論文-3D打印機(jī)設(shè)計(jì)全套圖紙三維

1、-PAGE . z. . - .可修編 .編號(hào)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)中文題目The Subject of Graduation Project學(xué)生專 業(yè)學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師分 院2014年 月-. z.摘 要隨著工業(yè)現(xiàn)代化的不斷開展，傳統(tǒng)的加工工藝已無法滿足現(xiàn)代工業(yè)部件的加工需求，許多異形構(gòu)造利用傳統(tǒng)加工包括五軸加工中心很難加工或根本不能加工。隨即3D打印機(jī)應(yīng)運(yùn)而生 3D打印機(jī)看似復(fù)雜，卻很簡單，也許你會(huì)為它神奇的能力而震撼，也許你會(huì)為它的高科技而驚呆，其實(shí)從1916年愛因斯坦提出激光原理時(shí)，已經(jīng)為1986年第一臺(tái)3D打印機(jī)的出現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論根底。說起3D打印機(jī)的原理其實(shí)一點(diǎn)也不復(fù)雜。 本文主要針對(duì)3D

2、打印技術(shù)設(shè)計(jì)出一款3D打印快速模型設(shè)備，以切合實(shí)際針對(duì)新型的生產(chǎn)工藝采取的實(shí)際設(shè)備的設(shè)計(jì)制造。關(guān)鍵詞：3D打印機(jī) 機(jī)械構(gòu)造 新型設(shè)備全套圖紙，加1538983706ABSTRACTWith the continuous development of modern industry, the traditional processing technology has been unable to meet the processing needs of modern industrial parts, the traditional processing and utilization of m

3、any deformed structure (including five a*is machining center) is difficult to be machined or cannot process. Then emerge as the times require 3D printer3D printer may seem plicated, but is very simple, you might and shook it magical abilities, perhaps you will be stunned for its high-tech, in fact,

4、the principle of laser Einstein from 1916, has laid a solid theoretical foundation for the emergence of 1986 the first 3D printer. About the principle of 3D printer is not plicated.In this paper, the 3D printing technology to design a 3D print speed model of equipment, design and manufacture of the

5、equipment to the practical production process model for the equipment.Keywords:3D printer mechanical structure model of equipment3D打印機(jī)設(shè)計(jì)目 錄第一章 緒論1 HYPERLINK l _Toc257226463 1.1 課題來源及研究目的和意義.1 HYPERLINK l _Toc257226464 1.2 本次設(shè)計(jì)的主要容.5 HYPERLINK l _Toc257226465 1.3 3D打印設(shè)備方案分析.51.3.1 機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)思路51.3.2 機(jī)械構(gòu)造

6、總體方案和布局.6第2 章 機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l _Toc257226463 2.1 電機(jī)的選擇.8 HYPERLINK l _Toc257226464 2.2 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì).102.2.1 材料選用原則102.2.2 絲杠螺母工作條件及失效形式.112.2.3 螺旋傳動(dòng)類型特點(diǎn)和應(yīng)用.112.2.4 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算.122.2.5 滾珠絲杠螺母的支撐方式.182.2.6 滾珠絲杠螺母的潤滑和防塵隔離.182.3 導(dǎo)向光桿和直線軸承的設(shè)計(jì).202.4 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)選擇.232.5 同步帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算.23第3 章 構(gòu)造設(shè)計(jì)及三維建模263.1 主體構(gòu)造設(shè)計(jì)的是三

7、維建模273.2 整體裝配建模303.3 標(biāo)準(zhǔn)件建模.30結(jié)論38參考文獻(xiàn).39致.40第1章 緒 論1.1 課題來源及研究目的和意義3D打印機(jī)有時(shí)被稱為快速成型機(jī)，用液體或粉狀塑料制造物品，其運(yùn)作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)十分相似?？焖俪尚渭夹g(shù)rapid prototyping，簡稱RP又稱快速原型制造技術(shù)，是近年來開展起來的一種先進(jìn)制造技術(shù)?？焖俪尚渭夹g(shù)20世紀(jì)80年代起源于美國，很快開展到日本和歐洲，是近年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破?？焖俪尚问且环N基于離散堆積成形思想的數(shù)字化成形技術(shù)；是CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)以及材料科學(xué)與工程的技術(shù)集成。它可以自動(dòng)、快速地將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定構(gòu)造和功能的

8、原型或直接制造零部件，從而可對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)展快速評(píng)價(jià)、修改，以響應(yīng)市場(chǎng)需求，提高企業(yè)的競(jìng)爭能力。 RP將CAD、CAM、C、精細(xì)伺服驅(qū)動(dòng)、光電子和新材料等先進(jìn)技術(shù)集于一體，依據(jù)由CAD構(gòu)造的產(chǎn)品三維模型，對(duì)其進(jìn)展分層切片，得到各層截面的輪廓。按照這些輪廓，激光束選擇性地噴射，固化一層層液態(tài)樹脂或切割一層層的紙，或燒結(jié)一層層的粉末材料，或噴射源選擇性地噴射一層層的粘結(jié)劑或熱熔材料等，形成各截面，逐步疊加成三維產(chǎn)品。它將一個(gè)復(fù)雜的三維加工簡化成一系列二維加工的組合. 快速成形工藝流程如下： (1)三維模型構(gòu)造 由于RP系統(tǒng)只承受計(jì)算機(jī)構(gòu)造的產(chǎn)品三維模型(立體圖)，然后才能進(jìn)展切片處理，因而首先應(yīng)在P

