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分 類 號
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寧( )學院
畢業(yè)設計(論文)
基于并聯(lián)臂結構的3D打印機設計
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年 月 日
誠 信 承 諾
我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設計（論文）《XXXXXXXX》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。
承諾人（簽名）：
年 月 日
目錄
摘 要 IV
Abstract V
第1章 緒論 6
1.1論文概述 6
1.2 3D打印機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.3本文研究內(nèi)容 7
1.4研究意義 7
第2章 3D打印機方案設計 9
2.1 3D打印機應用 9
2.2 3D打印機結構原理 9
2.3 3D打印機總體方案 10
2.4本章小結 10
第3章 3D打印機設計計算 11
3.1設計參數(shù) 11
3.2電機選型設計 11
3.3聯(lián)軸器的選用原則 13
3.4帶傳動的設計 15
3.5螺栓校核計算 17
3.6軸承設計計算 19
3.7齒輪參數(shù)設計校核 21
3.8本章小結 23
第4章 3D打印機三維建模 24
4.1 Solidworks三維建模技術 24
4.2 3D打印機三維建模 24
4.3 3D打印機裝配 35
4.4 本章小結 37
參考文獻 39
致謝 40
摘 要
?三維打?。?D?printing），即快速成形技術的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。過去其常在模具制造、工業(yè)設計等領域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價值應用（比如髖關節(jié)或牙齒，或一些飛機零部件）已經(jīng)有使用這種技術打印而成的零部件?！叭S打印”意味著這項技術的普及。三維打印通常是采用數(shù)字技術材料打印機來實現(xiàn)。這種打印機的產(chǎn)量以及銷量在二十一世紀以來就已經(jīng)得到了極大的增長，其價格也正逐年下降。三維打印技術以及由此帶來的新的產(chǎn)業(yè)模式成為學術界、產(chǎn)業(yè)界、投資人及政策制定者共同關注的焦點和科技角逐的新方向,它的應用領域也非常廣泛。三維打印技術提供了復雜的藝術品制作可能性,比傳統(tǒng)的模具工藝更容易實現(xiàn)制造。此外,大尺寸藝術品,傳統(tǒng)方法大多是設計者制作小比例的作品,然后再由數(shù)名工匠根據(jù)模型一同制作大比例的作品,工匠水平高低不一,最終作品失真度大,但是通過三維打印技術,目標模型可在計算機內(nèi)調(diào)節(jié)比例,通過高精度高效率的打印制作,可以獲得高精度的藝術作品。
本文的設計內(nèi)容為調(diào)研3D打印機工作原理以及發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)調(diào)研結果，針對當前應用較為廣泛的3D打印機進行分析比較，綜合各個結構的特點，設計3D打印機的構型方案。根據(jù)設計方案，對電機、軸承、帶輪及其附屬機構進行選型計算，并進行應力校核；最后根據(jù)設計方案，采用三維軟件solidworks軟件對3D打印機進行三維建模。
關鍵詞: 3D打印機、結構設計、三維建模、復雜性
Abstract
Three dimensional printing (3 d printing), namely a kind of rapid prototyping technology, it is a model of digital document as the foundation, using the adhesive materials, such as powder metal or plastic to construct objects by means of step by step a printing technology.It used in the mold manufacturing, industrial design, and other fields has been used in the manufacture of the model, is now gradually used for direct manufacturing of some products.In particular, some high value applications (such as hip or teeth, or some parts of the plane) has been using the technology of printing components."3 d printing" means that the popularization of the technology.3 d printing is usually adopt digital printer.Production and sales for the printer in the 21st century has got tremendous growth, its price is also gradually decreased.3 d printing technology, and the resulting new industry pattern become academia, industry, investors and policy makers to focus and compete for the new direction of science and technology, its application field is very broad.3 d printing technology provides a complex art production possibilities, it is easier to implement than traditional mould process manufacturing.In addition, the large size artwork, traditional methods are mostly designers make small proportion of the work, and then made large scale according to the model with the number of craftsmen, artisans have different level of high and low, eventually work distortion degree is big, but by three dimensional printing technology, the target model can adjust the proportion within the computer, by using print production with high efficiency, high precision can achieve high precision work of art.
In this paper, the design content of working principle and development present situation of the research on 3 d printer, according to the survey results, which has been widely applied for the current is analyzed by 3 d printers, characteristic of each structure, design of a 3 d printer configuration scheme.According to the design scheme of bearing, pulley, selection of gear and its affiliates, and stress checking.According to the design scheme of using 3 d software solidworks software for 3 d modeling 3 d printers.
