1174激光雕刻机结构设计

1、【有全套 cad 图】需完整 cad+说明书请联系 qq1175231241 海量毕 业设计 课程设计，承接定制、更多设计请移步： http:/ 更多设计请移步：http:/ 欢迎咨询 毕业设计(论文) 激光雕刻机结构设计 a structural design of laser engraving machine 学生姓名李文龙 学院名称机电工程 学院 学号 20090604114 专业名称机械设计制造及其自动化 指导教师张磊 2013 年05 月22 日 图书分类号： 密 级： 徐州工程学院毕业设计（论文） i 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师

2、的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。 徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件 和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文 的全部或部分内

3、容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库 进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计（论文） i 摘要摘要 激光雕刻加工是以数控技术为基础，以激光为加工媒介，加工材料在激光照射下瞬 间熔化和气化，从而达到加工的目的。激光加工与材料表面没有接触，不受机械运动影 响，表面不会变形。具有加工精度高，速度快，应用领域广泛的特点。 本文设计了一种基于同步带传动的激光雕刻机的机械结构，同步带是许多机电一体 化设备的基本部件。激光雕刻机通常由导轨座、滑块、工作台、同步带，以及

4、步进电机 等部件构成。在整个设计的过程中，利用机械制图和机械设计手册，设计出激光雕刻机 的整体结构。通过 cad 软件绘制出相应的机械图纸。 近年来随着计算机图像处理，计算机图形等在激光领域的应用，而且由于其具有加 工对象广、变形小、精度高、雕刻速度快、操作方便、自动化加工等显著优点，对提高 产品质量和劳动生产率、实现加工过程自动化、消除污染、减少材料消耗等的作用愈来 愈重要。因而，本文的研究有重要的应用价值。 关键词关键词 激光雕刻机；同步带；步进电机；工作台 徐州工程学院毕业设计（论文） ii abstract laser engraving machine depends on the

5、nc technique and laser processing media, engraves materials under laser irradiation instantaneous melting and evaporation. laser processing is able to accomplish the machining process without touching the surface of materials, not affected by mechanical motion, not cause the surface deformation. it

6、is characterized by high accuracy, high speed and extensive domain. the design of a mechanical structure of laser engraving machine is based on synchronous belt transmission. the synchronous belt is one of most important electromechanical integration equipments. laser engraving machine usually consi

7、sts of guide rail seat, slider, workbench, synchronous belt and a stepper motor, etc. during the whole design process, a laser engraving machine structure has been completed by the mechanical drawing and mechanical design manuals. then the corresponding mechanical drawings have been done through cad

8、 software. in recent years, with the development of the computer image processing, computer graphics in the laser processing fields, and due to the advantages of wide processing object, little deformation, high precision, fast carving, convenient operation, laser processing is playing a more importa

9、nt role to improve product quality and productivity. laser machining is capable of process automation, eliminating pollution and reducing the material consumption. thus, this article has very important application significance. keywords laser engraving machine synchronous belt a stepper motor workbe

10、nch 徐州工程学院毕业设计（论文） i 目 录 摘要摘要 .i i a abstractbstract .iiii 目目 录录 .i i 1 1 绪论绪论 .1 1 1.11.1 激光雕刻机研究的背景及意义激光雕刻机研究的背景及意义 .1 1 1.21.2 激光雕刻机的原理及雕刻方法激光雕刻机的原理及雕刻方法 .1 1 1.31.3 激光雕刻机的特点及发展现状激光雕刻机的特点及发展现状 .2 2 1.41.4 激光雕刻机的内容和设计要求激光雕刻机的内容和设计要求 .2 2 2 2 激光雕刻机总体结构设计激光雕刻机总体结构设计 .4 4 2.12.1 激光雕刻机设计要求激光雕刻机设计要求 .4

11、 4 2.22.2 确定总体方案确定总体方案 .4 4 2.32.3 激光雕刻机的组成激光雕刻机的组成 .6 6 3 3 激光雕刻机标准件选择与计算激光雕刻机标准件选择与计算 .8 8 3.13.1 x x 轴向机械传动部件的选择轴向机械传动部件的选择.8 8 .1 x x 轴向导轨的选择轴向导轨的选择 .8 8 .2 x x 轴向步进电机的选择轴向步进电机的选择 .9 9 .3 x x 轴向同步带及带轮的选择轴向同步带及带轮的选择 .1111 3.23.2 y y 轴向机械传动部件的选择轴向机械传动部件的选择.1717 .1 y

12、 y 轴向导轨的选择轴向导轨的选择 .1717 .2 y y 轴向电动机的选择轴向电动机的选择 .1717 .3 y y 轴向同步带的选择轴向同步带的选择 .1818 3.33.3 轴承的选择轴承的选择 .2020 .1 轴承的选择轴承的选择 .2020 4 4 激光雕刻机非标准件结构设计激光雕刻机非标准件结构设计 .2222 4.14.1 轴的设计轴的设计 .2222 .1 轴的简介轴的简介 .2222 .2 轴的设计计算轴的设计计算 .2222 .3 轴和轴承的配合设计轴和轴承的配合设计 .23

