一种接收电磁力的冲头

摘要

本发明公开了一种接收电磁力的冲头，用于冲击齿轮的齿根的表面，所述冲头(3)设置在底座(21)上，且能相对于所述底座(21)往复移动；所述冲头(3)与待加工齿轮(5)的齿槽相对，且能在脉冲磁场的作用下冲击所述待加工齿轮(5)的齿根；所述冲头(3)包括铜驱动片、中间金属件和冲头本体，所述中间金属件连接所述铜驱动片和所述冲头本体，所述铜驱动片靠近用于产生所述脉冲磁场的线圈(22)。这种结构的冲头，铜驱动片能够在线圈加载变化磁场时产生涡流，涡流在磁场中受到极大的电磁力，进而驱动冲头本体的运动。

权利要求

1.一种接收电磁力的冲头，用于冲击齿轮的齿根的表面，其特征在于，冲头(3)设置在底座(21)上，且能相对于所述底座(21)往复移动；所述底座(21)包括第一部(211)和第二部(212)，所述第二部(212)铰接于所述第一部(211)，且与所述冲头(3)相连，所述第二部(212)带动冲头(3)沿待加工齿轮(5)的周向摆动，所述冲头(3)与所述待加工齿轮(5)的齿槽相对，且能在脉冲磁场的作用下冲击所述待加工齿轮(5)的齿根；所述冲头(3)包括铜驱动片、中间金属件和冲头本体，所述中间金属件连接所述铜驱动片和所述冲头本体，所述铜驱动片靠近用于产生所述脉冲磁场的线圈(22)。

2.根据权利要求1所述的冲头，其特征在于，所述铜驱动片、所述中间金属件与所述冲头本体通过螺栓固定。

说明书

一种接收电磁力的冲头

技术领域

[0001] 本发明涉及齿轮强化处理技术领域，尤其涉及一种接收电磁力的冲头。

背景技术

[0002] 为了提高齿轮的弯曲疲劳强度来延长齿轮的弯曲疲劳寿命，目前，通常采用表面处理的方式向齿轮的齿根引入残余压应力层。施加于齿根表面的残余压应力层被认为能够与齿轮工作时所产生的拉应力产生相互作用，从而减小齿根表面的应力幅，将使得最大等效应力的位置向齿轮的内部移动，最终能够抑制齿根表面的裂纹产生及扩展。

[0003] 目前，多种齿轮表面强化技术能够实现残余压应力层的引入，按照强化机理进行分类可以分为相变强化、化学强化和机械强化。其中，相变强化与化学强化均涉及较为复杂的热处理过程，热处理会带来较大的形变及较差的表面精度，而且相变强化与化学强化的处理过程较为复杂而且效果有限。

[0004] 机械强化主要是喷丸强化，喷丸强化是最为广泛使用的齿轮表面强化技术。喷丸强化利用高速弹丸来冲击齿根表面，通过弹丸的冲击力来引发齿根表面的塑形变形，进而引入残余应力层。在喷丸的原理基础上，发展出了超声喷丸、激光喷丸等表面喷丸强化技术。超声喷丸是通过超声振动装置来为弹丸提供机械能，少量的弹丸在装置中反复撞击、回弹，将超声振动的能量传递到齿根表面，形成塑形变形与残余应力层。激光喷丸则是在齿轮表面涂以特殊涂层，通过激光诱导的方式使得部分涂层汽化膨胀，产生巨大的冲击力来冲击齿根表面，最终引入残余应力层。

[0005] 喷丸强化工艺是对齿轮全部齿(包括端面、齿面、齿根)进行冲击强化，由于齿根的几何形状复杂，空间狭小，但是超声喷丸较难在上述环境中实施强化处理，因此，超声喷丸不适用与齿根环境，对于齿根强化的针对性不强，效率偏低。激光喷丸的单位时间能够处理的待加工表面的面积有限，相应的成本较高，难以应用到工业生产中。很显然，采用喷丸强化技术对齿根实施强化存在效果较差及效率较低的问题。