9、C機(jī)或工作站上用CAD軟件如UG、Pro/E、I-DEAS等，根據(jù)產(chǎn)品要求設(shè)計(jì)三維模型；或?qū)⒁延挟a(chǎn)品的二維三視圖轉(zhuǎn)換成三維模型；或在逆向工程中，用測(cè)量儀對(duì)已有的產(chǎn)品實(shí)體進(jìn)展掃描，得到數(shù)據(jù)點(diǎn)云，進(jìn)展三維重構(gòu)。 (2)三維模型的近似處理 由于產(chǎn)品上往往有一些不規(guī)則的自由曲面，加工前必須對(duì)其進(jìn)展近似處理。經(jīng)過近似處理獲得的三維模型文件稱為STL格式文件，它由一系列相連空間三角形組成。典型的CAD軟件都有轉(zhuǎn)換和輸出STL格式文件的接口，但有時(shí)輸出的三角形會(huì)有少量錯(cuò)誤，需要進(jìn)展局部修改。 (3)三維模型的分層(Slicing)處理 由于RP工藝是按一層層截面輪廓來進(jìn)展加工的，因此加工前須將三維模型上沿成

10、形高度方向離散成一系列有序的二維層片，即每隔一定的間距分一層片，以便提取截面的輪廓。間隔的大小按精度和生產(chǎn)率要求選定。間隔越小，精度越高，但成形時(shí)間越長。間隔圍為0.050.5 mm，常用0.1 mm，能得到相當(dāng)光滑的成形曲面。層片間隔選定后，成形時(shí)每層疊加的材料厚度應(yīng)與其相適應(yīng)。各種成形系統(tǒng)都帶有Slicing處理軟件，能自動(dòng)提取模型的截面輪廓。 (4)截面加工 根據(jù)分層處理的截面輪廓，在計(jì)算機(jī)控制下，RP系統(tǒng)中的成形頭如激光掃描頭或噴頭由數(shù)控系統(tǒng)控制，在*-y平面按截面輪廓進(jìn)展掃描，固化液態(tài)樹脂或切割紙，燒結(jié)粉末材料，噴射粘結(jié)劑、熱熔劑和熱熔材料，得到一層層截面。 (5)截面疊加 每層截面

11、形成之后，下一層材料被送至已成形的層面上，然后進(jìn)展后一層的成形，并與前一層面相粘結(jié)，從而將一層層的截面逐步疊合在一起，最終形成三維產(chǎn)品。 (6) 后處理 成形機(jī)成形完畢后，取出工件，進(jìn)展打磨、涂掛，或者放進(jìn)高溫爐中燒結(jié)，進(jìn)一步提高其強(qiáng)度如3D-P工藝。對(duì)于SLS工藝，將工件放入高溫爐中燒結(jié)，使粘結(jié)劑揮發(fā)掉，以便進(jìn)展?jié)B金屬如滲銅處理。本次設(shè)計(jì)中根據(jù)三維打印技術(shù)的原理以及作用的根底上，綜合運(yùn)用機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝學(xué)、互換性與技術(shù)測(cè)量、機(jī)械制造技術(shù)根底、畫法幾何及機(jī)械制圖等先修課程的知識(shí)，分析機(jī)械局部實(shí)現(xiàn)的方法，根據(jù)國機(jī)械行業(yè)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出符合要求的設(shè)備構(gòu)造。1.2本

12、次設(shè)計(jì)的主要容本次設(shè)計(jì)的3D打印機(jī)通過CAD/PROE繪圖和運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)、設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)設(shè)計(jì)資料，進(jìn)展3D打印機(jī)設(shè)計(jì)并最終完成3D打印機(jī)的零件圖，裝配圖，零件圖及相關(guān)設(shè)計(jì)說明書。主要的設(shè)計(jì)根本容如下：1)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確3D打印機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)資料及繪圖工具。2)3D打印機(jī)總體構(gòu)造的設(shè)計(jì)：主要包括：鋪粉系統(tǒng)、成型腔和儲(chǔ)料腔的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、噴頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。3)裝配圖的設(shè)計(jì)：初繪裝配草圖，各局部的構(gòu)造設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)好各零部件之間的裝配關(guān)系，完成裝配工作圖。4)零件工作圖的設(shè)計(jì)：主要是繪制3D打印機(jī)成型零件如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，支撐機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)。5)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書：主要是整理和編寫3D打印機(jī)設(shè)計(jì)

13、說明書。6)設(shè)計(jì)總結(jié)及辯論：進(jìn)展畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)，完成辯論準(zhǔn)備工作。1.3 3D打印機(jī)模型設(shè)備的方案分析1.3.1機(jī)械構(gòu)造設(shè)計(jì)思路基于微噴射粘結(jié)的3DP工藝的成形原理為：將制件的CAD三維模型根據(jù)工藝要求進(jìn)展離散分層得到一系列的層片，按照這些層片的輪廓信息，鋪粉裝置逐層鋪粉，且噴頭噴射粘結(jié)劑微滴選擇性地固化一層一層的粉末，形成各截面輪廓，并逐步有序地疊加成三維實(shí)體。要完成制作要求就需要各種機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其功能： 機(jī)械系統(tǒng) *, Y軸( 打印平面) 組成平面掃描運(yùn)動(dòng)框架 機(jī)構(gòu)選用：*軸 導(dǎo)軌絲桿機(jī)構(gòu) Y軸 導(dǎo)軌絲桿機(jī)構(gòu) Z軸即成型腔和儲(chǔ)料腔 光桿絲桿機(jī)構(gòu)兩副 鋪粉輥機(jī)構(gòu)即噴頭 導(dǎo)軌絲桿機(jī)構(gòu)1.3.2機(jī)械

