【正文】 平在工作缸上，并把鋪粉的同時把粉料壓實。 第 2 章 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 電機的選擇 Z 軸電機的選擇 Z軸即為成型腔和儲料腔的上下移動電機。假設(shè)成型腔和儲料腔的重量為 30Kg，移動速度為 2m/min 左右 m m sG = m g = 3 0 1 0 = 3 0 0 NV = 1 2 m / m i n = 1 6 . 6 3 3 . 3 / 根據(jù)本次設(shè)計由于在 成型腔和儲料腔的上下移動要求精確定位，所以本次設(shè)計中選用伺服電機，本次伺服電機的廠家為華大伺服電機。 電機設(shè)計計算 確定運行時間 本次設(shè)計加速時間01(t t )60?Vll Vl 負載速度（ m/min） 有速度可知每秒上升 50mm， 0 .0 3 31 .2 =1 .23 6 0?? ?ls 電 機 ?Vln PB mm為 絲 桿 導(dǎo) 程 ， 本 次 設(shè) 計 的 絲 桿 導(dǎo) 程 我 們 取 5 ，PB= 2 400 / m i n 機 ? ? ?VlnrPB 10 200 .2 2 ? ? ?? ? ??BgM PT L N m?? ? ? 式中： : 200 g摩 擦 系 數(shù) ， ?。?負 載 重 量 ，： 絲 桿 導(dǎo) 程 ，： 傳 動 效 率 ， 取MKPB?? 上下垂直運動 22 20 .0 0 5( ) 2 0 0 0 .0 0 0 1 2 6 7 7 9 ( . )22 ??? ? ?????PBJ L M M k g m?? 絲桿螺母慣量 4 3 4 5 10 10 ( . )32 32 ?? ? ? ? ? ? ?BBJ B L D k g m??? 式中 : m m密 度 ， 取： 絲 桿 長 度 ， ?。?絲 桿 直 徑 ， 取BBLD? 總慣量 20 . 0 0 0 3 2 ( . )? ? ?L L M BJ J J k g m 啟動轉(zhuǎn)矩 12 ( ) 2 63 6. 9( 0. 00 03 2) 1. 25 .60 60 1. 2? ? ?? ? ??SNM J M J L J MT N mt?? 必須轉(zhuǎn)矩 ? ? 2 .3 6 .? ? ?TM TL TS S N m S為安全系數(shù)，這里取 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)， 我們選用華大伺服電機型號為 110STM02030，以下為選擇的伺服電機的具體詳細介紹： 電機額定功率為 ， 零速轉(zhuǎn)矩為 ， 額定地拿了 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。 電機大致圖如下： 外形尺寸 110x110x106，電機輸出軸徑為 12mm。 X 軸和 Y 軸電機的選擇 打印平面中的 X 軸和 Y 軸移動結(jié)構(gòu)相同，本次選擇的電機采用相同的。 電機設(shè)計計算 確定運行時間 本次設(shè)計加速時間01(t t )60?Vll Vl 負載速度（ m/min） 有速度可知每秒移動 50mm， 0 .0 3 31 .2 =1 .23 6 0?? ?ls 電 機 ?Vln PB mm為 絲 桿 導(dǎo) 程 ， 本 次 設(shè) 計 的 絲 桿 導(dǎo) 程 我 們 取 4 ，PB= 2 500 / m i n 機 ? ? ?VlnrPB 10 200 .2 2 ? ? ?? ? ??BgM PT L N m?? ? ? 式中： : 20 g 04 m摩 擦 系 數(shù) ， 取： 負 載 重 量 ，： 絲 桿 導(dǎo) 程 ，： 傳 動 效 率 ， 取MKPB?? 上下垂直運動 22 20 .0 0 4( ) 2 0 0 0 .0 0 0 1 1 2 4 5 ( . )22 ??? ? ?????PBJ L M M k g m?? 絲桿螺母慣量 4 3 4 5 10 10 ( . )32 32 ?? ? ? ? ? ? ?BBJ B L D k g m??? 式中 : m密 度 ， 取： 絲 桿 長 度 ， 取： 絲 桿 直 徑 ， 取BBLD? 總慣量 20 . 0 0 0 2 ( . )? ? ?L L M BJ J J k g m 啟動轉(zhuǎn)矩 12 ( ) 2 63 6. 9( 0. 00 02 ) 0. 65 .60 60 1. 2? ? ?? ? ??SNM J M J L J MT N mt?? 必須轉(zhuǎn)矩 ? ? .? ? ?T M T L T S S N m S為安全系數(shù)，這里取 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)， 我們也選用華大伺服電機型號為 110STM02030，具體尺寸同 Z 軸移動所選的電 機相同。 滾珠絲杠螺母的設(shè)計 材料選用原則 選材的基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)濟性。 材料的使用性能是指機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 的基礎(chǔ)。對一般機械零件來說，選材時主要考慮的是其力學(xué)性能；而對于非金屬材料制成的零件，還應(yīng)該考慮其工作環(huán)境對零件性能的影響。 零件按力學(xué)性能選材時，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，找出其在實際使用中的主要和次要的失效抗力指標，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 工作條件 由于傳動機構(gòu)是絲杠螺母副，即螺旋傳動副，而工作時主要是攜帶傳感器進行測量，而非傳遞動力或扭矩。主要承受一定的剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)等載荷。 主要失效形式 當(dāng)彎曲載荷較大時，絲杠承受著交變應(yīng)力；當(dāng)其表面硬度較低，表面質(zhì)量不良時，會發(fā)生磨損，甚至產(chǎn)生疲勞斷裂。而設(shè)計的絲杠所傳遞的動力和扭矩都很小。因此，主要的失效形式是磨損。通過提高絲杠螺母的表面質(zhì)量和安裝精度可以有效的減少磨損。 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： ① 電磁鐵參數(shù)測量裝置是對電磁鐵的電磁吸力、磁場強度和線圈溫度進行測量的裝置。為避免電磁鐵的磁泄漏，采用不可磁化材料。如不銹、鋁合金、銅合金、陶瓷材料或高分子材料。 ② 較高的綜合力學(xué)性能 .