蓝宝石切割机设计大学论文.doc

编号： 浙江工业大学之江学院毕业设计(论文)题 目： 蓝宝石切割机设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日V摘 要本次设计是对蓝宝石切割机装置的设计。在这里主要包括:传动系统的设计、装夹部位系统的设计、切割片主轴部位系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容：(1) 蓝宝石切割机装置总体结构设计。(2) 蓝宝石切割机装置工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 蓝宝石切割机装置的传动系统、执行部件及机架设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词：蓝宝石切割机装置， 联轴器，滚珠丝杠 AbstractThis design is the design of assembly of rod material automatic cutting device. Here mainly include: design, drive system design of the cutting blade clamping spindle parts of system design, part of the system of graduation design on the design of the basic skills training, enhancing the analysis and to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design.The structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transfer the power to the screw rod, the screw rod drives the screw rod nut, thereby driving the movement, improve labor productivity and automation level of production. But also show its superiority, there are broad prospects for the development.The research of this thesis:(1) the overall structure design of automatic assembly device for cutting bar.(2) analysis of assembly device performance of rod material automatic cutting.(3) the choice of motor.(4) transmission system, execution unit and frame design of automatic assembly device for cutting bar.(5) the design of components for the design calculation and check.(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.Keywords: automatic cutting assembly device, bar coupling, ball screw全套设计请加 197216396或401339828目 录摘 要IIAbstractIII1 绪论11.1蓝宝石切割机的研究现状11.2蓝宝石切割机发展趋势21.3本课题研究的内容及方法31.3.1主要的研究内容31.3.2设计要求31.3.3关键的技术问题32 蓝宝石切割机装置总体结构设计42.1设计的要求与数据42.2 带锯选型42.3 夹紧装置设计52.4 卡盘的选型62.5 同步带传动计算62.5.1 同步带计算选型62.5.2 同步带的主要参数（结构部分）102.5.3 同步带的设计122.6 轴的设计122.6.1求作用在带锯上的力132.6.2 初步确定轴的最小直径132.6.3 轴的结构设计142.6.4 求轴上的载荷152.6.5按弯曲扭转合成应力校核轴的强度162.6.6精确校核轴的疲劳强度172.7 键的选择与校核202.8滚动轴承的寿命校核223 蓝宝石切割X方向进给传动设计233.1 X向滚珠丝杆副的选择243.1.1导程确定243.1.2确定丝杆的等效转速243.1.3估计工作台质量及负重243.1.4确定丝杆的等效负载243.1.5确定丝杆所受的最大动载荷253.1.6精度的选择263.1.7选择滚珠丝杆型号263.2校核273.2.1 临界压缩负荷验证273.2.2临界转速验证283.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率293.3电机的选择293.3.1电机轴的转动惯量303.3.2电机扭矩计算314 蓝宝石切割Y方向进给传动设计334.1 Y轴滚动导轨副的计算、选择334.2 滚珠丝杠计算、选择344.3 步进电机惯性负载的计算37结论40参考文献41致 谢421 绪论1.1蓝宝石切割机的研究现状在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有自动化生产设备，用来提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。