14、構(gòu)造總體布局根據(jù)設(shè)計(jì)思路設(shè)定本次設(shè)計(jì)的3D打印機(jī)的方案設(shè)計(jì)方案如下圖，圖中序號(hào)所代表機(jī)構(gòu)分別是：儲(chǔ)料箱：提供成型與支撐粉末材料。2成型箱：在缸中完成零件加工，工作缸每次下降的距離即為層厚。零件加工完后，缸升起，以便取出制造好的工件，并為下一次的加工做準(zhǔn)備。工作缸的升降由伺服電機(jī)通過絲桿驅(qū)動(dòng)。3余料箱：安裝在成型機(jī)殼，回收鋪粉時(shí)多余的粉末材料。4噴頭：在工作缸噴射成型時(shí)的粘結(jié)劑，粘接不通層之間的粉料，是三維打印快速成型的關(guān)鍵部件。5鋪粉輥裝置：包括鋪粉輥及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其作用是把粉末材料均勻地鋪平在工作缸上，并把鋪粉的同時(shí)把粉料壓實(shí)。連接盤絲桿螺母法蘭減速器聯(lián)軸器電動(dòng)機(jī)第2章 機(jī)械構(gòu)造的設(shè)計(jì)2.1

15、 電機(jī)的選擇2.1.1 Z軸電機(jī)的選擇Z軸即為成型腔和儲(chǔ)料腔的上下移動(dòng)電機(jī)。假設(shè)成型腔和儲(chǔ)料腔的重量為30Kg，移動(dòng)速度為2m/min左右根據(jù)本次設(shè)計(jì)由于在成型腔和儲(chǔ)料腔的上下移動(dòng)要求準(zhǔn)確定位，所以本次設(shè)計(jì)中選用伺服電機(jī)，本次伺服電機(jī)的廠家為華大伺服電機(jī)。電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 1、確定運(yùn)行時(shí)間本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間負(fù)載速度m/min有速度可知每秒上升50mm，2.電機(jī)轉(zhuǎn)速3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩式中：4.負(fù)載慣量上下垂直運(yùn)動(dòng)絲桿螺母慣量式中總慣量5.電機(jī)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須轉(zhuǎn)矩S為平安系數(shù)，這里取1.0根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用華大伺服電機(jī)型號(hào)為110ST-M02030，以下為選擇的伺服電機(jī)的具體詳細(xì)介紹：電機(jī)額定功率為0

16、.6KW，零速轉(zhuǎn)矩為2.0N.m，額定地拿了4.0A額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。電機(jī)大致圖如下：外形尺寸110*110*106，電機(jī)輸出軸徑為12mm。2.1.2 *軸和Y軸電機(jī)的選擇 打印平面中的*軸和Y軸移動(dòng)構(gòu)造一樣，本次選擇的電機(jī)采用一樣的。電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 1、確定運(yùn)行時(shí)間本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間負(fù)載速度m/min有速度可知每秒移動(dòng)50mm，2.電機(jī)轉(zhuǎn)速3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩式中：4.負(fù)載慣量上下垂直運(yùn)動(dòng)絲桿螺母慣量式中總慣量5.電機(jī)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須轉(zhuǎn)矩S為平安系數(shù)，這里取1.0根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們也選用華大伺服電機(jī)型號(hào)為110ST-M02030，具體尺寸同Z軸移動(dòng)所選的電機(jī)一樣。2.2滾珠絲杠螺母的

17、設(shè)計(jì)2.2.1材料選用原則選材的根本原則是材料在能滿足零件使用性能的前提下，具有較好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。材料的使用性能是指機(jī)械零件在正常工作條件下應(yīng)具備的力學(xué)、物理、化學(xué)等性能，是保證該零件可靠性的根底。對(duì)一般機(jī)械零件來說，選材時(shí)主要考慮的是其力學(xué)性能；而對(duì)于非金屬材料制成的零件，還應(yīng)該考慮其工作環(huán)境對(duì)零件性能的影響。零件按力學(xué)性能選材時(shí)，首先應(yīng)正確分析其工作條件、形狀尺寸及應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)合該類零件出現(xiàn)的主要失效形式，找出其在實(shí)際使用中的主要和次要的失效抗力指標(biāo)，以此作為選材的依據(jù)。絲杠螺母的工作條件、失效形式和技術(shù)要求1、工作條件由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是絲杠螺母副，即螺旋傳動(dòng)副，而工作時(shí)主要是攜帶傳感器進(jìn)

