[发明专利]一种弹丸式齿轮超声喷丸强化装置

说明书

一种弹丸式齿轮超声喷丸强化装置，包括超声振动装置与弹丸冲击机构，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，振动方式为径向振动，弹丸冲击机构由壳体、上盖板、内挡板、外挡板和弹丸组成，壳体内部设置有与振动头形状相同的型腔，壳体与被加工齿轮配合的两侧轮廓形状为渐开线，壳体两侧设置有蜂窝状的正六边形弹道，弹道靠近振动头的一端设置有内挡板槽，靠近被加工齿轮的一端设置有外挡板槽，每个弹道内装有一颗弹丸，本发明利用振动头产生的径向振动，驱动弹丸在弹道内运动，冲击齿轮表面，实现超声喷丸，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。

技术领域

本发明涉及零件表面强化设备技术领域，特别是涉及一种用于直齿圆柱齿轮表面强化的弹丸式超声喷丸装置。

背景技术

齿轮以其可靠、稳定的传动性能在机械传动与动力系统的得到了广泛的应用。齿面磨损是齿轮传动系统中最为常见的故障之一，磨损通常发生在润滑不良、工况恶劣等条件下，磨损会导致齿轮的振动和噪声增加，严重时会导致齿轮其他故障的发生，比如点蚀、齿面剥落甚至断齿，不仅降低了传动系统的精度，同时也带来了巨大的经济损失。

喷丸强化是一种用来提高金属零件疲劳强度的机械表面冷加工方法，加工过程在室温下进行，单颗弹丸与工件撞击接触时间短，产生的热能少，能够克服传统热处理强化过程中高温对齿轮产生的影响。齿轮喷丸强化时，球形弹丸高速撞击零件表面使之产生弹塑性变形，形成残余压应力层，并使表面形变强化，从而提高了金属的抗疲劳性能。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。与普通喷丸相比，超声喷丸能够细化工件表面的晶粒尺寸，在材料表层形成纳米晶层，进一步提高零件的摩擦磨损性能。但是，现有的超声喷丸技术都是采用平面的工具头驱动弹丸撞击工件，由于齿槽深度方向较深，而宽度较窄，工具头很难深入齿槽中，而如果把工具头设置在齿顶位置，弹丸又很难对齿根位置进行有效撞击。发明人陈海锋等公开了一种用于圆柱齿轮表面强化的超声喷丸装置（申请号：202010602661.7），采用形状为变位内齿圈的超声工具头与带喷丸齿轮配合，解决了齿槽深度较深，弹丸无法对靠近齿根部分的齿面进行有效撞击，超声喷丸效果不佳的问题。但是由于超声振动的幅值与工具头的形状及尺寸密切相关，当工具头的尺寸较大时，将很难产生超声振动，因此，这种方法只适用于小模数的齿轮，对于大模数齿轮的问题依然没有得到解决。

发明内容

本发明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弹丸式超声喷丸装置，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，本发明采用以下技术方案，一种弹丸式齿轮超声喷丸强化装置，包括超声振动装置与弹丸冲击机构，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，振动方式为径向振动，所述弹丸冲击机构由壳体、上盖板、内挡板、外挡板和弹丸组成，所述壳体内部设置有与振动头形状相同的型腔，振动头与壳体的型腔为间隙配合，并且间隙小于弹丸的半径，所述壳体与被加工齿轮配合的两侧轮廓形状为渐开线，壳体的两侧轮廓与被加工齿轮之间存在间隙，并且间隙小于弹丸的半径，壳体两侧设置有蜂窝状的正六边形弹道，弹道的轴线与水平面存在倾角，弹道靠近振动头的一端设置有内挡板槽，靠近被加工齿轮的一端设置有外挡板槽，所述内挡板槽和外挡板槽的宽度小于弹丸的半径，超声喷丸开始前，将内挡板插入内挡板槽中，在每个弹道内装入一颗弹丸后，将外挡板插入外挡板槽中，振动头与被加工齿轮安装好后，将外挡板与内挡板抽出，上盖板通过螺栓与壳体固定。

优选的，所述弹道的轴线与水平面存在的倾角角度为10~15度。

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，所述弹丸的半径为1~3mm。