手搖磨床工作臺齒形帶傳動的改造

在現代的機械加工中，在保證產品質量的同時，如何提高生產效率、減少經濟成本是工廠進行加工生產必須考慮的重要內容，機械設備作為機械加工的主體，隨著社會、科學技術的高速發展，工廠根據生產實際的需要，對舊的機械設備進行改造，使機械設備達到最佳狀態，更適合加工需要，在機械加工行業中非常普遍。本人通過細心觀察及調查研究，對SGS-H618B型手搖磨床進行改造，達到了提高機床生產效率和提高經濟性的目的。

一、問題的提出

手搖磨床體積小、結構簡單，加工方便易于控制，并且節約能源，加工精度較高，是機械加工車間常見的一種機床。筆者所在學校模具車間的手搖磨床型號為SGS-H618B，是云南第二機床廠在1992年的產品。該機床不單要滿足平時加工生產的需要，而且要保證學校學生生產實習的需要，因而使用頻率非常高。手搖磨床的工作臺與齒形帶連接，工作時靠手輪直接驅動齒形帶傳動，使工作臺實現往復運動，從而使電機直接驅動的砂輪對固定在工作臺上的工件進行磨削。

該手搖磨床靈活安全，在機械加工車間應用較多，然而在使用過程中，經常會出現齒形帶斷裂的現象，使手搖磨床無法工作。齒形帶裝上去應用一段時間就斷裂，第一次斷裂時可將齒形帶斷口接在工作臺的固定處，勉強恢復工作，但不久又出現斷裂的現象。這種現象經常出現，頻繁的停機、更換，嚴重影響了加工生產和實習教學秩序，而且增大了生產成本。齒形帶怎么會經常斷裂，一直困惑著每一個人，該如何改善成為了車間的一個急需解決的問題。

二、故障的原因與分析

該手搖磨床齒形帶斷裂時間間距很短，齒形帶傳動應該說是一種不錯的傳動，怎么會出現經常斷裂的現象呢？筆者通過認真的觀察和試驗，排除了安裝和使用方面、皮帶本身的質量問題以及學生的不正常操作方面原因。懷疑機床結構的合理性，特別是皮帶設計選用的合理性。于是對手搖磨床上的齒形帶傳動部分拆下來進行檢測。經過實物測量，帶輪頂圓直徑為34.5mm，齒數為12。

查《機械設計手冊》：同步齒形帶帶輪頂圓直徑公式：

da=d﹣2δ

即da=mz﹣2δ

代入數字：34.5=12m﹣2δ

式中，δ為齒形帶節線到齒根間距離，見表1（《機械設計手冊》摘錄）：當m=3，δ=0.75，da=12×3-2×0.75=34.5mm，與帶輪頂圓直徑實測值34.5mm相符，從而得知該齒形帶傳動帶輪模數m=3mm。該齒形帶傳動模數也可通過同步齒形帶標記可知，但該齒形帶標記模糊不清，通過測量得齒形帶節距p=9.42mm，m=p/π=3mm，亦可證實齒形帶傳動模數m=3mm。

設計手冊》摘錄）可知，模數m=3mm，小帶輪轉速n1＜1000r/min，Zmin=16，而現在手搖磨床齒帶輪齒數Z=12，少于齒形帶輪選用的最少齒數。

所以筆者認為齒形帶斷裂最主要的原因是設計時選用帶輪齒數錯誤，選擇帶輪的直徑過小，導致同步齒形帶在帶輪接觸處過分彎曲，使齒形帶壽命大大降低，從而出現齒形帶經常斷裂的現象。

三、傳動的改造

1.傳動形式的選用

問題的原因找到了，照理只要將帶輪齒數按正確參數選取重新加工帶輪，即可解決齒形帶經常斷裂的問題。但是齒形帶傳動部位空間高度方向只有48mm，如果齒形輪選取最少齒數Z=16重新加工，則齒形帶輪齒頂圓直徑da=mz﹣2δ=3×16﹣2×0.75=46.5（mm）

齒形帶外表面到齒根的厚度=H-h=1.1-0.6=0.5×3=1.5（mm）

帶輪與齒形帶組裝在一起時總直徑為46.5+1.5×2=49.5（mm）

再加上為防止齒形帶滑出的擋圈，所需空間應在50mm以上。該手搖磨床齒形帶傳動部位空間位置有限，且是封閉空間，因此不可能通過加大帶輪直徑，解決齒形帶經常斷裂的問題。既然齒形帶傳動不能選用，只能考慮其他的傳動形式，幾種可考慮的較遠距離傳動特點比較見表3。

根據表3綜合比較，選用鋼絲繩傳動。

2.鋼絲繩直徑選用

手搖磨床的砂輪（主軸）驅動電機功率為0.75kW，轉速2825r/min，砂輪直徑為200mm。

切削速度V=πdn/1000×60 = =29.57(m/s)