当然，我们发现切割技术已经渗透到各个领域并且被广泛使用。根据资料显示，割技术加工。我国每年的切割设备需求量金额超过50亿元。既然切割机能够这么普遍地应用在各个领域，它肯定具备了很大的市场竞争力。80年代初期，国际商业机器公司(IBM)首先提出的化学机械抛光引入集成电路进行平坦化的制程工作。主要是通过适当的制程参数设计，利用一个抛光平台，配合适当的化学溶液，将晶片表面高低起伏不一的轮廓加以磨平。安永畅男使用不锈钢环抛光蓝宝石，发现蓝宝石界面与不锈钢形成了结构松软的固相化学反应层，蓝宝石表面具有镜面光泽，而且没有发现亚表面损伤的现象，并提出了机械化学抛光的概念。Namba和Tsuwa等人在进行蓝宝石超抛光的实验中，利用二氧化硅水溶液搭配上锡盘当研磨盘，首次观察到蓝宝石的残余表面粗糙度为1nm，对于使用SiO2当磨粒而言，因为其硬度比蓝宝石的要低，理论上并不具有去除蓝宝石表面的能力，但是实验结果却说明SiO2抛光液具有去除蓝宝石表面材料的能力，利用此套仪器设备对蓝宝石进行抛光可获得比较好的表面粗糙度并认为在超抛光中，抛光液中直径7nm的胶羽状SiO通过撞击移除了蓝宝石表面原子，并提出了一种新的抛光方法，浮法抛光法。Gutsehe和Moody等人在其研究成果上提出假设，他们认为是由于单纯的化学反应SiO2才能移除蓝宝石表面的原子，而来自抛光过程摩擦产生的热是化学反应能够进行的驱动力，并提出化学反应式为：反应后生成物为高岭土，并可利用抛光液的流动特性将高岭土移除。Prochnow和Edwards等人使用直接接触法搭配上沥青抛光盘对蓝宝石进行超抛光，抛光结果均方根粗糙度值可达到0.20.3nm。 B.Hader和o.weis依据Prochnow和Edwards等人证实的直接接触的想法的基础上，提出了“热液磨耗”的理论模型。最近几年，国际上一些知名的半导体及光电子技术公司纷纷投入了大量的资金去研究蓝宝石抛光，并取得了一定的成果，如美国、日本、德国以及俄罗斯等公司己经能产业化生产3英寸的单晶蓝宝石，并且正在研发4英寸的技术。1.2蓝宝石切割机发展趋势我国从20世纪80年代开始进行大型机床等机械产品切割结构的研究，20 多年来已取得长足的进步。切割结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用以焊代铸以焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。20 世纪90 年代发展起来的线切割技术的成熟应用，成功地满足了大片径、低损耗和相对较高表面质量的晶片切割需要。线切割晶圆技术刚开始是运用游离磨粒的方式，也就是利用线带动游离磨粒（如碳化硅等），传统的金属切割线如图1所示，使在工件和线中间的磨粒对工件进行磨切割。但是游离磨粒的缺点在于，因为磨粒和工件实际接触到的面积较小，造成材料移除率较小，所以需要较长的加工时间；而另外一个缺点在于，如须加工更硬、更难以切割的工件（如蓝宝石、碳化硅），则游离磨粒的方式将难以对工件的表面达到预期的切割。为了改善上面的缺点，切割碳化硅、蓝宝石等硬度大的材料，固定金刚石磨料线切割技术应运而生，这种加工技术通常是使用电镀的方法将金刚石磨料固定在钢丝表面（如图2 所示）,加工过程中锯丝上的金刚石直接获得运动速度和一定的压力对硅材料进行磨削加工, 相比游离磨料多线锯的 三体加工,它属于 二体加工，其加工效率是游离磨料多线锯的数倍以上。金刚石单线切割机以其独特的优势成为第三代半导体硬脆材料和大直径材料切割中不可或缺的一部分。在当前，蓝宝石切割机的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用切割蓝宝石切割机，称之为固定结构的传统蓝宝石切割机，其运动特性使特定蓝宝石切割机仅能适应一定的范围，花费成本较大，不利于蓝宝石切割机的发展。很数蓝宝石切割机还有焊缝跟踪的功能,其不足之处就是在焊前必须通过人为的方式,帮助蓝宝石切割机找到合适的位置并且放好，通过人工将蓝宝石切割机本体、十字滑块等调整到合适的状态 ,这里所设计的移动蓝宝石切割机是有轨移动切割蓝宝石切割机，也就是说蓝宝石切割机的自主性还跟不上工业发展的脚步。未来的发展趋势可分为以下三个方面：1 选择视觉传感器来进行传感跟踪：因为与图象处理方面相关的技术得到发展； 2 采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的切割任务；3 控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：这也将是移动切割蓝宝石切割机的控制所采用。1.3本课题研究的内容及方法1.3.1主要的研究内容在查阅了国内外大量的有关切割蓝宝石切割机设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑切割蓝宝石切割机结构特点、具体作业任务特点以及切割蓝宝石切割机的推广应用，分析确定使用切割蓝宝石切割机配合生产工序，实现自动化切割的目的。为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下:1 根据现场作业的环境要求和蓝宝石切割机本身的结构特点，确定蓝宝石切割机整体设计方案。