專利名稱：一種漸開線圓柱齒輪輪齒表面超聲強化裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于齒輪輪齒表面強化技術領域，將超聲深滾技術與漸開線展成原理有機結合，研制出一套適合于漸開線圓柱齒輪輪齒表面強化的超聲滾壓強化裝置，改善磨齒后齒輪表面的殘余應力狀態，達到提高齒輪的使用壽命的目的。
背景技術：
磨齒是齒輪經過熱處理后，齒輪加工的最終工序和保證齒輪精度的主要精加工手段。由于在磨削過程中，砂輪與被加工表面相互接觸，產生了很高的熱量。磨削熱造成磨削區的局部瞬時溫度超過了滲碳鋼的正常回火溫度，不僅會造成局部滲碳淬火組織發生轉變，導致齒面硬度降低，影響齒輪的使用性能，而且會使淺表層金屬殘余應力再分布，導致材料表面和亞表面的損傷，這種損傷直接影響磨削裂紋的產生，進而降低了齒輪的使用壽命和疲勞極限。目前，主要利用噴丸強化工藝，來提高齒輪的疲勞強度。噴丸作為一種金屬表面冷加工技術，被廣泛應用于航空、汽車、電力等行業。噴丸強化過程是通過硬度較高的小直徑球形丸粒高速沖擊金屬材料表面，使金屬表面發生塑性變形，并伴隨有細化表面晶粒、表層局部向外延展和表面材料冷作硬化等現象，通常會在零件表層金屬產生120 IOOOym的殘余壓應力層，能夠有效減緩或防止受循環載荷作用的金屬零件過早失效。但是噴丸后零件表面粗糙度較高，影響齒輪傳動的平穩性，同時不利于傳動過程中噪聲的降低。由于噴丸過程中，高速粒子運動方向的不確定性，強化之后表面應力的不均勻性，極易在輪齒表面產生微觀裂痕，不利于齒輪壽命的提高。激光沖擊強化工藝利用激光對工件表面上的一種特殊涂層的快速熔燒所產生的沖擊波使工件表面產生殘余壓應力，與噴丸相比有較低的表面加工硬化。但是激光沖擊強化設備復雜昂貴，加工整個齒面的加工成本高，不利于批量生產。近些年來，隨著超聲波技術的不斷發展和廣泛應用，超聲波技術廣泛應用于各個領域。超聲深滾技術就是利用了超聲波產生的巨大的瞬時能量，從而實現表面強化的一種方法。采用超聲深滾的方法對金屬表面進行強化，能夠有效地改變材料表面的應力狀況，能夠在材料表面產生殘余壓應力或者有效降低殘余拉應力值，同時能夠有效地提高材料表面的硬度，光潔度。因此，將超聲深滾技術與漸開線展成法有機結合，研制一套適合于漸開線齒面的強化裝置，用于漸開線齒形的表面強化，進而提高齒輪的使用壽命，該研究是非常有必要、有意義的。

發明內容
本發明基于超聲深滾技術與漸開線展成原理，是一種漸開線圓柱齒輪輪齒表面超
聲強化裝置。本發明的技術方案如下該裝置包括超聲波發生裝置、超聲加工頭、壓力進給裝置、第一滑板、第二滑板、基圓盤、導尺和底座。超聲波發生裝置由超聲波發生器、超聲波換能器和變幅桿組成。將超聲波發生器的輸出信號線與超聲波換能器相連，通過超聲波換能器的轉換作用，將超聲波發生器產生的超聲波轉換為機械波，變幅桿與超聲波換能器采用螺紋無縫連接，利用變幅桿的變幅作用，對機械波進行傳導和放大，使輸出端產生高頻高能量的機械振動。超聲波換能器通過夾具與第二滑板相連接。為了使超聲加工頭能夠深入齒槽內部，實現對整個齒面的強化，用于齒面強化的超聲加工頭采用L形狀，且超聲加工頭的寬度與被強化齒輪的齒寬相同，實現在強化過程中，超聲加工頭以線接觸的方式與被強化齒輪進行嚙合，提高加工效率。超聲加工頭通過螺釘與變幅桿實現無縫連接，變幅桿輸出端的高頻機械波傳遞到超聲加工頭上，通過超聲加工頭與被強化齒輪的相互嚙合，實現對被強化齒輪輪齒表面的強化。壓力進給裝置由彈簧、彈簧導軌、移動滑塊、固定滑塊和螺釘組成。彈簧導軌固定在夾具上，彈簧內孔與彈簧導軌間隙配合，使彈簧在導軌方向上自由伸縮。移動滑塊上的安裝孔與彈簧導軌間隙配合，實現移動滑塊在彈簧導軌的牽引下往復直線移動。固定滑塊固定在第二滑板上。通過調整固定滑塊上的螺釘的位置，推進移動滑塊，改變彈簧的壓縮量， 實現調整超聲加工頭與被強化齒輪齒面間初始靜壓力的目的。基圓盤的直徑等于齒輪的理論基圓直徑，基圓盤與被強化齒輪裝配于同一心軸上，并由螺母緊固，心軸通過軸承裝配于第一滑板上。第一滑板與第二滑板安裝于底座的導軌上，通過手柄帶動第一絲杠，驅動第一滑板直線移動，調整超聲加工頭與被強化齒輪的相互位置。利用手柄或電機驅動第二絲杠，使第二滑板沿著導軌副做往復的直線運動，安裝在第二滑板上的導尺通過摩擦力帶動基圓盤與被強化齒輪轉動，使超聲加工頭與被強化齒輪輪齒嚙合運動，同時完成對被強化齒輪輪齒的超聲強化。本發明的有益效果是裝置利用漸開線展成原理，使超聲加工頭與被強化齒輪輪齒產生嚙合運動，實現對整個齒面的超聲強化，使被強化齒輪輪齒表層產生一定深度的殘余應力層，從而達到改善磨削后齒輪的應力狀態，提高使用壽命的目的；超聲加工頭與被強化齒輪齒面采用線接觸方式進行嚙合運動，對被強化齒輪齒面進行表面強化，提高超聲強化的加工效率。