13、23 4.24.2 步进电机支撑架的设计步进电机支撑架的设计 .2525 4.34.3 x x 轴向横梁与导轨副的联接设计轴向横梁与导轨副的联接设计.2727 4.44.4 联轴器的设计联轴器的设计 .2828 4.54.5 x x 轴向导轨副和同步带联接设计轴向导轨副和同步带联接设计.2929 总结与展望总结与展望 .3131 研究工作总结研究工作总结 .3131 展望展望 .3232 致谢致谢 .3333 徐州工程学院毕业设计（论文） ii 参考文献参考文献 .3434 徐州工程学院毕业设计（论文） 1 1 绪论绪论 1.1 激光雕刻机研究的背景及意义激光雕刻机研究的背景及意义 我国激光技

14、术已有 40 多年的发展历史，早在 1961 年中科院长春光学精密机械研究 所就研制出我国的第一台红宝石型激光器，经过 40 多年的努力探索，我国激光技术研究 已经获得了重大突破，激光型产业也从无到有，逐渐成为我国科学界中最活跃的领域之 一。随着激光的不断发张，激光雕刻机问世了，并且已经由一代发展到二代。如今，激 光雕刻机已被广泛应用于：电子电器行业、服装行业、皮革业、家具业、装饰业、工艺 礼品业、广告业、包装印刷业、模型业（建筑模型、航空航海模型、木制玩具） 、工业面 板的裁切、冲孔、打样、画线精密加工领域等。随着生产科技的发展，功能和性能的不 断提高和改善，激光雕刻机将有更多领域的应用。

15、由于国外的雕刻技术出现的早开发和应用的时间比较长,所以它们发展也比较成熟。 我国的激光雕刻技术不管从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与发达国家有不 小的差距，所以我们要立足国内，结合国情，面向经济建设的需要，开发出具有自己特 色，符合中国人习惯的雕刻机结构及其软件。因此本课题的研究对社会科技的进步有重 要意义。从实际情况来看激光产品正向高速度、高精度、高效率、多功能方向发展，技 术含量越来越高，而我国激光系统的核心主要来自国外且自主研发能力不强，因此开发 一套可以进一步改进雕刻工艺和水平的专用软件是非常有意义的。 本课题的研究具有较高的实际意义和经济意义。本课题涉及机械制图、计算机软件

16、应用等众多知识，将这些理论知识和实际制图、程序编制结合起来对个人思维的开拓和 工程经验的积累都有重要作用，对个人能力的培养和综合素质的训练都起到了十分重要 的作用。 1.21.2 激光雕刻机的激光雕刻机的原理及雕刻方法原理及雕刻方法 激光雕刻原理是由于原子(分子或离子筝)跃迁产生的，而且是由自发的辐射引起。激 光虽然是光，但它与普通光明显的不同是激光只在最初极短时间内依赖于自发的辐射， 此后的过程是完全由激辐射决定的，因此激光本身具有十分纯正的颜色，几乎是无发散 的方向性,激光雕刻机具有极高的发光强度。同时激光又具有高强度性、高方向性、高想 干性，激光是通过激光器产生后由反射镜反射并通过聚集镜

17、照射到待加工物品上，使加 工的物品（表面）受到十分强大的热能而温度瞬间急剧增加，使得该点因高温而迅速的 汽化或者融化，配合激光头的运行轨迹同时达到加工的目的。 激光雕刻：在物体的表面进行雕刻加工，可分为位图雕刻与矢量雕刻两种类型： 位图雕刻： 先在 photoshop 里将们所需要雕刻的图形进行挂网处理并转换成单色 bmp 格式，然后在专业的激光雕刻切割软件中打开加工工件图形文件。根据所加工的材 料我们进行合适的参数设置就可以了，然后点击运行，激光雕刻机就能够根据图形文件 徐州工程学院毕业设计（论文） 2 产生的点阵效果进行雕刻。 矢量雕刻：我们能够使用矢量软件如 coreldraw，auto

18、cad 等排版进行设计，可以 将图形导出为 plt，dxf 以及 ai 格式,随后再用专业的激光切割雕刻软件打开所要加工 工件图形文件，将图形信息传送到激光雕刻机中完成加工。 1.3 激光雕刻机的特点及发展现状激光雕刻机的特点及发展现状 激光雕刻机主要由以下特点： 1、加工范围广泛：二氧化碳激光差不多可可以完成对任何非金属材料进行雕刻切割 的任务，并且加工的价格相对低廉。 2、生产安全可靠：利用非接触式的方法进行加工，大致不会对材料产生机械挤压和 机械应力。没有加工痕迹，不会伤害加工件的表面；不会使材料发生变形； 3、加工精确细致：加工的精度大约是 0.02mm 左右； 4、生产节约环保：光束

19、与光斑的直径很小，在一般情况下，直径小于 0.5mm；在进 行切割加工时，可以节省材料，保证加工安全卫生； 5、多次加工效果一致：能够保证工件同一批次的加工效果基本完全相同。 6、加工高速快捷：能够根据计算机输出的图样完成高速雕刻与切割的任务。 7、加工成本相对低廉：基本不会受加工数量的影响，相对于大批量加工服务，进行 小批量加工任务激光加工也会很便宜。 随着光电子技术的快速发展，激光雕刻技术应用范围越来越广泛，雕刻精度要求愈 来愈高。体现激光材料加工发展水平的三个方面因素：第一为激光器技术，即应用激光 加工材料的激光器件技术；第二是激光加工设备的控制系统、机械等，即激光加工的设 备；第三是激

