万能外圆磨床砂轮架的设计及分析

砂 轮架 是磨 床 的一个 关键部 件 ，而万 能外 圆磨
壳体 内部 的腔 体 ，体 壳长 １ ０ ９ ５ ｎ ｌ ｌ ｉ １ ，宽 ６ ６ ０ Ｉ Ｙ Ｉ Ｉ Ｔ Ｉ ，
床 的砂轮 架又 比普通 外 圆磨床 的砂 轮架 结构 复杂 ， 其特 征包 括两个 方面 ：一 是上 体壳 可绕 定位 柱旋转
可忽略不计，可将主轴处简化为一简支梁系统如图 ２所示 。 图 中， Ｆ为砂轮 径 向进给 力 ， 设 定为 ５ ０Ｋ ｇ ； Ｇ１ 为砂 轮及 其 附属件 质量 ，约 为 １ ５ ０ ｋ ｇ ；Ｇ ２ 为主轴
皮 带轮 及其 附属 件质量 ，约为 ３ ３ ；Ｔ ｘ 向张紧 力
分 力为 ３Leabharlann ７ ８ Ｎ； 向张 紧力 分力 为 １ ０ ２ Ｎ。根据 力 学
公式 １计算，可得出滚动轴承 １ 、２处的支反力：
Ｆ１ ｘ一 ５ ２ ５ ． ５ Ｎ， ｖ ＝ ＝ １ ７ ７ ６ ． ２ Ｎ， 一 ３ ５ ２ ． ６ Ｎ， ８ ２ ． ９ Ｎ。
３ ０
砂轮 架壳 体是 砂轮架 的基 础零 件 ，砂轮 主轴 系 统装 配于 其 中 ，按 照砂轮 架 的使用 性 能要求 以及 其 工 作条件 ， 壳体结 构应满 足 大 的刚性 ， 足 够 的强度 、 抗 振 能力 、精 度稳 定 、易加 工 等 。考 虑安 装大 规 格 砂轮 主轴 系统及 内圆磨具 支架 问题 ，需对 体 壳进 行 改进 设计 。 在 已有 壳体 的基础 上加 大长 度和 宽度 ， 并增 加两 块筋 板 以提 高 刚度和 强度 ， 同时重新 布 置
皮 带轮 预紧 力 Ｔ ｌ ＝ ２ ０ Ｋ ｇ ，Ｔ ＝ ２ ＝ ４ ０ Ｋｇ 。
选择 小 于 ５ ０ ０ １ Ｔ Ｉ Ｉ Ｔ Ｉ ；二是 配有 内圆磨具装 置 ，一般 为满 足 市场 需求 ， 以某型 万 能外 圆磨床 为研 究对象 ， 设计 一 套砂轮 规格 为 ７ ５ ０ ｎ ｌ ｌ － ｌ的砂 轮架 结构 ，为 保 ｆ
精密 制造 与 自动化
２ ０ １ ５ 年第 ２ 期
万 能外 圆磨床砂轮架 的设计及分析
汪 燕
（ 上海 机床 厂有 限公 司 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ）
摘 要 以万能外圆磨床 为研 究对 象，设计一种适用于大规格砂轮磨削工件 的砂轮架 结构，包 括内圆磨具支架 。
运用有 限元模型和 Ａ Ｂ ＡＱ ＵＳ有 限元 分析软件对砂轮架进行静力学分析与模态分析 ，确定砂 轮架 结构 的可靠性 ； 为保证砂轮架主轴中心与 内圆磨 具中心的等 高，对 内圆磨具支架 的设计进行 了改进 ，并结合理论计算方法对其进 行强度验证 。仿真结果改进后的结构是安全的，并把 改进后 的砂轮架结构应用于产 品中 ，实践证明是可行的 。 关键词 砂轮架 内圆磨具支架 有限元分析 强度验 证
１ 砂轮架结构设计
图 １ 皮 带轮张 紧力 分布 图 １ ． １ 壳体设计 砂 轮架中 的主要零件包括壳体 、主轴系统 、皮 带 轮等，砂轮主轴系统 的结构直接 影响工件 的加工质量 ， （ ２ ）体 壳顶 部 的 内圆磨具质 量 及其 弯矩 引起 的 具有 较 高 的回转精 度 、刚度 、抗振 性 及耐 磨性 。 载荷 。 内圆磨 具及支 架质 量 为 Ｇ ２ ＝ １ ６ ０ Ｋｇ ， 内圆磨 它 是砂轮 架部件 中的关键 结构 ， 主要 借用 成熟 结构 ， 具质 心偏 心 引起 的附加 弯矩 Ｍ＝ １ ５ ６ ． ９ ６ Ｎ・ ｍ。 满足 于安 装规 格大 小为 ７ ５ ０ ｍｎ ｌ 的砂 轮 。 （ ３ ） 主轴系 统产 生 的载荷 。 主轴 上轴 向载 荷较 小 ，
一
高３ ７ ５ ｉ ｎ ／ ／ １ 。运 用三 维软 件 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 建立 砂轮 架 三维 模型 。
定 角度 ，考虑 到 结构和 行程 问题 ，砂轮 规 格一般 固定在砂 轮架 体壳顶 面 ，并绕 固定 轴可 上下 翻转 。
１ ． ２ 载荷分析
为 了获得 壳体 的力 学边 界条件 ，首 先对 其进 行 载荷 分析 。施 加在 壳体 的载荷 主 要分 为三 部分 。 （ １ ） 体壳上 驱动 主轴 旋转 的 电机质 量及 其带 轮 的 张紧 力 引起 的载荷 。 电机 及垫 板质 量 Ｇ 幻 １ ＝１ ７ ６ Ｋｇ ， 带轮 张 紧力 引起 的等效 载荷 Ｔ ，如 图 １ 所 示 ，设定
证 内圆磨具 中心与 砂轮架 主轴 中心 等 高 ，对 内圆磨 具 支架 进行 了改进 。
Ａ Ｂ ＡＱ ＵＳ 有 限元 软件 适 合 于分 析模 拟 庞 大 复 杂 的结 构力 学及 固体力 学模 型 ，处理 高度 非线性 问 题 …。砂轮 架 结构 复杂 ，为 提高 工作 效率 ，缩短 工 作周 期 ， 利用 ＡＢ ＡＱ ＵＳ建立 砂轮 架 的有 限元模 型 ， 对 砂轮 架 壳体进 行应 力变 形分析 和模 态分 析 。