Keywords: 3 D printer，the structure design， 3 D modeling ,complexity
第1章 緒論
?1.1論文概述
3D 打印技術在各行各業(yè)應用越來越廣泛。去年全球投入到 3D 打印機、物料和服務的投入約為 27 億美元，但是該市場在未來很長一段時間的年平均增長率將達到 29%。國外一些專家預測3d打印機市場將會增加30%多，在不久的將來將會超過幾百億甚至更多。
三維打印基本原理都是“分層制造,逐層疊加”, 利用計算機設計3 d CAD數(shù)據(jù),計算材料積累方法一步一步制造實體部分。在傳統(tǒng)的處理方法,更復雜的零件制造成本較高,周期越長,但3 d打印處理成本和周期只有相關部分的大小,沒有形狀的限制。沒有任何刀具,工具和模具,直接從計算機CAD數(shù)據(jù)快速生產(chǎn)所需的零件、復雜零件制造周期縮短幾倍甚至幾十倍。
但3 d打印技術相對于其他技術也有許多問題沒有解決。其中,相對于其他速度慢的3 d打印技術。更先進的3 d打印機每小時的垂直打印是大約25毫米厚,這限制了3 d打印機,許多應用領域的推廣。和表面不清潔,由于3 d打印機打印的方式通常是一層堆棧,層與層之間將不可避免地產(chǎn)生這樣的條紋,這嚴重影響印刷構件的應用效果。
1.2 3D打印機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
三維打印的在美國上世紀8-年代開始興起，迅速發(fā)展，在國外占有很高的比例
目前已商業(yè)化的20多種三維打印技術[Arwalal995,Hutmacher2001,Kruth2004,Sachs2001,Elena2007,Bourell2009],其核心源頭專利幾乎都歸屬于歐美的相關研究機構和公司,
3 d打印技術的主要方法,國內(nèi)外的專利機構和相關研究機構和商業(yè)公司的情況。在激光近凈成形,選擇性激光燒結和光固化方法,基于國內(nèi)從1990年代開始出現(xiàn)在三維印刷技術,研究工作在大尺寸3 d打印技術研究和開發(fā)一系列的進步。是一個三維印刷技術的早期倡導者,清華大學,先后進行了BoCai疊層制造、可溶性絲綢沉積等多種3 d打印技術研究,和北京煙花公司形式manufacture-learning-research合作,快速壓鑄技術開發(fā),形成規(guī)模已達到SSM1600設備
X0.8 1.6米,近年來的研究方向轉向生物細胞3 d印刷領域。西安市交通大學開始出現(xiàn)光固化成型,金屬溶解應用制造、生物組織等的研究,建立了快速制造國家工程研究中心。基于獨立uv固化技術的發(fā)展山西交通大學恒通智能機器有限公司,有限公司,設備和材料在國內(nèi)市場份額較高。華中科技大學在BoCai疊層制造、光固化、選擇性激光燒結、和其他領域也取得了很多研究成果,近年來成功開發(fā)加工尺寸1.2 MXL。2米的選擇性激光燒結設備,超過國外同類產(chǎn)品。
工業(yè)化的武漢濱湖機電有限公司,生產(chǎn)各種系列的3 d印刷設備及相關材料,現(xiàn)在在中國有超過200的客戶。大連理工大學集中在獨立開發(fā)新的激光3 d打印技術研究十多年,結合傳統(tǒng)的鑄造技術,形成一套金屬零件和模具對大型制造業(yè)快速鑄造方法,2013年開發(fā)大型3 d打印設備尺寸1.8 nixl。6米。北京長源自動成型系統(tǒng)有限公司,5300年商業(yè)Lasercore SLS設備處理大小為700毫米,為各類企業(yè)服務中心產(chǎn)生大量的精密模具,彩虹是身體主要用于發(fā)動機,曲軸和其它精密鑄造復雜的部分。西北工業(yè)大學、北京航空航天大學發(fā)展中金屬溶解形成應用技術研究,現(xiàn)在在飛機上,引擎已經(jīng)應用于框架等大型組件的生產(chǎn)。此外,有很多國內(nèi)3 d打印技術研究小組早期,如北大學聚合物在選擇性激光燒結陶瓷,覆膜砂在大量的研究工作,并獨立開發(fā)長期激光成形原理;華南理工大學在選擇性激光熔化設備和技術取得了杰出的成果,南京航空航天大學也是一個早期的選擇性激光燒結技術的研究中心?？傮w而言,國內(nèi)的研究3 d打印技術著重于現(xiàn)有的設備、技術、材料、后處理和其他改進,直接激光成形鈦合金和超高強度鋼組件,和其他領域已經(jīng)達到國際領先水平。
1.3本文研究內(nèi)容
（1）調(diào)研3D打印機工作原理以及發(fā)展現(xiàn)狀。
（2）根據(jù)調(diào)研結果，針對當前應用比較廣泛的3D打印機進行分析比較，綜合各個結構的特點，設計3D打印機的構型方案。
（3）根據(jù)設計方案，對軸承、軸、齒輪、帶傳動等進行選型計算，并進行應力校核。
（4）根據(jù)設計方案，采用三維軟件solidworks軟件對3D打印機進行三維建模。
1.4研究意義
