多沖擊表面納米化及梯度結構加工裝置的制作方法

本發明涉及材料加工工程領域，特別是一種多沖擊表面納米化及梯度結構加工裝置。

背景技術：

材料的失效大多發生在材料表面，表面的結構性能直接影響材料的綜合服役性能。材料表面納米化可以顯著提高材料或其零部件表層的疲勞強度、耐磨性、硬度等，并以此提高材料整體的綜合性能和使用壽命。

材料表面納米化是近年出現的一項新技術，中國專利申請申請號：99122670.4公開了該發明借助超聲波換能器將硬質小球撞擊材料表面使其納米化，其不足之處為：單點撞擊，加工效率低，不適合加工平面。中國專利申請申請號：02109696.1，該發明公開了借助高壓液體帶動固液雙向射流轟擊金屬表面使之納米化，以及拋噴丸、滾壓等方式，但這些方法在細化材料表層晶粒的同時，也會提高零件表面粗糙度，因而大大限制了其應用。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種多沖擊表面納米化及梯度結構加工裝置。

本發明為一種多沖擊表面納米化及梯度結構加工裝置提供的技術方案是：

一種多沖擊表面納米化及梯度結構加工裝置，包括耐磨球、波紋傳動套、內傳動軸、外傳動套、單級行星變速器、驅動裝置和基座；

單級行星變速器行星輪架安裝在驅動裝置的輸出軸上；基座固定在驅動裝置的殼體上，單級行星變速器的齒圈的一端固定在基座上，外傳動套固定在行星變速器齒圈的另一端；內傳動軸安裝在行星變速器太陽輪的輸出軸上，所述的波紋傳動套固定在內傳動軸遠離驅動裝置的一端；所述的波紋傳動套隨內傳動軸同向旋轉；所述的驅動裝置主軸的旋轉運動通過行星輪架、行星輪及太陽輪的傳遞作用使內傳動軸產生同向旋轉運動，外傳動套不隨驅動裝置主軸作旋轉運動；

波紋傳動套遠離內傳動軸的端面為波紋面；所述的波紋面為均勻交替的凸面與凹面，耐磨球裝在外傳動套的軸向小孔內；當波紋面的凸面與耐磨球接觸，耐磨球伸出外傳動套并作用在待加工面上；當波紋面的凹面與耐磨球接觸，耐磨球被待加工面頂入外 傳動套內。

本發明還包括另一種多沖擊表面納米化及梯度結構加工裝置，該裝置包括耐磨球、波紋傳動套、內傳動軸、外傳動套、多級行星變速器、驅動裝置和基座；

多級行星變速器包括初級行星變速器與末級行星變速器；

初級行星變速器行星輪架安裝在驅動裝置的輸出軸上；基座固定在驅動裝置的殼體上，初級行星變速器的齒圈固定在基座上，外傳動套固定在末級行星變速器齒圈；末級行星變速器的太陽輪及內傳動軸安裝在其上一級太陽輪的輸出軸上，并繞該軸同速同向回轉，波紋傳動套固定在內傳動軸遠離驅動裝置的一端；驅動裝置主軸的旋轉運動使內傳動軸及外傳動套沿同一軸線作反向旋轉運動；

波紋傳動套遠離內傳動軸的端面為波紋面；所述的波紋面為均勻交替的凸面與凹面，耐磨球裝在外傳動套的軸向小孔內；耐磨球工作時，當波紋面的凸面與耐磨球接觸，耐磨球伸出外傳動套并作用在待加工面上；當波紋面的凹面與耐磨球接觸，耐磨球被待加工面頂入外傳動套內。

進一步的本發明采用的驅動裝置為液壓馬達、電動機、氣動馬達或機床主軸。

進一步的本發明中的多級行星變速器為兩級行星變速器。

進一步的本發明中的行星變速器與基座之間設有彈簧。

進一步的軸向小孔以外傳動套的軸心為圓心圓周分布。

進一步的波紋面為交替均勻的V型凸面與凹面。

進一步的軸向小孔內至少可軸向安置一個耐磨球。

本發明相對于現有技術相比具有一下顯著的優點：

1、本發明既可對工件局部也可對工件整體進行表面納米化處理該裝置可以制成能在車床、銑床、刨床、鏜床或磨床上裝夾的形式，并代替原來的車刀、銑刀、刨刀、鏜刀或磨具等對工件進行不去除材料的加工，使工件表面晶粒細化到納米量級，顯著的降低工件表面粗糙度。

2、本發明在傳統的加工工序后增加一道工序，顯著提高了生產效率，減少了設備投入，降低生產成本，改善工件表面性能以致整體性能。

3、本發明利用波紋傳動套與外傳動套的相對回轉運動，將波紋面的徑向旋轉運動轉換成耐磨球的軸向往復運動，使耐磨球不斷高頻撞擊工件表面，實現了使工件表面發生塑性變形、晶粒細化。

附圖說明

圖1是本發明采用多級行星變速器的結構示意圖，

圖2為本發明采用單級行星變速器的結構示意圖，

圖3為本發明裝置的底部的放大圖，

圖4為多級行星變速器的耐磨球撞擊加工件時的工作原理圖，

圖5為多級行星變速器的耐磨球復位時的工作原理圖。

其中，1—驅動裝置，2—基座，3—初級行星變速器，4—末級行星變速器，5—外傳動套，6—內傳動軸，7—波紋傳動套，8—耐磨球，9—多級行星變速器，10—單級行星變速器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。

實施例1

如圖1所示，本發明的機械驅動多沖擊表面納米化及梯度結構加工裝置，包括驅動裝置1、基座2、多級行星變速器9、外傳動套5、內傳動軸6、波紋傳動套7及耐磨球8組成，驅動裝置1采用液壓馬達，多級行星變速器9采用兩級行星變速器，包括初級行星變速器3和末級行星變速器4。

