陳婀娜

（貴州師范大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550001）

0 前言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)給制造業(yè)帶來(lái)了更高的考驗(yàn)，在追求企業(yè)向前發(fā)展的同時(shí)，還需要考慮在產(chǎn)品、工人、環(huán)境等因素中進(jìn)行改善。齒輪齒條式磨合機(jī)作為對(duì)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的初期磨合測(cè)試，是在結(jié)合轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用的過(guò)程中，作為進(jìn)一步提高產(chǎn)品使用性能而研制的。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向器前期磨合機(jī)的應(yīng)用，再次提高產(chǎn)品品質(zhì)，滿足人們的需要。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

結(jié)合轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品品種的多樣性及產(chǎn)品的特殊特性。在生產(chǎn)的過(guò)程中，產(chǎn)品在磨合時(shí)，裝夾和更換頻繁，結(jié)合這樣的特點(diǎn)，磨合機(jī)的使用性能應(yīng)滿足以下特點(diǎn)：

（1）對(duì)產(chǎn)品各種型號(hào)的使用性強(qiáng)，須滿足轉(zhuǎn)向器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；

（2）在使用過(guò)程中操作應(yīng)簡(jiǎn)便，工人操作技能掌握快，只需簡(jiǎn)單的培訓(xùn)即可進(jìn)行獨(dú)立上崗；

（3）在工作中，裝夾效率高，更換產(chǎn)品時(shí)便捷。

結(jié)合上面三個(gè)特點(diǎn)，為了滿足要求，對(duì)磨合機(jī)的機(jī)械部分進(jìn)行了一個(gè)綜合的考慮，產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上有一定的差異，在裝夾中，如采用專用夾具，那么在進(jìn)行產(chǎn)品更換時(shí)，給裝夾和調(diào)整階段帶來(lái)了不便，經(jīng)過(guò)對(duì)專用夾具和通用的夾具的分析，加上考慮在今后新品試制中，該磨合機(jī)也能在新品的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮一定的作用。即在設(shè)計(jì)中，進(jìn)行了以下分解，如圖1。

（1）電機(jī)與轉(zhuǎn)向器連接結(jié)構(gòu)

在電機(jī)轉(zhuǎn)矩的傳遞中，為保證電機(jī)所傳遞的力有效地輸入到工件上，結(jié)合工件工作狀態(tài)為花鍵連接，為方便和節(jié)約成本，借用了萬(wàn)向節(jié)總成的工作原理，以此解決在連接中的不易找正的困難，同時(shí)也滿足傳遞的需求。此外，考慮在工作中，由于時(shí)常更換產(chǎn)品的類型，在傳遞結(jié)構(gòu)與電機(jī)連接處，采用了快換裝置的連接方法，確保在更換產(chǎn)品類型時(shí)，更換傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方便可靠，有效地實(shí)現(xiàn)快換的目的。

圖1 結(jié)構(gòu)分解

（2）壓緊結(jié)構(gòu)與定位結(jié)構(gòu)由于該磨合機(jī)的使用中，工件的裝夾頻繁，壓緊與定位兩個(gè)結(jié)構(gòu)上，需要具備在生產(chǎn)的每一種型號(hào)的轉(zhuǎn)向器中能實(shí)現(xiàn)通用性。裝夾調(diào)整時(shí)，做到方便調(diào)整、裝夾便捷的操作效果。結(jié)合這兩方面的性能，在對(duì)壓緊結(jié)構(gòu)與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，采用了V 型塊作為定位結(jié)構(gòu)件，將V 型塊安裝在帶有腰型槽的兩塊支板上，使V 型塊在腰型槽支板上松開(kāi)螺釘后，能進(jìn)行自由的滑動(dòng)調(diào)節(jié)，滿足每個(gè)型號(hào)產(chǎn)品的裝夾定位。因該磨合機(jī)在工作中，需要電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)作動(dòng)力。在工件裝上后需工件固定不動(dòng)，保證在傳遞中有效。為此，在壓緊結(jié)構(gòu)上，采用了活節(jié)壓緊結(jié)構(gòu)作為在工作中對(duì)工件的壓緊，實(shí)現(xiàn)了裝卸工件方便快捷的目的。