18、展測(cè)量，而非傳遞動(dòng)力或扭矩。主要承受一定的剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)等載荷。2、主要失效形式 當(dāng)彎曲載荷較大時(shí)，絲杠承受著交變應(yīng)力；當(dāng)其外表硬度較低，外表質(zhì)量不良時(shí)，會(huì)發(fā)生磨損，甚至產(chǎn)生疲勞斷裂。而設(shè)計(jì)的絲杠所傳遞的動(dòng)力和扭矩都很小。因此，主要的失效形式是磨損。通過提高絲杠螺母的外表質(zhì)量和安裝精度可以有效的減少磨損。3、材料性能要求 根據(jù)絲杠的工作條件和失效形式，要求絲杠材料具備以下主要性能：電磁鐵參數(shù)測(cè)量裝置是對(duì)電磁鐵的電磁吸力、磁場(chǎng)強(qiáng)度和線圈溫度進(jìn)展測(cè)量的裝置。為防止電磁鐵的磁泄漏，采用不可磁化材料。如不銹、鋁合金、銅合金、瓷材料或高分子材料。較高的綜合力學(xué)性能.當(dāng)絲杠正常工作時(shí)，要承受一定的交變載

19、荷與沖擊載荷。絲杠軸頸應(yīng)具有高的硬度和耐磨性，提高絲杠的旋轉(zhuǎn)精度和使用壽命。根據(jù)絲杠螺母副的工作條件、失效形式和技術(shù)要求，考慮材料的綜合性能，絲杠采用淬火鋼，螺母采用鑄造錫青銅。這是由于銅合金材料不僅具有較高的綜合力學(xué)性能，而且具有較高硬度和耐磨性。絲杠螺母副的導(dǎo)柱采用不銹鋼，導(dǎo)軌采用鋁合金，聯(lián)結(jié)件采用高分子塑料。2.2.3絲桿螺旋傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)與應(yīng)用絲桿螺旋傳動(dòng)是利用絲桿和螺母組成的螺旋副來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)將直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)以滾珠作為滾動(dòng)媒介的滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的體系。以傳動(dòng)形式分為兩種：一種是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)

20、動(dòng)；另外一種是將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。梯形絲桿的特點(diǎn)： 1傳動(dòng)效率高：滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率高達(dá)90%98%，為傳統(tǒng)的滑動(dòng)絲杠系統(tǒng)的24倍，所以能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)可逆。 2運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)：梯形絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)為點(diǎn)接觸滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動(dòng)時(shí)無顫抖、低速時(shí)無爬行現(xiàn)象，因此可精細(xì)地控制微量進(jìn)給。 3高精度：滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)展預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 4高耐用性：鋼球滾動(dòng)接觸處均經(jīng)硬化HRC5863處理，并經(jīng)精細(xì)磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動(dòng)，相對(duì)對(duì)磨損甚微，故具

21、有較高的使用壽命和精度保持性。 5同步性好：由于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、反響靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套一樣的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)一樣的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。 6高可靠性：與其它傳動(dòng)機(jī)械，液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進(jìn)展一般的潤滑和防塵。在特殊場(chǎng)合可在無潤滑狀態(tài)下工作。 7無背隙與預(yù)緊：采用歌德式Gothic arch溝槽形狀、軸向間隙可調(diào)整得很小，也能輕便地傳動(dòng)。假設(shè)參加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊載荷，消除軸向間隙，可使絲杠具有更佳的剛性，在承載時(shí)減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，到達(dá)更高的精度。2.2.3滾珠絲桿螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)主要承受軸向力。由于螺母

22、和螺桿間有較大的滑動(dòng)摩擦，因而磨損是其主要的失效形式。滾動(dòng)螺旋的根本尺寸螺桿的直徑和螺母的高度，通常是根據(jù)耐磨性條件來確定的。受力較大的螺旋傳動(dòng)，還應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)截面和螺母螺紋牙的強(qiáng)度，以防止發(fā)生塑性變形或斷裂；要求自鎖的螺桿，要求校核其自鎖性；精細(xì)的傳導(dǎo)螺桿，應(yīng)該校核其剛度，以免因受力導(dǎo)致螺距變化引起傳動(dòng)精度降低；長徑比擬大的螺桿，應(yīng)校核其穩(wěn)定性，以防止軸向受載后失穩(wěn)；高速的長螺桿還應(yīng)校核起臨界轉(zhuǎn)速，以防止過大的橫向振動(dòng)。具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)的類型、工作條件及其失效形式等，選擇不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，而不必逐項(xiàng)進(jìn)展校核。表2.1螺旋傳動(dòng)的常用材料螺旋副材料牌號(hào)應(yīng)用圍螺桿Q235、Q275、45、50

23、材料不經(jīng)熱處理，使用于經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動(dòng)40Cr、65Mn、T12、40WMn、18CrMnTi材料需經(jīng)熱處理，以提高其耐磨性，適用于重載、轉(zhuǎn)速較高的重要傳動(dòng)9Mn2V、CrWMn、38CrMoAl材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸的穩(wěn)定性，適用于精細(xì)傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)螺母ZCu10P1、ZCu5Pb5Zn5材料耐磨性好，適用于一般傳動(dòng)ZCuAl9FeNi4Mn2ZCuZn25Al6Fe3Mn3材料耐磨性好，強(qiáng)度高，適用于重載、低速的傳動(dòng)。對(duì)于尺寸較大或高速傳動(dòng)，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，孔澆注青銅或巴氏合金Z軸立向絲桿的設(shè)計(jì)1滾珠絲桿螺母副，橫向絲桿的最大軸向載荷為2000N，支承間最大距

