浅谈一种新型圆钢修磨机的设计

张文涛，高春田，王青山，张辉，彭启强，包瑞新

（1.抚顺特殊钢股份有限公司；2.辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001）

1 圆钢修磨机整体结构设计

本设备设计有两种形式，分别是磨头移动式和磨头固定式，采用电动机为动力源，根据设备需要和传动特点，不同部位分别选择带传动和链传动的方式。两种形式均使用了带传动，包括：（1）架体电机与减速器连接处；（2）电机与磨头。磨头移动式的磨头小车行走采用了链传动。

①磨头固定式：即采用磨头固定不动、坯料移动的方式。因所修磨坯料较大，整个设备主要分为两部分：辊道和磨头（图1）。②磨头移动式：即坯料只旋转，不移动，依靠磨头小车移动进行加工（图2）。

图1 磨头固定式圆钢修磨机三维模型

图2 磨头移动式圆钢修磨机三维模型

2 磨削力等关键参数计算

2.1 磨削单元

磨削单元即圆钢修磨机的磨头部分，也是整个设备的核心，不仅需要能够完成预定的工作，还要保证安全性和可靠性。其主要参数为：磨削深度1mm，横向进给量0.3m/min，砂轮的线速度80m/s，小车移动的速度约0.3m/min，圆形钢材的转速18.67r/min。

（1）求解作用在磨头上的力。为方便计算，工件被磨削时所受的磨削力可以正交分解为：轴向磨削力Fa、径向磨削力Fr、和切向磨削力Ft，这三个分力在空间上是两两互相垂直的力。在这三个力里，径向磨削力的数值最大，一般为平衡，一般不予考虑。三个分力如图3所示。Fr=(1.6～3.2)Ft，而轴向磨削力往往很小，基本能够由轴承

图3 砂轮磨削力的分解图

其中，切向磨削力Ft的计算公式为：

式中，CF为单位磨削力，ap为磨削深度；fa为横向进给量，v为砂轮线速度。式中系数取：。

将数据带入式（1）中，计算得出工件受到砂轮的切向磨削力Ft=3048N。从力的作用力和反作用力的关系可以得到，F1=Ft=3048N，方向与Ft相反。

CBN砂轮进行磨削作业时，径向磨削力和切向磨削力的比值，所以可由该比值计算出砂轮的径向磨削力Fr=6218N，由牛顿第三定律可得，F2=FR=6218N，方向与径向磨削力FR相反，其中F2为工件对砂轮的径向作用力。

（2）最小轴径估计。

利用扭转强度法，可知：

式中，P=268.8kW，n=2506r/min，C=126～103,取C=120。

故最小轴直径为：

2.2 磨头移动式小车传动装置

电机的功率应按照设备运行所需要的功率选定，尽可能让电动机在正常工况额定负载下运行，综合以上因素，选择Y90S-4电机，主要参数额定功率1.1kW、转速：1400r/min、效率：78%、重量：25kg。

总传动比

选择减速器的传动比

分配传动装置传动比

式中，ik,i分别是带轮传动比和减速器传动比。为保证V带传动的轮廓不至于太过突出，选定，计算出减速器传动比

小带轮转速

大带轮转速

2.3 圆钢滚动装置

已知圆钢的转速：n=18.67r/min，功率22kW，选择电机Y225M-6，主要参数额定功率30kW，转速nd=980r/min，效率90%。

传动比的分配，总传动比：

分配传动比：

考虑到磨光机尺寸较大，大齿轮需做成齿轮圈和机体链接，为留出足够的装配连接空间，齿轮的传动比可以取大一些。取齿轮的传动比为10.6，故：

3 结语

本文设计了一种对圆形钢材外表面进行处理的圆钢修磨机，该设备有两种形式，分别是磨头移动式和磨头固定式，可以根据不同的工件和加工计划选择更适合的工作形式，以此实现效率更高的生产，尽可能地缩短加工时间，有利于企业效益的增长。