2 電氣部分

電氣元件作為磨合機(jī)工作動(dòng)作的執(zhí)行元件，也是磨合機(jī)的技術(shù)核心部分之一。為保證磨合機(jī)在工作中達(dá)到工作要求，運(yùn)行時(shí)安全可靠，根據(jù)需要，調(diào)整運(yùn)動(dòng)的快慢，滿足操作工人的要求。為此，對(duì)元件的核定是必要的，結(jié)合上面要求，對(duì)電路的設(shè)計(jì)思路如圖2。

根據(jù)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)矩的要求，轉(zhuǎn)向器的空載啟動(dòng)力矩為0.49～1.57 N·m 之間，轉(zhuǎn)向器在磨合狀態(tài)下，以3 倍的鎖緊力進(jìn)行磨合，則最大力矩為4.71 N·m，考慮在工作的安全性，在傳遞中以中等沖擊載荷系數(shù)KA=1.25計(jì)算，即：

T1=4.71KA=5.89 N·m

其中：T1——轉(zhuǎn)向器最大轉(zhuǎn)矩（N·m）。

在下面的元件選擇中，主要以5.89 N·m為依據(jù)，選擇電機(jī)及其它相關(guān)電氣元件。

（1）電機(jī)的選擇[1]

電機(jī)作為磨合機(jī)的動(dòng)力來(lái)源，電機(jī)的功率、型號(hào)的選用，與轉(zhuǎn)向器的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)為主。根據(jù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值與工作實(shí)際的要求，電機(jī)在工作時(shí)，合理的轉(zhuǎn)速在200 r/min 以下為宜。經(jīng)過(guò)對(duì)電機(jī)的查閱及參考相關(guān)資料，選擇了三相異步電機(jī)（YVP90S4型渦輪蝸桿無(wú)極變速電機(jī)）作為該磨合機(jī)的動(dòng)力源，該電機(jī)在經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿的變速后，通過(guò)變頻器的調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)低、中級(jí)的無(wú)極調(diào)速。其通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向器的扭矩核算為：

其中：T——名義轉(zhuǎn)矩（N·m）；

P——額定功率（kW）；

n——電機(jī)軸轉(zhuǎn)速（r/min）。

根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為7.8 N·m，磨合需要的最大安全使用轉(zhuǎn)矩為7.5 N·m，電機(jī)的安全使用系數(shù)大于磨合時(shí)的使用系數(shù)。另外，電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速為：S=1 400/7.5=187 r/min，小于200 r/min，滿足轉(zhuǎn)速要求。從這幾個(gè)方面看來(lái)，選擇的各參數(shù)都較為接近選擇的電機(jī)，從經(jīng)濟(jì)和使用上都滿足了要求，即選擇的電機(jī)可行。

圖2 電路原理示意圖

（2）電機(jī)換向控制元件的選定

為使電機(jī)在工作中，帶動(dòng)工件往返的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，YVP90S4 型變速電機(jī)在工作中，通過(guò)對(duì)電流的控制，可以使電機(jī)在工作時(shí)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。即，需借助接近開(kāi)、交流接觸器的工作原理對(duì)輸入電機(jī)的電流進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，滿足電機(jī)正反轉(zhuǎn)的需求。此外，由于該磨合機(jī)在設(shè)計(jì)完成后，投入到實(shí)際工作時(shí)，需要做到對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)整[2]，結(jié)合電路控制的特點(diǎn)和變頻器的調(diào)節(jié)功能，選用了變頻器作為對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢的控制。

（3）電源控制器的選擇

電源斷路器作為對(duì)整個(gè)電氣系統(tǒng)的通電、過(guò)載起到一個(gè)安全的保護(hù)作用，在選用中，為了使電源斷路器能正常的工作和保護(hù)電路元件，選擇在該磨合機(jī)中加上了電源斷路器、電源控制器、控制變壓器電機(jī)電阻器及各電源執(zhí)行按鈕[3]。

3 結(jié)論

為了校驗(yàn)該磨合機(jī)在實(shí)際工作的工作性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，在該磨合機(jī)安裝好后進(jìn)行了初期的測(cè)試，該磨合機(jī)在性能上實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，滿足磨合的基本要求，工作性能正常，到達(dá)預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

［1］孫恒，陳作模.機(jī)械原理：7 版［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］郭仁生，魏宣燕.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［3］趙如福.金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)［K］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1996.