建國60年來,我國機械工業(yè),雖然有了較大的發(fā)展,有一定的基礎和規(guī)模,滿足國民經(jīng)濟和人民生活的需要。但隨著世界科學技術的快速發(fā)展,中國的機械行業(yè)技術水平和生產(chǎn)能力與發(fā)達國家相比還有相當大的差距。因此,我國與新技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),發(fā)展高技術含量的新產(chǎn)品,已成為當前機械行業(yè)密切關注傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和改革的重點。機電一體化技術是機械技術和電子技術的結合,它包括機械、電子、計算機和自動控制技術。從系統(tǒng)工程的角度,使產(chǎn)品或系統(tǒng)實現(xiàn)整體優(yōu)化。近年來,世界上發(fā)達國家競相發(fā)展的機電一體化技術,以提高制造技術水平,實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)和智能發(fā)展。機電一體化技術對傳統(tǒng)機械行業(yè)帶來了革命性的變化,神奇的好處,使產(chǎn)業(yè)結構, 在生產(chǎn)方式的深刻變化和管理系統(tǒng)。機電一體化是世界機械工業(yè)技術和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢,也是唯一在中國機械工業(yè)的發(fā)展。作為國家高新技術企業(yè),公司一直高度重視和密切關注機電一體化技術的發(fā)展和應用國內(nèi)外,同時堅稱,工程技術人員掌握機電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的設計方法和原則,本著“先進的機電一體化技術的應用,促進機械和電子行業(yè)的發(fā)展”為目的,機電一體化產(chǎn)品的開發(fā),提高自動化水平的3 d打印機,人工也解放了密集的生產(chǎn)型企業(yè)。
第2章 3D打印機方案設計
2.1 3D打印機應用
三維打印技術的應用領域有在以下幾個方面:
非金屬制造原型部件:
(1)產(chǎn)品開發(fā)階段的樣機試制和試驗,用于展覽,組裝測試,等。小批量聚合物部件制造、市場觀察用戶的反饋。
(2)快速鑄造:3 d印刷制造砂型和砂芯鑄造金屬零件,不需要把模具;3 d打印錯誤的模具,或其他聚合物,中型精密鑄造。
(3)直接制造金屬功能部分:成本高,性能好,主要用于航空航天、3 d打印技術的未來發(fā)展方向,但由于成本,技術成熟度是無法使用市場的限制。
(4)使用3 d打印技術基于數(shù)據(jù)模型的醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)生產(chǎn)、人體器官接受治療有很大的應用價值。
(5)基于數(shù)字雕塑和3 d掃描3 d印刷文化和藝術領域的研究和開發(fā)應用程序,為數(shù)字雕塑,傳統(tǒng)復制,藝術等等。
2.2 3D打印機結構原理
3 d打印機,也稱為3 d打印機,是一種積累的制造技術,即一種快速原型機,它是一個模型的數(shù)字文檔為基礎,使用特殊的蠟材料,粉末金屬或塑料粘合材料,如通過印刷層的粘合材料創(chuàng)建3 d對象。3 d印制機是用于制造產(chǎn)品目前階段。打印一個接一個的方式來構造對象的技術。3 d打印機的原理是把數(shù)據(jù)在3 d打印機和原材料,機器將按照程序使產(chǎn)品層。
多層薄層在3 d打印機的形式是多樣的。3 d打印機和傳統(tǒng)打印機,最大的區(qū)別是,它使用的“墨水”是真實的材料,有各種形式的薄層的堆棧,物種多樣性,可用于打印介質的各種塑料,金屬,陶瓷,橡膠。有些打印機也可以結合不同媒體、印刷對象硬和軟的頭,另一端。
1、一些3 d打印機使用“墨水”。使用打印機噴嘴將是一個非常薄層液體塑料材料噴涂成型托盤,然后放置在涂層處理在紫外線照射下。成型后托盤下最小的距離,為下一層堆棧。
2、使用了一種叫做“沉積成型”,整個過程融化塑料噴孔內(nèi),然后通過沉積的塑料纖維形成一個薄層。
3、一些系統(tǒng)使用了一種叫做“激光燒結、粉末粒子作為印刷媒體。粉末粒子噴在成型托盤形成一層很薄的粉層,融合成特定的形狀,然后噴出液體膠粘劑固化。
4、其他正在使用電子流粉末粒子在真空中融化,當面對孔和懸臂這樣的復雜結構,介質需要加入凝膠或其他材料提供支持或占用的空間。這部分粉不會融合,最后只有沖洗水或空氣撐可以形成孔隙。
2.3 3D打印機總體方案
打印機是由并聯(lián)機器人與打印機頭組合而成，三個方向驅動源均采用伺服電機帶動皮帶傳動，通過PLC控制三軸協(xié)調(diào)運動，導軌采用光杠，兩端通過螺絲緊固。
設計方案如圖2.1所示。
圖2.1 設計方案
2.4本章小結
本章首先對3D打印機進行了簡單的概述，給出了3D打印機傳動的總體結構設計方案，并對方案進行比較，總體設計方案里分別傳動原理、系統(tǒng)組成進行闡述。
第3章 3D打印機設計計算
3.1設計參數(shù)
夾具及負載：10kg
負載中心離導軌中心距離：0.05m
SGMGV安川電機慣量：0.001kgm2
軸承當量載荷C:218N
外形尺寸：330mmx330mmx628mm
夾具平臺：230mmx5mm
3.2電機選型設計
1.類型的選擇??? 選擇哪種電機類型,一方面要根據(jù)生產(chǎn)機械對電機的機械特性、起動性能、調(diào)速性能、制動方法、過載能力等方面的要求;另一方面，還要從節(jié)省初期投資、減少運行費用等經(jīng)濟方面綜合分析。在對起動、閱速等性能沒有特殊要求的前提下，優(yōu)先選用三相異步籠型電機。
2.功率的選擇??? 選擇電機的功率時，應使所選的電機額定功率等于或梢大于生產(chǎn)機械所需要的功率.既不能過載.也不能長期輕載。可采用類比法、統(tǒng)計法、實驗法、計算法等確定。???
3.電壓的選擇??? 交流電機額定電壓應選擇和供電電網(wǎng)的電壓一致.井結合電機功率考慮。直流電機的額定電壓也要與電源電壓相配合，常用110 V或220 V。大功率直流電機可提高到600 - 800 V共至1000 V。當采用晶閘管整流裝置供電時，可選用專門為其配套設計的直流電機.其電壓有功率等級160 V (Z3型),180 V,340 V
(Z2型)及440 V (Z2 ,Z3型)。???
4.轉速的選擇???
