齿轮超声磨削装置的制作方法

本实用新型涉及一种齿轮精密加工设备，特别是涉及一种齿轮超声磨削装置。

背景技术：
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齿轮在传递运动和动力的系统中起着决定性作用，目前，高速运载、航空航天、新能源等高端装备的高速发展对齿轮的需求越来越大，由于其齿轮长期在高转速/重载荷、高/低温和雨水/污水腐蚀的条件下工作，同时承受着线路产生的轮轨冲击载荷、列车启动加速和制动减速所引起的交变载荷作用，因此对齿轮的服役性能和使用周期提出更高甚至是苛刻的要求。因此，如何制造复杂工况下服役的高性能、长寿命齿轮已成为机械装备创新和高端装备制造业发展面临的重要挑战。

齿轮超声精密加工技术是基于超声振动理论与先进制造技术，实现二者的结合，随着超声加工技术日渐完善，大功率超声发生器、换能器的成熟产品投向市场，为齿轮超声精密加工的实现提供了物质保障。由于齿轮磨削过程相对复杂，针对超声齿轮磨削装置的设计鲜有报道。

技术实现要素：
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本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、延长砂轮寿命、提高齿轮加工精度且提高齿轮抗疲劳能力的齿轮超声磨削装置。

本实用新型的技术方案是：

一种齿轮超声磨削装置，包括回转空心轴和固定底座，所述固定底座上部设置有贯通孔，所述回转空心轴套装在所述贯通孔中，所述回转空心轴与固定底座之间设置有角接触轴承，二者转动式连接，并且，所述回转空心轴的一端与变幅杆的连接法兰固定连接，所述变幅杆的小端固定齿轮工件，所述变幅杆的大端位于所述回转空心轴内，所述变幅杆的大端依次与传振杆、压电陶瓷片和电极片固定连接，所述压电陶瓷片和电极片通过电传导机构与超声波发生器连接；所述回转空心轴的另一端与回转分度装置连接，或者，所述回转空心轴的另一端与变频电机连接。

所述电传导机构包括电刷和导电铜环，所述回转空心轴的圆柱外表面上间隔设置两个环形凹槽，每一所述环形凹槽内均设置一个橡胶套，每一所述橡胶套的外表面设置一个所述导电铜环，贯穿所述环形凹槽的底部设置两个穿线孔，所述贯通孔的孔壁设置两个电刷孔，每一所述电刷孔内设置一个所述电刷，两个所述电刷的内端分别与两个所述导电铜环滑动式接触，两个所述电刷的外端通过连接线与超声波发生器连接，所述压电陶瓷片和电极片通过导线分别与两个所述导电铜环连接。

或者，所述电传导机构包括内线圈盘和外线圈盘，所述回转空心轴的圆柱外表面上设置一个内铝盘座，所述内铝盘座内设置有所述内线圈盘，环绕所述内铝盘座设置有外铝盘座，二者相对设置，所述外铝盘座固定在所述固定底座上，所述外铝盘座上设置有所述外线圈盘，贯穿所述回转空心轴设置两个穿线孔，所述外线圈盘通过连接线与超声波发生器连接，所述压电陶瓷片通过导线和穿线孔与所述内线圈盘连接。

所述外铝盘座的外圈与所述固定底座的左端通过螺纹连接,所述内铝盘座通过螺钉固定在所述回转空心轴上，所述外铝盘的下端面开设有下端敞口的外环形凹槽,所述内铝盘座上端面开设有上端敞口的内环形凹槽，所述外线圈盘设置在所述外环形凹槽内,所述内线圈盘设置在所述内环形凹槽内,所述外线圈盘和内线圈盘上下对应设置。

所述外铝盘座的侧部设有与所述外线圈盘电连接的第一航空接口,所述第一航空接口连接线与所述超声波发生器连接。所述变幅杆的大端通过双头螺栓与所述传振杆的外端连接，所述压电陶瓷片和电极片交替间隔设置并通过连接螺栓固定在所述传振杆的内端。

所述固定底座上设置有轴承凹槽，所述回转空心轴上设置有轴肩，所述角接触轴承设置在所述轴承凹槽内，所述角接触轴承外部设置有轴承端盖，所述轴承端盖通过连接螺栓固定在所述固定底座上，并且，所述轴承端盖的内环面上设置有毡圈油封，所述毡圈油封与所述回转空心轴紧密接触。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型将齿轮超声振动与齿轮成形磨削工艺相结合，实现齿轮的超声磨削，可以延长砂轮的使用寿命、降低齿面的粗糙度、提高齿轮的加工精度、改善齿面的微观形貌，从而提高齿轮的抗疲劳能力。

