一种环件矫圆机回转机构
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Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ ６ ３ １ ６ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ — ０ １ ２ １ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ６ ． ０ ０ ９
大型环 件 主要 应用 在 工程 机 械 、 非 开挖 装备 、 化 工、 能源 、 水 利水 电和 国防等行 业领域 ｌ 】 １ 。圆度 是保 证 装 配 质量 的重 要形 位 公 差 ，现 阶段 运用 辗 环 或扩 孔 技术＿ ２ Ｊ ， 对 大 高度 差 、 大壁 厚差 、 大 椭 圆度 和偏 心等 缺 陷 的环坯 件进 行 整 圆 ， 消 除环 坯件 缺 陷［ ３ １ 。但 辗 环 工
轮
图 １ 环件矫 圆机构示意图
收稿 日期 ： ２ ０ １ ６ —１ ０ — １ ５ ； 修订 日期 ： ２ ０ １ ６ — １ １ — ２ ０ 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目（ ５ １ ３ ０ ５ １ １ ６ ） ； 安徽省科技攻 关项 目
７
（ １ ６ ０ ４ ａ ０ ９ ０ ２ １ ３ ８ 、 １ ６ ０ ４ ａ ０ ９ ０ ２ １ ２ ９ ）
由 、 ｙ方 向受 力平 衡可 知
Ｆ ￣Ｆ ３ ＝ （ ＋ ／ ２ （ １ ）
、 ／ （ — Ｆ Ｏ Ｉ ２
主动辊 轮对 圆环施 加 的力 为
Ｆｌ ＝ Ｍ／ ２ ｒ
２ ）
（ ３ ）
＼ ／
由 于 、 ／ ——
Ｗ（ Ｒ ＋ △ ） （ ＋ １ ） 一 Ｒ
圆外 ， 主动辊轮依然可以顺利带动环坯件转动。
为 了进 一 步稳 定环 坯 件 在 转 动 过 程 中位 置 ， 矫 正 机 中线 左 右 两侧 夹 角 为 ６ ０ 。 处 有 从 动 辊 轮 和支 撑 辊， 样机 建模 如 图２ 所示。
艺无法进一步提高零件质量 ，由于连续施加载荷环 件残余应力大，局部矫正工艺是保证环件 圆度质量
翟 华１ ． ， 宥抟睿
（ １ ． 合肥工业大学 工业 与装备技术研 究院， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ０ ９ ； ２ ． 合肥工业大学 机械工程学院 ， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ０ ９ ）
摘要 ： 根据环件矫 圆要求 ， 设计 了一种新型大型环件 圆度矫正机 回转机构。对转动中的环件进行 了受力分析 ， 推 导出了环件 圆度
数 字 化 设 计及 现代 设 计 理 论 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｙ ｔ ｒ ９ ３ ０ １ ２ ６ ＠ｌ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｌ
３ ６ 一
一
翟
华， 等： 一种环 件矫 圆机 回转机构
第 ６期
量。 是 主 动辊轮 对环 件施 加正 压力 ， Ｆ是 主动 辊轮 对 环 件施加 驱 动力 ， 其表 达式 为
擦力作用下带动环件转动 。主动辊轮外侧由弹簧抵 住支撑辊轮 ， 在给环坯件提供正压力 ， 确保环坯件辊
压头 励
擦系数 。 、 为从动辊轮支撑弹簧提供的支撑力 ，
淤
、 主 动 辊 轮
为主动辊轮弹簧提供的支撑力 ， 、 ｋ 、 ， 分别为三
个 支撑 弹簧 的 刚度 系数 ， ｄ 、 ｄ ２ 、 ｄ 分别 为 它 们 的变 形
（ ８ ）
＜ １ ， 所以ａ ＜ Ｒ 。
由主动 辊轮 与 圆环之 间不 打滑 ， 可得
Ｆ ＜ ． ｆ ｓ ・ （ ４ ）
第 二种极 限状 态如 图 ４ ｂ所示 ， 椭 圆短轴 正 好 转 动至 主动辊 轮 的正下 方 。所 以设 ｂ ＝ Ｒ， 两侧 支撑 弹簧
行 程 为 △， 可 得
矫正机 回转机构 圆辊 与圆环之 间的不打滑条件 ， 得 出环件 圆度矫 正机可驱动 的异形环件的尺 寸范围。
关键词 ： 矫 圆机 ； 回转机构 ； 圆度； 大型环件
中 图分 类 号 ： Ｔ ＨＩ ２ ３ ； Ｔ Ｇ ３ ３ ３ ． ９ １ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ０ １ ２ １ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ — ０ ０ ３ ６ — ０ ３