[0006] 随着技术进步，发现有一种效率较高、效果较为稳定、成本较为低廉、操作相对简单的齿根强化装置，可以使用大质量冲头来冲击齿根的表面强化方式，同时使用电磁场作为复合冲头的驱动来源，冲头接收在脉冲磁场产生的电磁力，在电磁力的作用下进而会往复移动，冲头的往复移动会冲击待加工齿轮的齿根，来引发齿根表面的塑形变形，进而引入残余应力层。

[0007] 但是这种方案在实现过程中，冲头如何更好地接收脉冲电磁场产生的电磁力，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

[0008] 本发明的第一个目的是提供一种接收电磁力的冲头，该冲头可以更好地接收脉冲电磁场产生的电磁力，以更高效地对齿根实施强化处理。

[0009] 本发明的第二个目的是提供一种具有上述冲头的齿根强化处理装置。为了实现上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

[0010] 一种接收电磁力的冲头，用于冲击齿轮的齿根的表面，所述冲头设置在底座上，且能相对于所述底座往复移动；所述冲头与待加工齿轮的齿槽相对，且能在脉冲磁场的作用下冲击所述待加工齿轮的齿根；所述冲头包括铜驱动片、中间金属件和冲头本体，所述中间金属件连接所述铜驱动片和所述冲头本体，所述铜驱动片靠近用于产生所述脉冲磁场的线圈。

[0011] 优选的，所述铜驱动片、所述中间金属件与所述冲头本体通过螺栓固定。

[0012] 这种结构的冲头，铜驱动片能够在线圈加载变化磁场时产生涡流，涡流在磁场中受到极大的电磁力，进而驱动冲头本体的运动。

[0013] 为了实现上述第二个目的，本发明提供如下技术方案：

[0014] 一种齿根强化处理装置，包括充放电控制系统、冲头驱动装置、冲头、定位装置和拨动装置；其中：

[0015] 所述冲头驱动装置包括底座和线圈；所述线圈设置在所述底座上，且与所述充放电控制系统相连，用于产生脉冲磁场；

[0016] 所述冲头设置在所述底座上，且能相对于所述底座往复移动；所述冲头与待加工齿轮的齿槽相对，且能在所述脉冲磁场的作用下冲击所述待加工齿轮的齿根；

[0017] 所述定位装置用于穿设在所述待加工齿轮的轴孔中，用于支撑所述待加工齿轮；

[0018] 所述拨动装置用于与所述待加工齿轮啮合，用于在所述冲头处于避让状态时拨动所述待加工齿轮绕所述定位装置转动。

[0019] 优选地，所述拨动装置为齿条驱动机构或齿轮驱动机构，所述齿条驱动机构的齿条或所述齿轮驱动机构的齿轮与所述待加工齿轮啮合。

[0020] 优选地，所述齿条驱动机构包括齿条和轨道，所述齿条与所述轨道滑动配合，所述齿条能沿所述轨道移动；所述轨道为十字形轨道。

[0021] 优选地，所述线圈的电线由铜线和碳纳米管绕制而成。

[0022] 优选地，所述底座包括第一部和第二部，所述第二部铰接于所述第一部，且与所述线圈和所述冲头均相连；所述第二部能带动所述冲头沿所述待加工齿轮的周向摆动。

[0023] 优选地，还包括设置于所述第二部上的限位装置，所述限位装置用于与所述冲头在所述冲头的尾部限位配合。

[0024] 优选地，还包括弹性件；所述弹性件设置在所述限位装置与所述冲头之间。

[0025] 优选地，还包括底座驱动装置，所述底座驱动装置用于驱动所述底座带动所述冲头在其避让状态与工作状态之间切换。

[0026] 本发明提供的齿根强化处理装置在工作的过程中，充放电控制系统向线圈充电，使得线圈带电产生脉冲磁场，冲头在脉冲磁场的作用下受到电磁力，进而会相对于底座往复移动，冲头的往复移动会产生冲击待加工齿轮的齿根。冲头存在工作状态下会连续冲击待加工齿轮进而向齿根引入残余应力层，起到加强齿根的目的。当冲头在某一状态下对应的齿槽中的齿根被加强完成之后，冲头回缩而进入避让状态，此时冲头从齿槽中退出，拨动装置工作会使得待加工齿轮转动，从而使得下一个齿槽与冲头相对应，冲头进入下一个冲击加强过程，直至将待加工齿轮的齿根加强完成。

