拋光機６圓磨塊粗拋拋光頭的改進

摘 要 筆者對6圓磨塊粗拋拋光頭進行了改進，選用了合理的自轉速度，在不需降低功率的條件下，提高了易損軸承的承載能力，延長了每次維修后的正常使用時間、降低了維修費用、提高了生產效率。

關鍵詞 圓磨塊粗拋拋光頭，改進，生產效率

1前言

瓷質拋光磚是新興起的新型建筑裝飾材料，因具有抗磨、防污、耐腐蝕、光潔豪華等一系列優點而倍受人們喜愛。拋光是瓷質拋光磚生產工序中的重要生產工序，粗拋作業量約占拋光工序50%左右。如何延長6圓磨塊粗拋拋光頭的正常使用時間，降低維修時間、費用是生產中急需解決的問題。

2原有狀況

2.1 原結構及工作原理

原圓磨塊粗拋拋光頭結構見圖1：有主動齒輪49齒，中介齒輪25齒兩件，從動齒輪49齒，大傘齒輪41齒，小傘齒輪14齒。

其工作原理為：主軸由上軸帶動并以520r/min的速度作圓周運動，由氣缸帶動作上下運動控制磨削壓力大小；6圓磨塊粗拋拋光頭的磨塊作復合運動，其一是隨主軸作以主軸為中心的520r/min的圓周運動（即公轉）；其二是由主從齒輪間差速使大傘齒輪轉速不等于主軸轉速，形成大傘齒輪驅動6個小傘齒輪軸，使6圓磨塊各以小齒輪軸為中心作自轉。自轉作用是使整個磨塊磨削均勻呈圓柱體；保持磨塊與磚面線接觸，克服磨塊呈板塊狀碰裂磚邊。

2.2 原各齒輪的速度及圓磨塊自轉功率

（1） 主動齒輪轉速=主軸轉速=520r/min

（2） 中介齒輪轉速=520×49÷25=1019.2r/min

（3） 從動齒輪轉速=1019.2×25÷51

=499.608r/min

從動齒輪（使磨塊自轉）當量轉速

=499.608-520=-20.392(負號表示與公轉方向相反)

（4） 小傘齒輪自轉轉速(即圓磨塊自轉轉速)

= (從動齒輪轉速-主動齒輪轉速) ×(大傘齒輪齒數÷小傘齒輪齒數)

= (499.607-520) × (41÷14)

=-59.72 r/min(負號表示與公轉方向相反)

圓磨塊自轉線速度=πDN=π×125×(-59.72)

=-23451.989mm/min

=-0.39m/s（圓磨塊平均中徑約125mm）

（5） 在正常操作氣壓下，經實際測算圓磨塊轉速為1m/s時所需功率為1.4285kW(暫不考慮方向，設齒輪傳動效率100%)

小傘齒輪（圓磨塊）自轉所需功率為:

1.4285kW×0.39=0.5571kW

3原使用情況

3.1 維修費用

本公司1993～1996年間共引進三條意大利拋光機生產線，其中6圓磨塊粗拋拋光頭每線5個，三條線共15個；拋光機每天工作約22h，經一段時間使用發現該圓磨塊粗拋拋光頭較易損壞，維修周期約6個月。易損壞零配件包括49齒主動齒輪，25齒中介齒輪兩件，51齒從動齒輪；中介齒內30205圓錐滾子軸承4件。每個每次維修費用約2400元。15個圓磨塊粗拋拋光頭年維修費用為（常用易損件）：

2400×15×2次/年=72000元

3.2 損壞特點

維修過程中發現中介齒內30205圓錐滾子軸承磨損嚴重，且在初始微磨損時不易作重新軸向調緊，導致25齒中介齒輪支承固定不良，與主、從齒輪嚙合不好，從而使各齒輪損壞；從齒輪損壞痕跡看，首先齒輪表面有較深磨損痕跡，其次就是損壞中介齒內30205圓錐滾子軸承并導致掃齒頂。

4改進后情況

4.1 改進對策

中介齒輪轉速較高（1019.2 r/min）時，中介齒輪工作功率較大（0.5571kW）；中介齒輪內30205圓錐滾子軸承磨損嚴重。決定適當調低主、從齒輪間差速以降低磨塊自轉功率；并降低中介齒輪轉速；調整為主動齒輪42齒，中介齒輪1件33齒，從動齒輪43齒；中介齒輪內軸承改為22207C調心滾子軸承；調整大傘齒輪為40齒，小齒傘齒輪為15齒。

4.2 改進后的結構

見圖2。

4.3 改進后各齒輪的速度及圓磨塊自轉功率

（1） 主動齒輪轉速=主軸轉速=520r/min

（2） 中介齒輪轉速=520×42÷33=661.82r/min

（3） 從動齒輪轉速=661.82×33÷43=507.9r/min

從動齒輪（使磨塊自轉）當量轉速=507.9-520

=-12.1r/min(負號表示與公轉方向相反)