根據(jù)生產(chǎn)速度和機械傳動方式。通過經(jīng)濟技術比較后確定機器的額定轉速。更高的額定功率相同的額定轉速電機,電機體積,沉重的夏天,成本越低,一般飛輪的時刻
GD較小,所以選擇高速電動機更經(jīng)濟。但制造業(yè)機械速度。電機轉速越高。傳動齒輪的傳動比,結構更加復雜。傳輸損耗越大。因此,綜合考慮上述
在確定機器的額定轉速。
5、外觀結構的電機常用的形狀結構是開放的,保護,關閉,密封防爆type.1)開放兩岸的電機定子和端蓋上有一個偉大的通風口。它的散熱很好,價格很便宜,但很容易進灰塵,水和鐵渭雜物。只能用在干凈和干燥環(huán)境;(2)保護下機架有通風口。良好的散熱,它可以防止水、沙子和鐵屑等雜物飛濺或屬于電動機,但不能防止?jié)穸群统龎m。適合干燥,沒有腐蝕性,爆炸性氣體環(huán)境;(3)封閉的機框和端蓋完全關閉。它將自冷,因為風扇冷卻,他風扇冷卻、竹子、通風和密封。前四,潮濕、灰塵、腐蝕更容易受到風雨侵蝕環(huán)境中,如第五類可以沉浸在液體中使用。如潛水泵;(4)防爆防爆電機基于封閉形式,底盤有足夠的強度。適用于易燃易爆氣體的地方,如采礦、油庫和加油站etc.Choosing汽車形狀結構,應選擇適當形式的保護。
6、安裝電動機選擇的當前生產(chǎn)電氣安裝:(1)B3(水平安裝,站的腳。沒有法蘭端蓋)(2)B5(水平安裝,站不腳。端蓋法蘭)(3)B35(水平安裝。站的腳。端蓋法蘭)(4)V1(垂直安裝。不要把腳站,端蓋法蘭)。都有一個伸出兩個指出在單軸和雙軸。根據(jù)電機的生產(chǎn)機械安裝選擇電動機的安裝類型。一般選擇橫向,縱向價格較高,只用于簡化傳動裝置,必須垂直操作,垂直深井水泵等。
7、電動機選擇按照生產(chǎn)機械的要求。每周工作抽樣與發(fā)動機的實際工作經(jīng)濟。
8、電動機選擇根據(jù)上述的結果,選擇機械類型和制造商。
條件：選擇伺服電機驅動，伺服電機安川SGMGV01A,電機的慣量為0.001
以x軸為例：負載為10kg，負載中心離導軌中心距離為0.05m。
初設帶輪直徑為d=0.22mm，作用在電機上面的力矩為：
外部負荷的負荷轉動慣量：
則有：
慣量匹配，滿足設計要求。
由扭矩公式可知
功率為：
所選擇電機額定扭矩大于計算電機總扭矩3倍以上。所選擇電機扭矩符合要求。
3.3 聯(lián)軸器的選用原則
在考慮上述綜合因素的基礎上，聯(lián)軸器選用程序如下：
（一） 選用標準聯(lián)軸器
設計師應該首先在選擇耦合建立了國家標準,機械行業(yè)標準的耦合,獲得了國家專利,只有在現(xiàn)有的標準耦合和專利耦合設計耦合不能滿足設計的需要。我國已經(jīng)開發(fā)出不少不同的品種,數(shù)量和基本結構和不同規(guī)格,以滿足不同標準聯(lián)軸器轉矩、轉速和工作條件。這些標準聯(lián)軸器是由中國和通過工業(yè)試驗;有的是根據(jù)國外工業(yè)發(fā)達國家標準轉換;有的是消化吸收和參考介紹原型開發(fā)。一些標準耦合是新型的高性能,不僅在國內(nèi)先進水平在國際社會,比如膜片聯(lián)軸器。在制定標準通常經(jīng)過嚴格程序,以確保質量的標準。標準的耦合是成熟,一般也應可靠,關鍵是正確的選擇。國家專利等耦合彈性銷聯(lián)軸器,扇形塊彈性聯(lián)軸節(jié),學習各種舊的彈性聯(lián)軸節(jié)的優(yōu)點,克服了各自的缺點,是高性能和國內(nèi)外新技術,是提高耦合。
（二） 選擇聯(lián)軸器品種、型式
理解(特別是撓性聯(lián)軸節(jié))的耦合傳輸系統(tǒng)的綜合功能,從總體設計、傳動系統(tǒng)選擇聯(lián)軸器品種,類型。類別根據(jù)原動機和工作負載的類型,工作速度、傳輸?shù)臏蚀_性,兩軸偏差的條件下,溫度、濕度、工作環(huán)境等綜合因素來選擇聯(lián)軸器品種。根據(jù)支持主機的需要選擇耦合結構、耦合制動時,應選擇帶制動輪或制動盤類型耦合;當需要過載保護,應該選擇安全的耦合;與法蘭連接,適當?shù)倪x擇法蘭;長距離傳輸、耦合的軸向尺寸較大,中間或中間模型的合適的選擇。
?。ㄈ?聯(lián)軸器轉矩計算
工件機械傳動系統(tǒng)所需的發(fā)動機功率。根據(jù)發(fā)動機功率和速度可以計算理論轉矩與發(fā)動機連接到高速T;根據(jù)工況系數(shù)K和其他相關系數(shù),可以計算的計算耦合力矩Tc。T和n耦合成反比,所以低端T大于T的結束?！ ?