[0027] 通过上述工作过程可以看出，本发明提供的齿根强化处理装置，在冲头驱动装置的作用下能连续冲击待加工齿轮的齿根，效率较高，同时效果较为稳定。

附图说明

[0028] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0029] 图1是本发明实施例提供的冲头的结构示意图，图1为俯视图；

[0030] 图2是本发明实施例提供的线圈的结构示意图；

[0031] 图3是本发明实施例提供的底座上弹簧的布置示意图。

具体实施方式

[0032] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

[0033] 请参考图1，本发明提供的一种接收电磁力的冲头，用于冲击齿轮的齿根的表面，所述冲头3设置在底座21上，且能相对于所述底座21往复移动；所述冲头3与待加工齿轮5的齿槽相对，且能在脉冲磁场的作用下冲击所述待加工齿轮5的齿根；所述冲头3包括铜驱动片、中间金属件和冲头本体，所述中间金属件连接所述铜驱动片和所述冲头本体，所述铜驱动片靠近用于产生所述脉冲磁场的线圈22。

[0034] 这种结构的冲头，铜驱动片能够在线圈加载变化磁场时产生涡流，涡流在磁场中受到极大的电磁力，进而驱动冲头本体的运动。

[0035] 上述三者之间可以通过螺栓连接。由于冲头本体是冲头3的主体部分，也是冲头3撞击齿根的部分，因此冲头本体需要具有较大的强度，较高的疲劳性能要求，而马氏体沉淀硬化不锈钢具有较高的强度(其屈服强度可达2.5Gpa以上)，具有优良的抗热疲劳性能和耐腐蚀性能。为此，冲头本体可以采用马氏体沉淀硬化不锈钢制成。

[0036] 请参考图1-图3，本发明实施例还提供一种用于对齿轮的齿根实施强化的装置。所提供的装置包括充放电控制系统1、冲头驱动装置2、冲头3、定位装置4和拔动装置。

[0037] 冲头驱动装置2的作用是驱动冲头3运动，冲头驱动装置2包括底座21和线圈22，线圈22设置在底座21上。如图2所示，线圈22通常为螺旋状线圈。本申请中，线圈22在充电状态下产生脉冲磁场，充放电控制系统1与线圈22相连，用于通过电路控制实现充电与放电，保证线圈22中不断产生大小约为10T，脉冲长度约为20ms的脉冲磁场。

[0038] 冲头3通常由高强度的材料制成，冲头3设置在底座21上，且能够相对于底座21往复移动，即两者之间形成移动副。冲头3与待加工齿轮5的齿槽相对，且能够在脉冲磁场的作用下冲击待加工齿轮5的齿根。

[0039] 定位装置用于穿设在待加工齿轮5的轴孔中，用于支撑待加工齿轮5。拨动装置用于拨动待加工齿轮5，能在冲头3处于避让状态时拨动待加工齿轮5绕定位装置转动。本申请中，定位装置通常为定位轴，拨动装置可以为齿条驱动机构6或齿轮驱动机构，齿条驱动机构6的齿条与齿轮驱动机构的齿轮与待加工齿轮5啮合，通过齿条的移动或齿轮驱动机构的齿轮转动来驱动待加工齿轮5转动，从而实现冲头3与待加工齿轮5的不同齿槽处于相对状态，进而为冲头3的后续冲击作准备。

