一种超声辅助齿轮齿面滚压装置

技术领域

本发明属于齿轮加工技术领域，具体涉及一种超声辅助齿轮齿面滚压装置。

背景技术

齿轮传动以其特有的结构，稳定的传动，以及良好的性能，普遍应用于各种工业领域，包括像机床、汽车、船舶、航空航天等领域。就是因为齿轮及其传动应用的范围之广，所以齿轮的使用性能、各工艺参数、寿命和效率等一直以来都是们作为研究对象的重要内容，提升齿轮各方性能的关键在于制造，可以说齿轮的制造水平对工业发展和进步起直接影响。

齿轮传动的失效形式主要在其工作表面——齿面的损伤，再有就是不合理使用或使用时间过长导致的轮齿的折断。导致齿轮失效的因素深究起来在于材料的微观结构需要强化，因此研究如何通过强化齿轮工作面细化晶粒以提高齿轮的综合性能，使齿轮制造能够满足当前以及未来的要求，具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、方便操作、加工效率高、齿轮齿面强化效果好的超声辅助齿轮齿面滚压装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种超声辅助齿轮齿面滚压装置，包括底座、悬臂梁和超声加工系统，底座上设有立柱和位于立柱右侧的工件夹持系统，立柱右侧沿竖向设有滑轨，悬臂梁长度沿左右方向设置，悬臂梁左端与滑轨滑动连接，超声加工系统设置在悬臂梁右端部，立柱上设有用于驱动悬臂梁和超声加工系统沿滑轨上下移动的升降驱动机构，工件夹持系统位于超声加工系统下方，工件夹持系统上夹持有若干个待加工齿轮工件，待加工齿轮工件围绕超声加工系统的竖向中心线圆周阵列布置，超声加工系统同时对多个待加工齿轮工件进行齿面滚压作业。

工件夹持系统包括中心线竖向设置的三爪卡盘，三爪卡盘内部通过盘型螺纹传动连接有三个联动的卡爪，每个卡爪上部均固定连接有一个滑座，每个滑座上均设有一套构造相同的旋转阻尼式装夹机构。

旋转阻尼式装夹机构包括台阶盲孔、悬臂座和安装轴，悬臂座为L型结构，悬臂座的长度方向沿三爪卡盘的径向方向布置，悬臂座下端水平设有连接板，连接板通过第一螺栓固定连接在滑座上表面，悬臂座上开设有上下通透的轴孔，轴孔内设有轴向开设伸缩槽的圆环套，悬臂座内开设有横截面呈L型的调节缝，调节缝的内侧竖向边沿与轴孔高度方向连通，调节缝的外侧竖向边沿与悬臂座外侧面贯通，悬臂座内螺纹连接有垂直穿过调节缝的调节螺钉；台阶盲孔顶部敞口，台阶盲孔开设在滑座上并位于轴孔正下方，安装轴垂直设置，安装轴穿设在圆环套内，安装轴下端通过第一轴承与台阶盲孔内壁转动连接，台阶盲孔上方的滑座表面通过第二螺栓连接有轴承压盖，安装轴上设有位于圆环套上方的环形支座，待加工齿轮工件设置在环形支座上，待加工齿轮工件的中心孔套装在安装轴上，加工齿轮工件的中心孔与安装轴外圆之间设有平键，安装轴上端部螺纹连接有压紧螺母，压紧螺母通过套在安装轴上的压盖与待加工齿轮工件顶部压接配合。