（四） 初選聯(lián)軸器型號
根據(jù)計算轉矩 Tc ，從標準系列中可選定相近似的公稱轉矩 Tn ，選型時應滿足 Tn ≥ Tc 。初步選定聯(lián)軸器型號（規(guī)格），從標準中可查得聯(lián)軸器的許用轉速 [n] 和最大徑向尺寸 D 、軸向尺寸 Lo ，應滿足聯(lián)軸器轉速 n ≤ [n] 。
?。ㄎ澹?根據(jù)軸徑調(diào)整型號
初步選定聯(lián)軸器維度,即軸孔直徑d和井孔的長度,L應當符合需求的主要驅動軸徑結束,否則將調(diào)整根據(jù)軸的直徑d的規(guī)格耦合。主人和奴隸側不同直徑的軸是一種常見的現(xiàn)象,當相同的扭矩和轉速,主人和奴隸一邊耳不相同時,應按選擇大直徑軸耦合模型。新的傳輸系統(tǒng)的設計,應選擇符合GB / T 3852規(guī)定的七軸孔類型、J 1型軸穿孔模式建議,為了提高通用性和互換性,規(guī)則耦合軸孔長度的產(chǎn)品標準。
（六）選擇聯(lián)接型式
聯(lián)軸器聯(lián)接型式的選擇，取決于主、從動端與軸的聯(lián)接型式，一般多采用鍵聯(lián)接，為統(tǒng)一鍵聯(lián)接型式及代號，在 GB/T 3852 中規(guī)定了七種鍵槽型式，四種無鍵聯(lián)接，用得較多的是 A 型鍵（平鍵單鍵槽）。
（七） 定聯(lián)軸器品種、型式、規(guī)格（型號）
根據(jù)動力機和聯(lián)軸器載荷類別、轉速、工作環(huán)境等綜合因素，選定聯(lián)軸器品種，根據(jù)聯(lián)軸器的配套、聯(lián)接情況等因素選定聯(lián)軸器型式；根據(jù)公稱轉矩、軸孔直徑與軸孔長度作校核驗算，以最后確定聯(lián)軸器的型號。 在軸系傳動中一般均存在不同程度兩軸線相對偏移，應選用撓性聯(lián)軸器；當軸系傳動中工作載荷產(chǎn)生沖擊、振動時，則應選用彈性聯(lián)軸器，從減振、緩沖效果和經(jīng)濟性考慮，宜選用非金屬彈性元件彈性聯(lián)軸器。
我國普遍存在聯(lián)軸器選用不當?shù)默F(xiàn)象，例如在冶金機械和重型機械的軸系傳動中廣泛選用齒式聯(lián)軸器。在冶金機械和重型機械低速重載軸系傳動中沖擊、振動和兩軸偏移是相當突出的不利因素，只有選用減振、緩沖效果好的彈性聯(lián)軸器才能改善傳動系統(tǒng)工作狀態(tài)，而齒式聯(lián)軸器無論是鼓形齒和直齒均為剛性可移式聯(lián)軸器。根據(jù)不具備減振、緩沖功能，而且還存在要潤滑密封，需定期維修，制造工藝復雜，成本高等一系列缺點，鼓型齒式聯(lián)軸器理應所有齒都嚙合（點接觸），由于制造誤差的存在，全部齒都嚙合是不可能的，承載能力大是理論值。過去聯(lián)軸器品種少，選擇的余地小，如今有很多彈性聯(lián)軸器問世，其中扇形塊彈性聯(lián)軸器和彈性活銷聯(lián)軸器是代替齒式聯(lián)軸器的合理選擇之一。
類別根據(jù)發(fā)動機和負載的耦合,速度、工作環(huán)境等綜合因素,耦合選擇品種,根據(jù)耦合的配套選擇耦合,耦合等因素類型;根據(jù)額定轉矩和井孔直徑和軸的長度驗算,最后確定耦合模型。軸傳動通常有兩種不同的水平軸相對偏移,應選擇靈活耦合;當工作負載的軸傳動沖擊,振動,應選擇彈性耦合,從減振的影響,緩沖和經(jīng)濟考慮,宜選用非金屬彈性元件彈性耦合。
共同耦合現(xiàn)象在我國的選擇不當,如冶金、重型機械軸系機械傳動廣泛類型的耦合。在冶金機械和重型機械沖擊、振動和低速重負荷軸系統(tǒng)的傳輸和兩軸偏移量相當杰出的不利因素,只有減振的作用,緩沖彈性耦合可以提高傳輸系統(tǒng),工作狀態(tài)和耦合鼓形齒輪和直齒都是便攜式剛性聯(lián)軸器。據(jù)沒有振動,緩沖功能,但也存在潤滑密封,需要定期維護,生產(chǎn)過程復雜,成本高等一系列的缺點,鼓型耦合應該所有齒嚙合(點),但由于制造誤差,所有齒嚙合是不可能的,大承載能力的理論價值。過去耦合品種,小的選擇,現(xiàn)在有很多彈性耦合,扇形塊彈性聯(lián)軸節(jié)彈性銷聯(lián)軸器是一種生活和理性選擇類型耦合。
考慮到空間布局以及電機軸的尺寸，聯(lián)軸器選用米思米普通剛性聯(lián)軸器，內(nèi)徑為8mm，外徑18mm，長度20mm。
3.4帶傳動的設計
皮帶傳動結構簡單、穩(wěn)定傳輸,可以緩沖振動吸收,可以在大型軸向間距和多軸傳動功率、低成本、易維護,等,廣泛應用于現(xiàn)代機械傳動。過載滑動摩擦帶傳輸能量,低噪音,但比例不準確;確保同步傳輸同步皮帶傳動,但吸收負載變化的能力稍差,高速噪音。除了皮帶傳動的傳動功率,有時也用于運輸包裝,整個列和其他地區(qū)。根據(jù)不同的目的,一般的工業(yè)帶,汽車皮帶、傳動皮帶、皮帶的農(nóng)業(yè)機械和家用電器。摩擦型帶根據(jù)他們不同的點帶的截面形狀、V帶和特殊帶(楔帶,圓皮帶),etc.If有多個帶可以滿足傳輸?shù)囊?根據(jù)傳動結構緊湊,生產(chǎn)經(jīng)營成本和市場供應等因素的影響,選擇最優(yōu)的解決方案。