[0040] 本发明实施例提供的装置在工作的过程中，充放电控制系统1向线圈22充电，使得线圈22带电产生脉冲磁场，冲头3在脉冲磁场的作用下受到电磁力而会相对于底座21往复移动，冲头3的往复移动会冲击待加工齿轮5的齿根。本申请中，冲头3存在避让状态与工作状态，工作状态下会连续冲击待加工齿轮5进而向齿根引入残余应力层，起到加强齿根的目的。当冲头3在某一状态下对应的齿槽中的齿根被加强完成之后，冲头3回缩而进入避让状态，此时冲头3从齿槽中退出，拨动装置会使得待加工齿轮5转动，从而使得下一个齿槽与冲头3相对应，冲头3进入下一个冲击加强过程，直至将待加工齿轮5的齿根加强完成，在加强工作的过程中，必要时，操作工人可以将待加工齿轮5从另一面装入定位装置，从而对靠近该面的齿根实施加强。

[0041] 通过上述工作过程可以看出，本发明实施例提供的用于对齿轮的根部实施强化的装置，在冲头驱动装置2的作用下能连续冲击待加工齿轮5的齿根，效率较高，同时效果较为稳定。本申请中的装置不会受齿根几何形状复杂、空间狭小的限制，可见，本发明实施例提供的装置能够解决目前采用喷丸技术对齿根实施强化处理存在的效率较低及效果较差的问题。

[0042] 请再次参考图1，一种具体的齿条驱动机构6，包括齿条61和轨道62，齿条61与轨道62滑动配合，齿条61能沿轨道62移动，从而实现齿条61位置的调节，最终使得齿条61处于与待加工齿轮5啮合的目的，齿条61与定位装置的共同作用，使得待加工齿轮5处于固定的位置，最终为后续的冲头3实施冲击作好准备。具体的，轨道62可以是十字形轨道，更加便于对齿条61位置的调节。

[0043] 线圈22在充放电控制系统1产生脉冲磁场，线圈22可以采用不同的金属导电材料绕制而成。优选的，线圈22采用铜线和碳纳米管双股线绕制而成。在形成脉冲磁场的过程中，线圈22之中会产生较大的电流，线圈22的产热量较大，线圈22之间的排斥力较大。碳纳米管具有良好的导电性与强度，而且产热量较小，因此能够减小线圈22的产热量，同时强度较高，能够较好地吸收线圈22之间产生的排斥力。但是，由于碳纳米管的材料制备困难，因此价格较为昂贵，为此，上述线圈22采用铜线与碳纳米管双股线绕制，不但能提高整个线圈22的散热性能及整体强度，同时还不会使得整个线圈22的制备成本太高，可见，上述线圈22的性价比较好。

[0044] 本申请中，冲头3通常为复合冲头，冲头3能够在线圈22加载变化时产生涡流，涡流使得冲头3在脉冲磁场中受到极大的电磁力，电磁力能驱动冲头3运动，达到冲击待加工齿轮5的齿根的目，最终实现强化处理工作。

[0045] 本发明实施例中，底座21可以包括第一部211和第二部212，第二部212铰接于第一部211，且与线圈22和所述冲头3均相连，第二部212能带动冲头3沿所述待加工齿轮5的周向摆动，进而使得冲头3能在齿根的一个区域内冲击，尽可能地在较大的区域内实施冲击加强处理。

[0046] 优选的，第二部212上设置有限位装置23，限位装置23用于与冲头3在冲头3的尾部限位配合，能够吸收冲头3处于回程时的运动，同时，线圈22可以布置在限位装置23上。更为优选的，本发明实施例提供的装置还可以包括弹性件，弹性件设置在限位装置23与冲头3之间，能够较好地起到缓冲作用，避免冲头3处于回程状态下对限位装置23产生的较大冲击。弹性件可以是弹簧24，也可以是橡胶弹性块。

[0047] 本发明实施例提供的装置还可以包括底座驱动装置7，底座驱动装置7用于驱动底座21带动冲头3在其避让状态与工作状态之间切换。底座驱动装置7可以是丝杠驱动机构。底座驱动装置7通常通过调整整个底座21的位置来间接调节冲头3在避让状态与工作状态之间切换。

[0048] 以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。