初級行星變速器3行星輪架安裝在驅動裝置1的輸出軸上；基座2固定在驅動裝置1的外殼上，初級行星變速器3的齒圈固定在基座2上，外傳動套5固定在末級行星變速器4齒圈；末級行星變速器4的太陽輪及內傳動軸6安裝在其上一級太陽輪的輸出軸上，并繞該軸同速同向回轉，波紋傳動套7固定在內傳動軸6遠離驅動裝置1的一端；驅動裝置1主軸的旋轉運動使內傳動軸6及外傳動套5沿同一軸線作反向旋轉運動；

所述的波紋傳動套7遠離內傳動軸6的端面為波紋面；所述的波紋面為均勻交替的凸面與凹面，耐磨球8裝在外傳動套7的軸向小孔內；耐磨球8工作時，當波紋面的凸面與耐磨球8接觸，耐磨球8伸出外傳動套7并作用在待加工面上；當波紋面的凹面與耐磨球8接觸，耐磨球8被待加工面頂入外傳動套7內，

進一步的基座2可以制成能方便在車床、銑床、刨床、鏜床磨床以及加工中心等加工設備上裝夾的形式。

進一步的本發明采用的驅動裝置1為液壓馬達、電動機、氣動馬達或機床主軸。

進一步的本發明中的行星變速器與基座2之間設有彈簧。

進一步的軸向小孔以外傳動套5的軸心為圓心圓周分布。

進一步的波紋面為交替均勻的V型凸面與凹面。

進一步的軸向小孔內至少可軸向安置一個耐磨球8。

工作時，給整套裝置施加一定的軸向力，使耐磨球8頂在待加工工件上。當驅動裝置的主軸正向回轉時，初級行星變速器3的行星架通過該級行星輪帶動太陽輪正向旋轉。初級行星變速器3的太陽輪的正向旋轉又帶動末級行星變速器4的太陽輪、內傳動軸6及波紋傳動套7正向旋轉，末級行星變速器4的太陽輪又通過末級行星變速器4的行星輪將旋轉運動傳遞到末級行星變速器4的齒圈，使末級行星變速器4的齒圈沿反向旋轉。

在波紋傳動套7的波紋面的作用下，耐磨球8發生軸向運動。當耐磨球8沿波紋傳動套7波紋面的凹面向凸面運動時，耐磨球撞擊待加工件表面，使加工表面發生塑性變形；當耐磨球8越過波紋面的凸面時，在待加工面的反作用力的作用下會沿波紋面向凹面滑移。波紋傳動套7的正向旋轉運動及外傳動軸6的反向旋轉運動使耐磨球不斷沿著波紋面作往復運動，高頻撞擊待加工件表面，使待加工件表面不斷發生塑性變形，晶粒逐漸細化到納米量級。

實施例2

如圖2所示該裝置包括耐磨球8、波紋傳動套7、內傳動軸6、外傳動套5、單級行星變速器3、驅動裝置1和基座2；

所述的單級行星變速器10行星輪架安裝在驅動裝置1的輸出軸上；基座2固定在驅動裝置1的殼體上，單級行星變速器10的齒圈一端固定在基座2上，外傳動套5固定在行星變速器10齒圈另一端；內傳動軸6安裝在行星變速器10的輸出軸上，所述的波紋傳動套7固定在內傳動軸6遠離驅動裝置1的一端；所述的波紋傳動套7隨內傳動軸6同向旋轉；所述的驅動裝置1主軸的旋轉運動使內傳動軸6產生同向旋轉運動，外傳動套5不隨驅動裝置1主軸的旋轉運動；

所述的波紋傳動套7遠離內傳動軸6的端面為波紋面；所述的波紋面為均勻交替的凸面與凹面，耐磨球8裝在外傳動套7的軸向小孔內；耐磨球8工作時，當波紋面的凸面與耐磨球8接觸，耐磨球8伸出外傳動套7并作用在待加工面上；當波紋面的凹面與耐磨球8接觸，耐磨球8被待加工面頂入外傳動套7內。

進一步的基座2可以制成能方便在車床、銑床、刨床、鏜床磨床以及加工中心等加工設備上裝夾的形式。

進一步的本發明采用的驅動裝置1為液壓馬達、電動機、氣動馬達或機床主軸。

進一步的本發明中的單級行星變速器10與基座2之間設有彈簧。

進一步的軸向小孔以外傳動套5的軸心為圓心圓周分布。

進一步的波紋面為交替均勻的V型凸面與凹面。

進一步的軸向小孔內至少可軸向安置一個耐磨球8。

工作時，給整套裝置施加一定的軸向力，使耐磨球8頂在待加工工件上。當驅動裝置的主軸正向回轉時，單級行星變速器10的行星架通過該行星輪帶動太陽輪正向旋轉，單級行星變速器10的太陽輪的正向旋轉帶動內傳動軸6及波紋傳動套7正向旋轉，外傳動套5不隨驅動裝置1主軸的旋轉而運動。

在波紋傳動套7的波紋面的作用下，耐磨球8發生軸向運動。當耐磨球8沿波紋傳動套7波紋面的凹面向凸面運動時，耐磨球8撞擊待加工件表面，使加工表面發生塑性變形；當耐磨球8越過波紋面的凸面時，在待加工面的反作用力的作用下會沿波紋面凸面向凹面滑移。波紋傳動套7的正向旋轉運動使耐磨球8不斷沿著波紋面作往復運動，高頻撞擊待加工件表面，使待加工件表面不斷發生塑性變形，晶粒逐漸細化到納米量級。