24、離為400mm，要求定位精度為0.001mm，滾珠絲桿的負(fù)荷包括運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按額定靜載荷選用。載荷性質(zhì)系數(shù)為1動(dòng)載荷硬度影響系數(shù)， =1最大軸向載荷定靜載荷為C02000N，查表得使用壽命時(shí)間T=15000h，初選絲桿螺距t=5mm，得絲桿轉(zhuǎn)速 n/min由于絲桿螺距為5，可選W系列完循環(huán)絲桿副尺寸系列W2005-2.5圈一列滾珠絲桿螺母副的幾何參數(shù)計(jì)算，見表2.6所示： 表2.2滾珠絲桿螺母副幾何參數(shù)名 稱符 號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果mm螺紋滾道公稱直徑20螺 距5接觸角鋼球直徑3.175螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角螺桿螺桿外徑螺桿徑螺桿接觸直徑螺母螺母螺紋外徑螺母徑外循環(huán)螺

25、母長度Ln332傳動(dòng)效率計(jì)算2.23式中：摩擦角；絲桿螺紋升角。3剛度驗(yàn)算，滾珠絲桿受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 2.24Y向所受牽引力大，故應(yīng)用Y向參數(shù)計(jì)算N cm () (材料為45鋼) 所以 cm絲桿因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程誤差查表知C級(jí)精度的絲桿允許誤差6，故剛度足夠。4穩(wěn)定性驗(yàn)算，由部件自重產(chǎn)生的使絲桿回轉(zhuǎn)的扭矩為式中G移動(dòng)部件自重 S導(dǎo)程cm逆?zhèn)鲃?dòng)效率，由于滾珠絲桿副的正傳動(dòng)效率和逆?zhèn)鲃?dòng)效率近似相等，因此，一般用正傳動(dòng)效率代替。N 可知110BF004反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿螺母副時(shí)不會(huì)發(fā)生逆向傳動(dòng)5軸承的選擇，初選6002，工作時(shí)為輕度沖擊，正常工作溫

26、度，預(yù)期壽命為5000h，絲桿在工作的過程中受軸向載荷作用，且最大軸向載荷為Fa=200N.查手冊(cè)可知道2002的根本額定負(fù)載Cr=4.32kN,根本額定負(fù)載荷Cor=2.50Kn。為了能安裝方便本次設(shè)計(jì)中6002軸承可以用帶座軸承代替，選用軸承的型號(hào)為UCFU203軸承。Fa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38當(dāng)量負(fù)載的計(jì)算P=200N可算得軸承壽命6 2.25溫度系數(shù)=1，載荷系數(shù)=1，UCFU203軸承座，壽命指數(shù)為=3得h所以該軸承適合。*軸和Y軸橫向絲桿的設(shè)計(jì)1滾珠絲桿螺母副型號(hào)的選擇：橫向絲桿的最大軸向載荷為570N，支承間最大距離為250mm，支承方式如圖3.2，要求定

27、位精度為0.001mm滾珠絲桿的負(fù)荷為運(yùn)動(dòng)部件的重量所引起的進(jìn)給抗力。應(yīng)按額定靜載荷選用。 2.18載荷性質(zhì)系數(shù)為1動(dòng)載荷硬度影響系數(shù)， =1最大軸向載荷額定靜載荷為C0570N查表得使用壽命時(shí)間T=15000h，初選絲桿螺距t=5mm，得絲桿轉(zhuǎn)速 n/min由于絲桿螺距為5，可選W系列完循環(huán)絲桿副尺寸系列W2005-2.5圈一列滾珠絲桿螺母副的幾何參數(shù)計(jì)算，見表2.5：表2.5滾珠絲桿螺母副幾何參數(shù)名 稱符 號(hào)計(jì)算公式和結(jié)果mm螺紋滾道公稱直徑16螺 距5接觸角鋼球直徑3.175螺紋滾道法面半徑偏心距螺紋升角螺桿螺桿外徑螺桿徑螺桿接觸直徑螺母螺母螺紋外徑螺母徑外循環(huán)螺母長度Ln332傳動(dòng)效率

28、計(jì)算 2.19式中：摩擦角；絲桿螺紋升角。3剛度驗(yàn)算：滾珠絲桿受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 2.20N cm () (材料為45鋼) 所以 cm絲桿因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程誤差查表知C級(jí)精度的絲桿允許誤差10，故剛度足夠。4軸承的選擇：初選6002，工作時(shí)為輕度沖擊，正常工作溫度，預(yù)期壽命為5000h，絲桿在工作的過程中受軸向載荷作用，且最大軸向載荷為Fa=570N.查手冊(cè)可知道2002的根本額定負(fù)載Cr=4.32kN,根本額定負(fù)載荷Cor=2.50kNFa/Cor=e=0.228查表可知道e=0.38當(dāng)量負(fù)載的計(jì)算P=570N可算得軸承壽命 2.21溫度系數(shù)=1，

29、載荷系數(shù)=1，6002為深溝球軸承，壽命指數(shù)為=3得大于5000h所以該軸承適合。滾珠絲桿螺母的支承方式的選擇滾珠絲杠的支承主要有以下四種，由于支承方式不同，使容許軸向載荷及容許回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也有所不同。1固定固定，適用于高轉(zhuǎn)速、高精度；2固定支承 適用于中等轉(zhuǎn)速、高精度；3支承支承適用于中等轉(zhuǎn)速，中精度；4固定自由 適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，短軸向絲杠。本次設(shè)計(jì)中絲桿螺母的固定方式如下所示滾珠絲桿螺母的潤滑和防塵隔離1、油潤滑一般情況下，用于滾動(dòng)軸承的礦物油都適用。特別是在高轉(zhuǎn)速情況下，以油潤滑比脂潤滑佳，這時(shí)滾珠絲杠副的溫升較小。油潤滑的補(bǔ)充潤滑量和間隔，按下表，按表中的油量，至少可以到達(dá)8小時(shí)的補(bǔ)

