藍(lán)寶石切割機(jī)設(shè)計(jì)

藍(lán)寶石切割機(jī)設(shè)計(jì),藍(lán)寶石切割機(jī)設(shè)計(jì),藍(lán)寶石,切割機(jī),設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 題 目： 藍(lán)寶石切割機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班級(jí) 二級(jí)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師（職稱） 孫小權(quán)（高級(jí)工程師） 2014年 5 月 誠信承諾書 本人謹(jǐn)此承諾，本人所寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）均由本人獨(dú)立撰寫，無任何抄襲行為。凡涉及他人的觀點(diǎn)材料，均作了注釋。如出現(xiàn)抄襲或侵犯他人知識(shí)產(chǎn)權(quán)的情況，愿承擔(dān)由此引起的任何責(zé)任，并接受相應(yīng)的處分。 學(xué)生簽名： 年 月 日 藍(lán)寶石切割機(jī)設(shè)計(jì) 【摘要】本次設(shè)計(jì)是對(duì)藍(lán)寶石切割機(jī)裝置的設(shè)計(jì)。在這里主要包括:設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)裝夾部位系統(tǒng)、設(shè)計(jì)切割片主軸部位系統(tǒng)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅鍛煉了對(duì)設(shè)計(jì)基本技能，也提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為以后對(duì)一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一些條件。 整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過聯(lián)軸器將需要的動(dòng)力傳遞到絲桿上，絲桿帶動(dòng)絲桿螺母，從而帶動(dòng)整機(jī)運(yùn)動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。更彰顯其優(yōu)越性，有廣大的發(fā)展前景。 本論文研究內(nèi)容： (1) 藍(lán)寶石切割機(jī)裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 (2) 藍(lán)寶石切割機(jī)裝置工作性能分析。 (3)電動(dòng)機(jī)的選擇。 (4) 藍(lán)寶石切割機(jī)裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機(jī)架設(shè)計(jì)。 (5)對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)后計(jì)算分析校核。 (6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。 【關(guān)鍵詞】藍(lán)寶石切割機(jī)裝置， 聯(lián)軸器，滾珠絲杠 Sapphire cutter design 【Abstract】 This design is a sapphire cutter device design . Here include: design transmission, parts clamping system design , design cutting disc spindle parts of the system . The graduation exercise is not only the basic skills of design , but also improves the ability to analyze and solve engineering problems, and for the future of general mechanical design creates a number of conditions . The whole structure is mainly the power generated by the electric motor power required to pass through the coupling to the screw, lead screw nut screw drive , which led to the whole exercise, improve labor productivity and production automation. But also highlight its advantages , there are broad prospects for development. Contents of this thesis : (1) The overall structural design of sapphire cutter device . (2) Sapphire cutter device performance analysis . (3) Select the motor Transmission (4) transmission system, execution unit and frame design of automatic assembly device for cutting bar. (5) After the analysis of the parts for checking design calculations . (6) To draw the whole assembly and important component assembly drawing and design components parts diagram . 