20、光加工工艺的水平。因为激光器技术已经成为了很成熟的技术，所以能否 对激光设备进行十分有效的控制以及激光加工工艺的水平成为了激光雕刻技术应用的瓶 颈。 激光技术是二十世纪与半导体，原子能及计算机齐名的四项发明之一，十多年来， 以激光雕刻机，激光切割机为基础的激光雕刻技术在我国已经得到了迅速的发展，现在 已广泛运用于各种工业生产、信息处理、通讯、医疗卫生、文化教育、军事以及科学研 究等领域，并且取得了很好的经济效益，对社会发展及国民经济发展发挥愈来愈重要的 作用，由于激光具有很好的想干性、单色性、方向性和高能量密度特性，它已广泛的渗 透到很多学科领域，已经形成了新的学科。例如：激光信息的存储与处理

21、、激光材料的 加工、激光医学以及生物学、激光通讯工程、激光印刷雕刻、激光光谱研究、激光化学、 激光核聚变、激光分离同位素、激光检测和计量以及军用的激光技术等，极大地促进了 以上领域的技术进步和重大的发展。 徐州工程学院毕业设计（论文） 3 1.4 激光雕刻机的内容和设计要求激光雕刻机的内容和设计要求 激光雕刻机能提高雕刻的效率，使被雕刻处的表面光滑、圆润，迅速地降低被雕刻 的非金属材料的温度，减少被雕刻物的形变和内应力；可广泛地用于对各种非金属材料 进行精细雕刻的领域。 图 1-1 激光雕刻机工作流程图 由于激光雕刻机结构复杂，需要进行车体的整体设计和局部的细节设计。具体部分 分为以下两类：

22、1、结构设计：激光雕刻机中同步带、轴承、导轨的选择，非标准件的设计等。 2、驱动系统：步进电机的选型。 在设计过程中，对激光雕刻机现有产品现状进行调研及市场分析；激光雕刻机的机 械结构的设计，包括总体结构、主运动方案、进给运动方案、刀具方案等的确定；利用 机械原理和机械设计的理论知识进行激光雕刻机机械系统的设计计算，包括主运动系统 的设计计算、进给运动系统的设计计算； 激光雕刻机步进电机的选择；用三维设计软件 cad 设计有关零部件，并进行装配。 拟解决的主要问题：对现有的雕刻机的产品及市场进行调研分析；雕刻机的总体方 案、结构的确定；激光雕刻机的机械结构设计，要求激光雕刻机结构简单、经济、具

23、有 一定的代表性；激光雕刻机的控制系统的设计；步进电动机的选择；同步带及同步带轮 的选择与计算；轴承的选择；轴和轴承的配合设计等等。 用制图软件绘制图形 计算机系统信息传递 控制系统确定激光器工作位置 控制系统控制激光器雕刻 完成雕刻 徐州工程学院毕业设计（论文） 4 2 激光雕刻机总体结构设计激光雕刻机总体结构设计 2.1 激光雕刻机设计要求激光雕刻机设计要求 雕刻机总体布局的基本要求有以下几点: 1、首先必须满足如加工范围、工作精度、生产率和经济性等等各种要求； 2、确保实现激光雕刻机所要求的工件和激光器的相对位置与相对运动。在经济性合 理的条件下，尽量采用较短的传动装置，简化机构，提高传

24、动的精度和传动的效率； 3、确保激光雕刻机有与所要求的加工精度相适应的刚度、热变形及噪音水平； 4、观察加工的过程，要求便于加工操作、调整与维修，便于输送、装卸工件与清理， 注意防护，确保加工安全； 5、要求结构简单，合理可靠，便于进行加工和装配。 根据激光雕刻机的主要加工材料及运动状态设计，具体设计要求如下： 1、设计激光器的运动速度为 200mm/s； 2、雕刻范围 800 800mm； 3、考虑到激光雕刻机中电机的工作状态，初步选择使用步进电机； 4、传动系统可使用同步带传动； 5、选择使用 100w 的激光器。 2.2 确定总体方案确定总体方案 激光雕刻机的结构设计多种多样，现在选择两

25、个设计方案进行比较，最后确定最优的 设计方案。 方案一：设计龙门式框架结构，其主要组成部分有步进电动机、激光器、丝杠、光 杠、工作台、立柱等，整体外观如图 2-1 所示。 方案二：设计平面式雕刻机，其主要组成部分为步进电动机、导轨、同步带、支撑 板、激光器、联轴器等。其外观图如图 2-2 所示。 比较两个方案，分析优缺点： 方案一：本方案中使用了龙门式结构，结构稳定性强，加工空间大而且使用了丝杠 螺母副传动，精密传动但是其总体结构笨重，载荷重电机消耗大，不利于激光雕刻机的 灵活加工。 方案二：本能方案中采用了平面加工模式，激光器在同步带的带动下精确灵活的加 工工件，并且运动载荷小,机构简单，造