(1)皮帶傳動的滑動摩擦類型工作,因為緊張和其相應的微分的差異變形帶輪兩邊的彈性滑動,造成皮帶損失和驅動輪的速度。彈性滑動率通常是1% ~ 2%。嚴重下滑,尤其是過載打滑,將這項運動是在一種不穩(wěn)定的狀態(tài),效率急劇下降,磨損,嚴重影響帶的生活?；瑒訐p失緊,松張力差異增加,降低彈性模量的增加。
(2)摩擦損失與重復擴張,導向輪的功率損耗由帶體的內(nèi)部摩擦引起的。內(nèi)部的預應力摩擦損失、帶鋼厚度和滑輪的直徑比增加。與張力的變化減少,從而減少摩擦損失。
(3)帶和帶輪工作表面粘附與楔和V,摩擦損失溝剖面。
(4)運行在高速空氣阻力損失,操作風引起的功率損耗。的平方是損失的比例和速度。因此,高速皮帶傳動的設計,應該減少皮帶的表面面積,盡量用厚和薄帶,帶車輪輻條表面應光滑(如橢圓使用)或web板以減少風的阻力。
(5)軸承摩擦損失軸承拉作用,是引起功率損耗的重要因素之一。綜合上述損失,皮帶傳動效率約為80% ~ 98%范圍內(nèi),傳動設計,根據(jù)帶式選擇。(1):有穩(wěn)定的傳輸,緩沖吸收振動,結構簡單,成本低,操作和維護方便、靈活性和彈性,過載打滑。參照上述電機的選擇原則,主要抗壓帶輪馬達功率是1千瓦。
1.確定計算功率
工作過程中有輕微沖擊，查機械設計手冊表8-7查得工作情況系數(shù)，故
2.選擇皮帶類型
根據(jù)、的值，由機械設計手冊可以知道選用A型。
3確定小帶輪的基準直徑并驗證轉速
初選小帶輪的基準直徑
由機械設計手冊，表8-6和表8-8機械設計手冊，以小帶輪基準直徑30mm
驗證帶速v
驗算傳送帶速率
帶速符合條件。
計算大帶輪基準直徑
根據(jù)空間尺寸，初步估計帶輪直徑為40mm
確定V帶中心距和基準長度
初定中心距
計算帶基準長度
由式計算可得
實際中心距和變動范圍
按式計算實際中心距
即中心距變化范圍240mm-285mm。
驗算小帶輪包角
由式可得
支撐軸自鎖性校核
在工作過程中，采用梯形螺母自鎖。
螺紋升角:
當量摩擦角：
因此＜，符合自鎖條件。
工作圈數(shù)校核
螺紋螺距6mm
螺紋螺距6mm
故滿足工作圈數(shù)要求。
3.5螺栓校核計算
已知條件：
螺栓的ss＝730MPa
螺栓的擰緊力矩T=49N.m
2、擰緊力矩：
在裝配過程中，應擰緊螺栓，增強連接強度。
其擰緊扳手力矩T用于克服螺紋副的阻力矩T1及螺母與被連接件支撐面間的摩擦力矩T2。裝配時可用力矩扳手法控制力矩。
公式：T=T1+T2=K** d
擰緊扳手力矩T=49N.m
其中K為擰緊力矩系數(shù)，為預緊力N d為螺紋公稱直徑mm
其中K為擰緊力矩系數(shù)，為預緊力N d為螺紋公稱直徑mm
摩擦表面狀態(tài)
K值
有潤滑
無潤滑
精加工表面
0.1
0.12
一般工表面
0.13-0.15
0.18-0.21
表面氧化
0.2
0.24
鍍鋅
0.18
0.22
粗加工表面
-
0.26-0.3
取K＝0.28，則預緊力＝T/0.28*10*10-3＝17500N
承受預緊力螺栓的強度計算：
螺栓公稱應力截面面積As（mm）=58mm2
外螺紋小徑d1=8.38mm
外螺紋中徑d2=9.03mm
計算直徑d3＝8.16mm
螺紋原始三角形高度h=1.29mm
螺紋原始三角形根部厚度b=1.12mm
裝配過程中，擰緊力矩和預緊力同時作用產(chǎn)生拉伸力，同時還要受到螺栓的摩擦力產(chǎn)生切應力，使螺栓處于兩種載荷作用下。
螺栓的最大拉伸應力σ1(MPa)。
=17500N/58*10-6m2=302MPa
剪切應力：
=0.5=151 MPa
根據(jù)第四強度理論，螺栓在預緊狀態(tài)下的計算應力:
=1.3*302=392.6 MPa
強度條件：
=392.6730*0.8=584
預緊力的確定原則：
擰緊后螺紋連接件的預緊應力不得超過其材料的屈服極限的80%。
3.6軸承設計計算
3.6.1軸承組成
軸承軸組件的一個重要組成部分,它的類型、結構、配置、準確性、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻是直接影響軸組件的性能。常用的軸承滾動軸承和滑動軸承。