【Key Words】 automatic cutting assembly device, bar coupling, ball screw 目 錄 1 緒論 1 1.1藍(lán)寶石切割機(jī)的研究現(xiàn)狀 1 1.2藍(lán)寶石切割機(jī)發(fā)展趨勢 1 1.3本課題研究的內(nèi)容及方法 2 1.3.1主要的研究內(nèi)容 2 1.3.2設(shè)計(jì)要求 3 1.3.3關(guān)鍵的技術(shù)問題 3 2 藍(lán)寶石切割機(jī)裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 2.1設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù) 4 2.2電機(jī)的選型 4 2.3 帶鋸選型 5 2.4 夾緊裝置設(shè)計(jì) 6 2.5 卡盤的選型 7 2.6 軸的設(shè)計(jì) 7 2.6.1求作用在帶鋸上的力 8 2.6.2 初步確定軸的最小直徑 8 2.6.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 2.6.4 求軸上的載荷 10 2.6.5按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 11 2.6.6精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 12 2.7 鍵的選擇與校核 15 2.8滾動(dòng)軸承的壽命校核 17 3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 3.1 同步帶計(jì)算選型 18 3.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 21 3.3 同步帶的設(shè)計(jì) 23 結(jié)論 25 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 1 緒論 1.1藍(lán)寶石切割機(jī)的研究現(xiàn)狀 在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，其中的自動(dòng)化已成為重點(diǎn)對(duì)象。隨著自動(dòng)化的水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，經(jīng)常會(huì)有自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，以用來提高生產(chǎn)效率，完成普通工人難以完成的危險(xiǎn)的工作。當(dāng)然，我們發(fā)現(xiàn)切割技術(shù)已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域并且被廣泛使用。根據(jù)資料顯示，割技術(shù)加工。我國每年的切割設(shè)備需求量金額超過50億元。既然切割機(jī)能夠這么普遍地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，它肯定具備了很大的市場競爭力。 80年代初期，國際商業(yè)機(jī)器公司(IBM)首先提出了化學(xué)機(jī)械拋光引入集成電路進(jìn)行平坦化的制程工作。其主要是通過適一定的制程參數(shù)設(shè)計(jì)，利用一個(gè)拋光平臺(tái)，搭配恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)溶液，來磨平晶片表面高低起伏不一的輪廓。安永暢男使用不銹鋼環(huán)拋光藍(lán)寶石，觀察其界面與不銹鋼形成了結(jié)構(gòu)松軟的固相化學(xué)反應(yīng)層，藍(lán)寶石表面具有鏡面光澤，并沒有發(fā)現(xiàn)亞表面有損傷的現(xiàn)象，而后提出了機(jī)械化學(xué)拋光這一概念。Namba和Tsuwa等人在藍(lán)寶石超拋光的實(shí)驗(yàn)中，利用二氧化硅水溶液配合上錫盤當(dāng)研磨盤，第一次觀察到藍(lán)寶石的殘余表面粗糙度為1nm，使用SiO2當(dāng)磨粒是因?yàn)槠溆捕纫陀谒{(lán)寶石，在理論上是不具有清除藍(lán)寶石表面的能力，可是實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻表明SiO2拋光液是具有清除藍(lán)寶石表面材料能力的，用這套儀器設(shè)備對(duì)藍(lán)寶石進(jìn)行拋光可獲得表面粗糙度比較好的的藍(lán)寶石并認(rèn)為在超拋光中，拋光液中直徑為7nm的膠羽狀SiO2通過撞擊去除了藍(lán)寶石表面的原子，隨之提出了一種新型的拋光方法，浮法拋光法。 Prochnow和Edwards使用直接接觸法配合上瀝青拋光盤對(duì)藍(lán)寶石進(jìn)行超拋光，其拋光結(jié)果粗糙度可達(dá)到0.2~0.3nm。 通過直接接觸與基于普羅克諾魏絲和愛德華茲等人的觀點(diǎn)得到證實(shí)，提出“熱液磨耗”。近幾年來，一些國際知名的半導(dǎo)體及光電子技術(shù)公司紛紛投入了大量的資金去研究藍(lán)寶石拋光，并取得了一些成果，像美國、日本、德國以及俄羅斯等公司己經(jīng)能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)3英寸的單晶藍(lán)寶石，且正在研發(fā)4英寸的技術(shù)。 1.2藍(lán)寶石切割機(jī)發(fā)展趨勢 我國從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行大型機(jī)床等機(jī)械產(chǎn)品切割結(jié)構(gòu)的研究，20 多年來已取得長足的進(jìn)步。