當(dāng)絲杠 正常工作時，要承受一定的交變載荷與沖擊載荷。 ③ 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 。 絲桿 螺旋傳動的類型、特點與應(yīng)用 絲桿 螺旋傳動是利用 絲桿 和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動將直線運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動，同時 傳遞運動或動力。滾珠絲杠傳動系統(tǒng)是一個以滾珠作為滾動媒介的滾動螺旋傳動的體系。以傳動形式分為兩種： 一種是 將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動 ；另外一種是 將直線運動轉(zhuǎn)化成回轉(zhuǎn)運動。 梯形 絲桿的特點： （ 1）傳動效率高 ：滾珠 絲杠傳動系統(tǒng)的傳動效率高達 90%～ 98%，為傳統(tǒng)的滑動絲杠系統(tǒng)的 2～ 4 倍，所以能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運動（運動可逆）。 （ 2）運動平穩(wěn) ：梯形 絲杠傳動系統(tǒng)為點接觸滾動運動，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動時無顫動、低速時無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進給。 （ 3）高精度 ：滾珠 絲杠傳動系統(tǒng)運動中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對絲杠進行預(yù)拉伸以補償熱伸長，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 ： 鋼球滾動接觸處均經(jīng)硬化（ HRC58～ 63）處理，并經(jīng)精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。 （ 5）同步性好 ： 由于運動平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)同時傳動幾個相同的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。 （ 6）高可靠性 ： 與其它傳動機械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也 較簡單，只需進行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(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。若加入適當(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，在承載時減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達到更高的精度 。 滾珠絲桿螺母的設(shè)計計算 滾動螺旋傳動主要承 受 軸向力。由于螺母和螺桿間有較大的滑動摩擦，因而磨損是其主要的失效形式。滾動螺旋的基本尺寸（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，還應(yīng)校核螺桿危險截面和螺母螺紋牙的強度，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；精密的傳導(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精度降低；長徑比較大的螺桿，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。具體設(shè)計時應(yīng)根據(jù)傳 動的類型、工作條件及其失效形式等，選擇不同的 設(shè)計準則，而不必逐項進行校 核。 表 螺旋傳動的常用材料 螺旋副 材料牌號 應(yīng)用范圍 螺桿 Q23 Q27 4 50 材料不經(jīng)熱處理，使用于經(jīng)常運動，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動 40Cr、 65Mn、 T1 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 9Mn2V、 CrWMn、 38CrMoAl 材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸的穩(wěn)定性，適用于精密傳導(dǎo)螺旋傳動 螺母 ZCu10P ZCu5Pb5Zn5 材料耐磨性好，適用于一般傳動 ZCuAl9FeNi4Mn2 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 材料耐磨性好，強度高，適用于重載、低速的傳動。對于尺寸較大或高速傳動，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金 Z 軸 立向絲桿的設(shè)計 （ 1） 滾珠絲桿螺母副 ， 橫向絲桿的最大軸向載荷為 2020N，支承間最大距離為 400mm，要求定位精度為 ，滾珠絲桿的負荷包括運動部件的重量所引起的進給抗力。應(yīng)按額定靜載荷選用。 39。0 max? dHC f f P df 載荷性質(zhì)系數(shù)為 1 39。Hf —動載荷硬度影響系數(shù)， 39。Hf =1 maxP —最大軸向載荷 定靜載荷為 C0? 2020N，查表得使用壽命時間 T=15000h，初選絲桿螺距t=5mm，得絲桿轉(zhuǎn)速 1 0 0 0 m a x 1 0 0 0 1 2020Vn t 180。= = = 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 圈一列滾珠絲桿螺母副的幾何參數(shù)計算，見表 所示 ： 表 滾珠絲桿螺母副幾何參數(shù) 名 稱 符 號 計算公式和結(jié)果（ mm） 螺紋滾道 公稱直徑 0d 20 螺 距 t 5 接觸角 ? ?45 鋼球直徑 qd 螺紋滾道法面半徑 R 1qRd== 偏心距 e ( 2 ) sin 0 .0 4 4 9qe R d b= = 螺紋升角 ? 0 4 .3 7tarctg dg p== 螺桿 螺桿外徑 d 0 ( 0 .2 ~ 0 .2 5 ) 1 9 .4qd d d= = 螺桿內(nèi)徑 ld 0 2 2 88fd d e R= + = 螺桿接觸直徑 zd 0 c os 22 .5 9zqd d d b= = 螺母