2、本实用新型通过导电铜环和电刷来传递电能，既不影响变幅器的转动，又能保持电能的顺利传输，并且，导电铜环设置在橡胶套的凹槽内，具有一定的弹性，提高导电铜环与电刷接触的紧密型。

3、本实用新型回转空心轴与固定底座之间设置角接触轴承，提高转动的灵活性，提高工作效率，并且，轴承外设置有端盖和毡圈油封，防止尘物进入，延长轴承寿命。

4、本实用新型采用无线传输，通过外线圈盘和内线圈盘来实现电能传输，既不影响变幅器的转动，又能保持电能的顺利传输，并且，采用旋转式结构，降低加工难度同时提高传输的稳定性。

5、本实用新型回转空心轴的一端既可以与回转分度装置连接，又可以与变频电机连接，适用范围广。

6、本实用新型设计合理，传振杆和变幅杆之间通过双头螺栓连接，占用空间小，结构紧凑，保证磨削的质量，易于推广实施，具有良好的经济效益。

附图说明：

图1为齿轮超声磨削装置的结构示意图之一；

图2为图1中固定底座的结构示意图；

图3为图1所示回转空心轴的结构平示意图；

图4为图3所示回转空心轴的俯视图；

图5为齿轮超声磨削装置的结构示意图之二；

图6为齿轮超声磨削装置的结构示意图之三；

图7为图5中固定底座的结构示意图；

图8为图5所示回转空心轴的结构平示意图；

图9为图8所示回转空心轴的俯视图。

具体实施方式：

实施例一：参见图1-图4，图中，1-手柄，2-回转分度装置，3-回转空心轴，4-橡胶套，5-导电铜环，6-第一导线，7-角接触轴承，8-连接螺栓，9-轴承端盖，10-毡圈油封，11-螺钉，12-双头螺栓，13-变幅杆，14-齿轮工件，15-锁紧螺母，16-传振杆，17-压电陶瓷片，18-第二导线，19-电刷，20-固定底座，21-第二连接线，22-第一连接线，23-超声波发生器，24-连接螺栓，201-U型槽，202-轴承凹槽，203-螺纹孔，204-电刷孔，301-螺纹孔，302-轴肩，303-凹槽，304-穿线孔。

齿轮超声磨削装置的固定底座20设置两个U型槽201与工作台相连接，固定底座20的基体上设置用于固定轴承的凹槽202，固定底座20的右端面开设沿圆周每60°均布的螺纹孔203，在右端开设安装电刷19的槽204。

齿轮工件回转系统和超声振动系统通过连接装置，形成一体，实现齿轮工件的回转，同时实现齿轮的振动。齿轮工件回转系统由齿轮回转分度装置2、回转空心轴3组成。齿轮回转分度装置2采用市场成熟的分度装置；回转空心轴3底部沿圆周均布3个U型槽，使用连接螺栓与齿轮回转分度装置2紧固连接，在回转空心轴与法兰变幅杆相连接的断面沿圆周每60°均布的螺纹孔301，在回转空心轴3上设置定位角接触球轴承7的轴肩302，回转空心轴3上开设用于固定橡胶套4和导电铜环5的凹槽303和用于穿线的孔304；

外支撑固定系统包括齿轮回转分度装置2、固定底座20、角接触球轴承7、轴承端盖9和毡圈油封10，角接触球轴承7的内圈安装在齿轮回转空心轴3的轴承定位台阶301上，角接触球轴承7的外圈安装在固定底座的凹槽202内，轴承端盖9通过螺钉11固定在固定底座20的螺纹孔203内，毡圈油封10安装在轴承端盖9与齿轮工件回转空心轴3之间。

超声波电源传输系统包括超声波发生器23、橡胶套4、导电铜环5、电刷19，两个橡胶套4安装在回转空心轴3的凹槽303内，导电铜环5安装在橡胶套的凹槽内，两个电刷19通过固定底座20上的孔204与导电铜环5接触，第一导线6和第二导线18分别与压电陶瓷片17和导电铜环5相连，实现超声电能的传输。