26、价低，适合选用。 综上所述：选择使用方案二。 徐州工程学院毕业设计（论文） 5 图 2-1 龙门式雕刻机外观图 2-2 图 激光雕刻机外观图 激光雕刻机的机械部分是 xy 方向导轨，其中 y 方向是由两个平行导轨构成，x 方向 徐州工程学院毕业设计（论文） 6 由一个导轨构成，x 方向导轨是垂直放置在 y 方向的两平行导轨上，并加以紧固。 激光雕刻机的激光源安装在 x 方向导轨上，并由同步传动带带动在 x 方向导轨上运 动；x 方向的导轨两端分别紧固在 y 方向的两个导轨上，并且分别由同步传动带带动在 y 方向导轨上运动。激光源在 xy 方向上的运动是依靠步进电动机为动力源，通过带轮的旋 转将

27、旋转的能量转化为同步传动带在 xy 直线方向上的位移，从而完成雕刻加工。 2.3 激光雕刻机的组成激光雕刻机的组成 激光雕刻机主要由控制系统，步进电机、xy 轴向支撑板、xy 轴向导轨、同步带轮、 同步带、联轴器等部分组成。 激光雕刻机的基本结构如图 2-3 所示。 2-3 图 激光雕刻机结构示意图 如 2-3 图所示，1、同步带带轮，2、轴承，3、电动机，4、联轴器，5、轴，6、支 撑板，7、同步带，8、导轨，9、激光器。 下面分别介绍激光雕刻机主要部分的功能： 1、控制系统： 根据计算机传输的图形数据信息，控制步进电机的运转，利用同步带带动激光器的 xy 轴向运动，完成图形雕刻。 2、步进

28、电机： 步进电机为激光雕刻机的正常运转提供动力。 徐州工程学院毕业设计（论文） 7 3、xy 轴向支撑板： 支撑导轨、轴承支撑架以及步进电机支撑架；承载电动机，激光器等主要部件的重力， 要求其结构不宜变形，能承受一定载荷。 4、xy 轴向导轨： 为激光雕刻机的激光器运动进行导向。 5、同步带： 同步带带动激光雕刻机的激光器运动。 徐州工程学院毕业设计（论文） 8 3 激光雕刻机标准件选择与计算激光雕刻机标准件选择与计算 3.1 x x 轴向机械传动部件的选择轴向机械传动部件的选择 3.1.1 x 轴向导轨的选择 根据载荷重量及激光雕刻机的运转状态，本次设计初步选择使用 ggc 微型直线滚动 导

29、轨，ggc 微型直线滚动导轨结构示意图如图 3-1 所示。 3-1 图 ggc 微型直线导轨副结构示意图 x 轴向导轨的选择计算过程： 工作台质量均匀分布，重心在中间，g 为所受载荷，外力 f 的作用中心和工作台重心 重合。激光雕刻机激光器的运动可近似看作为匀速运动。 运动条件：常温，平稳无冲击和振动，载荷小。 导轨所受总载荷: nfg20 有效行程： mla8 . 0 每分钟往返次数： 4n 移动速度： min/15min/12mmv 导轨滑块数目： 2m 根据导轨载荷计算： 两滑块受力载荷相等，即ngfff10)( 2 1 21 综上所述，选择 ggc 微型直线型导轨。导轨的额定动、静载荷

30、分别为 .kncknc oa 5 . 8,5 . 8 导轨的使用寿命计算验证： 徐州工程学院毕业设计（论文） 9 式k p c f ffff l a w acth .)( （3.1） 式 max fp （3.2） 式 3 2 10 120 nl l l a h （3.3） 额定寿命（km）l 实际寿命（h） h l 激光器运动有效行程（m） a l 开机率 2 n 额定载荷（kn) a c 当量载荷p 受力最大的滑块所受载荷（kn） max f 指数，当滚动体为滚珠时，3 硬度系数 h f 温度系数 t f 接触系数 c f 精度系数 a f 载荷系数 w f 查表得：1 t f 81 . 0

31、 c f 1 a f 2 . 1 w f 1 h f knca5 . 7 kmk50 3 mla8 . 0 计算得：knffp 2 1max 10 假设年工作日为 300d，两班工作制，每班工作时间为 16h，开机率为 80%。 将上述数据代入上式，得年。10 h l 综上所述，ggc 15 ba 微型直线导轨满足工作要求，可以选择使用。 徐州工程学院毕业设计（论文） 10 3.1.2 x 轴向步进电机的选择 x 轴向步进电机的计算与选择： 计算滚动摩擦力 1 f 估算激光器的总重量。kgm2 式mgg （3.4） 式 fgf 11 （3.5） 滚动摩擦因数，此处。 1 005 . 0 003

32、 . 0 1 004 . 0 1 计算得：ng20 nf1052 nf08.101020004 . 0 1 计算最大静摩擦力： 2 f 最大静摩擦因数， 2 3 . 0 2 计算得：nf16 2 根据以上计算得： 式 12 ff （3.6） 综上所述：nff16 2 计算转矩 2 1 t 假设同步带轮直径为 20mm 1 d mndft.16 . 0 2/ 11 计算 x 轴传动功率 3 1 p 假设激光器在 x 轴向的运动速度为 0.2m/s 1 v wfvp2 . 3 11 总数所述:选择 57bygh311 步进电机。 电机的具体尺寸如 3-2 图所示。 徐州工程学院毕业设计（论文） 1

