曲轴磨床砂轮架带轮传动机构设计与优化
                                              胡慧远1,周怡君1,曹火光2
                                     (1.东南大学机械工程学院，江苏 南京〓211189)
                                  (2.固耐重工（苏州）有限公司，江苏 苏州〓215400)
    为提高曲轴磨床砂轮回转精度，介绍了一种高精度带轮传动机构的设计和优化方法。首先依据花键传动特点，设计纯扭矩传动机构；然后采用MATLAB全局寻优算法和ANSYS有限元仿真，进行连接螺栓优化和结构参数灵敏度分析；最后依据结构参数灵敏度曲线修改各参数取值完成结构优化。结果表明：优化后传动机构最大变形量下降40%；前6阶模态频率增幅均在27%以上。


    砂轮主轴系统是曲轴随动磨床至关重要的结构组成部分，其回转精度对加工零件的几何精度和表面轮廓误差具有很大的影响。主轴系统一般由电机、传动机构、主轴、主轴轴承、砂轮法兰及砂轮组成。传动机构的传动误差和工作中的振动变形是主轴回转误差的主要来源。砂轮主轴传动机构随电机的选择不同而改变，近年来，国外磨床生产厂商如Landis、Schaudt等推出的高速磨床采用内置力矩电机部件，实现主轴动力“零传动”。国内华中科技大学等在高速凸轮磨床研究中，砂轮主轴选用电主轴结构；上海机床厂研发的MK82100/H大型数控曲轴磨床，砂轮主轴由电机通过带轮机构驱动。综上所述，传动机构设计分为两种：采用力矩电机的电主轴结构和带轮传动机构。电主轴结构不存在传动链，但其价格昂贵，电机需要配加冷却装置，机床研发成本较高。带轮传动机构通过皮带传递电机输出力矩，大带轮经花键副与主轴连接。带轮传动机构结构简洁，附件少，安装方便。

1〓传动机构设计
     结合实际情况，大型曲轴随动磨床砂轮架主轴的传动采用带轮机构。根据花键传动特点设计的高精度砂轮主轴带轮传动机构如图1所示，机构由
带轮、支撑轴承、轴承法兰、外花键板和主轴花键组成。轴承法兰固定在箱体上，法兰内径大于主轴花键外径。轴承安装在带轮内部，内径安装在轴承法兰一端，实现带轮支撑，并承受皮带张紧力。外花键板通过连接螺栓固定在带轮上，花键板与带轮柱面配合保证同轴度。
〖JP2〗对于理论轮廓的花键连接，当受纯扭转载荷时，内外花键轴线重合，无传动误差。图1的带轮传动机构中，皮带张紧力由轴承法兰承受，花键副只向主轴传递扭矩载荷，无径向压轴力。因此，外花键板轴线与主轴花键轴线重合，各键齿受力均匀，不易磨损，传动不存在理论传动误差，传动精度高。

基金项目江苏省科技支撑计划——工业部分（BE2014084）；东南大学基本科研业务费资助项目
作者简介：胡慧远（1992—），男，安徽宿州人，东南大学硕士研究生，主要研究方向为机械结构设计、结构仿真分析与优化


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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