切削結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床和其他大型機(jī)床用來焊接代鍛鑄焊快速發(fā)展。 20 世紀(jì)90 年代隨著線切割技術(shù)的漸漸成熟，廣泛滿足了大片徑、低損耗和相對(duì)較高表面質(zhì)量的晶片切割需要。線切割晶片技術(shù)是游離磨料的方式開始的，即線驅(qū)動(dòng)游離磨料的使用（如碳化硅），傳統(tǒng)的金屬切削線如圖1所示，磨料磨削工件的切割在工件中的線。但游離磨料的缺點(diǎn)是，由于更小的晶粒和工件接觸，導(dǎo)致材料去除率較小，因此加工時(shí)間長；另一個(gè)缺點(diǎn)是，工件加工，難，難減（如藍(lán)寶石，碳化硅），然后游離磨料的方式將很難在切割工件表面達(dá)到所需的。為了改善上述缺點(diǎn)，切割碳化硅，藍(lán)寶石，高硬度材料，技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生的金剛石線鋸切割，這種處理方法通常是用金剛石磨具電鍍固定在鋼絲表面（圖2），金剛石線鋸直接的運(yùn)動(dòng)速度和壓力在材料加工硅研磨，與游離磨料多線相比，看到“三加工”，它屬于“雙主體”，加工效率是游離磨料多線上方看了好幾倍。因此金剛石單線切割機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)勢成為第三代半導(dǎo)體硬脆材料和大直徑材料切割中不可或缺的一部分。藍(lán)寶石切割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大部分是跟據(jù)實(shí)際情況來設(shè)計(jì)專用切割機(jī)，稱為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)藍(lán)寶石切割機(jī)，其運(yùn)動(dòng)特性使特定藍(lán)寶石切割機(jī)只能適應(yīng)固定的范圍，成本較大，不益于藍(lán)寶石切割機(jī)的發(fā)展。一些寶石切割機(jī)和焊縫跟蹤功能，其不足之處是在手工焊接，幫助藍(lán)寶石切割機(jī)來找到正確的位置和地點(diǎn)，通過人工寶石切割機(jī)體，調(diào)整到合適的狀態(tài)十字滑塊移動(dòng)的藍(lán)寶石，這里切割機(jī)的設(shè)計(jì)是移動(dòng)導(dǎo)軌切割藍(lán)寶石切割機(jī)，也就是說藍(lán)寶石切割機(jī)的自主性還跟不上工業(yè)發(fā)展的腳步。 未來的發(fā)展趨勢可分為以下三個(gè)方面： 1 選擇視覺傳感器的傳感器跟蹤：因?yàn)楹拖嚓P(guān)的圖像處理技術(shù)的發(fā)展； 2 采用多傳感信息融合技術(shù)以面對(duì)更為復(fù)雜的切割任務(wù)； 3 控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展：這也將是移動(dòng)切割藍(lán)寶石切割機(jī)的控制所采用。 1.3本課題研究的內(nèi)容及方法 1.3.1主要的研究內(nèi)容 在查閱了國內(nèi)外大量的有關(guān)切割藍(lán)寶石切割機(jī)設(shè)計(jì)理論及相關(guān)知識(shí)的資料和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮切割藍(lán)寶石切割機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體作業(yè)任務(wù)特點(diǎn)以及切割藍(lán)寶石切割機(jī)的推廣應(yīng)用，分析確定使用切割藍(lán)寶石切割機(jī)配合生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切割的目的。 為實(shí)現(xiàn)上述要求，本文擬進(jìn)行如下研究內(nèi)容: 1 根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和藍(lán)寶石切割機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定藍(lán)寶石切割機(jī)整體設(shè)計(jì)方案。 2 確定藍(lán)寶石切割機(jī)的性能參數(shù)，對(duì)初步模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)實(shí)際情況選擇電機(jī)。 3 從所要功能的實(shí)現(xiàn)出發(fā)，完成藍(lán)寶石切割機(jī)各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4 完成主要零部件強(qiáng)度與剛度校核。 1.3.2設(shè)計(jì)要求 1 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，提出藍(lán)寶石切割機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案； 2 完成藍(lán)寶石切割機(jī)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)； 3 通過相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，完成電機(jī)選型； 4 完成藍(lán)寶石切割機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；繪制藍(lán)寶石切割機(jī)結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件圖。 