一种基于电磁力的齿轮径向预应力施加装置

本发明设计工装设备，特别涉及一种基于电磁力对齿轮施加径向预应力的膨胀装置。

背景技术：

0、技术背景

1、齿轮作为工业领域传动的关键零件，在航空、汽车和工程机械等领域应用广泛。这些领域对齿轮的性能及精度等方面要求较高，预应力加工作为终加工手段，对工件表面完整性具有重要影响。研究表明，预应力加工能够改善工件表面残余应力状态，更易获得粗糙度较小的表面，从而提高齿轮表面精度。为此，本专利发明了一种基于电磁力的齿轮径向预应力施加装置，可以方便快捷地施加预应力，从而提高加工精度。

2、已有的膨胀专利201810300628.1(手动涨紧机构)，其结构主要由夹具本体、膨胀螺柱、限位销、压板、盖板、涨紧滑块、紧定螺栓、定位台阶和限位滑槽组成；通过旋转膨胀螺柱向下移动从而挤压圆周方向的涨紧滑块，进而实现涨紧目的。但该过程需要通过对膨胀螺柱施加机械力带动涨紧滑块，操作不便。

3、已有的膨胀专利201210250896.x(一种缸套加工膨胀夹具)，其结构主要由金属筒、活塞杆、缸套、轴组成；通过活塞杆的推压，至使塑料材料的膨胀带动超薄金属筒膨胀，达到膨胀圆形内腔的目的。但该过程仍需要施加机械力推动活塞杆，操作不便。

4、因此，需要设计一种不需要人工施加机械力便可以施加预应力的装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于电磁力对齿轮施加径向预应力的膨胀装置，主要由磁片a、导线、铁芯、磁片固定板、铰支座、液压杆、环形固定器、中心固定块、弹簧、磁片b、磁片c、磁片d组成；该装置呈中心对称式分布(如图3所示)，在中心固定块的上下、左右面安装有4个铰支座、前后面上安装有2个环形固定器(如图5所示)；环形固定器中心安装缠绕导线的铁芯(如图4所示)；液压杆底端与中心固定块上的铰支座连接，顶端与磁片固定板上的铰支座连接，相邻两个液压杆呈“v”字型结构分布，共4对；环向一周的磁片通过磁片固定板连接，相邻的两个磁片固定板首尾安装有弹簧(如图2所示)。环形固定器和铰支座通过螺钉安装在中心固定块之上；液压杆的两端通过螺栓与铰支座链接；磁片固定板的端部圆柱开有凹槽，以便于对弹簧进行限位；磁片a和磁片d的内圆面是s极，外圆面是n极；磁片b和磁片c的内圆面是n极，外圆面是s极；缠绕在铁芯之上的导线缠绕方向一致，以便于产生与对应磁片相斥的磁场，从而使得4个磁片沿径向方向向外移动对齿轮施加预应力。

2、作为优选：中心固定块的绞支座和磁片固定板的绞支座有连接两根液压杆，每两根液压杆呈“v”字型分布(如图3)，在这总分布下，液压杆的运动可以更好地保持工件的稳定性；在磁片固定板的端部弹簧固定柱开有凹槽，凹槽的目的使得弹簧进行限位，稳定弹簧。

3、作为优选：两根相互垂直且成中心对称的铁芯为有槽铁芯(如图4和如图6)，以便于导线卷入布局整齐不出现导线随意走动，且可保证通电后两根铁芯产生的磁场大小一模一样，确保四块磁片受力相等且均匀；有槽铁芯表面周向是圆柱面，当有槽铁芯与中心固定块的环形固定器配合时(如图4所示)，有槽铁芯可确保与环形固定器内圆面稳定配合，可防止因摩擦或挤压作用而导致导线损坏或起皱影响装置使用效果。

4、与现有技术相比，本发明的原理是：根据电流的磁效应，对中心固定块上呈中心对称的带有导线铁芯(如图4所示)通电使得铁芯两端产生磁场，通过“同性相斥”的原理，在液压杆的活动及稳定效果下，径向推动四块环形磁片运动(如图2所示)，对齿轮或加工工件产生预应力的效果。

5、与已有技术相比，本发明的效果是：将四个磁片吸附在被加工齿轮的内孔上，通过对导线施加一定的大小电流，即可产生磁场，从而驱动四个磁片沿径向方向施加预应力。此工件利用简单电流磁效应的原理，且过程操作简便，容易上手，不需人力通过机械方式施加力，节省成本，也可以有效提高加工效率以及为加工工件提供较良好的精度。

