行星式閥瓣研磨機(jī)優(yōu)化設(shè)計

盧迪，楊龍川，郭明玉，肖尋，曾桂輝

行星式閥瓣研磨機(jī)優(yōu)化設(shè)計

盧迪，楊龍川，郭明玉，肖尋，曾桂輝

（江南大學(xué)食品加工技術(shù)與裝備研究中心，江蘇無錫214122）

基于最佳運(yùn)動路線，并結(jié)合現(xiàn)有的行星輪結(jié)構(gòu)裝置設(shè)計一款新型的閥瓣研磨機(jī)。新型研磨機(jī)優(yōu)化了裝置結(jié)構(gòu)和閥瓣研磨過程中運(yùn)動軌跡，并使研磨盤上的研磨膏得到更高效的應(yīng)用，有效地降低了成本。研磨時可以保證裝置運(yùn)動的協(xié)調(diào)性，使閥瓣各方向得到均勻地研磨。

新型研磨機(jī)；運(yùn)動軌跡；均勻

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的過程中，各類安全閥被大量應(yīng)用于各個行業(yè)中，由于物料的腐蝕等作用，閥門需要定期地檢修更換。因此，精密、高效的研磨在安全閥檢修過程中起到了不可取代的重要作用。研磨是通過去除表面材料的方式達(dá)到降低工件表面粗糙度的最常用的精密加工技術(shù)，由于研磨裝置一般體積不大，便于操作，所以被廣泛應(yīng)用于各單位。本文將重點介紹新型行星式閥瓣研磨機(jī)研磨機(jī)的工作結(jié)構(gòu)、運(yùn)動原理、運(yùn)動參數(shù)及軌跡路線。

1 新型行星式平面研磨機(jī)工作結(jié)構(gòu)

圖1中1為太陽輪，2為行星輪，3為外側(cè)內(nèi)齒輪。其中研磨盤靜止不動，外側(cè)內(nèi)齒輪通過齒輪組和太陽輪一樣與電機(jī)的軸連接，在工作時一起實現(xiàn)自轉(zhuǎn)運(yùn)動，而研磨盤在運(yùn)動時保持絕對靜止。

圖1 研磨機(jī)傳動結(jié)構(gòu)

2 研磨機(jī)運(yùn)動分析

在現(xiàn)實應(yīng)用中，一些行星式研磨裝置在運(yùn)動時，工件不能夠完全實現(xiàn)在行星輪內(nèi)的自轉(zhuǎn)，其主要原因在于行星輪的自轉(zhuǎn)角速度過小。在現(xiàn)有的行星輪裝置在運(yùn)動時，外部的嚙合內(nèi)齒輪在工作中處于靜止?fàn)顟B(tài)，行星輪的運(yùn)動只依靠于太陽輪的帶動來實現(xiàn)，即行星輪的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)受控于同一要素，而自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的關(guān)系在確定裝置零部件參數(shù)的時候便已經(jīng)確定?；趯Σ牧系墓?jié)約和充分利用的出發(fā)點，在現(xiàn)有的行星輪研磨裝置中，太陽輪一般半徑較小，要想使行星輪獲得足夠的自轉(zhuǎn)速度，就必須繼續(xù)加大太陽輪的轉(zhuǎn)速。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)太陽輪轉(zhuǎn)速過大時，不僅會帶來一定的噪音，而且還會導(dǎo)致研磨機(jī)研磨效率的下降[1]。

新型行星輪式研磨機(jī)通過運(yùn)動結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計有效地解決了這一問題。在優(yōu)化設(shè)計后，外側(cè)嚙合的內(nèi)齒輪通過齒輪系與電機(jī)主軸連接，其同樣可以實現(xiàn)自轉(zhuǎn)，但研磨盤保持靜止。設(shè)z1、z2、z3、w1、w2、w3分別為太陽輪、行星輪和外側(cè)內(nèi)齒輪的模數(shù)及自轉(zhuǎn)角速度。則由結(jié)構(gòu)可以得到行星輪的自轉(zhuǎn)角速度行星輪的公轉(zhuǎn)角速度有關(guān)學(xué)者研究[2]發(fā)現(xiàn)，對于行星式研磨機(jī)來說，通過對其運(yùn)動參數(shù)的優(yōu)化，可以使工件實現(xiàn)較好的運(yùn)動路線[3]。如上文中對行星輪的自轉(zhuǎn)角速度和公轉(zhuǎn)角速度的分析，若使內(nèi)齒輪14與太陽輪17擁有相反的角速度，行星輪便擁有較大的自轉(zhuǎn)角速度和較小的公轉(zhuǎn)角速度。這樣，在行星輪自轉(zhuǎn)的過程中，其中的工件便可以獲得較大的離心力，實現(xiàn)在行星輪中的自轉(zhuǎn)。