滾動軸承摩擦阻力小,可以嚴格,潤滑維護很簡單,可以在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定轉速和負載變化范圍下工作。滾動軸承與專業(yè)化工廠生產(chǎn)、維修方便選購,廣泛應用于各個領域。滾動軸承的噪聲,輥有限公司,剛度是可變的,輕微的程度,但總的來說,移動平臺軸組件的情況下,嘗試使用滾動軸承,滾動軸承潤滑脂可以用于一些垂直結構,避免漏油。由于滾動軸承有很多優(yōu)勢,再加上加工精度的提高,因此,通常移動平臺應該盡可能使用滾動軸承,只請求處理表面粗糙度值和小時與滑動軸承,滾柱軸承根據(jù)輥的結構分為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三類。徑向軸承和推力軸承。角接觸軸承包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承,推力軸承和徑向和角色?？梢赃x擇軸軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、角接觸球軸承。
3.6.2軸承特點及應用范圍
角接觸球軸承用于高速軸、水接觸角不同,α= 25°的軸向剛度較高,但徑向剛度和允許的速度略低,用于車削、鏜,銑和其他軸;α= 15°轉速可以更高,打扮的軸向剛度較低,更少的常用的軸向載荷和速度更高的磨床軸或不加載后車,鏜銑主軸軸承。這種軸承的接觸、低剛度。為了提高承載力、剛度和transmitte更常用的方法。
軸承的精度,分為2,4,5,6,0 5級,2級最高,0級普通精度水平。軸軸承為主,4級(P4)。高精度軸可用P2階段。需要較低的軸或P5級三個輔助支承軸的支持。P6和P0一般不用。另外創(chuàng)建兩個輔助精密級SP(特殊精密水平儀)和(超精密級)。由于加工精度主要取決于軸承的旋轉精度,盒體孔和軸頸是根據(jù)特定的要求間隙和干擾的匹配。軸承內(nèi)外徑公差,因此,即使一些更廣泛也不影響工作精度,但降低了成本。
平臺與不同級別的準確度和精密度的軸承可以選擇參考表。移動平臺,可以根據(jù)精度水平或精度高的水平。
表3-3 軸承精度
平臺精度等級
前軸承
后軸承
普通精度等級
P5或P4（SP）
P5或P4（SP）
精密級
P4（SP）或P2（UP）
P4（SP）
高精度級
P2（UP）
P2（UP）
軸承內(nèi)部必須設有間隙，便于調(diào)節(jié)移動位移。
3.6.3軸承的選用及校核
軸承均選用深溝球軸承，查參考文獻[10]選軸承型號為6238 GB/T276-94。
軸承壽命校核：
查參考文獻[1]知軸承壽命計算公式為：
查表知：，當量動載荷為
。
對于球軸承，
，，
代入數(shù)據(jù)得：
可知軸承壽命足夠長，選擇符合要求。
軸承潤滑
由于傳動軸轉速比較低，故軸承采用脂潤滑即可，在軸承座內(nèi)加入足夠的脂潤滑即可，對承受較大載荷來說此種潤滑方式十分適宜。
3.7 銷軸設計計算
銷軸抗彎強度驗算
式中 M─銷軸承受的最大彎矩；
銷軸抗彎截面模數(shù)；
──許用彎曲應力，對于45號鋼
銷軸抗剪強度驗算
式中 Q──把銷軸當作簡支梁分析求得的最大剪力；
──銷軸許用剪應力，45號鋼=125MPa。
銷孔拉板的計算
銷孔壁承壓應力驗算
式中 P──構件的軸向拉力，即銷孔拉板通過承壓傳給銷軸的力；
d──銷孔拉板的承壓厚度；
d──銷孔的直徑；
──銷孔拉板的承壓許用應力，
3.7.1銷孔拉板的強度計算
首先根據(jù)銷孔拉板承受的最大拉力P求出危險截面
1. 內(nèi)力計算
拉板承受的拉力P是通過銷孔壁以沿孤長分布壓力P的形式傳給銷軸，假定P沿弧長按正弦規(guī)律分布，即
根據(jù)拉板的平衡條件可得
則
根據(jù)拉板結構和受力的對稱性，可知拉板上反對稱的內(nèi)力（即剪力）等于零。若沿銷孔中心線截開拉板，則截面上只有軸力Nb及彎矩Mb。
根據(jù)平衡條件，得
由于根據(jù)平衡方程解不出Mb，故是一次超靜定問題，須根據(jù)變形條件求Mb。為此需列出與水平線成a角的任一截面的彎程方程：
將及
代入上式，得
令
，截面的彎矩：
因為拉板的結構和受力是對稱的，故a-a截面的轉角qa應等于零，即
代入上式
則
得
根據(jù)平衡條件，得
3.7.2強度計算
應用彈性曲梁公式求危險截面的應力
式中 A──計算截面積，對于矩形面積；
K──與計算截面形狀有關的系數(shù)，對于矩形截面
b—b截面：
代入得內(nèi)側應力
代入得外側應力
a—a截面：
代入得內(nèi)側應力
代入得外側應力
3.8本章小結
首先對負載進行分析、對銷軸、帶輪進行選型計算最后對螺栓、軸承等部件進行校核。
第4章 3D打印機三維建模
?4.1 Solidworks三維建模技術
Solidworks軟件涉及到航空航天、機器人等個領域，越來越多的被人們接受，它倡導三維CAD軟件的易用性、高效性。 他不僅能夠實現(xiàn)零部件的三維建模，也能夠進行二維圖的繪制，同時還可以與各種軟件實現(xiàn)無縫對接，不僅可以完成運動仿真，而且還可以進行有限元分析。
4.2 3D打印機三維建模
3D打印機結構的三維模型如圖4.1所示。
圖4.1 Solidworks三維模型
支架建模如下首先選取前基準面，進行草繪。操作過程如下：