33、1 图 3-2 步进电机尺寸图 步进电机 57bygh311 的具体参数 表 3-1 步进电机数据表 步进角 电压 电流 相数最大转矩 重量 转速 1.8 度 3.6v3a2 1.5n.m 1.1kg360r/min 3.1.3 x 轴向同步带及带轮的选择 1、同步带轮的介绍 同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由 带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的 纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之 间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。 图 3-3 同步带传

34、动示意图 徐州工程学院毕业设计（论文） 12 同步带传动（见图3-3），传动比较准确，对轴的作用力比较小，结构紧凑，耐油，耐 磨性好，抗老化的性能好，一般使用温度 -2080，v50m/s，p300kw,i10,要求同步的 传动也可用于低速的传动。 同步带传动的组成是一根内周表面中设有等间距齿形的环行带和具有相应吻合齿形的 同步带轮。其具有链传动、带传动以及齿轮传动各自的优点。运转时，利用带齿与带轮的 齿槽啮合达到传递动力的目的。 同步带传动特点明显，具有准确的传动比，没有滑差，并 且可以得到恒定的速比，运动平稳，噪音小，传动比范围比较大，一般可以达到 1:10 左右。 允许的线速度可以达50

35、m/s 左右，传递功率范围从几瓦到百千瓦。传动效率很高，一般可达 98%左右，结构十分紧凑，适合于多轴传动，不需要润滑，没有污染，所以可在污染和工 作环境良好的场所中正常工作。 激光雕刻机广泛应用于纺织、机床、烟草、通讯工程、轻 化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业中各种类型的机械传动中。通 过使用同步带，改变了带传动仅仅为摩擦传动的概念，扩展了带传动的应用范围，并且成 为带传动中相对独立的研究对象，开辟了带传动新的发展途径。 2、同步带的特点 (1)传动精确，工作时没有滑动，保持恒定的传动比； (2)传动稳定，具有缓冲和减振的能力，噪声小； (3)高传动效率，可以达到0.98

36、 左右，具有明显节能效果； (4)保养维护方便，不需要润滑，只需要较低的维修费用； (5)速比传动的范围大，可达10 左右，线速度可以达到50m/s 左右，能传递很大的功率 传递范围； (6)可以用于长距离的传递，中心距可以达到10m 以上。 3、同步带的分类 同步带齿可以分为梯形齿和弧齿两种类型，弧齿也可以分成三种系列：平顶圆弧齿、 圆弧齿和凹顶抛物线齿。 梯形齿同步带 梯形齿同步带可以分为单面有齿和双面有齿两种类型，简称为单面带 和双面带。双面带按照齿的排列方式可以分为对称齿型与交错齿型两种类型。 梯形齿同步带的两种尺寸制为：节距制与模数制。我国采用的是节距制，而且通过 iso 5296

37、制订了相应的同步带传动标准gb/t 1136111362-1989 与gb/t 11616-1989。 弧齿同步带 弧齿同步带的齿形除了有曲线形之外，它的结构和梯形齿同步带大致 相同，带节距基本一致，齿高、齿根厚与齿根圆角半径等都比梯形齿的大。带齿受到载荷 时，有较好的应力分布状态，减缓齿根部分应力集中，在一定程度上提高齿的承载能力。 所以弧齿同步带相比于梯形齿同步带有较大的传递功率，并且能够预防齿啮合发生干涉。 弧齿同步带具有耐磨性能好，工作噪声小和不需要润滑等优点，并且已经广泛的应用 于食品、纺织、汽车、制药、印刷和造纸等行业。 4、同步带的设计准则 徐州工程学院毕业设计（论文） 13 通

38、过对同步带传动失效形式进行分析，可以发现同步带和带轮材料之间有较高的机械 性 能，有合理的制造工艺，带以及轮的尺寸都进行严格的控制，并且要进行严格的安装，这样 许多的失效形式就都可以避免。所以在进行正常工作时，同步带传动三种主要的失效 形式为 如下； 同步带的承载绳因疲劳而拉断； 1 同步带发生打滑与跳齿； 2 同步带带齿发生磨损。 3 根据以上分析可知，同步带传动的设计淮则为在同步带不打滑时，有着很高的抗拉 强度，并且能够保证承线绳能够不被拉断。除此之外，在灰尘和杂质较多的恶劣工作条 件下计算齿轮的磨性。 5、同步带传动设计计算 电机额定输出功率估算 1 wavp8 .106 . 33 确定

39、计算功率 2 电动机每天使用35 小时左右，查表3-2，=1.3。则计算功率为: a k wpkp aca 04.143 . 108.10 表3-2 工作情况系数选择表 原动机 最大输出功率为额定值的 300 以下 最大输出功率为额定值的 300以上 交流马达 直流马达 特殊马达、单缸发动机 直流马达、通过旋转轴或者离合器运 行 运行时间运行时间 使用皮带的机械实 例 间歇使用 1 天 35 小时 正常使用 1 天 812 小 时 连续使用 1 天 1624 小 时 间歇使用 1 天 35 小时 正常使用 1 天 812 小 时 连续使用 1 天 1624 小时 展览器具、放映机、 计量设备、