以太陽輪中心為原點建立直角坐標(biāo)系，則行星輪上一點的軌跡方程可表達(dá)為x=（A-r）cosw4t+ecosw2t，y=（A-r）sinw4t+esinw2t此點的速度v，將x，y的表達(dá)式帶入速度表達(dá)式得當(dāng)w4-w2=±nπ時，v＝（A-r）w4±w2e，即此時行星輪上一點速度的大小不隨時間的變化而變化。通過調(diào)整行星輪和太陽輪的齒數(shù)與角速度，以工件上一定點相對于研磨盤的運(yùn)動軌跡來分析，則工件的運(yùn)動軌跡可優(yōu)化為外擺線[4]，如下圖2所示。

圖2 工件上一定點相對于研磨盤的運(yùn)動路線

3 運(yùn)動受力分析

在磨削的過程中，磨削力的產(chǎn)生源自于工件與研磨盤的相對運(yùn)動[5]。對于新型研磨機(jī)來說，通過對結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)節(jié)可以使行星輪具有較大的自轉(zhuǎn)角速度和較小的公轉(zhuǎn)角速度并使行星輪上一點速度的大小不隨時間的變化而變化。這樣，對于半徑尺寸不大的工件來說，工件上一點在運(yùn)動的過程中相對于研磨盤的速度大小的變化也較小，即在磨削過程中，磨削力的大小變化不大。又因為研磨路線為平滑曲線，磨削力的方向在每一時刻都是不斷變化的，這保證了被研磨工件表面上可以獲得均勻的、無主導(dǎo)方向的研磨條紋[6]。同時，整個裝置是由一個動力源驅(qū)動，限制行星輪運(yùn)動的兩個角速度參數(shù)具有較好的協(xié)調(diào)性，對工件表面的加工更為有利。

對于傳統(tǒng)研磨機(jī)來說，研磨盤自身進(jìn)行自轉(zhuǎn)運(yùn)動會產(chǎn)生離心力的作用，研磨膏會因此脫離磨削工作表面，不能起到很好的磨削作用且浪費(fèi)材料。在新型研磨機(jī)整個的運(yùn)動過程中，研磨盤是靜止不動的。以研磨盤上一點為定點來分析，當(dāng)工件運(yùn)動經(jīng)過此點時，由于兩者的速度差，其上的研磨膏會產(chǎn)生一定速度的相對運(yùn)動，當(dāng)工件離開后，此點上的研磨膏迅速靜止。這樣，研磨膏因飛濺導(dǎo)致的利用率較低的問題便得到了有效解決。

4 結(jié)束語

近幾年，安全閥維修設(shè)備的設(shè)計在市場的刺激下進(jìn)展明顯，一些新型的裝置已經(jīng)實現(xiàn)了完全機(jī)械化或半機(jī)械化的研磨流程，有效提高了工作效率，但在安全閥的研磨質(zhì)量以及維修的經(jīng)濟(jì)效益等核心問題上還是難以兼顧。本文提到的新型閥瓣研磨機(jī)雖然有效提高了研磨質(zhì)量及速率，但能夠處理的工件的類型較為單一，無法對一整套的安全閥進(jìn)行全面維修，所以相關(guān)設(shè)備的研究還是存在著廣闊的發(fā)展前景。未來的研究若能在目前相關(guān)設(shè)計的基礎(chǔ)上繼續(xù)向前拓展，定能有效提升我國的工業(yè)生產(chǎn)水平。

[1]石鵬飛，徐坤，王美艷.基于ADAMS小型行星式研磨機(jī)介質(zhì)動力學(xué)仿真研究[J].機(jī)械制造，2010（12）：24-26.

[2]楊昌明，朱利，張冒.研磨機(jī)研磨運(yùn)動軌跡分析[J].機(jī)床與液壓，2012，15（8）：7-9.

[3]吳宏基，曹利新，劉健，郭麗莎.行星式平面研磨機(jī)研拋過程運(yùn)動軌跡分析[J].大連理工大學(xué)學(xué)報，2002（7）：45-47.

[4]沙琳，王永良，張登霞.一種新型平面研磨機(jī)的研制與實驗[J].機(jī)械設(shè)計，2007（1）：56-60.

[5]蘇紅梅.研磨技術(shù)在安全閥維修中的應(yīng)用[J].中國鍋爐壓力容器安全，1995（5）：23-25.

[6]劉建河，王黎明.固著磨料高速研磨的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報，2012（12）：84-86.

Optimization design about Planetary-Type Disc Lapping Machine

LU Di，YANG Long-chuan，GUO Ming-yu，XIAO Xun，ZENG Gui-hui
（Research Center of Food Processing Technology and Equipment，School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi Jiangsu 214122，China）

Based on the best moving route and combining with the available planetary-type device，we design a new type of valve clack grinding machine.This new machine optimizes device structure and moving route about the process of grinding valve clack and make more efficient use of abrasive paste on the grinding disc which could reduce the cost effectively.It can not only make valve clack grind evenly on all directions，but also guarantee the harmony of device’s moving route.

new type of valve clack grinding machine；moving route；evenly

TG580.6

A

1672-545X（2017）07-0055-02

2017-04-13

盧迪（1995-）男，安徽阜陽人，本科，研究方向為承壓設(shè)備設(shè)計與制造；朱海清（1965-）男，江西豐城人，碩士，副教授，研究方向為過程裝備、特種設(shè)備檢測技術(shù)研究與檢測設(shè)備研發(fā)。