（4） 小傘齒輪自轉轉速(即圓磨塊自轉轉速)

=(從動齒輪轉速-主動齒輪轉速)×(大傘齒輪齒數÷小傘齒輪齒數)

= (507.9-520)×(40÷15)

= -32.267r/min(負號表示與公轉方向相反)

圓磨塊自轉線速度=πDN=π×125×(-32.267)

=-12671.09mm/min

= -0.2112m/s

（5）正常操作氣壓下實測圓磨塊1m/s所需功率為1.4285kW(暫不考慮方向，設齒輪傳動效率100%)

小傘齒輪（圓磨塊）自轉所需功率P為:1.4285kW×0.2112=0.3017kW

（6） 從動齒輪（使磨塊自轉）的當量圓周力

從動齒輪（使磨塊自轉）當量線速度:

從動齒輪直徑=MZ=3×43=129mm

V=πDN=π×129×12.1=4903.71mm/min

根據手冊公式，從動齒輪（使磨塊自轉）的當量圓周力為:

Fr =2000×9549P÷DN

=2000×9549×0.3017÷(129×12.1)=3691.37N

4.4 中介齒輪內軸承22207C的理論使用壽命計算

根據手冊查表，22207C軸承的參數為：Cr=59500N，e=0.31，Y1=2.1

（1） 以中介齒輪自重F_a=21N計算當量動負荷作用在軸承上的軸向負荷，考慮到作用在軸承上的軸向負荷分布不均勻，設軸向力系數為2，則：

單個軸承軸向力=2F_a/2=21N

F_a/F_r=21/3691.37=0.0057≤e

P_r=F_r+Y₁F_a=3691.37+2.1×21=3735.47N

當量動負荷為:P=F_mF_dF_r

根據手冊查表，力矩負荷系數Fm=1.5，沖擊負荷系數F_d=1.8

當量動負荷為:P=1.5×1.8×3735.47

=10085.769N≈10085.8N

（2） 軸承22207C的理論使用壽命計算

根據手冊公式（查表滾子軸承ε=10/3）：

L10h=1000000×(Cr/P)ε/60n

=1000000×(59500/10085.8)10/3/(60×661.82)

=9342.52h

設每天工作22h，每月30天，則：

9342.52/(22×30)=14.1553月≈14個月

4.5 圓磨塊粗拋拋光頭改進后的維修費用及損壞特點

（1） 維修費用

1997年下半年至2001年末的使用維修情況為拋光機每天工作約22h，改進后的維修周期平均值為10.5月；（每線5個粗拋拋光頭，第1、2個約為10個月/次；第3、4、5個約為11個月/次。第1、2個粗拋拋光頭的工作磨擦力稍大些），易損件為42齒主動齒輪1件、33齒中介齒輪1件、43齒從動齒輪1件、中介齒輪里22207C調心滾子軸承2件；一個配件每次維修費用約2250元，則15個圓磨塊粗拋拋光頭年維修費用（常用易損件）為：

15×2250×12/10.5=38571.43元

（2） 圓磨塊粗拋拋光頭改進后的損壞特點

42齒主動齒輪、33齒中介齒輪、43齒從動齒輪的磨損比較均勻；22207C軸承內、外圈有磨損，軸承保持架磨損，使各齒輪工作響聲變大；尚未出現掃齒頂現象。

5安裝使用注意問題

（1） 安裝中介齒輪內22207C軸承時需調節好軸向松緊度，軸向緊定螺栓需加涂緊固膠防止松脫；要調節好中介齒輪內中墊圈厚度，使中介齒輪與主、從齒輪嚙合相對應；

（2） 定時定量給圓磨粗拋拋光頭加潤滑油，密切注意圓磨粗拋拋光頭的運轉情況，發現異常響聲、振動需及時處理，防止發生大故障。

6結 束 語

（1） 圓磨塊粗拋拋光頭改進后的使用周期比原來增加：(10.5-6)/6=75%，圓磨塊粗拋拋光頭改進后年維修費用比原來節約（常用易損件）：1-（38571.43/72000）=46.43%；

（2） 與長方塊往復擺動精拋拋光頭相比，圓磨塊粗拋拋光頭具有以下特點：

1） 磨削力強、運行平穩，無往復突變點；磨屑易被水沖走，不會因往復夾碎屑而使磚面產生微劃痕；

2） 圓磨塊粗拋拋光頭自轉磨塊座用滾動軸承固定，使用時間長、磨塊水平精度高，有利于成品磚平整度的提高；

3） 但結構復雜、造價較高，有待研究改進。

參考文獻

徐灝主編.新編機械設計師手冊[M].機械工業出版社，1995