一种撞针式齿轮超声喷丸强化装置制造方法及图纸

一种撞针式齿轮超声喷丸强化装置，包括超声振动装置与冲击机构，其特征在于，超声振动装置由超声波发生器、换能器、变幅杆和振动头组成，振动头工作端的截面形状为梯形，振动方式为轴向振动，冲击机构由壳体、上盖板、侧盖板、弹簧、弹簧支撑杆和撞针板组成，壳体与被加工齿轮配合的两侧轮廓形状为渐开线并且具有栅格式结构，振动头安装在壳体的型腔内，弹簧支撑杆与振动头接触，撞针板固定在弹簧支撑杆上，并且撞针板的工作表面设置有等间距分布的半球形凸点，本发明专利技术利用梯形的振动头与弹簧支撑杆配合，将轴向方向的运动转换为作用于被加工齿轮齿面方向的往复运动，有效解决了超声工具头与被加工齿轮齿面距离较远，难以达到理想加工效果的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种撞针式齿轮超声喷丸强化装置
本专利技术涉及零件表面强化设备
，特别是涉及一种用于直齿圆柱齿轮表面强化的撞针式超声喷丸装置。
技术介绍
齿轮是重要的机械基础件，其技术水平决定了整机的性能，成为制约装备发展的瓶颈。尤其在航空工业领域，航空齿轮传动过程中的齿面摩擦环境异常复杂，高速重载工况会导致齿轮摩擦界面的温度升高，润滑油膜难以形成，摩擦副容易发生点蚀、脱落和胶合等现象，剧烈的齿面摩擦磨损会降低齿轮传动效率、产生振动和噪声，威胁整个传动系统的运行安全。随着摩擦学研究的不断深入，大量试验研究表明，纳米材料能够表现出来有别于宏观材料的优异性能，表面梯度纳米晶化已被证明是提高材料磨损性能的有效方法。目前，表面梯度纳米结构的制备方法主要分为表面涂层或沉积、表面自纳米化、混合纳米化三种形式。由于齿轮结构的特殊性，齿轮表面纳米晶化主要采用表面涂层或沉积的方式，即利用涂覆或沉积的方法在齿轮基体表面镀上一层纳米结构涂层，但这种方式存在纳米表层与基体结合不紧密的缺点。超声喷丸技术是一种以大功率超声作为驱动能量，由超声换能器和变幅器驱动丸粒或撞针对被处理表面进行喷丸强化的表面自纳米化技术。目前，国内外学者已利用超声喷丸技术在铝合金、镍基合金、钛合金等不同金属表面制备出梯度纳米结构，除此之外，超声喷丸还能够在金属表面产生较深的残余压应力层和硬化层。因此，采用超声喷丸技术对齿轮表面进行纳米化来提高齿面的摩擦磨损性能，不仅克服了表面涂层或沉积方法引起的纳米表层与基体结合不紧密的缺点，而且，还可以有效提高齿轮的疲劳寿命。但是，由于现有的齿轮超声喷丸是通过平面工具头驱动丸粒对工件表面进行轰击，因此，超声喷丸工具头与零件表面的距离是关键，现有研究表明，对于纯钛板材，当超声喷丸距离大于12.5mm时，已不会产生明显的纳米晶复合层。对于大模数的齿轮，由于齿高较高，齿根到超声喷丸工具头的距离较远，很难达到理想的加工效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于大模数直齿圆柱齿轮表面强化的撞针式超声喷丸装置，用以解决现有的齿轮超声喷丸方法中超声喷丸工具头与被加工齿轮表面距离较远，难以达到理想加工效果的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，一种撞针式齿轮超声喷丸强化装置，包括超声振动装置与冲击机构，其特征在于，所述超声振动装置由超声波发生器、换能器、变幅杆和振动头组成，所述振动头工作端的截面形状为梯形，振动方式为轴向振动，所述冲击机构由壳体、上盖板、侧盖板、弹簧、弹簧支撑杆和撞针板组成，所述壳体与被加工齿轮配合的两侧轮廓形状为渐开线并且具有栅格式结构，栅板之间设置有阶梯型通孔和用于固定侧盖