40、医疗设 备 1.01.41.6 吸尘器、缝纫机、 办公设备、木工车 床 轻载型皮带运输机、 包装机械、筛子 液体搅拌机、钻床、 车床、螺纹加工机、 圆盘锯床、刨床、 洗衣机、印刷机械 搅拌机、皮带输送 徐州工程学院毕业设计（论文） 14 机、磨床、牛头刨 床、铣床、镗床、 压缩机、振动筛、 纤维机械 输送机（板式、盒 式、斗式） 、发电 机、鼓风机、风扇、 升降机、纤维机械 1.82.02.2 离心分离机、输送

41、 机（刮板式、螺旋 式） 、锤击式粉碎 机、造纸机械 小带轮转速计算 3 min/255)15(200)/( 12 rdvn 选定同步带带型和节距 4 由同步带选型图3-4 设计功率和转速，选取xl 型带，节距mmpb08 . 5 图 3-4 同步带选型图 选取主动轮齿数 5 1 z 查表3-3 轮最小齿数为10，现在选取小带轮齿数为14。 表 3-3 最小齿数表 带型小带轮转速 n1（r/min）mxlxxlxllhxhxxh 徐州工程学院毕业设计（论文） 15 9001012142222 900120012121012162424 1200180014

42、141214182626 18003600161612162030 360048001818151822 小带轮节圆直径确定 6 = b pz d 1 1 14 . 3 08. 514 mm65.22 大带轮相关数据确定 7 系统传动比计算： min/360 1 rn min/255 2 rn 4 . 1 255 360 2 1 n n i 大带轮相关参数计算：齿数，节距20 12 izzmmpb08 . 5 带速v 的确定 8 sm nd v/43 . 0 100060 36065.2214 . 3 100060 11 max v 、初定周间间距 9 根据公式 式)(2)(7 . 0 210

43、21 ddadd （3.7） 得 mmamm02.110 5 . 38 0 现在初步选取轴间间距为100mm。 、同步带带长及其齿数确定 10 () 0 l 2 2 0 a 21 dd 2/ )36.3265.22(14 . 3 1002 286.61mm 选择使用代号为112 的xl 型同步带，其节线长。mmlp48.284 带轮啮合齿数计算 11 有在本次设计中传动比为一，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即 =20。 m z 实际轴间距的计算 12 徐州工程学院毕业设计（论文） 16 2 61.28648.284 100 2 0 0 llp aa =97.87mm 基本额定功率的计算 13

44、0 p 式 1000 )( 2 0 vmvt p a （3.8） 查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表 3-4 道=50.17n，m=0.022kg/m。 a t 所以同步带的基准额定功率为 =0.022kw 0 p 1000 43 . 0 )43 . 0 022 . 0 17.50( 2 表3-4 宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量表 带型ta/nm/(kg/m) mxl270.007 xxl310.01 xl50.170.022 l244.460.095 h2100.850.448 xh4048.901.484 xxh6398.032.473 同步带带宽计算 14 s b 式

45、14. 1 0 0 pd p bbs z d s （3.9） xl 型同步带标注带宽 0s b 啮合齿数 z d 查得，mmbs5 . 9 0 1 z d 12. 9 022. 0 014. 0 5 . 9 14 . 1 bs 查表得，选择带宽代号为 037 的 xl 型带，选mmbs5 . 9 带轮结构和尺寸 15 传动带选用的同步带尺寸如下： 小带轮：mmdmmdz a 14.22,65.22,14 111 徐州工程学院毕业设计（论文） 17 大带轮：mmdmmdz a 85.31,36.32,20 222 同步带轮宽度 bf，查得mmbf 4 . 10 min 因为，所以带轮要装有双边挡

46、圈。mmdmma 2 . 181887.97 1 同步带强度校核 16 xl 带抗拉力强度，大带轮转矩nta17.50mnt.2 . 0 同步带拉力计算 a a tn d t f54.12 2 2 所以，同步带选用合适，满足强度要求。 6、x 轴向横梁传动带的选择 根据 x 轴向横梁上的带轮直径为 15mm，功率为 3.2w,带轮的转速为 255r/min，可选 择 xl 型同步带。 x 轴向横梁传动带的参数：mmdmmdz a 66.15,17.16,10 333 根据上文中同步带轮轴间距的计算方法，可算得 x 轴向横梁上两同步带轮的实际轴 间距为 860mm。 7、选用同步带的齿形及参数

47、图3-5 的标准尺寸图 表 3-5 带的标准尺寸表 型号节距齿形角齿根厚齿高齿根圆角半径齿顶圆半径 xl5.08 50。 2.571.270.380.38 3.2 y y 轴向机械传动部件的选择轴向机械传动部件的选择 3.2.1 y 轴向导轨的选择 y 轴向运动条件：常温，平稳无冲击和振动，载荷小。 估算 x 轴横梁重量，激光器重量，步进电机及其零件重量。kgm3 1 kgm2 2 kgm2 3 徐州工程学院毕业设计（论文） 18 导轨所受的最大载荷: max f n gm gmmf55 2 )( 1 32max 有效行程： mla8 . 0 每分钟往返次数： 4n 移动速度： min/15m

