一种利用磁流体对柔轮进行磨齿的方法

邓曼　辛洪兵　郭瑞君　张帆

摘 要：文章简单介绍了现有的磨齿工艺、磁流体的性质以及其在研磨领域中的应用。针对谐波齿轮中的柔轮和刚轮这种多齿小模数齿轮，在成形磨齿法以及磁堆积研磨法的基础上，提出了一种新的磨齿方法。

关键词：柔轮；磁流体；磨齿

1 概述

谐波齿轮传动是五十年代中后期随着空间技术的发展而产生的一种新型传动技术，谐波齿轮传动由刚轮、柔轮以及波发生器组成，基于其传动比大、传动精度高等优点，广泛地应用于各行各业中。要实现高精度谐波齿轮传动，其柔轮和刚轮都要采用磨齿工艺。文章主要以柔轮为例提出了一种磨齿新方法，对提高谐波齿轮传动的精度有着非常重要的意义。

2 现有磨齿工艺简介[1，2]

磨齿是一种精加工方法，可以消除齿轮热处理后的变形，提高齿轮接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，大幅度提高齿轮的精度，现有的磨齿工艺主要分为成形法和展成法。成形法磨齿需将砂轮切削部分修整成与被加工齿轮齿槽相同的形状进行磨齿，展成法则采用啮合切削原理进行磨齿。虽然两者的磨齿原理不同，但都利用高速旋转的砂轮进行磨齿，对于如柔轮这样的多齿小模数齿轮而言，砂轮修整复杂，现有的磨齿方法就成为了一种限制，导致柔轮磨齿效率较低。文章以磨削柔轮轮齿为例，介绍了一种新磨齿方法——磁流体磨齿方法。

3 磁流体研磨技术简介[3-5]

磁流体是英国于1965年开发的，是一种由极微细的纳米级的磁性微粒高度分散到载液中形成的一种稳定的胶状液体。该液体即具有液体的流动性，又具有磁性材料的磁性，在无外加磁场时具有良好的流动性，只有在磁场作用下才表现出磁性，是一种非常智能的材料。磁流体所具有的超顺磁性、磁光效应、磁热效应、粘磁特性以及流变性使得磁流体广泛地应用于机械、化工等多个领域。

磁流体研磨利用其流动性以及在外磁场作用下的磁性来保持磨料与工件之间产生相对运动而达到研磨的目的。基于磁流体流变性的特点，其可研磨各种材料任何形状的曲面，所以将磁流体应用到柔轮轮齿的磨削当中，是对现有磨齿技术的一种突破。

磁流体研磨是由80年代初期日本率先发展起来的，磁流体研磨方法分为磁悬浮法和磁堆积法。磁悬浮法是在磁流体中混合一定比例的磨料，磨料呈悬浮状态分布在磁流体中，工件待加工表面浸在混合液中，在外部磁场的作用下，磁浮力使磨料紧贴在工件表面进行研磨，这种方法主要用于陶瓷球轴承的研磨。磁堆积法是将磁流体与磨料的混合液调成稠状的胶状液体，在外磁场的作用下，混合液中的磨粒直接堆积在待加工表面，工件运动而磨粒不动，两者发生相对运动从而进行细微的冲击、刮削，达到研磨加工的目的。[6]

4 磁流体柔轮磨齿方法介绍

由于柔轮轮齿是复杂的曲面，不能直接采用上述两种方法进行研磨，文章将磁堆积法与成形法相结合，利用磁流体的流变性对柔轮进行磨齿。

如图1所示为磁流体研磨柔轮轮齿装置简图，在未安装环形磁铁2时，将一定量的液体状磁流体和磨料混合的胶状混合液自密封壳体3上的开孔注入柔轮轮齿的齿槽内，使混合液均匀的分布在每一个齿槽内，注入完毕后，密封该开孔，密封壳体与轮齿紧密贴合，同时两者之间加上O型密封圈6，防止混合液流出。由于在无外磁场的作用下，磁流体不显磁性，从而沉淀在齿槽上，当安装上环形磁铁时，立即产生外磁场，环形磁铁与密封壳体紧密贴合，且宽度较小，混合液受外磁场的作用，迅速聚拢，将磁铁下的轮齿间的整个空隙填满，形成一个和柔轮轮齿齿形相同的固体状“小砂轮”，且每个轮齿齿槽内均有一个“小砂轮”，其厚度应与磁铁的宽度相同。曲柄滑杆机构1带动环形磁铁在柔轮齿圈长度方向上往复运动，而柔轮4与支撑架5用螺钉连接，支撑架5固定，从而使柔轮固定不动，环形磁铁的运动带动混合液所形成的“小砂轮”在沿着轮齿齿槽方向上来回往复运动，从而使柔轮与混合液产生相对运动，达到研磨的目的。每个齿槽内的“小砂轮”同时随着环形磁铁的运动而运动，提高了磨齿精度。当研磨完成后，拆掉环形磁铁，混合液立即呈现液体的流动性，将其清理出柔轮齿槽即可。

同理，对于具有内齿圈的刚轮的磨齿，将密封壳体以及环形磁铁装入齿轮内部即可。

5 磁流体磨齿的意义

随着科学技术的不断发展，磨齿工艺的不断完善，使得齿轮的传动精度也在不断地提高，然而在譬如柔轮和刚轮这样的多齿小模数齿轮而言，现有的磨齿工艺依然存在困难。随着智能材料的不断发展，也让我们意识到，磨齿可以不仅仅拘泥于砂轮，还可以存在其他的研磨方式。现有的磨齿工艺中，砂轮的形状不能随意改变，而磁流体磨齿中形成的“小砂轮”可随齿形的改变而改变，具有可塑性，整个齿圈同步磨齿，不需要分度装置，相比成形法单个齿依次的磨齿，简化了装置，提高了磨齿效率。同时该装置相对磨齿机来说相对简单，安装以及拆卸都很方便。同时，该方法对于其他比较特殊的齿轮同样适用。当然，磁流体磨齿还有很多亟待解决的问题，需要不断探索。

参考文献

[1]苏敏.浅谈磨齿工艺在齿轮加工中的分析[J].汽车齿轮，2012（4）：7-12.

[2]冯霞，武文革.磨齿技术及发展现状分析[J].机械管理开发，2012（3）：55-57.

[3]王毛兰，胡春华，等.磁流体的制备、性质及其应用[J].化学通报，2004（67）：1-6.

[4]徐建平.关于最近磁流体的动向和用途[J].润滑与密封，1993：62-68.

[5]周丹丹，刘颖，等.磁流变研磨加工材料研究进展[J].材料导报，2004，18（4）：69-71.

[6]辜华拉，李德才.磁性研磨技术[J].机械工程师，2005（7）：96-98.

作者简介：邓曼（1992-），女，四川省阿坝州，北京工商大学硕士研究生，研究方向：机械设计及理论。