根據功率計算公式：

該機床采用鋼珠導軌，運動時摩擦阻力極小，查《機械設計手冊》鋼絲繩選ф2mm，鋼絲破斷拉力總和∑S≥3273N，絕對可以保證傳動。

3.輪上線槽圈數的計算和鋼絲繩長度的計算

受空間位置的局限，改造后的繩輪直徑不能超過原齒輪帶輪的擋圈直徑尺寸ф42mm，取繩直徑ф36mm，則鋼絲繩繞繩輪一圈周長為L=πd=3.14×36≈113（mm）。

由手搖磨床的說明書（參數）可知：工作臺往復運動的距離為470mm，當工作臺在中間時，向左右兩側分別可移動的距離為235mm，鋼絲繩在主動繩輪初始繞好后，主動繩輪兩側仍需留繩槽圈數n=235/113≈2.08圈，取整數3圈，以保證工作臺向左右兩側移動時主動繩輪能將鋼絲繩收起。鋼絲繩在主動繩輪上繞的圈數取5圈，保證鋼絲繩與主動繩輪的接觸面積，確保有足夠的摩擦力驅動。所以主動繩輪上加工的線槽要有11圈以上。

鋼絲繩長度，包含分別繞在主動繩輪上5圈的長度，兩輪間連接的鋼絲繩長度，以及鋼絲繩固定在工作臺接頭處后向外引伸的長度，鋼絲繩的長度=5×113+470×2+795=2300mm。

4.主、從動鋼絲繩輪的尺寸

考慮到在主動齒形帶輪前端原為安裝齒形帶預留的空隙經改造后已無作用，為了保證主動繩輪有足夠的鋼絲繩槽圈數，可將主動鋼絲繩輪加長5mm，同時減小原齒形輪伸出段的長度。加工時在車床以切螺紋的方式將主動鋼絲繩輪切出，螺距為p=2.25mm；以同樣的車刀切制出從動鋼絲繩輪。

5.鋼絲繩與工作臺接頭的改造

齒形帶與工作臺的接頭中上、下壓塊材料采用Q235-A。上壓塊槽用銑床銑出，下壓塊外廓用線切割加工。安裝時上下壓塊用四支螺釘將齒形帶夾緊，利用上壓塊上表面的圓銷在工作臺底面定位，用兩支M6內六角圓頭螺栓從工作臺上表面穿下將工作臺與接頭連接固定。

6.鋼絲繩傳動的裝配

裝配時，鋼絲繩先在主動鋼絲繩輪上居中繞5圈，居上的線頭穿過上壓塊左側ф4小孔，居下的線頭從下繞從動鋼絲繩輪后穿過上壓塊右側ф4小孔。兩線頭分別穿過上壓塊后向兩邊伸出拉緊。然后以上壓塊圓銷在工作臺底面定位，兩M6圓柱頭內六角螺釘穿過工作臺將上、下兩壓塊稍作連接，使下壓塊進入上壓塊內槽。兩邊拉緊鋼絲繩，裝上工作臺，緊固兩M6圓柱頭內六角螺釘，連接工作臺與上下兩壓塊使之固定，鎖死鋼絲繩，伸出的鋼絲繩線頭用螺釘固定在工作臺的底面，以免伸出線頭影響傳動。最后通過調節松緊調整裝置，將從動鋼絲繩往外移動，增大兩繩輪中心距，拉緊鋼絲繩，保證鋼絲繩與繩輪之間的壓力，確保有足夠的摩擦維持鋼絲繩傳動。

四、改造的效果

手搖磨床改造后，經試驗，效果很好，改進后至今仍能保持正常工作。通過改造解決了齒形帶經常斷裂的問題，大大節約了生產成本，取得了良好的經濟效益；在安裝上，也較改造前容易；同時避免了因頻繁拆卸、更換皮帶而影響生產、教學，生產效益大大提高。改造前和改造后手搖磨床的性能和效益對比見表4。

在手搖磨床齒形帶傳動的改造過程中，筆者查閱了大量相關資料，經過詳細的分析、思考，找到了故障產生的原因。針對由于機床本身結構條件局限，不能重新選取參數恢復齒形帶傳動的新問題。通過幾種傳動的比較，選取最佳方案，將齒形帶傳動改造為鋼絲繩傳動。經改造調試，最后獲得成功，解決了問題，得到領導和同事的贊賞。同時認識到機床設計亦會存有不足或不合理之處，只要多分析、多思考，積極學習新知識、新技術、新方法，并將其運用到實踐中去，就一定能發現問題，解決問題，從而達到提高生產效率，降低生產成本的目的，為單位、社會創造財富。

（作者單位：肇慶汽車技工學校）

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文