悬臂梁的右端部设有顶部敞口的安装槽，悬臂梁上在安装槽的底部开设有上下通透的安装孔，安装孔直径小于安装槽直径；

超声加工系统包括超声波发生器、驱动电机、驱动轴、安装筒、集流环支架、压电陶瓷换能器、变幅杆和工具齿轮，驱动电机安装在悬臂梁上，驱动电机的主轴垂直向下设置在安装槽内，驱动轴通过第二轴承转动连接在安装孔内，驱动轴上端通过第一联轴器与驱动电机的主轴下端传动连接，集流环支架位于悬臂梁下方并安装在驱动轴上，集流环支架外圆设有上下两个集流环，每个集流环外圆均滑动连接有碳刷，碳刷通过导线与超声波发生器连接，安装筒底部敞口，驱动轴下端穿过安装筒顶部中心并通过两个紧固螺母与安装筒顶部固定连接，变幅杆竖向设置且上粗下细，变幅杆外圆设有法兰盘，法兰盘通过螺钉固定连接在安装筒下端口，压电陶瓷换能器通过连接螺杆设置在变幅杆上端面，安装筒顶部开设有穿线孔，两个集流环分别通过穿过穿线孔的导线与压电陶瓷换能器连接，工具齿轮的中心孔通过沉头螺杆固定设在变幅杆下端；驱动轴、变幅杆、工具齿轮和三爪卡盘的中心线重合。

立柱下端左侧水平设有支板，支板通过第三螺栓固定设在底座上，支板上表面与立柱左侧设有三角形的肋板，立板上部左侧设有吊耳。

升降驱动机构包括升降电机、丝杠、滑动螺母、上固定座和下固定座，升降电机固定设置在立柱的上端右侧，升降电机的主轴垂直向下，丝杠竖向设置并与升降电机的主轴同轴线，上固定座固定设在滑轨上端处的立柱右侧，下固定座固定设在滑轨下端处的立柱右侧，丝杠上端部通过第三轴承转动连接在上固定座内，丝杠下端部通过第四轴承转动连接在下固定座内，滑动螺母固定设在悬臂梁的左端内部，丝杠穿过悬臂梁并与滑动螺母螺纹连接，升降驱动电机的主轴下端通过第二联轴器与丝杠上端传动连接。

采用上述技术方案，本发明的具体工作过程为：

三个待加工齿轮工件安装到三根安装轴上，并通过平键与安装轴传动连接，在安装轴上套上压盖，安装轴上端拧上压紧螺母，压紧螺母通过压盖将待加工齿轮工件与环形支座压接。然后启动升降电机，升降电机通过第二联轴器带动丝杠旋转，与丝杠螺纹连接的滑动螺母带动悬臂梁沿立柱右侧的滑轨向下移动，直到工具齿轮向下移动到与三个待加工齿轮工件同一高度时，升降电机停止，然后操控三爪卡盘，使三个卡爪向卡盘中心同步移动，三个悬臂座和待加工齿轮工件也随着卡爪项卡盘中心移动，直到工具齿轮同时与三个待加工齿轮工件啮合；接着启动驱动电机和超声波发生器，驱动电机通过第一联轴器带动驱动轴旋转，驱动轴带动安装筒旋转，安装筒通过法兰盘带动变幅杆（变幅杆为指数型节点固定式变幅杆）旋转，变幅杆带动下端的工具齿轮旋转，同时超声波发生器产生的超声信号通过碳刷传输给集流环，再由集流环传输给压电陶瓷换能器，压电陶瓷换能器带动变幅杆和工具齿轮产生超声振动，工具齿轮的旋转加上超声振动带动三个待加工齿轮工件同时旋转，实现对三个待加工齿轮工件同时超声滚压作业。

本发明具有以下有益效果：

（1）升降驱动机构采用电机驱动丝杠，丝杠带动与之螺纹连接的滑动螺母在丝杆上上下移动，从而带动悬臂梁以及其上的工件夹持系统沿着位滑轨移动，从而完成上下位置的调整

（2）三爪卡盘可在操作工人的操作下实现其上三个等分圆周角度处所装配的卡爪以及卡爪上的旋转阻尼式装夹机构实现三相联动，使得在工作状态时三等分圆周角度位置处的待加工齿轮工件同步向中心靠近，实现三个相同待加工齿轮工件的同时滚压加工，在非工作状态时，三等分圆周角度位置处待加工齿轮工件同步向远离中心方向运动，方便工件齿轮的拆卸及装夹。