2 确定蓝宝石切割机的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。3 从所要功能的实现出发，完成蓝宝石切割机各零部件的结构设计；4 完成主要零部件强度与刚度校核。1.3.2设计要求1 根据所要实现的功能，提出蓝宝石切割机的整体设计方案；2 完成蓝宝石切割机结构的详细设计；3 通过相关设计计算，完成电机选型；4 完成蓝宝石切割机结构的设计；绘制蓝宝石切割机结构总装配图、主要零件图。1.3.3关键的技术问题1 方案选择2整体的支撑架设计3机构设计 4 强度校核 482 蓝宝石切割机装置总体结构设计2.1设计的要求与数据要求：1) 所设计的蓝宝石切割机使用带锯进行切割2) 保证带锯行进与路线切向一致；3) 被切材料快速定心夹紧；4) 切削液回收。本文课题参数假定切割蓝宝石直径为2504.1电机的选型参考市场上同类产品，考虑到本机器体积小，功率消耗不大。只是旋转运动。初步选择电动机为普通三相异步电动机Y90S-4型。用于一般场合和无特殊要求90S-4型三相异步电机功率：1.1KW 电压：380V 电流：2.7A 绝缘：B 噪音：67 dB(A) 转速 1440 r/min广泛适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械和食品机械等。 Y90S-4型三相异步电动机广泛适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、 农业机械和食品机械等。 Y90S-4型三相异步电动机是全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，电动机基本系列，符合IEC标准的有关规定。 Y90S-4型三相异步电动机具有高效、节能、起动转矩大、噪声低、震动小、可靠性高、使用维护方便等特点。2.2 带锯选型由于带锯没有国家标准，故从市场上使用的任意一种选择带锯，锯带尺寸：依据机床规格指定，但锯带厚度不得超过1.4mm，带锯宽度取45MM.2.3 夹紧装置设计 夹紧机构不但在切割之前机械手抓能够根据事先收到的信号准确地运动到每个工位，而且在切割过程中要夹紧运动着的铸铁棒，使切割片与铸棒同步。2.4 卡盘的选型根据切削要求和蓝宝石最大直径为250，则2.5 同步带传动计算2.5.1 同步带计算选型设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下：式中需要传递的名义功率工作情况系数，按表2工作情况系数选取=1.7；表2.工作情况系数1） 确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率Pd和小带锯转速n1，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。 其中Pd=0.63kw，n1=56rpm。查表3-2-2表3-2-2选同步带的型号为H：，节距为：Pb=8.00mm1） 选择小带锯齿数z1，z2 可根据同步带的最小许用齿数确定。查表3-3-3得。 查得小带锯最小齿数14。实际齿数应该大于这个数据初步取值z1=34故大带锯齿数为：z2=iz1=1z1=34。 故z1=34，z2=34。 确定带锯的节圆直径d1，d2小带锯节圆直径d1=Pbz1/=8.0034/3.1486.53mm大带锯节圆直径d2=Pbz2/=8.0034/3.1486.53mm 验证带速v 由公式v=d1n1/60000计算得， svmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。a) 确定带长和中心矩根据机械设计基础得 所以有：现在选取轴间间距为取224mm10、同步带带长及其齿数确定=() = =719.7mm11、带锯啮合齿数计算有在本次设计中传动比为1，所以啮合齿数为带锯齿数的一半，即=17。12、基本额定功率的计算查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步带的基准额定功率为=0.21KW表4-3 基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量13、计算作用在轴上力=71.6N2.5.2 同步带的主要参数（结构部分）1、同步带的节线长度 同步带工作时，其承载绳中心线长度应保持不变，因此称此中心线为同步带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在同步带传动中，带节线长度是一个重要参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表4-4）。表4-4 带节线长度表2、带的节距Pb如图4-2所示，同步带相邻两齿对应点沿节线量度所得约长度称为同步带的节距。带节距大小决定着同步带和带锯齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是同步带最主要参数在节距制同步带系列中以不同节距来区分同步带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准同步带的齿形尺寸见表4-5。3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度，以s表示。