磁吸云台的固定轴通过连轴器与电动机的输出轴连接；

所述喷丸装置包括多个不同角度喷嘴，多个不同角度喷嘴设置在强化管体上，且喷嘴朝向强磁吸云台设置；

所述第二强化罐密封盖上设置有进气口、出气口、电极固定孔、进料口和把手，进料口配有进料密封盖和密封垫圈。

8.根据权利要求1所述的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其特征在于，所述强化罐和研磨料存储罐连接。

9.根据权利要求1所述的介质阻挡冷等离子体轴承强化装置，其特征在于，所述介质阻挡冷等离子体轴承强化装置还包括强化控制台和降噪安全保护罩；

所述第一强化机构和第二强化结构均设置在降噪安全保护罩内。

10.一种介质阻挡冷等离子体轴承强化方法，其特征在于，将滚动体放入第一强化机构内，在不同气氛组的等离子体场作用的同时通过正反转驱动装置撞击叶轮强化板和研磨料，通过振动电机带动第一罐体振动；

将轴承内外套圈、轴承保持架放入第二强化机构，轴承内外套圈、轴承保持架固定在旋转装置的固定端并通过旋转装置带动工件旋转，在不同气氛组的等离子体作用下通过喷嘴向工件表面喷射磨料。

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