板的螺纹孔，侧盖板上设置有与螺纹孔配合的螺孔及可供弹簧支撑杆穿过的通孔，所述壳体内部设置有与振动头形状相同的型腔，振动头安装在壳体的型腔内，并可沿振动头的轴线做往复运动，所述弹簧支撑杆带有凸台的一端插入壳体的阶梯型通孔后与振动头接触，并可沿阶梯型通孔的轴线做往复运动，弹簧为压缩弹簧并套在弹簧支撑杆上，撞针板通过螺栓固定在弹簧支撑杆上，所述撞针板为块状结构，彼此相互独立并留有间隙，且撞针板的工作表面设置有等间距分布的半球形凸点，上盖板通过螺栓与壳体固定，初始状态时，撞针板与被加工齿轮齿面之间存在间隙。优选的，所述壳体两侧设置的阶梯型通孔轴线与渐开线轮廓垂直。优选的，所述弹簧支撑杆与振动头接触部分的形状为斜面，并且斜面的斜率与振动头工作面的斜率相等，可以保证弹簧支撑杆与振动头为面接触，减小振动头接触面的平均接触压力，从而减少振动头工作表面的磨损。优选的，所述振动头工作端的截面形状为等腰梯形。优选的，所述振动头的振幅范围为30~50微米，振动频率为20kHz~30kHz。优选的，所述撞针板工作表面上设置的半球形凸点直径为1~3mm。优选的，所述撞针板工作表面与被加工齿轮表面的间隙为3~5mm。本专利技术的有益效果是，利用梯形的振动头与弹簧支撑杆配合，将轴向方向的运动转换为作用于被加工齿轮齿面方向的往复运动，有效解决了超声工具头与被加工齿轮齿面距离较远，难以达到理想加工效果的问题。当壳体两侧设置的阶梯型通孔轴线与渐开线轮廓垂直时，可以保证撞针板上的凸点垂直冲击到齿轮表面，取得更好的超声喷丸效果；另一方面，由于被加工齿轮参数众多，而超声振动装置的振型和振动频率与超声变辐杆及振动头的形状密切相关，因此，利用梯形的振动头与弹簧支撑杆的配合，针对不同参数的被加工齿轮，只需要设计与之匹配的冲击结构即可，提高了超声喷丸装置的通用性，降低了企业的使用成本。除此之外，由于被加工齿面为曲面，为了保证撞针块能够自由的沿弹簧支撑杆的轴线进行往复运动，避免卡死，壳体与齿面配合的两侧设置为栅格式结构，在栅格之间放置块状的撞针块，撞针块彼此相互独立并留有间隙，这种结构也便于对磨损的撞针块进行更换；并且，如果只需要对齿轮进行局部喷丸强化，则可以去除其余部分的撞针板，实现对齿轮表面进行局部强化。附图说明图1为本专利技术整体装配示意图。图2为本专利技术冲击机构装配示意图。图3为超声振动装置连接示意图。图4为本专利技术壳体三维结构示意图。图5为本专利技术壳体阶梯型通孔位置剖面图。图6为本专利技术侧盖板结构示意图。图7为本专利技术弹簧支撑杆结构示意图。图8为本专利技术振动头结构示意图。图9为本专利技术撞针板结构示意图。图中标记：1-振动头；2-上盖板；3-壳体；301-螺纹孔；302-阶梯型通孔；303-栅板；4-弹簧支撑杆；401-凸台；5-弹簧；6-侧盖板；601-通孔；602-螺孔；7-撞针板；8-变幅杆；9-换能器；10-超声波发生器。具体实施方案实施例1，下面根据具体实施例对本专利技术作进一步说明，参见图1~图9，一种撞针式齿轮超声喷丸强化装置，包括超声振动装置与冲击机构，其特征在于，所述超声振动装置由超声波发生器10、换能器9、变幅杆8和振动头1组成，所述振动头1工作端的截面形状为等腰梯形，振动方式为轴向振动，振动头1的振幅为30微米，振动频率为20kHz，所述冲击机构由壳体3、上盖板2、侧盖板6、弹簧5、弹簧支撑杆4和撞针板7组成，壳体3与被加工齿轮配合的两侧轮廓形状为渐开线并且具有栅格式结构，栅板303之间设置有阶梯型通孔302和用于固定侧盖板6的螺纹孔301，阶梯型通孔302的轴线与渐开线轮廓垂直，侧盖板6上设置有与螺纹孔301配合的螺孔602及可