行星式閥瓣研磨機優化設計

盧迪，楊龍川，郭明玉，肖尋，曾桂輝

行星式閥瓣研磨機優化設計

盧迪，楊龍川，郭明玉，肖尋，曾桂輝

（江南大學食品加工技術與裝備研究中心，江蘇無錫214122）

基于最佳運動路線，并結合現有的行星輪結構裝置設計一款新型的閥瓣研磨機。新型研磨機優化了裝置結構和閥瓣研磨過程中運動軌跡，并使研磨盤上的研磨膏得到更高效的應用，有效地降低了成本。研磨時可以保證裝置運動的協調性，使閥瓣各方向得到均勻地研磨。

新型研磨機；運動軌跡；均勻

在現代化工業生產的過程中，各類安全閥被大量應用于各個行業中，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到降低工件表面粗糙度的最常用的精密加工技術，由于研磨裝置一般體積不大，便于操作，所以被廣泛應用于各單位。本文將重點介紹新型行星式閥瓣研磨機研磨機的工作結構、運動原理、運動參數及軌跡路線。

1 新型行星式平面研磨機工作結構

圖1中1為太陽輪，2為行星輪，3為外側內齒輪。其中研磨盤靜止不動，外側內齒輪通過齒輪組和太陽輪一樣與電機的軸連接，在工作時一起實現自轉運動，而研磨盤在運動時保持絕對靜止。

圖1 研磨機傳動結構

2 研磨機運動分析

在現實應用中，一些行星式研磨裝置在運動時，工件不能夠完全實現在行星輪內的自轉，其主要原因在于行星輪的自轉角速度過小。在現有的行星輪裝置在運動時，外部的嚙合內齒輪在工作中處于靜止狀態，行星輪的運動只依靠于太陽輪的帶動來實現，即行星輪的自轉和公轉受控于同一要素，而自轉與公轉的關系在確定裝置零部件參數的時候便已經確定?；趯Σ牧系墓澕s和充分利用的出發點，在現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速度，就必須繼續加大太陽輪的轉速。有關研究發現當太陽輪轉速過大時，不僅會帶來一定的噪音，而且還會導致研磨機研磨效率的下降[1]。

新型行星輪式研磨機通過運動結構的優化設計有效地解決了這一問題。在優化設計后，外側嚙合的內齒輪通過齒輪系與電機主軸連接，其同樣可以實現自轉，但研磨盤保持靜止。設z1、z2、z3、w1、w2、w3分別為太陽輪、行星輪和外側內齒輪的模數及自轉角速度。則由結構可以得到行星輪的自轉角速度行星輪的公轉角速度有關學者研究[2]發現，對于行星式研磨機來說，通過對其運動參數的優化，可以使工件實現較好的運動路線[3]。如上文中對行星輪的自轉角速度和公轉角速度的分析，若使內齒輪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角速度和較小的公轉角速度。這樣，在行星輪自轉的過程中，其中的工件便可以獲得較大的離心力，實現在行星輪中的自轉。

以太陽輪中心為原點建立直角坐標系，則行星輪上一點的軌跡方程可表達為x=（A-r）cosw4t+ecosw2t，y=（A-r）sinw4t+esinw2t此點的速度v，將x，y的表達式帶入速度表達式得當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。通過調整行星輪和太陽輪的齒數與角速度，以工件上一定點相對于研磨盤的運動軌跡來分析，則工件的運動軌跡可優化為外擺線[4]，如下圖2所示。

圖2 工件上一定點相對于研磨盤的運動路線

3 運動受力分析

在磨削的過程中，磨削力的產生源自于工件與研磨盤的相對運動[5]。對于新型研磨機來說，通過對結構參數的調節可以使行星輪具有較大的自轉角速度和較小的公轉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、無主導方向的研磨條紋[6]。同時，整個裝置是由一個動力源驅動，限制行星輪運動的兩個角速度參數具有較好的協調性，對工件表面的加工更為有利。

對于傳統研磨機來說，研磨盤自身進行自轉運動會產生離心力的作用，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材料。在新型研磨機整個的運動過程中，研磨盤是靜止不動的。以研磨盤上一點為定點來分析，當工件運動經過此點時，由于兩者的速度差，其上的研磨膏會產生一定速度的相對運動，當工件離開后，此點上的研磨膏迅速靜止。這樣，研磨膏因飛濺導致的利用率較低的問題便得到了有效解決。

4 結束語

近幾年，安全閥維修設備的設計在市場的刺激下進展明顯，一些新型的裝置已經實現了完全機械化或半機械化的研磨流程，有效提高了工作效率，但在安全閥的研磨質量以及維修的經濟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雖然有效提高了研磨質量及速率，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行全面維修，所以相關設備的研究還是存在著廣闊的發展前景。未來的研究若能在目前相關設計的基礎上繼續向前拓展，定能有效提升我國的工業生產水平。

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

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

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

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

[5]蘇紅梅.研磨技術在安全閥維修中的應用[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鍵技術研究[J].長春理工大學學報，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，研究方向為承壓設備設計與制造；朱海清（1965-）男，江西豐城人，碩士，副教授，研究方向為過程裝備、特種設備檢測技術研究與檢測設備研發。