1、運用鼠標點擊草繪按鈕，選取前視基準面繪制草圖如下圖所示
圖4.2 繪制草圖
2、切除兩側特征，切除厚度為25mm。
圖4.3 拉伸菜單示意圖
3、建立螺紋孔。
建立支架，首先建立草繪模型，完全貫穿，選取該特征的底部為參考面，然后繪制草圖—拉伸，該過程與上圖的繪制基本一致。最后通過拉伸，即可求得。
圖4.4 安裝孔
支架三維圖如圖4.5所示。
圖4.5支架
同理，其他零件支架、傳輸帶、軸承、連桿、底座、電機等主要運動構件的三維模型，方法基本一致，只是使用的特征按鈕不一樣，操作方法基本相同。
側面蓋板三維圖如圖4.6所示
圖4.6 側面蓋板
上側支架蓋板如4.7圖所示。
圖4.7上側支架蓋板
電機模型如圖4.8所示，通過拉伸切除以及掃描命令得出。
圖4.8電機
主動帶輪三維建模如圖4.9所示，通過拉伸切除、陣列命令即可得到。
圖4.9 主動帶輪
電機座的模型如圖4.10所示，孔通過陣列掃描命令，即可求得所得模型。
圖4.10電機座
散熱殼模型如圖4.11所示，首先建立上方安裝架，其次建立軸承孔。
圖4.11散熱殼
顯示屏模型如圖4.12所示，通過草繪圓形，經(jīng)等距命令，拉伸即可求得。
圖4.12 顯示屏
直線軸承三維建模如圖4.13所示。
圖4.13 直線軸承
立柱的三維建模如圖4.14所示。
圖4.14 立柱
下底座的三維模型如圖4.15所示。
圖4.15 下底座
接近傳感器三維模型如圖4.16所示
圖4.16 接近傳感器
散熱器三維模型如圖4.17所示。
圖4.17 散熱器
調(diào)節(jié)螺栓如圖4.18所示
圖4.18 調(diào)節(jié)螺栓
調(diào)節(jié)彈簧如圖4.19所示
圖4.19 調(diào)節(jié)彈簧
導軌卡座三維模型如圖4.20所示
圖4.20 導軌卡座
繞線滾三維模型如圖4.21所示.
圖4.21 繞線滾
轉接板如圖4.22所示
圖4.21 轉接板
噴墨頭如圖4.22所示
圖4.22 噴墨頭
4.3 3D打印機裝配
在Solidworks軟件里面，配合主要有重合、平行、垂直、相切、同軸心、鎖定、及距離、角度等配合功能，根據(jù)具體的配合要求選取不同的配合來完成機器的裝配，使之成為一個裝配體。裝配的配合界面如下圖所示。
圖4.23配合界面示意圖
根據(jù)該機器的裝配特點，其裝配主要是轉動副設計配合，及面與面的重合，因此只需用到同軸心配合及重合兩種裝配方式。
下面將以裝配配合進行介紹。
首先在Solidworks軟件里面建立裝配體組裝界面。打開裝配體文件夾，具體操作過程如下：
點擊新建，里面有文件夾形式的選取，包括零件及按鈕，選取裝配體文件，打開裝配體界面。
圖4.24 裝配示意圖
各個部件之間的組裝用到的命令有同心、重合、距離命令。
運用Solidworks 渲染功能，渲染效果圖如下圖4.25所示。
圖4.25 三維渲染效果圖
4.4 本章小結
采用三維軟件SOLIDWORKS對3D打印機進行建模，設計了各個關鍵部件，最后還設計了其他附屬零件，并對其進行了組裝，同時對各個部進行建模，最后將所有的零部件組裝在一起，將裝配屬性中的剛性變成柔性。便于操作。
第5章 總結
首先介紹了3D打印機工作原理以及發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)調(diào)研結果，針對各種3D打印機機構分析比較，綜合各個結構的特點，設計3D打印機的構型方案。
根據(jù)設計的要求，對結構進行比較，分析，最后確定3D打印機的總體設計方案，然后分別對主要結構進行構思；
針對設計的方案，對標準件進行選型設計，并對螺栓、銷軸、軸承、同步帶進行校核，驗證其安全性能。
最后根據(jù)設計方案，采用三維軟件solidworks軟件對3D打印機進行三維建模，建立各個零部件三維模型，最后組裝成裝配體，對裝配體特性進行修改。
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致謝
本論文是在導師()教授的悉心指導下完成的，()淵博的知識、對研究嚴謹?shù)膽B(tài)度和無私的奉獻精神都是學生的楷模，在論文完成之際，謹向恩師表示真誠的敬意和由衷的感謝，在開題階段，()指導我如何選題、如何提取論文中的中心點，在論文的寫作過程中，他仔細審閱，指出我論文中的錯誤和不足，給出正確的理論指導。()學識淵博，治學嚴謹，工作兢兢業(yè)業(yè)，在不知不覺中給予我深遠的影響，并將受益終生。
感謝()等的幫助和指導，是他們不辭辛勞，給我們培訓，多次帶領我們參加世界的大型機械展覽會，使我在有限的學習時間內(nèi)專業(yè)理論水平大幅度提高，并將所學的理論知識與實踐結合起來。
感謝同學（）等同學的協(xié)助和支持。
衷心感謝我的家人對我學習和生活的大力支持，使我能以更多的時間和精力投入學習和工作中，順利的完成論文。
對所有給予我關心和支持的親人和朋友表示深深的謝意!