又 由 Ｆ ｕ ＝ １ ｋ ３ ｄ ３ ＋ １ ｄ ｌ ＋ ｝ 可 得 （ ￣ ２ １ｋ ｄ ３ ＋ ｝ 后 ＋ ｝ ）
＝ １ ｄ ／ ２ ， ＝ 后 ２ ｄ Ｊ ２ ， ＝ ３ ｄ ３ ／ ２
设 椭 圆方程 为 Ｘ ２ ＋ ＝ １ ，由于支 撑 弹簧 的最大 行程 为 △， 所 以设 ｂ ＝ Ｒ＋ Ａ， 两 侧 支撑 弹簧 行程 为 ０ ， 由
ｋ ＝ ｔ ａ ｎ ０ ， ｙ ＝ ｋ ｘ ， 可 得
第５ １ 卷第 ６ 期
Ｖｏ １ ．５１ Ｎ０ ．６
锻压装备与制造技术
ＣＨＩ ＮＡ ＭＥ Ｔ ＡＬ Ｆ ＯＲＭＩ ＮＧ Ｅ ＱＵＩ ＰＭＥＮ Ｔ＆ ＭＡＮＵＦ ＡＣＴＵＲＩ ＮＧ Ｔ ＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
２ ０ １ ６ 年１ ２ 月
Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ６
一
种环 件矫 圆机 回转机构
的重 要 ＿ 丁艺环 节 ，需 要 专用 的 回转 机 构驱 动 环件 回 转实 现环 件局 部矫 正 。
１ 矫正机 回转机构设计
如图 １ 所示 ， 由伺 服 电机 带动 的主 动辊 轮 ， 在摩
图 ２ 回转 机 构 三 维 图
２ 回转机构 受力分析
主动 辊轮处 受力 如 图 ３ 所示 ， 主 动辊 轮带 动 圆环 转 动 的条 件 是 主 动 辊 轮 与 圆 环 之 间 不 出现 打 滑 现 象 。 已知条 件 为根据 电机参 数 能得 出电机 带 动 的 主 动 辊 轮力 偶 矩 ， 辊轮半径 ｒ ， 辊 轮 与 圆环 之 间 的摩
＼ Ｆ
作者简介 ： 翟 华（ １ ９ ７ ３ 一 ） ， 男， 博士， 教授 ， 从 事校直工 艺理论及设计 、
液 压 系统 及 元 件 、 现代 设 计 理 论 及 方 法 等 研 究 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ：
Ｆ ３ ｛
１ ］ 一 弹簧
图 ３ 主动辊轮处受力分析
ｊ ｘ ｚ ｈ ａ ｉ ｈ ｕ ａ ｊ ｘ ＠ ｓ ｉ ｎ ａ ． Ｃ Ｏ Ｉ Ｉ Ｉ 。宥抟睿（ １ ９ ９ ３ 一 ） ， 男， 硕 士在 读， 主攻
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ ６ ３ １ ６ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ — ０ １ ２ １ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ６ ． ０ ０ ９
大型环 件 主要 应用 在 工程 机 械 、 非 开挖 装备 、 化 工、 能源 、 水 利水 电和 国防等行 业领域 ｌ 】 １ 。圆度 是保 证 装 配 质量 的重 要形 位 公 差 ，现 阶段 运用 辗 环 或扩 孔 技术＿ ２ Ｊ ， 对 大 高度 差 、 大壁 厚差 、 大 椭 圆度 和偏 心等 缺 陷 的环坯 件进 行 整 圆 ， 消 除环 坯件 缺 陷［ ３ １ 。但 辗 环 工
轮
图 １ 环件矫 圆机构示意图
收稿 日期 ： ２ ０ １ ６ —１ ０ — １ ５ ； 修订 日期 ： ２ ０ １ ６ — １ １ — ２ ０ 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目（ ５ １ ３ ０ ５ １ １ ６ ） ； 安徽省科技攻 关项 目
７
（ １ ６ ０ ４ ａ ０ ９ ０ ２ １ ３ ８ 、 １ ６ ０ ４ ａ ０ ９ ０ ２ １ ２ ９ ）
由 、 ｙ方 向受 力平 衡可 知
Ｆ ￣Ｆ ３ ＝ （ ＋ ／ ２ （ １ ）
、 ／ （ — Ｆ Ｏ Ｉ ２
主动辊 轮对 圆环施 加 的力 为
Ｆｌ ＝ Ｍ／ ２ ｒ
２ ）
（ ３ ）
＼ ／
由 于 、 ／ ——
Ｗ（ Ｒ ＋ △ ） （ ＋ １ ） 一 Ｒ
圆外 ， 主动辊轮依然可以顺利带动环坯件转动。
为 了进 一 步稳 定环 坯 件 在 转 动 过 程 中位 置 ， 矫 正 机 中线 左 右 两侧 夹 角 为 ６ ０ 。 处 有 从 动 辊 轮 和支 撑 辊， 样机 建模 如 图２ 所示。
艺无法进一步提高零件质量 ，由于连续施加载荷环 件残余应力大，局部矫正工艺是保证环件 圆度质量
翟 华１ ． ， 宥抟睿