30、充潤滑時(shí)間。2、脂潤滑采用脂潤滑的優(yōu)點(diǎn)可以使?jié)L珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)在一段很長時(shí)間后才需進(jìn)展補(bǔ)充。也就是說，在多數(shù)情況下，可以省去一套補(bǔ)充潤滑的裝置。補(bǔ)充潤滑脂的限量為大約填入螺母空間容積的一半?？梢允褂盟懈呒?jí)滾動(dòng)軸承潤滑脂，但要注意潤滑脂廠家的說明和提示。潤滑脂的補(bǔ)充通常在半年或一年進(jìn)展更換，更換前應(yīng)去除舊潤滑脂后才能更換新的潤滑脂3、防塵與隔離滾珠螺杠與滾動(dòng)軸承一樣，如果污物及異物切屑碎屑進(jìn)入就會(huì)很快使它磨耗，成為損壞的原因。困此，必須采用防護(hù)裝置折疊式或伸縮式絲杠防塵罩將絲杠軸完全防護(hù)起來。另外雖沒有別的異物，但有浮塵時(shí)要在螺母兩端采用刮屑式防塵圈。滾珠絲杠副設(shè)計(jì)使用中應(yīng)注意的問題：(1)為提

31、高滾珠絲杠副的使用壽命和精度，應(yīng)使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心，以保證滾珠受力均勻，防止傾覆力。(2) 防逆轉(zhuǎn)：滾珠絲杠副傳動(dòng)逆效率高，應(yīng)考慮在電機(jī)停電后，因部件自重而產(chǎn)生螺旋副的逆?zhèn)鲃?dòng)(特別是在垂直方向上傳動(dòng)時(shí))，防止逆?zhèn)鲃?dòng)的方法可采用：停電自鎖的電機(jī)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、離合器等方式。(3)滾珠絲杠副在行程兩端應(yīng)有行程保護(hù)裝置，以防止越程后滾珠絲杠副受撞擊而影響精度、使用壽命甚至損壞。(4)防止熱變形：熱變形對(duì)精細(xì)螺旋傳動(dòng)的定位精度有著重要的影響。其熱源不單是螺旋副的摩擦熱，還有其他機(jī)械部件工作時(shí)產(chǎn)生的熱，致使絲杠熱膨脹而伸長。為此必須分析熱源的各因素，采用措施控制熱源，還可以采用預(yù)拉伸、強(qiáng)制

32、冷卻等減少熱變形對(duì)絲杠的伸長的影響。(5)細(xì)長而又水平放置的絲杠，因自重使軸線產(chǎn)生彎曲變形，是影響導(dǎo)程累積誤差的因素之一，還會(huì)使螺母受載不均。設(shè)計(jì)細(xì)長絲杠時(shí)，應(yīng)考慮防止或減小自重彎曲變形的措施。(6)防護(hù)與密封，塵埃和雜質(zhì)進(jìn)入滾道會(huì)阻礙滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)流暢，會(huì)加速滾動(dòng)體與滾道的磨損，使?jié)L動(dòng)螺旋副喪失精度。為此需要防塵措施。滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝防塵圈，為防止絲杠外露，還需要為絲杠選擇防護(hù)裝置。(7)合理潤滑是減小驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、提高傳動(dòng)效率、延長螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié)，接觸外表的油膜還有吸振、減小傳動(dòng)噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物的作用。因此要注入潤滑脂。在螺母上還有油孔，用戶可旋入油嘴，再采用其他適

33、宜的潤滑方式。(8)正確選擇預(yù)緊力，滾珠絲杠副出廠時(shí)已經(jīng)按要求調(diào)節(jié)好所需要的預(yù)緊力，嚴(yán)禁自行拆卸滾珠絲杠副的各個(gè)部件，以免影響其精度。嚴(yán)禁敲擊和拆卸導(dǎo)珠管，以免造成滾珠堵塞，運(yùn)轉(zhuǎn)不流暢。(9)建議采用適應(yīng)于數(shù)控機(jī)床的大接觸軸承以提高傳動(dòng)剛度。(10)用循環(huán)滾珠絲杠副，必須使絲杠螺紋兩端中至少有一端的滾珠螺紋是通牙，并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑d2,否則無法裝配螺母。(11)水平位置采用外循環(huán)滾珠絲杠副，最好是插管放置再絲杠軸線上面。(12)為便于絲杠加工，絲杠上最大外圓處的直徑最好不要大于絲杠的外徑d1。2.3導(dǎo)向光桿和直線軸承的設(shè)計(jì)通過絲桿螺母連接法蘭，帶動(dòng)整個(gè)成型腔和儲(chǔ)料腔做上下運(yùn)