技术特征：

1.一种基于电磁力的齿轮径向预应力施加装置，主要由磁片a(1)、导线(2)、铁芯(3)、磁片固定板(4)、铰支座(5)、液压杆(6)、环形固定器(7)、中心固定块(8)、弹簧(9)、磁片b(10)、磁片c(11)、磁片d(12)组成；所述中心固定块(8)的前后两个面上安装有环形固定器(7)，上、下、左、右四个面安装有铰支座(5)；其特征在于：铰支座(5)上安装有两个液压杆(6)，二者呈“v”字型夹角；液压杆(5)的顶端通过铰支座与磁片固定板(4)相连接；环形固定器(7)中心孔固定有铁芯(3)；两个铁芯呈直角分布；整个环向共有8个磁片固定板；每两个磁片固定板固定一个磁片a(1)、磁片b(10)、磁片c(11)、磁片d(12)；两个磁片固定板之间通过弹簧(9)连接；铁芯(3)上环绕用于产生磁场的导线(2)。

2.权利要求1所述的一种基于电磁力对齿轮径向预应力的施加装置，其特征在于:磁片a(1)、磁片b(10)、磁片c(11)、磁片d(12)沿圆柱环向对称分布，在通电铁芯(如下图1)产生磁场力的作用，当磁场力足够大，在液压杆(6)作用下，均匀推动磁片向外运动直至贴紧齿轮，此处通过控制输入电流的大小来施加均匀径向预应力。

3.根据权利要求1的铁芯，其特征在于：铁芯沿轴向方向有螺旋型凹槽，旋向方向为右旋；铁芯凹槽内部缠绕导线，当外界条件对螺旋导线通有一定大小的电流时，铁芯和导线就会构成一个通电螺线管，从而在铁芯上下两端产生相应的磁极，可根据调节输入电流的大小来调节预先想输入的预向力(磁力)。

4.根据权利要求1的磁片，其特征在于：a、b、c、d四个磁片呈扇形圆弧，其大小形状完全相同，其中磁片a和磁片d内圆面的磁极为s极，外圆面为n极；磁片b和磁片c内圆面的磁极为n极，外圆面为s极；根据四块磁片内外圆弧面所带磁性性质可确定权利要求2中通电电流的方向来满足通过“同性相斥”的磁性原理使得该装置产生径向预向力的效果。

5.根据权利要求1的磁片固定板，其特征在于：磁片固定板与磁片内圆面接触的一侧为弧面，用于和磁片配合，(如图7所示)磁片固定板最内侧有两个完全相同的弹簧固定柱，弹簧固定柱带有凹槽，其目的是为固定弹簧，更好的使得弹簧起到一定的力的作用及对弹簧进行限位使得更具稳定效果，磁片固定板另外垂直一侧则可起到绝缘的效果，可阻隔环向磁片间因磁性作用导致弹簧受到一定的损坏。

6.根据权利要求1的弹簧，其特征在于：当装置工作时，弹簧转变为拉伸弹簧，用于确保卸载预应力时，弹簧的拉力可以将环向四个磁片从齿轮内孔上剥离，同时在权利要求4的共同作用下可以更好保证相邻两块磁片不因磁性吸附而吸引在一起。

7.根据权利要求1的液压杆，其特征在于：每相邻两根液压杆呈“v”字型结构分布，它可确保四块磁片受力相等，用于磁片均匀受力沿液压杆伸缩方向移动来对齿轮内孔施加径向预应力，当电流作用减弱或者消失时，磁片均匀卸力，在权利要求5的共同作用下使得磁片回到最初的稳定状态。

8.根据权利要求1的绞支座，其特征在于：绞支座使权利要求6的液压杆进行单向限位，进一步确保液压杆之间保持“v”字型的结构，使工件运行时保持一定的稳定性；在绞支座与液压杆的连接作用以及中心固定块受力平衡的作用下，中心固定块被限位在中心位置。

技术总结
本发明设计了一种基于电磁力的径向预应力施加装置。该装置呈中心对称式分布，在中心固定块的上下、左右面安装有4个铰支座，前后面上安装有2个相互垂直的环形固定器；环形固定器中心安装有可缠绕导线的有槽铁芯；每相邻两根液压杆底端与中心固定块上的铰支座连接，顶端与磁片固定板上的铰支座连接，相邻两个液压杆呈“V”字型结构分布，共4对；环向一周的磁片通过磁片固定板连接，相邻的两个磁片固定板首尾安装有拉伸弹簧。该装置通过对铁芯上的导线施加一定大小的电流，使得铁芯两端产生磁场，根据“同性相斥”的磁性原理，将环向磁片均匀向外推动，磁片贴在被加工齿轮的内孔，从而达到在齿轮加工中施加径向预应力的目的。

技术研发人员：胡聪芳,候栋馨,袁涛,周乐洪,伍剑宇,刘祥环,朱海雄,岳岩
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6