超声磨齿时，启动超声波发生器23的电源开关，压电陶瓷片17将超声电信号转换成机械振动，进而传递给传振杆16，经变幅杆13传到齿轮工件14上，实现齿轮的纵向振动,采用成形砂轮对齿轮进行磨齿加工，加工完成后手持手柄1旋转齿轮回转分度装置2，进入下一个齿的磨削。

实施例二：参见图5、图7-图9，1-手柄，2-回转分度装置，3-回转空心轴， 9-角接触轴承，10-连接螺栓，11-轴承端盖，12-毡圈油封，13-连接螺栓，14-双头螺栓，15-变幅杆，16-齿轮工件，17-锁紧螺母，18-传振杆，19-压电陶瓷片，20-导线，21-固定底座，22-连接线，23-超声波发生器，24-连接螺栓，34-固定螺栓，35-外铝盘座，36-外线圈盘，37-内线圈盘，38-内铝盘座，201-U型槽，202-轴承凹槽，203-螺纹孔，205-铝盘孔，301-螺栓孔，302-定位台阶，305-穿线孔，306-螺纹孔。

齿轮超声磨削装置由固定底座、齿轮工件回转系统、超声振动系统、外部支撑固定系统和超声波电源组成。固定底座20底部设置两个U型槽201与工作台相连接，固定底座20的右端面开设沿圆周每60°均布的螺纹孔203，固定底座20的基体上设置用于固定角接触球轴承的凹槽202，在与外铝盘相结合的面攻内螺纹。

齿轮工件回转系统和超声振动系统通过连接装置，形成一体，实现齿轮工件的回转，同时实现齿轮的振动。齿轮工件回转及超声振动系统包括齿轮回转分度装置、回转空心轴、换能器、变幅杆和齿轮工件，在回转装置与变幅杆法兰结合的断面开沿圆周每60°均布的螺纹孔，在安装内铝盘座的位置开两个孔，在铝盘座的位置开沿圆周均布的4个螺纹孔，回转空心轴的底部沿圆周均布3个U型槽，与回转分度装置相连接。

外部支撑固定系统包括齿轮回转分度装置2、固定底座20、角接触球轴承9、轴承端盖11和毡圈油封12，角接触球轴承9的内圈安装在齿轮回转空心轴的轴承定位台阶302上，角接触球轴承9的外圈安装在固定底座的凹槽202内，轴承端盖11通过螺钉10固定在固定底座20的螺纹孔203，毡圈油封12安装在轴承端盖11与回转空心轴3之间。

超声波电源传输系统包括超声波发生器23、外铝盘座35、外线圈盘36、内线圈盘37和内铝盘座38,外铝盘座35外圈与固定底座左端通过螺纹连接,内铝盘座38通过螺钉固定在齿轮工件回转空心轴上。在外铝盘座35的下端面开设有下端敞口的外环形凹槽,内铝盘座38上端面开设有上端敞口的内环形凹槽。外线圈盘36设置在外环形凹槽内,内线圈盘37设置在内环形凹槽内,外线圈盘36和内线圈盘37上下对应设置。

外铝盘座35的侧部设有与外线圈盘36连接的第一航空接口,第一航空接口连接线与超声波发生器23连接；齿轮工件回转装置上设有穿线孔305,导线穿过穿线孔305的两端分别与内线圈盘36和压电陶瓷片17连接。

超声磨齿时，启动超声波发生器23的电源开关，换能器将超声电信号转换成机械振动，进而传递给传振杆18，经变幅杆15传到齿轮工件16上，实现齿轮的纵向振动,采用成形砂轮对齿轮进行磨齿加工，加工完成后手持手柄1旋转齿轮回转分度装置2，进入下一个齿的磨削。

实施例三：参见图6，图中，25-变频电机，26-连接板，27-电机法兰盘，28-固定法兰，本实施例与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同之处在于：回转空心轴3的一端与固定法兰连接，变频电机25的输出轴与电机法兰盘通过键连接，所述电机法兰盘通过连接螺栓与固定法兰连接。

在变频电机25的驱动下高速旋转，适用于圆盘类或圆柱类齿轮工件外圆的精密磨削；通过调整变频电机25改变圆盘类或圆柱类工件16的旋转速度，实现对圆盘类或圆柱类齿轮工件外圆的精密磨削。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。