1.3.3關(guān)鍵的技術(shù)問題 1 方案選擇 2整體的支撐架設(shè)計(jì) 3機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 強(qiáng)度校核 28 2 藍(lán)寶石切割機(jī)裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù) 要求： 1) 所設(shè)計(jì)的藍(lán)寶石切割機(jī)使用帶鋸進(jìn)行切割 2) 保證帶鋸行進(jìn)與路線切向一致； 3) 被切材料快速定心夾緊； 4) 切削液回收。 本文課題參數(shù)假定 切割棒料直徑為?250 電機(jī)功率為0.37 KW,本文選用減速電機(jī)作為帶鋸驅(qū)動(dòng)裝置。查SEW減速電機(jī)的規(guī)格表，選用如下減速電機(jī)。 表3.2 選用的電機(jī)的詳細(xì)參數(shù) 電機(jī)額定功率Pm/kW 輸出轉(zhuǎn)速 na/[r/min] 輸出扭矩 Ma/N·m 減速機(jī) 速比i 輸出軸許用徑向載荷FRa/N 使用系數(shù) SEW-fB 減速機(jī) 型號(hào) 電機(jī) 型號(hào) 重量/kg 0.37 56 47 22.5 2870 1.55 DT71D4 SF37 14 此型號(hào)的電機(jī)在一定程度上保證了驅(qū)動(dòng)功率有一定的盈余，因數(shù)在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，若輸送機(jī)床上有工件，則此時(shí)的起動(dòng)功率會(huì)比平時(shí)工作時(shí)的功率要大，且減速電機(jī)本身還有一定的使用系數(shù)。 2.2電機(jī)的選型 參考市場上同類產(chǎn)品，考慮到本機(jī)器體積小，功率消耗不大。只是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 初步選擇電動(dòng)機(jī)為普通三相異步電動(dòng)機(jī)Y90S-4型。用于一般場合和無特殊要求 90S-4型三相異步電機(jī) 功率：1.1KW 電壓：380V 電流：2.7A 絕緣：B 噪音：67 dB(A) 轉(zhuǎn)速 1440 r/min 廣泛適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場合和無特殊要求的機(jī)械設(shè)備上，如金屬切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。 Y90S-4型三相異步電動(dòng)機(jī)廣泛適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場合和無特殊要求的機(jī)械設(shè)備上，如金屬切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、 農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。 Y90S-4型三相異步電動(dòng)機(jī)是全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)基本系列，符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。 Y90S-4型三相異步電動(dòng)機(jī)具有高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、震動(dòng)小、可靠性高、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。 2.3 帶鋸選型 由于帶鋸沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，故從市場上使用的任意一種選擇帶鋸，鋸帶尺寸：依據(jù)機(jī)床規(guī)格指定，但鋸帶厚度不得超過1.4mm，帶鋸寬度取45MM. 2.4 夾緊裝置設(shè)計(jì) 夾緊機(jī)構(gòu)不僅在根據(jù)收到的準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)各站信號(hào)切割機(jī)械手，并在切割過程中鑄鐵夾動(dòng)桿，使切削刃和鑄造桿同步。 2.5 卡盤的選型 根據(jù)切削要求和藍(lán)寶石最大直徑為250，則 2.6 軸的設(shè)計(jì) 主要進(jìn)行的是帶鋸軸的設(shè)計(jì)與校核 2.6.1求作用在帶鋸上的力 因已知低速級(jí)帶鋸的直徑為 ＝500 而 F＝＝＝8926.93 N F＝F＝＝3356.64 N F＝Ftan＝4348.16×＝2315.31 N 軸向力F，徑向力F及圓周力F的方向如圖5.1所示。 圖5.1 軸的載荷分布圖 2.6.2 初步確定軸的最小直徑 （1）先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)課本，取，于是得 ＝112×＝60.36 （2）聯(lián)軸器的選擇。輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適,故需同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。 查課本表14-1,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取＝1.3，則： ＝1.3×1495.5×109＝1834.287 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表17-4，選用LT10彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB/T4323—2002），其公稱轉(zhuǎn)矩為2000。