34、行，為了要保證平穩(wěn)，需要有導(dǎo)向裝置，這里就需要設(shè)計(jì)導(dǎo)向光桿和直線軸承配合整個(gè)絲桿螺母裝置。2.3.1直線軸承的選擇POM工程式塑料保持器適用于工作測(cè)試；鋼保持器適用于為工作溫度；不銹鋼軸承適合于水、蒸氣、硝酸等腐蝕介質(zhì)及真空工作場(chǎng)合，軸承型號(hào)按下述計(jì)算公式確定。硬度系數(shù)FH：硬度HRC58以上，F(xiàn)H=1.0；硬度HRC52-58，。溫度系數(shù)FT：工作溫度小于100oC，F(xiàn)T=1.0，工作溫度100oC-125oC，。接觸系數(shù)FC：每根軸裝一套軸承，F(xiàn)C=1.0每根軸裝二套軸承，F(xiàn)C=0.81每根軸裝三套軸承，F(xiàn)C=0.72每根軸裝四套軸承，F(xiàn)C=0.66載荷系數(shù)FW：運(yùn)行速度小于15米/分鐘，

35、無沖擊、無振動(dòng)，；運(yùn)行速度小于60米/分鐘，微小沖或振動(dòng)，；運(yùn)行速度大于60米/分鐘，或有較大沖擊、振動(dòng)，。時(shí)間壽命Lh=(10000*L) /2 *L(S*n1*60) (位單：h小時(shí))L：長度壽命 (萬米)，LS：工作行程 (米)，N1：每分鐘往復(fù)次數(shù)整個(gè)裝置行程L=0.5米，工作溫度60oC，每分鐘往復(fù)次數(shù)n1=20，微小沖擊，軸承工作載荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望壽命Lh=5000小時(shí)，試選擇軸承型號(hào)。按以上工作條件：根據(jù)本次載荷重量為200N，我們選用4個(gè)導(dǎo)向光桿加上絲桿螺母，這樣滑動(dòng)軸承的所受負(fù)載就平均分配，上下4個(gè)滑動(dòng)軸承分別連接底板和連接上固定圓盤，兩邊軸承座為

36、固定式的，中間4個(gè)為可以隨著絲桿螺母上下滑動(dòng)。4個(gè)導(dǎo)向光桿加上絲桿螺母，這樣每個(gè)導(dǎo)向光桿的滑動(dòng)軸承處的所受負(fù)載為126N。本次設(shè)計(jì)中所選擇的滑動(dòng)軸承為帶法蘭形狀的。 根據(jù)每個(gè)滑動(dòng)軸承的負(fù)載承受126N，我們選用滑動(dòng)軸承為LMF20，軸承中間孔徑為20mm，這樣導(dǎo)向光桿的直徑也為20mm。2.直線軸承安裝：軸承座孔公差推薦采用H7、J7級(jí)，直線軸公差推薦采用g6、h6級(jí)，軸承安裝必須用臺(tái)階芯軸壓入；直線軸安裝必須對(duì)準(zhǔn)軸承孔插入，動(dòng)作輕緩，軸傾斜插入會(huì)導(dǎo)至保持器變型和鋼球脫落，軸承安裝方向應(yīng)按照表1所示，可以提高軸承承載能力，延長壽命。軸承座孔有可能壓縮軸承，引志游隙變小，此時(shí)用手轉(zhuǎn)動(dòng)直線軸，如果

37、軸能接觸鋼球且能輕松轉(zhuǎn)動(dòng)，配合游隙為 0+0.01mm；如果稍加力才能轉(zhuǎn)動(dòng)，配合游隙為-0.010mm已過盈；如果加力也不能轉(zhuǎn)動(dòng)，配合游隙已多于0.01mm，這種情況鋼球滾動(dòng)時(shí)可能同時(shí)作滑動(dòng)，會(huì)降低軸承和軸的作用壽命，只有在輕載、低速且定心要求高的情況下才可采用。調(diào)整型、開口型軸承、外徑在割口前測(cè)量，割口后會(huì)有一些彈性變形，配合游隙應(yīng)裝入軸承座測(cè)量鋼保持器軸承、KH軸承情況類似。游隙可調(diào)節(jié)的軸承座調(diào)節(jié)方向應(yīng)和軸承割口方向垂直以保證游隙均勻，直線軸承構(gòu)造特點(diǎn)不能作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)要求有良好的導(dǎo)向性，所以直線軸承一般以二根軸+四套軸承或二根軸+二套加長型軸承為一個(gè)組合使用，二根軸安裝要平直，整個(gè)組合

38、裝配后，用手推拉必須靈活無阻滯才可安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)動(dòng)力要足夠克制軸承磨擦阻力，直線軸承磨擦阻力近似為千分之一工作載荷。3.直線軸承潤滑和防塵：軸承出廠涂有防銹油，使用時(shí)需加潤滑劑。油脂潤滑噪音較低，常用的有2號(hào)鋰基脂和低噪音軸承潤滑脂，填脂量為保持器空隙的三分之一。油潤滑不需去除防銹油，根據(jù)工作測(cè)試采用15#100#潤滑油，工作溫度低采用低粘度油，工作測(cè)試高采用高粘度油，常用的有透平油，機(jī)械油和錠子油，無密封軸承把油滴在軸上即可，帶密封軸承需把油加到軸承，本公司為用戶準(zhǔn)備了帶油孔的軸承和軸承座。對(duì)于一些不允許有油脂的工作場(chǎng)所，先去除防銹油，枯燥后在每列鋼球上噴一些市售的二硫化鉬噴劑，再次枯燥