带的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。图4-2 带的标准尺寸表4-5 梯形齿标准同步带的齿形尺寸4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径rr的大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关t齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步带传动中，带齿与带锯齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时，带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带锯齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。2.5.3 同步带的设计在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表4-6。带的图形如图4-3。表4-6 同步带尺寸型号节距齿形角齿根厚齿高齿根圆角半径齿顶圆半径H840。6.124.31.021.02图4-3 同步带，从而对夹紧的工件进行切割。纵向行走的作用是当完成一次切割过程完成时，推动工作台使之恢复到初始位置。整个工作过程都PLC由控制实现。2.6 轴的设计主要进行的是带锯轴的设计与校核 2.6.1求作用在带锯上的力因已知低速级带锯的直径为500 而 F8926.93 N FF3356.64 N FFtan4348.162315.31 N圆周力F，径向力F及轴向力F的方向如图7.1所示。图7.1 轴的载荷分布图2.6.2 初步确定轴的最小直径（1）先按课本式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理。根据课本，取，于是得11260.36（2）联轴器的选择。输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径（图7.2）。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适,故需同时选取联轴器的型号。查课本表14-1,考虑到转矩变化很小，故取1.3，则：1.31495.51091834.287 按照计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，查机械设计手册表17-4，选用LT10弹性套柱销联轴器（GB/T43232002），其公称转矩为2000。半联轴器的孔径d165 mm，故取65 mm，半联轴器的长度L142 mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1107 mm。2.6.3 轴的结构设计（1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,-轴段右端需要制出一轴肩,故取-的直径80 mm；左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径D85 mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1107 mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上, 故-的长度应比L1略短一些,现取105 mm。 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据80 mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承（GB/T 2971994）30217型，其尺寸为dDT85 mm150 mm30.5 mm，故85 mm；右端圆锥滚子轴承采用套筒进行轴向定位，取套筒宽为14 mm，则44.5 mm。 取安装带锯处的轴段90 mm；带锯的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知带锯的宽度为90 mm，为了使套筒端面可靠地压紧带锯，此轴段应略短于轮毂宽度，故取86 mm。带锯的右端采用轴肩定位，轴肩高h0.07d，故取h7 mm，则104 mm。轴环宽度,取b12 mm。 表1 带锯轴结构设计参数 段名参数-直径/mm65 H7/k68085 m690 H7/n610485 m6长度/mm10567.546861244.5键bhL/mm20 12 90251470C或R/mm处245o处R2处R2.5处R2.5处R2.5处R2.5处2.545o（2） 轴上的零件的周向定位带锯、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按90 mm由课本表6-1查得平键截面bh25 mm14 mm，键槽用键槽铣刀加工，长为70 mm，同时为了保证带锯与轴配合有良好的对中性，故选择带锯毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为20 mm12 mm90 mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（3） 确定轴上圆周和倒角尺寸参考课本表15-2，取轴左端倒角为2，右端倒角为2.5。