半聯(lián)軸器的孔徑d1＝65 mm，故?。?5 mm，半聯(lián)軸器的長度L＝142 mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1＝107 mm。 2.6.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 ① 為了滿足半聯(lián)軸器的要求的軸向定位要求,Ⅰ-Ⅱ軸段右端需要制出一軸肩,故取Ⅱ-Ⅲ的直徑＝80 mm；左端用軸端擋圈定位,按軸端直徑取擋圈直徑D＝85 mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1＝107 mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端上, 故Ⅰ-Ⅱ的長度應(yīng)比L1略短一些,現(xiàn)取＝105 mm。 ② 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)＝80 mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承（GB/T 297—1994）30217型，其尺寸為d×D×T＝85 mm×150 mm×30.5 mm，故＝＝85 mm；右端圓錐滾子軸承采用套筒進(jìn)行軸向定位，取套筒寬為14 mm，則＝44.5 mm。 ③ 取安裝帶鋸處的軸段＝90 mm；帶鋸的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知帶鋸的寬度為90 mm，為了使套筒端面可靠地壓緊帶鋸，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取＝86 mm。帶鋸的右端采用軸肩定位，軸肩高h(yuǎn)＞0.07d，故取h＝7 mm，則＝104 mm。軸環(huán)寬度,取b＝12 mm。 表1 帶鋸軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù) 段名 參數(shù) Ⅰ-Ⅱ Ⅱ-Ⅲ Ⅲ-Ⅳ Ⅳ-Ⅴ Ⅴ-Ⅵ Ⅵ-Ⅶ 直徑/mm 65 H7/k6 80 85 m6 90 H7/n6 104 85 m6 長度/mm 105 67.5 46 86 12 44.5 鍵b×h×L/mm 20 ×12 ×90 25×14×70 C或R/mm Ⅰ處 2×45o Ⅱ處 R2 Ⅲ處R2.5 Ⅳ處R2.5 Ⅴ處R2.5 Ⅵ處R2.5 Ⅶ處 2.5×45o （2） 軸上的零件的周向定位 帶鋸、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按＝90 mm由課本表6-1查得平鍵截面b×h＝25 mm×14 mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為70 mm，同時(shí)為了保證帶鋸與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇帶鋸轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為20 mm×12 mm×90 mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 （3） 確定軸上圓周和倒角尺寸 參考課本表15-2，取軸左端倒角為2×，右端倒角為2.5×。各軸肩處的圓角半徑為:Ⅱ處為R2，其余為R2.5。 2.6.4 求軸上的載荷 首先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖(圖7.2）作出軸的計(jì)算簡圖（圖5.1）。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí),應(yīng)從手冊(cè)中查得a值。對(duì)于30217型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得a＝29.9 mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距＝57.1+71.6＝128.7 mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖7.1）。 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面Ｃ是軸的危險(xiǎn)截面。計(jì)算步驟如下： ＝57.1+71.6＝128.7 mm ＝＝＝4 966.34 N ＝＝＝3 960.59 N ＝＝＝2 676.96 N ＝＝3 356.64-2 676.96＝679.68 N ＝＝4 966.34×57.1＝283 578.014 ＝＝2 676.96×57.1＝152 854.416 ＝＝679.68×71.6＝486 65.09 ＝＝＝322 150.53 ＝＝＝287 723.45 表2 低速軸設(shè)計(jì)受力參數(shù) 載 荷 水平面H 垂直面V 支反力 ＝4 966.34 N，＝3 960.59 N ＝2 676.96 N，＝679.68 N 彎矩M ＝283 578.014 ＝152 854.416 ＝486 65.09 總彎矩 ＝322 150.53 ,＝287 723.45 扭矩T 1 410 990 2.6.5按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)課本式(15-5)及表7.2中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，?。?.6，軸的計(jì)算應(yīng)力 ＝＝ MPa＝12.4 MPa 前已選軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查課本表15-1得[]＝60MP。因此〈 []，故此軸安全。 