鄧曼　辛洪兵　郭瑞君　張帆

摘 要：文章簡單介紹了現(xiàn)有的磨齒工藝、磁流體的性質(zhì)以及其在研磨領(lǐng)域中的應(yīng)用。針對諧波齒輪中的柔輪和剛輪這種多齒小模數(shù)齒輪，在成形磨齒法以及磁堆積研磨法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的磨齒方法。

關(guān)鍵詞：柔輪；磁流體；磨齒

1 概述

諧波齒輪傳動是五十年代中后期隨著空間技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型傳動技術(shù)，諧波齒輪傳動由剛輪、柔輪以及波發(fā)生器組成，基于其傳動比大、傳動精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)中。要實(shí)現(xiàn)高精度諧波齒輪傳動，其柔輪和剛輪都要采用磨齒工藝。文章主要以柔輪為例提出了一種磨齒新方法，對提高諧波齒輪傳動的精度有著非常重要的意義。

2 現(xiàn)有磨齒工藝簡介[1，2]

磨齒是一種精加工方法，可以消除齒輪熱處理后的變形，提高齒輪接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，大幅度提高齒輪的精度，現(xiàn)有的磨齒工藝主要分為成形法和展成法。成形法磨齒需將砂輪切削部分修整成與被加工齒輪齒槽相同的形狀進(jìn)行磨齒，展成法則采用嚙合切削原理進(jìn)行磨齒。雖然兩者的磨齒原理不同，但都利用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨齒，對于如柔輪這樣的多齒小模數(shù)齒輪而言，砂輪修整復(fù)雜，現(xiàn)有的磨齒方法就成為了一種限制，導(dǎo)致柔輪磨齒效率較低。文章以磨削柔輪輪齒為例，介紹了一種新磨齒方法——磁流體磨齒方法。

3 磁流體研磨技術(shù)簡介[3-5]

磁流體是英國于1965年開發(fā)的，是一種由極微細(xì)的納米級的磁性微粒高度分散到載液中形成的一種穩(wěn)定的膠狀液體。該液體即具有液體的流動性，又具有磁性材料的磁性，在無外加磁場時具有良好的流動性，只有在磁場作用下才表現(xiàn)出磁性，是一種非常智能的材料。磁流體所具有的超順磁性、磁光效應(yīng)、磁熱效應(yīng)、粘磁特性以及流變性使得磁流體廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、化工等多個領(lǐng)域。

磁流體研磨利用其流動性以及在外磁場作用下的磁性來保持磨料與工件之間產(chǎn)生相對運(yùn)動而達(dá)到研磨的目的?；诖帕黧w流變性的特點(diǎn)，其可研磨各種材料任何形狀的曲面，所以將磁流體應(yīng)用到柔輪輪齒的磨削當(dāng)中，是對現(xiàn)有磨齒技術(shù)的一種突破。

磁流體研磨是由80年代初期日本率先發(fā)展起來的，磁流體研磨方法分為磁懸浮法和磁堆積法。磁懸浮法是在磁流體中混合一定比例的磨料，磨料呈懸浮狀態(tài)分布在磁流體中，工件待加工表面浸在混合液中，在外部磁場的作用下，磁浮力使磨料緊貼在工件表面進(jìn)行研磨，這種方法主要用于陶瓷球軸承的研磨。磁堆積法是將磁流體與磨料的混合液調(diào)成稠狀的膠狀液體，在外磁場的作用下，混合液中的磨粒直接堆積在待加工表面，工件運(yùn)動而磨粒不動，兩者發(fā)生相對運(yùn)動從而進(jìn)行細(xì)微的沖擊、刮削，達(dá)到研磨加工的目的。[6]

4 磁流體柔輪磨齒方法介紹

由于柔輪輪齒是復(fù)雜的曲面，不能直接采用上述兩種方法進(jìn)行研磨，文章將磁堆積法與成形法相結(jié)合，利用磁流體的流變性對柔輪進(jìn)行磨齒。

