[发明专利]一种基于磁致伸缩的小孔内壁强化方法及装置

权利要求书

1.一种基于磁致伸缩的小孔内壁强化方法，其特征在于，具体步骤为，

A）根据需要强化的小孔尺寸，制作相应尺寸的撞击棒和变幅杆，撞击棒和变幅杆的截面为凸轮型，变幅杆的最大向径等于铁磁棒的半径，撞击棒与变幅杆的凸轮基圆中心轴同轴且固定连接； 

B）将变幅杆安装在磁致伸缩执行机构的铁磁棒下端，铁磁棒为圆柱状，变幅杆的凸轮基圆中心轴与铁磁棒的圆形截面中心轴同心；

C）磁致伸缩执行机构将撞击棒伸入小孔内部，撞击棒的凸轮基圆中心轴与小孔的圆形截面中心轴同心；

D）利用磁致伸缩效应通过铁磁棒产生的L（0,1）模态导波振动传播至变幅杆，变幅杆将L（0,1）模态导波振动放大15—20倍后传播至撞击棒，通过撞击棒的振动撞击小孔内壁，使小孔内壁产生残余应力，提高小孔的疲劳寿命；同时铁磁棒带动变幅杆转动，使撞击棒在小孔内以5—25度/秒的角速度转动；

L(0，1)模态导波是一种轴对称导波，其周向振动位移为零，径向振动位移大于轴向振动位移，使得导波在沿轴向传播的同时具有较大的径向振动位移，

使磁致伸缩效应激励出纵向模态导波，即要满足关系式

                                                                  （1）

  为棒在笛卡尔坐标系中三个方向的位移，为角频率， 为时间，为波数，z导波传播的方向，由公式（1）可知，棒只存在轴向和径向位移时，激励出的导波为纵向模态，通过调节频率，使径向位移大于轴向位移时，即所需的纵向L（0,1）导波；当径向位移等于轴向位移时，根据电磁场理论，L（0,1）模态导波的径向位移和磁致伸缩力的公式为

                             （2）

为材料密度，为张量积。

2. 根据权利要求1所述的一种基于磁致伸缩的小孔内壁强化方法，其特征在于，所述步骤D）中磁致伸缩效应的偏置磁场强度为18-24KA/m，永磁铁磁场方向平行铁磁棒轴向方向，同时调节信号源频率在20k-160k之间，激励出所需的纵向L(0,1)模态导波。

3. 实施权利要求1所述的一种基于磁致伸缩的小孔内壁强化方法的强化装置，其特征在于，由信号发生器、功率放大器、磁致伸缩执行机构、变幅杆（17）和撞击棒（21）组成，磁致伸缩执行机构由一圆筒状PVC材料壳作为保护壳，保护壳由上端盖（11）、壳体（9）、下端盖12组成；上端盖（11）与壳体（9）上端固定连接、壳体（9）下端与下端盖（12）固定连接；壳体（9）内部自上向下由端盖（4）、传动轴（6）、单向推力球轴承（5）、套筒（14）、联轴器（13）、电磁线圈（8）及同水平两块凹形永磁铁（10）、铁磁棒（11）组成；联轴器上表面设有套筒（14），套筒（14）上表面设有单向推力球轴承（5），单向推力球轴承5上表面设有端盖（4），单向推力球轴承（5）限制传动轴向下产生位移，单向推力球轴承（5）上方有端盖限制轴承向上产生位移；，所述电磁线圈（8）绕在线圈骨架（16）上，线圈骨架（16）内嵌于凹形永磁铁中，线圈骨架（16）和凹形永磁铁固定在下端盖（12）上表面；所述线圈骨架（16）为圆筒状，线圈骨架（16）、铁磁棒(11)与壳体（9）同轴，铁磁棒(11)从线圈骨架(16)中间穿过，线圈骨架(16)与铁磁棒(11)之间间隙配合，使铁磁棒转动时与线圈骨架不发生干涉；所述铁磁棒(11)的上端通过联轴器（15）与传动轴(6)的下端连接，铁磁棒(11)与传动轴(6)之间的接头处设有间隙，传动轴(6)上端穿过单向推力球轴承（5）、套筒（14）连接蜗轮蜗杆（3），蜗轮蜗杆（3）连接步进电机（2），步进电机（2）通过控制模块（1）控制，传动轴在步进电机的带动下转动；

铁磁棒（11）下端连接变幅杆（17），变幅杆（17）截面为凸轮形，凸轮基圆中心轴与铁磁棒（11）的圆形截面处中心轴同心，变幅杆的最大向径等于铁磁棒的半径，撞击棒的截面与变幅杆相同，撞击棒与变幅杆的凸轮基圆中心轴同轴且固定连接，变幅杆为L（0,1）模态导波的二分之一波长。