（3）圆环套采用阻尼材料制成并且具有较好的韧性，其内部设置有装夹待加工齿轮工件用的安装轴；在悬臂座内设置调节缝，在垂直于调节缝所在的平面处设置调节螺钉，调节螺钉可通过其松紧程度调整调节缝的大小，从而改变轴孔的大小，再通过开设伸缩槽的圆环套的伸缩来调节安装轴之间的夹紧力，从而调整加工过程中待加工齿轮工件旋转的阻尼大小。

（4）立柱的左侧设置有肋板和吊耳，肋板用来增加其强度，吊耳用来方便吊装。

与现有常规齿轮加工技术相比，本发明提供的一种超声辅助齿轮齿面滚压装置，通过设置的超声加工系统，主要输出为扭振，同时与工具齿轮和待加工齿轮工件的对滚相结合，加之类三爪卡盘装置三个等分圆周角度位置布置的联动旋转阻尼式装夹机构，其所得综合效果是：本发明可一次性装夹三个相同的齿轮工件，实现三个齿轮工件的同时滚压加工，不仅缩短了准备时间，而且很大程度上提高了加工效率，降低了加工成本。本发明对齿轮工件的超声滚压加工，可以提高齿轮工件的综合使用性能。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1中超声加工系统的放大图；

图4是图1中旋转阻尼式装夹机构的放大图；

图5是图4中A-A剖视图。

具体实施方式

如图1-图5所示，本发明的一种超声辅助齿轮齿面滚压装置，包括底座1、悬臂梁2和超声加工系统3，底座1上设有立柱4和位于立柱4右侧的工件夹持系统，立柱4右侧沿竖向设有滑轨6，悬臂梁2长度沿左右方向设置，悬臂梁2左端与滑轨6滑动连接，超声加工系统3设置在悬臂梁2右端部，立柱4上设有用于驱动悬臂梁2和超声加工系统3沿滑轨6上下移动的升降驱动机构，工件夹持系统位于超声加工系统3下方，工件夹持系统上夹持有若干个待加工齿轮工件7，待加工齿轮工件7围绕超声加工系统3的竖向中心线圆周阵列布置，超声加工系统3同时对多个待加工齿轮工件7进行齿面滚压作业。

工件夹持系统包括中心线竖向设置的三爪卡盘8，三爪卡盘8内部通过盘型螺纹传动连接有三个联动的卡爪9，每个卡爪9上部均固定连接有一个滑座10，每个滑座10上均设有一套构造相同的旋转阻尼式装夹机构5。

旋转阻尼式装夹机构5包括台阶盲孔11、悬臂座12和安装轴13，悬臂座12为L型结构，悬臂座12的长度方向沿三爪卡盘8的径向方向布置，悬臂座12下端水平设有连接板14，连接板14通过第一螺栓15固定连接在滑座10上表面，悬臂座12上开设有上下通透的轴孔，轴孔内设有轴向开设伸缩槽的圆环套16，悬臂座12内开设有横截面呈L型的调节缝17，调节缝17的内侧竖向边沿与轴孔高度方向连通，调节缝17的外侧竖向边沿与悬臂座12外侧面贯通，悬臂座12内螺纹连接有垂直穿过调节缝17的调节螺钉18；台阶盲孔11顶部敞口，台阶盲孔11开设在滑座10上并位于轴孔正下方，安装轴13垂直设置，安装轴13穿设在圆环套16内，安装轴13下端通过第一轴承19与台阶盲孔11内壁转动连接，台阶盲孔11上方的滑座10表面通过第二螺栓20连接有轴承压盖21，安装轴13上设有位于圆环套16上方的环形支座22，待加工齿轮工件7设置在环形支座22上，待加工齿轮工件7的中心孔套装在安装轴13上，加工齿轮工件的中心孔与安装轴13外圆之间设有平键，安装轴13上端部螺纹连接有压紧螺母23，压紧螺母23通过套在安装轴13上的压盖24与待加工齿轮工件7顶部压接配合。