如圖1所示為磁流體研磨柔輪輪齒裝置簡圖，在未安裝環(huán)形磁鐵2時，將一定量的液體狀磁流體和磨料混合的膠狀混合液自密封殼體3上的開孔注入柔輪輪齒的齒槽內(nèi)，使混合液均勻的分布在每一個齒槽內(nèi)，注入完畢后，密封該開孔，密封殼體與輪齒緊密貼合，同時兩者之間加上O型密封圈6，防止混合液流出。由于在無外磁場的作用下，磁流體不顯磁性，從而沉淀在齒槽上，當(dāng)安裝上環(huán)形磁鐵時，立即產(chǎn)生外磁場，環(huán)形磁鐵與密封殼體緊密貼合，且寬度較小，混合液受外磁場的作用，迅速聚攏，將磁鐵下的輪齒間的整個空隙填滿，形成一個和柔輪輪齒齒形相同的固體狀“小砂輪”，且每個輪齒齒槽內(nèi)均有一個“小砂輪”，其厚度應(yīng)與磁鐵的寬度相同。曲柄滑桿機(jī)構(gòu)1帶動環(huán)形磁鐵在柔輪齒圈長度方向上往復(fù)運(yùn)動，而柔輪4與支撐架5用螺釘連接，支撐架5固定，從而使柔輪固定不動，環(huán)形磁鐵的運(yùn)動帶動混合液所形成的“小砂輪”在沿著輪齒齒槽方向上來回往復(fù)運(yùn)動，從而使柔輪與混合液產(chǎn)生相對運(yùn)動，達(dá)到研磨的目的。每個齒槽內(nèi)的“小砂輪”同時隨著環(huán)形磁鐵的運(yùn)動而運(yùn)動，提高了磨齒精度。當(dāng)研磨完成后，拆掉環(huán)形磁鐵，混合液立即呈現(xiàn)液體的流動性，將其清理出柔輪齒槽即可。

同理，對于具有內(nèi)齒圈的剛輪的磨齒，將密封殼體以及環(huán)形磁鐵裝入齒輪內(nèi)部即可。

5 磁流體磨齒的意義

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，磨齒工藝的不斷完善，使得齒輪的傳動精度也在不斷地提高，然而在譬如柔輪和剛輪這樣的多齒小模數(shù)齒輪而言，現(xiàn)有的磨齒工藝依然存在困難。隨著智能材料的不斷發(fā)展，也讓我們意識到，磨齒可以不僅僅拘泥于砂輪，還可以存在其他的研磨方式。現(xiàn)有的磨齒工藝中，砂輪的形狀不能隨意改變，而磁流體磨齒中形成的“小砂輪”可隨齒形的改變而改變，具有可塑性，整個齒圈同步磨齒，不需要分度裝置，相比成形法單個齒依次的磨齒，簡化了裝置，提高了磨齒效率。同時該裝置相對磨齒機(jī)來說相對簡單，安裝以及拆卸都很方便。同時，該方法對于其他比較特殊的齒輪同樣適用。當(dāng)然，磁流體磨齒還有很多亟待解決的問題，需要不斷探索。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇敏.淺談磨齒工藝在齒輪加工中的分析[J].汽車齒輪，2012（4）：7-12.

[2]馮霞，武文革.磨齒技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].機(jī)械管理開發(fā)，2012（3）：55-57.

[3]王毛蘭，胡春華，等.磁流體的制備、性質(zhì)及其應(yīng)用[J].化學(xué)通報，2004（67）：1-6.

[4]徐建平.關(guān)于最近磁流體的動向和用途[J].潤滑與密封，1993：62-68.

[5]周丹丹，劉穎，等.磁流變研磨加工材料研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報，2004，18（4）：69-71.

[6]辜華拉，李德才.磁性研磨技術(shù)[J].機(jī)械工程師，2005（7）：96-98.

作者簡介：鄧曼（1992-），女，四川省阿壩州，北京工商大學(xué)碩士研究生，研究方向：機(jī)械設(shè)計及理論。