39、后即可使用，帶密封軸承應(yīng)防止密封圈和軸干磨擦引起密封唇口擠入軸承，造成軸承的非預(yù)期損壞。鐵屑會(huì)極降低軸承壽命，粉塵和臟物會(huì)阻塞保持器球道，使鋼球不能回轉(zhuǎn)，引起保持器損壞、鋼球擠膠。帶密封軸承可用于一般帶粉塵工場(chǎng)所，像木工機(jī)械、鑄造機(jī)械等多粉塵場(chǎng)合，請(qǐng)?jiān)谳S承兩端另加密封，防止粉塵進(jìn)入并可減少油脂損耗。4.軸承的載荷和壽命：軸承運(yùn)動(dòng)和換向時(shí)承受過大的沖擊負(fù)荷，或當(dāng)軸承靜止時(shí)，由于機(jī)器振動(dòng)等因素都會(huì)使接觸處形成凹坑。外界硬粒進(jìn)入軸承，也可在接觸外表形成壓痕，這種永久變形量超過一定限度，就會(huì)防礙直線運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，引起振動(dòng)和噪音，振動(dòng)會(huì)進(jìn)一步?jīng)_擊凹坑周圍材料，造成惡性循環(huán)，使凹坑面積擴(kuò)大，這種永久變形量用

40、根本額定靜載荷限定。鋼球和套圈接觸點(diǎn)兩者永久變形量之和等于鋼球直徑的萬分之一時(shí)的靜載荷，定義為根本額定靜載荷C0。軸承使用時(shí)，沖擊力很難測(cè)定，常用選取適當(dāng)?shù)撵o載荷平安系統(tǒng)來保證軸承靜載荷不超過根本額定靜載荷。選型時(shí)使軸承承受的靜載荷P0 C0/FS，不受振動(dòng)和沖擊場(chǎng)合FS取1.0 1.5，受振動(dòng)和沖擊工作場(chǎng)合FS取2.07.0。軸承由于反復(fù)承受工作載荷，首先在外表下一定深度處，強(qiáng)度較弱局部形成裂紋，繼而開展到接觸外表，使金屬成片狀剝落下來，這種剝落稱為疲勞剝落。在安裝、潤滑、密封正常的情況下，絕大多數(shù)軸承的破壞是疲勞破壞，一般所說的軸承壽命就是指軸承的疲勞壽命。直線軸承額定壽命規(guī)定為5萬米，通

41、過限定根本額定動(dòng)載荷C來保證。由于軸承壽命具有分散性，即同一批材料、一樣工藝生產(chǎn)、一樣使用條件下的軸承壽命不一樣，所以軸承根本額定動(dòng)載荷C定義為一批一樣的軸承在一樣條件下運(yùn)行5萬米，軸承不生任何疲勞剝落現(xiàn)象所能承受的動(dòng)載荷。2.4聯(lián)軸器的選擇由于整個(gè)成型腔和儲(chǔ)料腔載荷平穩(wěn)，速度不高，無特殊要求，考慮裝拆方便及經(jīng)濟(jì)問題，我們選用彈性套柱銷聯(lián)軸器，取工作情況系數(shù) 。由于電機(jī)輸出軸徑為12mm，選擇聯(lián)軸器類型為HLA12-14，聯(lián)軸器承受轉(zhuǎn)矩故： 適宜2.5同步帶輪設(shè)計(jì)1.設(shè)定功率2.計(jì)算小同步帶輪轉(zhuǎn)速3.選定同步帶帶型和節(jié)距 由同步帶選型圖可以看出，由于在本次設(shè)計(jì)中功率轉(zhuǎn)速都不大，所以帶輪的型號(hào)可

42、以任意選取，我們選擇H型帶，此帶為輕型，節(jié)距Pb=12.7mm 5.選取主動(dòng)輪齒數(shù)，即小齒輪齒數(shù)Z1 查表知道小同步帶輪最小齒數(shù)為14，本次我們選取小同步帶輪齒數(shù)為15. 6.小同步帶輪節(jié)圓直徑確定 7.步帶輪數(shù)據(jù)確定 本次設(shè)計(jì)我們選用的同步帶的傳動(dòng)比大致為2.1，由于小同步帶輪齒數(shù)為15，則我們選用傳動(dòng)比為2.1則步帶輪齒數(shù)為32，實(shí)際傳動(dòng)比為步帶輪節(jié)圓直徑=129.36mm8.同步帶速確定9.確定軸間間距根據(jù)公式10.同步帶帶長及其齒數(shù)確定11.帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算在本次傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即小同步帶齒數(shù)的一半，為712.根本額定功率P0計(jì)算查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長

43、度的質(zhì)量可以知道Ta=2100.85N，m=0.448kg/m所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為13.計(jì)算作用在軸上力Fr根據(jù)我們這里選用的梯形同步帶，型號(hào)為H，節(jié)距12.7mm，齒形角為40度，齒根厚為6.12mm，齒高4.3mm，齒根圓角半徑為1.02mm，齒頂圓角半徑1.02mm。第3章 構(gòu)造設(shè)計(jì)及三維建模3.1構(gòu)造設(shè)計(jì)中的三維建模通過二維裝配圖和零件圖的繪制，我們通過PRO-ENGINEER三維設(shè)計(jì)軟件將整個(gè)裝置中的傳動(dòng)局部三維建模，主要構(gòu)造傳動(dòng)中的三維建模如下： 滾珠絲杠的建模 絲桿螺母的建模導(dǎo)向光桿的建模 LMF20 滑動(dòng)軸承座的建模固定兩端 LMF20滑動(dòng)軸承中間滑動(dòng)局部3.2整體裝配圖三