卢迪，杨龙川，郭明玉，肖寻，曾桂辉

行星式阀瓣研磨机优化设计

卢迪，杨龙川，郭明玉，肖寻，曾桂辉

（江南大学食品加工技术与装备研究中心，江苏无锡214122）

基于最佳运动路线，并结合现有的行星轮结构装置设计一款新型的阀瓣研磨机。新型研磨机优化了装置结构和阀瓣研磨过程中运动轨迹，并使研磨盘上的研磨膏得到更高效的应用，有效地降低了成本。研磨时可以保证装置运动的协调性，使阀瓣各方向得到均匀地研磨。

新型研磨机；运动轨迹；均匀

在现代化工业生产的过程中，各类安全阀被大量应用于各个行业中，由于物料的腐蚀等作用，阀门需要定期地检修更换。因此，精密、高效的研磨在安全阀检修过程中起到了不可取代的重要作用。研磨是通过去除表面材料的方式达到降低工件表面粗糙度的最常用的精密加工技术，由于研磨装置一般体积不大，便于操作，所以被广泛应用于各单位。本文将重点介绍新型行星式阀瓣研磨机研磨机的工作结构、运动原理、运动参数及轨迹路线。

1 新型行星式平面研磨机工作结构

图1中1为太阳轮，2为行星轮，3为外侧内齿轮。其中研磨盘静止不动，外侧内齿轮通过齿轮组和太阳轮一样与电机的轴连接，在工作时一起实现自转运动，而研磨盘在运动时保持绝对静止。

图1 研磨机传动结构

2 研磨机运动分析

在现实应用中，一些行星式研磨装置在运动时，工件不能够完全实现在行星轮内的自转，其主要原因在于行星轮的自转角速度过小。在现有的行星轮装置在运动时，外部的啮合内齿轮在工作中处于静止状态，行星轮的运动只依靠于太阳轮的带动来实现，即行星轮的自转和公转受控于同一要素，而自转与公转的关系在确定装置零部件参数的时候便已经确定。基于对材料的节约和充分利用的出发点，在现有的行星轮研磨装置中，太阳轮一般半径较小，要想使行星轮获得足够的自转速度，就必须继续加大太阳轮的转速。有关研究发现当太阳轮转速过大时，不仅会带来一定的噪音，而且还会导致研磨机研磨效率的下降[1]。

新型行星轮式研磨机通过运动结构的优化设计有效地解决了这一问题。在优化设计后，外侧啮合的内齿轮通过齿轮系与电机主轴连接，其同样可以实现自转，但研磨盘保持静止。设z1、z2、z3、w1、w2、w3分别为太阳轮、行星轮和外侧内齿轮的模数及自转角速度。则由结构可以得到行星轮的自转角速度行星轮的公转角速度有关学者研究[2]发现，对于行星式研磨机来说，通过对其运动参数的优化，可以使工件实现较好的运动路线[3]。如上文中对行星轮的自转角速度和公转角速度的分析，若使内齿轮14与太阳轮17拥有相反的角速度，行星轮便拥有较大的自转角速度和较小的公转角速度。这样，在行星轮自转的过程中，其中的工件便可以获得较大的离心力，实现在行星轮中的自转。

以太阳轮中心为原点建立直角坐标系，则行星轮上一点的轨迹方程可表达为x=（A-r）cosw4t+ecosw2t，y=（A-r）sinw4t+esinw2t此点的速度v，将x，y的表达式带入速度表达式得当w4-w2=±nπ时，v＝（A-r）w4±w2e，即此时行星轮上一点速度的大小不随时间的变化而变化。通过调整行星轮和太阳轮的齿数与角速度，以工件上一定点相对于研磨盘的运动轨迹来分析，则工件的运动轨迹可优化为外摆线[4]，如下图2所示。

图2 工件上一定点相对于研磨盘的运动路线

3 运动受力分析

在磨削的过程中，磨削力的产生源自于工件与研磨盘的相对运动[5]。对于新型研磨机来说，通过对结构参数的调节可以使行星轮具有较大的自转角速度和较小的公转角速度并使行星轮上一点速度的大小不随时间的变化而变化。这样，对于半径尺寸不大的工件来说，工件上一点在运动的过程中相对于研磨盘的速度大小的变化也较小，即在磨削过程中，磨削力的大小变化不大。又因为研磨路线为平滑曲线，磨削力的方向在每一时刻都是不断变化的，这保证了被研磨工件表面上可以获得均匀的、无主导方向的研磨条纹[6]。同时，整个装置是由一个动力源驱动，限制行星轮运动的两个角速度参数具有较好的协调性，对工件表面的加工更为有利。

对于传统研磨机来说，研磨盘自身进行自转运动会产生离心力的作用，研磨膏会因此脱离磨削工作表面，不能起到很好的磨削作用且浪费材料。在新型研磨机整个的运动过程中，研磨盘是静止不动的。以研磨盘上一点为定点来分析，当工件运动经过此点时，由于两者的速度差，其上的研磨膏会产生一定速度的相对运动，当工件离开后，此点上的研磨膏迅速静止。这样，研磨膏因飞溅导致的利用率较低的问题便得到了有效解决。

4 结束语

近几年，安全阀维修设备的设计在市场的刺激下进展明显，一些新型的装置已经实现了完全机械化或半机械化的研磨流程，有效提高了工作效率，但在安全阀的研磨质量以及维修的经济效益等核心问题上还是难以兼顾。本文提到的新型阀瓣研磨机虽然有效提高了研磨质量及速率，但能够处理的工件的类型较为单一，无法对一整套的安全阀进行全面维修，所以相关设备的研究还是存在着广阔的发展前景。未来的研究若能在目前相关设计的基础上继续向前拓展，定能有效提升我国的工业生产水平。

[1]石鹏飞，徐坤，王美艳.基于ADAMS小型行星式研磨机介质动力学仿真研究[J].机械制造，2010（12）：24-26.

[2]杨昌明，朱利，张冒.研磨机研磨运动轨迹分析[J].机床与液压，2012，15（8）：7-9.

[3]吴宏基，曹利新，刘健，郭丽莎.行星式平面研磨机研抛过程运动轨迹分析[J].大连理工大学学报，2002（7）：45-47.

[4]沙琳，王永良，张登霞.一种新型平面研磨机的研制与实验[J].机械设计，2007（1）：56-60.

[5]苏红梅.研磨技术在安全阀维修中的应用[J].中国锅炉压力容器安全，1995（5）：23-25.

[6]刘建河，王黎明.固着磨料高速研磨的关键技术研究[J].长春理工大学学报，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

卢迪（1995-）男，安徽阜阳人，本科，研究方向为承压设备设计与制造；朱海清（1965-）男，江西丰城人，硕士，副教授，研究方向为过程装备、特种设备检测技术研究与检测设备研发。