48、in/12mmv 导轨滑块数目： 2m 综上所述，选择 ggc 微型直线型导轨。导轨的额定动、静载荷分别为 .kncknc oa 5 . 8,5 . 8 3.2.2 y 轴向电动机的选择 y 轴向步进电机的计算与选择： 计算最大静摩擦力 1 f 估算 y 导轨上的总载荷。ng70 式fgf 2 （3.10） 滚动摩擦因数，此处。 1 3 . 0 2 计算得： ,ng70 ,nf2054 nf4820703 . 0 计算转矩 2 2 t 假设同步带轮直径为 15mm 2 d 则 mndft.2195. 02/ 22 计算 x 轴传动功率 3 1 p 假设激光器在 x 轴向的运动速度为 0.2m/

49、s 1 v 计算得： wvfp6 . 9 122 综上所述:选择 57bygh311 步进电机。 3.2.3 y 轴向同步带的选择 1、同步带传动设计计算 电机额定输出功率估算 1 徐州工程学院毕业设计（论文） 19 wavp8 .106 . 33 确定计算功率 2 电动机每天使用35 小时左右，查表3-1 得到工作情况系数=1.3。则计算功率为: a k wpkp aca 04.143 . 108.10 小带轮转速计算 3 min/255)15(200)/( 12 rdvn 选定同步带带型和节距 4 由同步带选型图3.5，根据设计功率和转速，选取xl 型带，节距mmpb08 . 5 选取主动

50、轮齿数 5 1 z 查表3-2 知道小带轮最小齿数为10，现在选取小带轮齿数为14。 小带轮节圆直径确定 6 = b pz d 1 1 14 . 3 08. 514 mm65.22 大带轮相关数据确定 7 系统传动比计算： min/360 1 rn min/255 2 rn 4 . 1 255 360 2 1 n n i 大带轮相关参数计算：齿数，节距20 12 izzmmpb08 . 5 带速v 的确定 8 sm nd v/43. 0 100060 36065.2214. 3 100060 11 max v 、初定周间间距 9 根据公式 式)(2)(7 . 0 21021 ddadd （3.

51、11） 得 mmamm02.110 5 . 38 0 现在初步选取轴间间距为100mm。 、同步带带长及其齿数确定 10 =() 0 l 2 2 0 a 21 dd =2/ )36.3265.22(14 . 3 1002 =286.61mm 选择使用代号为112 的xl 型同步带，其节线长。mmlp48.284 徐州工程学院毕业设计（论文） 20 带轮啮合齿数计算 11 有在本次设计中传动比为一，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即 =20。 m z 实际轴间距的计算 12 2 61.28648.284 100 2 0 0 llp aa =97.87mm 基本额定功率的计算 13 0 p 查基准同

52、步带的许用工作压力和单位长度的质量表 4-3 可以知道 1000 )( 2 0 vmvt p a =50.17n，m=0.022kg/m。 a t 所以同步带的基准额定功率为 =0.022kw 0 p 1000 43 . 0 )43 . 0 022 . 0 17.50( 2 同步带带宽计算 14 s b 式14. 1 0 0 pd p bbs z d s （3.12） xl 型同步带标注带宽 0s b 啮合齿数 z d 查得，mmbs5 . 9 0 1 z d 12. 9 022. 0 014. 0 5 . 9 14 . 1 bs 查表得，选择带宽代号为 037 的 xl 型带，选mmbs5

53、. 9 带轮结构和尺寸 15 传动带选用的同步带尺寸如下： 小带轮：mmdmmdz a 14.22,65.22,14 111 大带轮：mmdmmdz a 85.31,36.32,20 222 同步带轮宽度 bf，查得mmbf 4 . 10 min 因为，所以带轮要装有双边挡圈。mmdmma 2 . 181887.97 1 同步带强度校核 16 xl 带抗拉力强度，大带轮转矩nta17.50mnt.2 . 0 同步带拉力计算 a a tn d t f54.12 2 2 所以，同步带选用合适，满足强度要求。 2、y 轴向横梁传动带的选择 徐州工程学院毕业设计（论文） 21 根据 y 轴向横梁上的带

54、轮直径为 15mm，功率为 3.2w,带轮的转速为 255r/min，可选 择 xl 型同步带。 y 轴向横梁传动带的参数：mmdmmdz a 66.15,17.16,10 333 根据上文中同步带轮轴间距的计算方法，可算得 y 轴向横梁上两同步带轮的实际轴 间距为 860mm。 3、选用同步带的齿形及参数见图 3-4 表 3-3。 3.3 轴承的选择轴承的选择 3.3.1 轴承的选择 轴承的受力特点：轴承主要承受径向力，只受轻微轴向载荷。 轴承选择使用深沟球，型号 617，轴承形状及尺寸分别见 表 3-6 深沟球轴承尺寸表 内径 d外径 d宽度 b 6mm17mm6mm 图 3-6 深沟球轴