2.6.6精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 （1）判斷危險(xiǎn)截面 截面A,Ⅱ,Ⅲ,B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將消弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面A,Ⅱ,Ⅲ,B均無需校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面Ⅳ和Ⅴ處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重，從受載來看，截面C上的應(yīng)力最大。截面Ⅴ的應(yīng)力集中的影響和截面Ⅳ的相近，但是截面Ⅴ不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面C上雖然應(yīng)力最大，但是應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大,故截面C也不必校核，截面Ⅵ和Ⅶ顯然更不必要校核。由課本第3章的附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中較系數(shù)比過盈配合的小，因而，該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)即可。 （2）截面Ⅳ左側(cè) 抗彎截面系數(shù) W＝0.1＝0.1＝61 412.5 抗扭截面系數(shù) ＝0.2＝0.2＝122 825 截面Ⅶ的右側(cè)的彎矩M為 ＝90 834.04 截面Ⅳ上的扭矩為 ＝1 410 990 截面上的彎曲應(yīng)力 ＝1.48 MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ＝11.49 MPa 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由課本表15-1查得 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按課本附表3-2查取。因 ， 經(jīng)插值后查得 ＝1.9，＝1.29 又由課本附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為 ，＝0.88 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式(課本附表3-4）為 ＝1.756 由課本附圖3-2的尺寸系數(shù)；由課本附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。 軸按磨削加工，由課本附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸為經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按課本式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為 又由課本及3-2得碳鋼的特性系數(shù) ，取 ，取 于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按課本式（15-6）(15-8)則得 S＝＝＝65.66 S＝＝＝16.92 ＝＝＝16.38≥S＝1.5 故可知其安全。 （3） 截面Ⅳ右側(cè) 抗彎截面系數(shù) W＝0.1＝0.1＝72 900 抗扭截面系數(shù) ＝0.2＝0.2＝145 800 截面Ⅶ的右側(cè)的彎矩M為 ＝90 834.04 截面Ⅳ上的扭矩為 ＝1 410 990 截面上的彎曲應(yīng)力 ＝1.25 MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ＝9.68 MPa 過盈配合處的，由課本附表3-8用插值法求出，并?。?.8，于是得 ＝3.24 ＝0.8×3.24＝2.59 軸按磨削加工，由課本附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 軸為經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按課本式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為 ＝3.33 ＝2.68 又由課本及3-2得碳鋼的特性系數(shù) ，取 ，取 于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按課本式（15-6）(15-8)則得 S＝＝＝66.07 S＝＝＝16.92 ＝＝＝11.73≥S＝1.5 故該軸的截面Ⅳ右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。本軸因無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。至此，低速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算即告結(jié)束。 2.7 鍵的選擇與校核 1鍵的選擇 在本設(shè)計(jì)中，所選擇的鍵的類型均為A型圓頭普通平鍵，其材料為45鋼，在帶鋸1上鍵的尺寸如下表所示： 軸 鍵 鍵 槽 半徑 r 公 稱 直 徑 d 公稱 尺寸 bh 寬度b 深度 公稱 尺寸 b 極限偏差 軸t 轂 一般鍵聯(lián)結(jié) 軸N9 轂9 公稱 尺寸 極限 偏差 公稱尺寸 極限偏差 最小 最大 28 87 8 0 -0.036 0.018 4.0 +0.2 0 3.3 +0.2 0 0.25 0.40 表5-1 帶鋸1上鍵的尺寸 2 鍵的校核 1.鍵的剪切強(qiáng)度校核 鍵在傳遞動(dòng)力的過程中，要受到剪切破壞，其受力如下圖所示： 圖5-6 鍵剪切受力圖 鍵的剪切受力圖如圖3-6所示，其中b=8 mm,L=25 mm.