各轴肩处的圆角半径为:处为R2，其余为R2.5。2.6.4 求轴上的载荷首先根据结构图(图7.2）作出轴的计算简图（图7.1）。在确定轴承的支点位置时,应从手册中查得a值。对于30217型圆锥滚子轴承，由手册中查得a29.9 mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距57.1+71.6128.7 mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图（图7.1）。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面是轴的危险截面。计算步骤如下：57.1+71.6128.7 mm4 966.34 N3 960.59 N2 676.96 N3 356.64-2 676.96679.68 N4 966.3457.1283 578.014 2 676.9657.1152 854.416 679.6871.6486 65.09 322 150.53 287 723.45 表2 低速轴设计受力参数 载 荷水平面H垂直面V支反力4 966.34 N，3 960.59 N2 676.96 N，679.68 N弯矩M283 578.014 152 854.416 486 65.09 总弯矩322 150.53 ,287 723.45扭矩T1 410 990 2.6.5按弯曲扭转合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据课本式(15-5)及表7.2中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取0.6，轴的计算应力 MPa12.4 MPa前已选轴材料为45钢，调质处理，查课本表15-1得60MP。因此 ，故此轴安全。2.6.6精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面截面A,B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A,B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配合引起的应力集中最严重，从受载来看，截面C上的应力最大。截面的应力集中的影响和截面的相近，但是截面不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大，但是应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大,故截面C也不必校核，截面和显然更不必要校核。由课本第3章的附录可知，键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而，该轴只需校核截面左右两侧即可。（2）截面左侧抗弯截面系数 W0.10.161 412.5 抗扭截面系数 0.20.2122 825 截面的右侧的弯矩M为 90 834.04 截面上的扭矩为 1 410 990 截面上的弯曲应力1.48 MPa截面上的扭转切应力 11.49 MPa轴的材料为45钢，调质处理。由课本表15-1查得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按课本附表3-2查取。因，经插值后查得1.9，1.29又由课本附图3-1可得轴的材料的敏性系数为，0.88故有效应力集中系数按式(课本附表3-4）为1.756由课本附图3-2的尺寸系数；由课本附图3-3的扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由课本附图3-4得表面质量系数为轴为经表面强化处理，即，则按课本式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为又由课本及3-2得碳钢的特性系数，取，取于是，计算安全系数值，按课本式（15-6）(15-8)则得S65.66S16.9216.38S1.5 故可知其安全。（3） 截面右侧抗弯截面系数 W0.10.172 900 抗扭截面系数 0.20.2145 800 截面的右侧的弯矩M为 90 834.04 截面上的扭矩为 1 410 990 截面上的弯曲应力1.25 MPa截面上的扭转切应力 9.68 MPa过盈配合处的，由课本附表3-8用插值法求出，并取0.8，于是得3.24 0.83.242.59轴按磨削加工，由课本附图3-4得表面质量系数为轴为经表面强化处理，即，则按课本式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为3.332.68又由课本及3-2得碳钢的特性系数，取，取于是，计算安全系数值，按课本式（15-6）(15-8)则得S66.07S16.9211.73S1.5 故该轴的截面右侧的强度也是足够的。本轴因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，低速轴的设计计算即告结束。