（ １ ． 合肥工业大学 工业 与装备技术研 究院， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ０ ９ ； ２ ． 合肥工业大学 机械工程学院 ， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ０ ９ ）
摘要 ： 根据环件矫 圆要求 ， 设计 了一种新型大型环件 圆度矫正机 回转机构。对转动中的环件进行 了受力分析 ， 推 导出了环件 圆度
数 字 化 设 计及 现代 设 计 理 论 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｙ ｔ ｒ ９ ３ ０ １ ２ ６ ＠ｌ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｌ
３ ６ 一
一
翟
华， 等： 一种环 件矫 圆机 回转机构
第 ６期
量。 是 主 动辊轮 对环 件施 加正 压力 ， Ｆ是 主动 辊轮 对 环 件施加 驱 动力 ， 其表 达式 为
擦力作用下带动环件转动 。主动辊轮外侧由弹簧抵 住支撑辊轮 ， 在给环坯件提供正压力 ， 确保环坯件辊
压头 励
擦系数 。 、 为从动辊轮支撑弹簧提供的支撑力 ，
淤
、 主 动 辊 轮
为主动辊轮弹簧提供的支撑力 ， 、 ｋ 、 ， 分别为三
个 支撑 弹簧 的 刚度 系数 ， ｄ 、 ｄ ２ 、 ｄ 分别 为 它 们 的变 形
（ ８ ）
＜ １ ， 所以ａ ＜ Ｒ 。
由主动 辊轮 与 圆环之 间不 打滑 ， 可得
Ｆ ＜ ． ｆ ｓ ・ （ ４ ）
第 二种极 限状 态如 图 ４ ｂ所示 ， 椭 圆短轴 正 好 转 动至 主动辊 轮 的正下 方 。所 以设 ｂ ＝ Ｒ， 两侧 支撑 弹簧
行 程 为 △， 可 得
矫正机 回转机构 圆辊 与圆环之 间的不打滑条件 ， 得 出环件 圆度矫 正机可驱动 的异形环件的尺 寸范围。
关键词 ： 矫 圆机 ； 回转机构 ； 圆度； 大型环件
中 图分 类 号 ： Ｔ ＨＩ ２ ３ ； Ｔ Ｇ ３ ３ ３ ． ９ １ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ０ １ ２ １ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ — ０ ０ ３ ６ — ０ ３
又 由 Ｆ ｕ ＝ １ ｋ ３ ｄ ３ ＋ １ ｄ ｌ ＋ ｝ 可 得 （ ￣ ２ １ｋ ｄ ３ ＋ ｝ 后 ＋ ｝ ）
＝ １ ｄ ／ ２ ， ＝ 后 ２ ｄ Ｊ ２ ， ＝ ３ ｄ ３ ／ ２
设 椭 圆方程 为 Ｘ ２ ＋ ＝ １ ，由于支 撑 弹簧 的最大 行程 为 △， 所 以设 ｂ ＝ Ｒ＋ Ａ， 两 侧 支撑 弹簧 行程 为 ０ ， 由
ｋ ＝ ｔ ａ ｎ ０ ， ｙ ＝ ｋ ｘ ， 可 得
第５ １ 卷第 ６ 期
Ｖｏ １ ．５１ Ｎ０ ．６
锻压装备与制造技术
ＣＨＩ ＮＡ ＭＥ Ｔ ＡＬ Ｆ ＯＲＭＩ ＮＧ Ｅ ＱＵＩ ＰＭＥＮ Ｔ＆ ＭＡＮＵＦ ＡＣＴＵＲＩ ＮＧ Ｔ ＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
２ ０ １ ６ 年１ ２ 月
Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ６
一
种环 件矫 圆机 回转机构
的重 要 ＿ 丁艺环 节 ，需 要 专用 的 回转 机 构驱 动 环件 回 转实 现环 件局 部矫 正 。
１ 矫正机 回转机构设计
如图 １ 所示 ， 由伺 服 电机 带动 的主 动辊 轮 ， 在摩
图 ２ 回转 机 构 三 维 图
２ 回转机构 受力分析
主动 辊轮处 受力 如 图 ３ 所示 ， 主 动辊 轮带 动 圆环 转 动 的条 件 是 主 动 辊 轮 与 圆 环 之 间 不 出现 打 滑 现 象 。 已知条 件 为根据 电机参 数 能得 出电机 带 动 的 主 动 辊 轮力 偶 矩 ， 辊轮半径 ｒ ， 辊 轮 与 圆环 之 间 的摩
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作者简介 ： 翟 华（ １ ９ ７ ３ 一 ） ， 男， 博士， 教授 ， 从 事校直工 艺理论及设计 、
液 压 系统 及 元 件 、 现代 设 计 理 论 及 方 法 等 研 究 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ：
Ｆ ３ ｛
１ ］ 一 弹簧
图 ３ 主动辊轮处受力分析
ｊ ｘ ｚ ｈ ａ ｉ ｈ ｕ ａ ｊ ｘ ＠ ｓ ｉ ｎ ａ ． Ｃ Ｏ Ｉ Ｉ Ｉ 。宥抟睿（ １ ９ ９ ３ 一 ） ， 男， 硕 士在 读， 主攻