鍵的許用剪切應(yīng)力為[τ]=30 ，由前面計(jì)算可得，軸上受到的轉(zhuǎn)矩T=55 Nm ，由鍵的剪切強(qiáng)度條件： （其中D為帶鋸輪轂直徑） （5-1） =10 M30 （結(jié)構(gòu)合理） 2.鍵的擠壓強(qiáng)度校核 鍵在傳遞動(dòng)力過程中，由于鍵的上下兩部分之間有力偶矩的作用，迫使鍵的上下部分產(chǎn)生滑移，從而使鍵的上下兩面交界處產(chǎn)生破壞，其受力情況如下圖所示：（初取鍵的許用擠壓應(yīng)力=100 ） 圖5-7 鍵擠壓受力圖 由 （5-2） =2000 N 又有 （5-3） 8 結(jié)構(gòu)合理 2.8滾動(dòng)軸承的壽命校核 1．求軸向力與徑向力的比值 根據(jù)【1】表13-5 ,滿足壽命要求。 3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 同步帶計(jì)算選型 電源設(shè)計(jì)是根據(jù)額定功率的確定，需要轉(zhuǎn)移的負(fù)荷特性，原動(dòng)機(jī)類型和每個(gè)連續(xù)工作時(shí)間和其他因素，表達(dá)如下： 式中 ——需要傳遞的名義功率 ——工作情況系數(shù)，按表2工作情況系數(shù)選取=1.7； 表2.工作情況系數(shù) 1） 確定帶的型號(hào)和節(jié)距 依據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd'和小帶鋸轉(zhuǎn)速n1，從同步帶選型圖中來選擇所需采用的帶的節(jié)距和型號(hào)。 Pd=0.63kw，n1=56rpm。查表3-2-2 表3-2-2 選同步帶的型號(hào)為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm 1） 選擇小帶鋸齒數(shù)z1，z2 根據(jù)最小允許通過同步帶的齒的確定。表3-3-3。 查得小帶鋸最小齒數(shù)14。 實(shí)際齒數(shù)應(yīng)該大于這個(gè)數(shù)據(jù) 初步取值z1=34故大帶鋸齒數(shù)為：z2=i×z1=1×z1=34。 故z1=34，z2=34。 ① 確定帶鋸的節(jié)圓直徑d1，d2 小帶鋸節(jié)圓的直徑d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm 大帶鋸節(jié)圓的直徑d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm ② 驗(yàn)證帶速v 由公式v=πd1n1/60000計(jì)算得， s﹤vmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。 a) 確定帶長和中心矩 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》得 所以有： 現(xiàn)在選取軸間間距為取224mm 10、同步帶帶長及其齒數(shù)確定 =() = =719.7mm 11、帶鋸嚙合齒數(shù)計(jì)算 在本設(shè)計(jì)中的傳輸是1，所以半嚙合齒數(shù)，即 17。 12、基本額定功率的計(jì)算 查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表4-3可得=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為 ==0.21KW 表4-3 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量 13、計(jì)算作用在軸上力 ==71.6N 3.2 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 1、同步帶的節(jié)線長度 同步帶在工作時(shí)，其承載繩中心線長度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。同步帶傳動(dòng)中，帶節(jié)線長度是一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)傳動(dòng)中心距一定時(shí)，帶的節(jié)線長度過大過小，都會(huì)影響到帶齒與輪齒的正常嚙合，所以在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表4-4）。 表4-4 帶節(jié)線長度表 2、帶的節(jié)距Pb 如圖4-2所示，同步帶相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶鋸齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號(hào)。在制造時(shí)，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見表4-5。 3、帶的齒根寬度 齒面齒形和齒底形節(jié)點(diǎn)的距離，稱為根帶寬度，表示為s。齒形帶的寬度，剪切，彎曲能力的帶齒，相應(yīng)的可以驅(qū)動(dòng)大負(fù)載。 圖4-2 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸 表4-5 標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸 4、帶的齒根圓角 帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶 齒與輪齒嚙合時(shí)的有效接觸面積城小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。 5、帶齒齒頂圓角半徑 帶齒齒項(xiàng)圓角半徑的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合。由于同步帶，網(wǎng)帶齒與齒是一個(gè)裝有非共軛齒廓。