55、承示意图 徐州工程学院毕业设计（论文） 22 4 激光雕刻机非标准件结构设计激光雕刻机非标准件结构设计 4.1 轴的设计轴的设计 4.1.1 轴的简介 1、轴的类型 （1）按轴的轴线形状分类 直轴：直轴最为广泛的应用在生产加工之中：分为光轴与阶梯轴两种。 曲轴：曲轴能够将旋转运动转化为往复直线运动或者是作相反的运动转换。 挠性轴：挠性钢丝软轴是一种由几层钢丝层构成的软轴，它能够把扭矩和旋转运 动灵活地传递到任何位置。 （2）按轴所承受载荷不同分类 心轴：是用来支承转动的零件，只受弯曲作用而不传递转矩。车辆用的转动心轴； 支承滑轮用的固定心轴。 转轴：转轴的应用特点是既支承转动零件又传递动力，同

56、时承受弯曲和扭转两种 作用。 传动轴：只受扭转作用而不受弯曲作用。 2、轴的材料 优质碳素钢，如 45：价廉，对应力集中不敏感，应用较广。 合金钢，如 40cr：材料承载能力强，重量较轻及耐磨性等。 球墨铸铁：可代替钢制造外形复杂的曲轴和凸轮轴。 徐州工程学院毕业设计（论文） 23 4.1.2 轴的设计计算 1、确定轴的类型 分析可知激光雕刻机上的轴都为转轴。 2、选择轴的材料 分析激光雕刻机的运动传动过程可知，激光雕刻机传动载荷，转矩均比较小，并且 运动平稳无冲击，所以选择使用 45#钢。 3、分析设计问题 根据结构配合满足一系列要求:设计轴向固定，周向旋转固定；按照工作能力准则进行 计算校

57、核强度。 4、轴的计算 轴的最小直径的计算 1 式 3 1 n p cd （4.1） 轴的直径（mm）d 轴的传递功率（kw） 1 p 轴的转速（r/min）n 与轴的材料有关的系数，查得 45#钢，c112c 假设电动机传动到轴的效率。%95 wpp26.10%9536 . 3 1 mm n p cd8 . 3 255 1026.10 112 3 3 3 1 5、轴的尺寸如图 4-1. 徐州工程学院毕业设计（论文） 24 图 4-1 轴尺寸示意图 4.1.3 轴和轴承的配合设计 1、轴上零件的固定 （1）轴上零件的轴向固定 轴肩或轴环固定 1 结构相对简单，定位可靠以及能够承受较大轴向力，属

58、于常用的类型。 用轴端挡圈、轴套以及圆螺母等进行固定 2 轴端挡圈只能够用于轴端零件的固定。采用带有锁紧装置的固定形式，防止轴端挡 圈发生松动。 轴套(套筒)：一般情况下，其可以用在两个零件之间，间距较小的位置。 圆螺母：一般情况下，在不能采用轴套以及轴套太长时选用圆螺母。选用圆螺母是 因为其拆装方便，而且固定可靠，可以承受相对较大的轴向作用力。 其它的轴向固定形式 3 在受轴向力不大以及为了防止零件发生轴向窜动的位置，我们可以选择使用用紧定 螺钉固定、圆锥销固定以及弹性挡圈固定等形式。 （2）轴上零件的周向固定 使用键进行轴周向的固定：键的使用相对十分广泛。 1 使用过盈配合进行轴周向的固定

59、：使用温差法或者也如法进行装配。 2 徐州工程学院毕业设计（论文） 25 图 4-2 轴承支架示意图 2、轴的结构工艺性 （1）轴形状要求尽量简单，便于进行加工与检验，并且轴上台阶数不可以太多。 （2）轴肩处的过渡圆角半径 r 要求小于零件孔的倒角 c 或者圆角半径 r： （3）要进行磨削加工的周表面，在轴肩的位置要求加工砂轮越程槽。 （4）当在轴上车螺纹时，在螺纹尾部要求留有退刀槽。 （5）在轴端位置要求倒角，若需要在轴的两端加工中心孔。 （6）在同一轴上的轴径相差不大轴段的键槽，要求尽量采用相同规格的键槽尺寸， 而且要保持在同一加工直线，这样能够保证加工方便。 3、轴承和轴的配合公差标准

60、（1）在轴公差带和轴承内径公差带构成配合时，在一般的基孔制当中，原本属于过 渡配合的公差代号都将变成过赢配合，例如 km5、m6、k5、k6、n6 等等，然而要求过赢 量不能太大；在轴承内径公差带和 g5、g6、h5、h6 等构成配合时，之前的间隙配合将成 为过赢配合。 （2）因为公差值不和一般基准轴相同，轴承外径公差带属于一种相对特殊的公差带， 并且在大多情况下，外圈是固定在外壳孔中的，由于部分轴承部件结构要求有时需要调 整，所以它们的配合要求不能太紧，大多和 j6、j7、h6、h7、js6、js7 等构成配合。 4、轴和轴承的配合安装 徐州工程学院毕业设计（论文） 26 （1）轴上安装同步