2.7 键的选择与校核1键的选择在本设计中，所选择的键的类型均为A型圆头普通平键，其材料为45钢，在带锯1上键的尺寸如下表所示：轴键键槽半径r公称直径d公称尺寸bh宽度b深度公称尺寸b极限偏差轴t毂一般键联结轴N9毂9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大288780-0.0360.0184.0+0.203.3+0.200.250.40表5-1 带锯1上键的尺寸2 键的校核1.键的剪切强度校核键在传递动力的过程中，要受到剪切破坏，其受力如下图所示：图5-6 键剪切受力图键的剪切受力图如图3-6所示，其中b=8 mm,L=25 mm.键的许用剪切应力为=30 ，由前面计算可得，轴上受到的转矩T=55 Nm ，由键的剪切强度条件： （其中D为带锯轮毂直径） （5-1） =10 M30 （结构合理）2.键的挤压强度校核键在传递动力过程中，由于键的上下两部分之间有力偶矩的作用，迫使键的上下部分产生滑移，从而使键的上下两面交界处产生破坏，其受力情况如下图所示：（初取键的许用挤压应力=100 ）图5-7 键挤压受力图由 （5-2） =2000 N又有 （5-3）8 结构合理2.8滚动轴承的寿命校核1求轴向力与径向力的比值根据【1】表13-5 ,满足寿命要求。3 蓝宝石切割X方向进给传动设计表 3-1滚珠丝杆副支承支承方式简图特点一端固定一端自由结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。一端固定一端游动需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。两端固定只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。3.1 X向滚珠丝杆副的选择滚珠丝杆副就是由丝杆、螺母和滚珠组成的一个机构。他的作用就是把旋转运动转和直线运动进行相互转换。丝杆和螺母之间用滚珠做滚动体，丝杠转动时带动滚珠滚动。设X向最大行程为300mm,最快进给速度为18m/min,主轴箱大概质量为50kg,工作台大概质量为80kg,移动部件大概质量为30kg，工作台最大行程为300mm。3.1.1导程确定电机与丝杆通过联轴器连接，故其传动比i=1, 选择电机Y系列异步电动机的最高转速，则丝杠的导程为 取Ph=12mm3.1.2确定丝杆的等效转速基本公式 最大进给速度是丝杆的转速 最小进给速度是丝杆的转速 丝杆的等效转速 式中取故3.1.3估计工作台质量及负重 主轴箱重量 工作台重量 移动部件重量 3.1.4确定丝杆的等效负载工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取1.11.5，本课题中取1.3，则丝杆所受的力为其等效载荷按下式计算（式中取，）3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷fw-负载性质系数，（查表：取fw=1.2）ft-温度系数（查表：取ft=1）fh-硬度系数（查表：取fh =1）fa-精度系数（查表：取fa =1）fk-可靠性系数（查表：取fk =1）Fm-等效负载nz-等效转速Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为15000h由上式计算得Car=17300N表3-1-1各类机械预期工作时间Lh表3-1-2精度系数fa表3-1-3可靠性系数fk表3-1-4负载性质系数fw3.1.6精度的选择滚珠丝杠副的精度对电气机床的定位精度会有影响，在滚珠丝杠精度参数中，导程误差对机床定位精度是最明显的。一般在初步设计时设定丝杠的任意300行程变动量应小于目标设定定位精度值的1/31/2,在最后精度验算中确定。，选用滚珠丝杠的精度等级X轴为13级（1级精度最高），Z轴为25级，考虑到本设计的定位精度要求及其经济性，选择X轴Y轴精度等级为3级，Z轴为4级。3.1.7选择滚珠丝杆型号 计算得出Ca=Car=17.3KN,则Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN公称直径Ph=12mm则选择FFZD型内循环浮动返向器，双螺母垫片预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为FFZD40103。公称直径 d0=40mm 丝杆外径d1=39.5mm 钢球直径dw=7.144mm 丝杆底径d2=34.3mm 圈数=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 刚度kc=973N/m3.2校核滚珠丝杆副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压震动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杆副的拉压系统刚度KO有丝杆本身的拉压刚度KS，丝杆副内滚道的接触刚度KC，轴承的接触刚度Ka，螺母座的刚度Kn，按不同支撑组合方式计算而定。3.2.1 临界压缩负荷验证丝杆的支撑方式对丝杆的刚度影响很大，采用一端固定一端支撑的方式。临界压缩负荷按下列计算：式中E-材料的弹性模量E钢=2.1X1011（N/m2）LO-最大受压长度（m）K1-安全系数，取K1=1.3Fmax-最大轴向工作负荷（N）f1-丝杆支撑方式系数：f1=15.1I=丝杆最小截面惯性距（m4）式中do-是丝杆公称直径（mm）dw-滚珠直径（mm），丝杆螺纹不封闭长度Lu=工作台最大行程+螺母