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，與齒頂及齒前角必須超于重疊，和干擾，從而造成帶齒磨損。要讓帶齒能順利地嚙合或退出嚙合，降低帶齒頂部的磨損，應(yīng)使用較大的齒頂圓角半徑。但隨著根部圓角半徑，尖端半徑不宜過大，否則會(huì)降低有效接觸面積。 6、齒形角 梯形帶齒形角，尺寸也在帶齒與帶輪的影響很大。如果齒形角過小，齒縱向截面形狀近似長方形，牙齒與傳輸不會(huì)順利嵌入槽，產(chǎn)生干擾。但是，齒形角太大，會(huì)使帶齒容易從齒槽齒齒輪滑動(dòng)，造成的跳躍現(xiàn)象的頂部。 3.3 同步帶的設(shè)計(jì) 首先選用的是梯形帶。帶的圖形如圖4-3。帶的尺寸如表4-6。 表4-6 同步帶尺寸 型號(hào) 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑 H 8 40。 6.12 4.3 1.02 1.02 圖4-3 同步帶 結(jié)論 本課題結(jié)合目前國藍(lán)寶石切割機(jī)裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，具體闡述了一種藍(lán)寶石切割機(jī)裝置開發(fā)過程。本文主要完成的工作如下： 1、藍(lán)寶石切割機(jī)裝置結(jié)構(gòu)方案的確定。分析了藍(lán)寶石切割機(jī)裝置的特點(diǎn)，確定了藍(lán)寶石切割機(jī)裝置基本結(jié)構(gòu)，并確定其基本尺寸。 2、確定了藍(lán)寶石切割機(jī)裝置技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)。對(duì)該藍(lán)寶石切割機(jī)裝置進(jìn)行了計(jì)算。 3、零件的剛度和壽命計(jì)算與校核。對(duì)各個(gè)已設(shè)計(jì)零件進(jìn)行剛度和壽命計(jì)算，確保滿足使用要求，使該藍(lán)寶石切割機(jī)裝置有足夠的可靠性。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅把大學(xué)所學(xué)到的理論知識(shí)很好的運(yùn)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，而且培養(yǎng)了自己認(rèn)真思考的能力，在處理問題時(shí)有了新的認(rèn)識(shí)和方法，并加強(qiáng)了和同學(xué)之間進(jìn)行探討和解決問題的能力。 通過對(duì)專業(yè)知識(shí)的接觸和深入學(xué)習(xí)，以及對(duì)相關(guān)信息的獲取，我深切地認(rèn)識(shí)到，就目前的發(fā)展而言，我國的工業(yè)還比較落后，與發(fā)達(dá)國家相比還存在很大的差距。盡管我們不斷地在努力，但想在很短的時(shí)間內(nèi)改變這種現(xiàn)狀是很難的，尤其是對(duì)于我們這樣一個(gè)國情的大國。所以，我們應(yīng)該擁有的是一種民族意識(shí)，不斷的追求創(chuàng)新。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我做的是全自動(dòng)自動(dòng)物料分選裝置整體設(shè)計(jì)部分，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，而且能夠熟練運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械類手冊(cè)和圖冊(cè)等工具進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)還讓我體會(huì)到團(tuán)體的力量，提高自己的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，遇到問題時(shí)和小組成員進(jìn)行討論和分析或是請(qǐng)教老師，直到得到滿意的結(jié)果。 展望: 希望能將這套設(shè)計(jì)應(yīng)用到具體實(shí)踐當(dāng)中,通過實(shí)踐來驗(yàn)證理論的正確性。通過理論知識(shí)與具體實(shí)踐結(jié)合起來，才能真正把一門知識(shí)應(yīng)用起來。 參考文獻(xiàn) [1] 吳??；藍(lán)寶石CMP加工機(jī)理與工藝技術(shù)的研究[D].浙江工業(yè)大學(xué).浙江。2012 [2] 張彬；藍(lán)寶石精密切割裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 黑龍江大學(xué). 黑龍江 2012 [3] 蔡二輝,湯斌兵,周浪.金剛石線鋸切割晶體硅模式研究[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版).2011 [4] 黃波,高玉飛,葛培琪.金剛石線鋸切割單晶硅表面缺陷與鋸絲磨損分析[J]. 金剛石與磨料磨具工程. 2011(01) [5] 金成毅; 熊瑞平.一種基于PLC控制的石材切割機(jī)的液壓系統(tǒng)[J].液壓與氣動(dòng).2012.4 [6] 李艷麗;趙東杰.關(guān)于金剛石環(huán)形帶鋸在硅晶圓棒切割中的技術(shù)要求及應(yīng)用問題的探討[J].2012 [7] 呂文利;王理正;劉嘉賓.藍(lán)寶石多線切割設(shè)備及切割技術(shù)[J].國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所.2013.7 [8] 呂智;鄭超.固結(jié)金剛石線鋸技術(shù)[J].桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院.2012.6 [9] 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