圖1是本發明漸開線圓柱齒輪表面強化裝置的結構示意圖。圖2是本發明的超聲加工頭與被強化齒輪齒面接觸示意圖。圖3是本發明將超聲波發生裝置取出時，靜壓力調整結構示意圖。圖中1底座；2第一絲杠；3第一滑板；4基圓盤；5被強化齒輪；6超聲加工頭；7 導尺；8第二絲杠；9第二滑板；10夾具；11導軌副；12彈簧；13移動滑塊；14固定滑塊；15 超聲波發生裝置；16螺釘。
具體實施例方式第一滑板3與第二滑板9安裝于底座1的導軌上，通過手柄帶動第一絲杠2與第二絲杠8可以驅動兩個滑板直線移動。基圓盤4與被強化齒輪5裝配與同一心軸上，并通過螺母使基圓盤4與被強化齒輪5緊固于心軸上。心軸通過軸承裝配于第一滑板3上，心軸可以自由轉動。導尺7裝配于第二滑板9上。超聲波發生裝置15通過夾具10安裝于導軌副11的移動副上，超聲加工頭6安裝于超聲波發生裝置15上。超聲加工頭6采用L形， 便于插入被強化齒輪5的齒槽位置。通過轉動手柄，由第一絲杠2帶動第一滑板3移動，使基圓盤4與導尺7緊密接觸， 并保持壓力。調整超聲加工頭6與被強化齒輪5的相互位置，通過調整固定滑塊14上的螺釘16，推進移動滑塊13與彈簧12，在夾具10帶動下，使超聲加工頭6與被強化齒輪5齒面接觸，調整螺釘16的相對位置，改變彈簧12的壓縮量，在被強化齒輪齒面上給定初始靜壓力。利用電機或手柄驅動第二絲杠8帶動第二滑板9往復移動，導尺7與基圓盤4緊密接觸，帶動基圓盤4做往復轉動，超聲加工頭6與被強化齒輪5進行嚙合運動，同時超聲加工頭6對被強化齒輪5輪齒進行超聲強化。
權利要求
1. 一種漸開線圓柱齒輪輪齒表面超聲強化裝置，包括超聲波發生裝置、超聲加工頭、壓力進給裝置、第一滑板、第二滑板、基圓盤、導尺和底座；其特征是超聲波發生裝置由超聲波發生器、超聲波換能器和變幅桿組成，超聲波發生器的輸出信號線與超聲波換能器相連， 變幅桿與超聲波換能器采用螺紋無縫連接，使超聲發生裝置的輸出端產生高頻高能量的機械振動；超聲波換能器通過夾具與第二滑板相連接；用于齒面強化的超聲加工頭采用L形狀，且超聲加工頭的寬度與被強化齒輪的齒寬相同，超聲加工頭以線接觸的方式與被強化齒輪進行嚙合；超聲加工頭通過螺釘與變幅桿實現無縫連接，變幅桿輸出端的高頻機械波傳遞到超聲加工頭上，通過超聲加工頭與被強化齒輪的相互嚙合，實現被強化齒輪輪齒表面的強化；用于提供初始靜壓力的壓力進給裝置由彈簧、彈簧導軌、移動滑塊、固定滑塊和螺釘組成，彈簧導軌固定在夾具上，彈簧內孔與彈簧導軌間隙配合，實現彈簧在導軌方向上自由伸縮；移動滑塊上的孔與彈簧導軌間隙配合，移動滑塊在彈簧導軌的牽引下往復直線移動； 固定滑塊固定在第二滑板上；通過調整固定滑塊上的螺釘的位置，調整超聲加工頭與被強化齒面間初始靜壓力；基圓盤的直徑等于齒輪的理論基圓直徑，基圓盤與被強化齒輪裝配于同一心軸上，并由螺母緊固，心軸通過軸承裝配于第一滑板上；第一滑板與第二滑板安裝于底座的導軌上， 通過手柄帶動第一絲杠，驅動第一滑板直線移動，調整超聲加工頭與被強化齒輪的相互位置；第二滑板在第二絲杠的帶動下，沿著導軌副做往復的直線運動；使超聲加工頭與被強化齒輪輪齒嚙合運動，同時完成對被強化齒輪輪齒的超聲強化。
全文摘要
本發明屬于齒輪齒面強化技術領域，將超聲深滾技術與漸開線展成原理有機結合，是一種漸開線圓柱齒輪輪齒表面超聲強化裝置，包括超聲波發生裝置、L型超聲加工頭、壓力進給裝置、第一滑板、第二滑板、基圓盤、導尺和底座。超聲發生裝置用以產生高頻高能量振動。通過調節壓力進給裝置，調整初始靜壓力，根據漸開線展成原理，導尺通過摩擦力帶動基圓盤與齒輪轉動，被強化齒輪輪齒與超聲加工頭進行嚙合運動，同時超聲加工頭以線接觸的方式，完成對被強化齒輪表面的超聲強化；在高頻高能量振動與靜壓力共同作用下，實現對整個齒面的超聲強化，使被強化齒輪輪齒表層產生一定深度的殘余應力層，從而達到改善磨削后齒輪的應力狀態，提高使用壽命的目的。
文檔編號B23F19/00GK102500835SQ20111035531
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者婁志峰, 王曉東, 王立鼎, 陳文蕊, 馬勇 申請人:大連理工大學