供弹簧支撑杆4穿过的通孔601，壳体3内部设置有与振动头1形状相同的型腔，振动头1安装在壳体3的型腔内，并可沿振动头1的轴线做往复运动，弹簧支撑杆4带有凸台401的一端插入壳体3的阶梯型通孔302后与振动头1接触，并可沿阶梯型通孔302的轴线做往复运动，弹簧支撑杆4与振动头1接触部分的形状为斜面，并且斜面的斜率与振动头1工作面的斜率相等，弹簧5套在弹簧支撑杆4上，弹簧5为压缩弹簧，撞针板7通过螺栓固定在弹簧支撑杆4上，所述撞针板7为块状结构，彼此相互独立并留有间隙，并且撞针板7的工作表面设置有等间距分布的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种撞针式齿轮超声喷丸强化装置，包括超声振动装置与冲击机构，其特征在于，所述超声振动装置由超声波发生器（10）、换能器（9）、变幅杆（8）和振动头（1）组成，所述振动头（1）工作端的截面形状为梯形，振动方式为轴向振动，所述冲击机构由壳体（3）、上盖板（2）、侧盖板（6）、弹簧（5）、弹簧支撑杆（4）和撞针板（7）组成，所述壳体（3）与被加工齿轮配合的两侧轮廓形状为渐开线并且具有栅格式结构，栅板（303）之间设置有阶梯型通孔（302）和用于固定侧盖板（6）的螺纹孔（301），侧盖板（6）上设置有与螺纹孔（301）配合的螺孔（602）及可供弹簧支撑杆（4）穿过的通孔（601），所述壳体（3）内部设置有与振动头（1）形状相同的型腔，振动头（1）安装在壳体（3）的型腔内，并可沿振动头（1）的轴线做往复运动，所述弹簧支撑杆（4）带有凸台（401）的一端插入壳体（3）的阶梯型通孔（302）后与振动头（1）接触，并可沿阶梯型通孔（302）的轴线做往复运动，弹簧（5）为压缩弹簧并套在弹簧支撑杆（4）上，撞针板（7）通过螺栓固定在弹簧支撑杆（4）上，所述撞针板（7）为块状结构，彼此相互独立并留有间隙，并且撞针板（7）的工作表面设置有等间距分布的半球形凸点，上盖板（2）通过螺栓与壳体（3）固定，初始状态时，撞针板（7）与被加工齿轮齿面之间存在间隙。/n...

【技术特征摘要】
1.一种撞针式齿轮超声喷丸强化装置，包括超声振动装置与冲击机构，其特征在于，所述超声振动装置由超声波发生器（10）、换能器（9）、变幅杆（8）和振动头（1）组成，所述振动头（1）工作端的截面形状为梯形，振动方式为轴向振动，所述冲击机构由壳体（3）、上盖板（2）、侧盖板（6）、弹簧（5）、弹簧支撑杆（4）和撞针板（7）组成，所述壳体（3）与被加工齿轮配合的两侧轮廓形状为渐开线并且具有栅格式结构，栅板（303）之间设置有阶梯型通孔（302）和用于固定侧盖板（6）的螺纹孔（301），侧盖板（6）上设置有与螺纹孔（301）配合的螺孔（602）及可供弹簧支撑杆（4）穿过的通孔（601），所述壳体（3）内部设置有与振动头（1）形状相同的型腔，振动头（1）安装在壳体（3）的型腔内，并可沿振动头（1）的轴线做往复运动，所述弹簧支撑杆（4）带有凸台（401）的一端插入壳体（3）的阶梯型通孔（302）后与振动头（1）接触，并可沿阶梯型通孔（302）的轴线做往复运动，弹簧（5）为压缩弹簧并套在弹簧支撑杆（4）上，撞针板（7）通过螺栓固定在弹簧支撑杆（4）上，所述撞针板（7）为块状结构，彼此相互独立并留有间隙，并且撞针板（7）的工作表面设置有等间距...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海锋，杨吉鑫，胡宁，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43