悬臂梁2的右端部设有顶部敞口的安装槽25，悬臂梁2上在安装槽25的底部开设有上下通透的安装孔，安装孔直径小于安装槽25直径；

超声加工系统3包括超声波发生器（图未示出，为常规技术）、驱动电机26、驱动轴27、安装筒28、集流环支架29、压电陶瓷换能器30、变幅杆31和工具齿轮32，驱动电机26安装在悬臂梁2上，驱动电机26的主轴垂直向下设置在安装槽25内，驱动轴27通过第二轴承33转动连接在安装孔内，驱动轴27上端通过第一联轴器34与驱动电机26的主轴下端传动连接，集流环支架29位于悬臂梁2下方并安装在驱动轴27上，集流环支架29外圆设有上下两个集流环35，每个集流环35外圆均滑动连接有碳刷36，碳刷36通过导线与超声波发生器连接，安装筒28底部敞口，驱动轴27下端穿过安装筒28顶部中心并通过两个紧固螺母37与安装筒28顶部固定连接，变幅杆31竖向设置且上粗下细，变幅杆31外圆设有法兰盘38，法兰盘38通过螺钉固定连接在安装筒28下端口，压电陶瓷换能器30通过连接螺杆39设置在变幅杆31上端面，安装筒28顶部开设有穿线孔40，两个集流环35分别通过穿过穿线孔40的导线与压电陶瓷换能器30连接，工具齿轮32的中心孔通过沉头螺杆固定设在变幅杆31下端；驱动轴27、变幅杆31、工具齿轮32和三爪卡盘8的中心线重合。

立柱4下端左侧水平设有支板41，支板41通过第三螺栓42固定设在底座1上，支板上表面与立柱4左侧设有三角形的肋板43，立板上部左侧设有吊耳44。

升降驱动机构包括升降电机45、丝杠46、滑动螺母、上固定座47和下固定座48，升降电机45固定设置在立柱4的上端右侧，升降电机45的主轴垂直向下，丝杠46竖向设置并与升降电机45的主轴同轴线，上固定座47固定设在滑轨6上端处的立柱4右侧，下固定座48固定设在滑轨6下端处的立柱4右侧，丝杠46上端部通过第三轴承49转动连接在上固定座47内，丝杠46下端部通过第四轴承50转动连接在下固定座48内，滑动螺母固定设在悬臂梁2的左端内部，丝杠46穿过悬臂梁2并与滑动螺母螺纹连接，升降驱动电机26的主轴下端通过第二联轴器51与丝杠46上端传动连接。

本发明的具体工作过程为：三个待加工齿轮工件7安装到三根安装轴13上，并通过平键与安装轴13传动连接，在安装轴13上套上压盖24，安装轴13上端拧上压紧螺母23，压紧螺母23通过压盖24将待加工齿轮工件7与环形支座22压接。然后启动升降电机45，升降电机45通过第二联轴器带动丝杠46旋转，与丝杠46螺纹连接的滑动螺母带动悬臂梁2沿立柱4右侧的滑轨6向下移动，直到工具齿轮32向下移动到与三个待加工齿轮工件7同一高度时，升降电机45停止，然后操控三爪卡盘8，使三个卡爪9向卡盘中心同步移动，三个悬臂座12和待加工齿轮工件7也随着卡爪9项卡盘中心移动，直到工具齿轮32同时与三个待加工齿轮工件7啮合；接着启动驱动电机26和超声波发生器，驱动电机26通过第一联轴器34带动驱动轴27旋转，驱动轴27带动安装筒28旋转，安装筒28通过法兰盘38带动变幅杆31（变幅杆31为指数型节点固定式变幅杆）旋转，变幅杆31带动下端的工具齿轮32旋转，同时超声波发生器产生的超声信号通过碳刷36传输给集流环35，再由集流环35传输给压电陶瓷换能器30，压电陶瓷换能器30带动变幅杆31和工具齿轮32产生超声振动，工具齿轮32的旋转加上超声振动带动三个待加工齿轮工件7同时旋转，实现对三个待加工齿轮工件7同时超声滚压作业。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。