【正文】 械制造 技術(shù)基礎(chǔ)、畫法幾何及機(jī)械制圖等先修課程的知識(shí)，分析機(jī)械部分實(shí)現(xiàn)的方法，根據(jù)國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出符合要求的設(shè)備結(jié)構(gòu) 。 主要的設(shè)計(jì) 基本內(nèi)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。 3) 裝配圖的設(shè)計(jì)：初繪裝配草圖，各部分的結(jié)構(gòu)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。 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)說明書。 3D 打印機(jī)模型設(shè)備的方案分析 機(jī)械結(jié)構(gòu)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)行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。 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。工作缸的升降由伺服電機(jī)通過絲桿驅(qū)動(dòng)。 4） 噴頭：在工作缸內(nèi)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。 第 2 章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 電機(jī)的選擇 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)。 電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 確定運(yùn)行時(shí)間 本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間01(t t )60?Vll Vl 負(fù)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(jī) ?Vln PB mm為 絲 桿 導(dǎo) 程 ， 本 次 設(shè) 計(jì) 的 絲 桿 導(dǎo) 程 我 們 取 5 ，PB= 2 400 / m i n 機(jī) ? ? ?VlnrPB 10 200 .2 2 ? ? ?? ? ??BgM PT L N m?? ? ? 式中： : 200 g摩 擦 系 數(shù) ， ?。?負(fù) 載 重 量 ，： 絲 桿 導(dǎo) 程 ，： 傳 動(dòng) 效 率 ， 取MKPB?? 上下垂直運(yùn)動(dòng) 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(zhǎng) 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(dòng)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(jī)型號(hào)為 110STM02030，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 ， 零速轉(zhuǎn)矩為 ， 額定地拿了 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。 X 軸和 Y 軸電機(jī)的選擇 打印平面中的 X 軸和 Y 軸移動(dòng)結(jié)構(gòu)相同，本次選擇的電機(jī)采用相同的。 滾珠絲杠螺母的設(shè)計(jì) 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(jì)性。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。 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(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)行測(cè)量，而非傳遞動(dòng)力或扭矩。 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)其表面硬度較低，表面質(zhì)量不良時(shí)，會(huì)發(fā)生磨損，甚至產(chǎn)生疲勞斷裂。因此，主要的失效形式是磨損。 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(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)行測(cè)量的裝置。如不銹、鋁合金、銅合金、陶瓷材料或高分子材料。 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。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。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。 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 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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)可逆）。 （ 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)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長(zhǎng)，因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精 度。 （ 5）同步性好 ： 由于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無(wú)阻滯、無(wú)滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。在特殊場(chǎng)合可在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下工作。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(shí)減少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達(dá)到更高的精度 。由于螺母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。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(dòng)精度降低；長(zhǎng)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(zhǎng)螺桿還應(yīng)校核起臨界轉(zhuǎn)速，以防止過大的橫向振動(dòng)。 表 螺旋傳動(dòng)的常用材料 螺旋副 材料牌號(hào) 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(yùn)動(dòng)，受力不大，轉(zhuǎn)速較低的傳動(dòng) 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(dòng) 9Mn2V、 CrWMn、 38CrMoAl 材料需經(jīng)熱處理，以提高其尺寸的穩(wěn)定性，適用于精密傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng) 螺母 ZCu10P ZCu5Pb5Zn5 材料耐磨性好，適用于一般傳動(dòng) ZCuAl9FeNi4Mn2 ZCuZn25Al6Fe3Mn3 材料耐磨性好，強(qiáng)度高，適用于重載、低速的傳動(dòng)。應(yīng)按額定靜載荷選用。0 max? dHC f f P df 載荷性質(zhì)系數(shù)為 1 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(shí)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。 0 .9 6()tgtg gh gj==+ （ 3）剛度驗(yàn)算 ， 滾珠絲桿受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程 pL 的變化量 1 pPLL EFD = ? （ ） Y向所受牽引力大，故應(yīng)用 Y向參數(shù)計(jì)算 400?P （ N） = （ cm） 10E =? ( 2cmN ) (材料為 45 鋼 ) 221 .6 5 13 .1 4 ( ) 2 .2 1 32FRp= = = （ 2cm ） 所以 66200 94 1020. 6 10 13 ??? ? ? ? ? ???L （ cm） 絲桿因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量 2LD 很小，可以忽略。 （ 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 fM 為 39。 2 0 0 0 . 5 0 . 9 6 1 5 . 2 8 72 2 3 . 1 4?? ? ? ??f GSM ?? 式中 G——移動(dòng)部件自重 S——導(dǎo)程（ cm） 39。h 。 2 0 0 0 . 5 0 . 9 6 1 5 . 2 8 72 2 3 . 1 4?? ? ? ??f GSM ?? 110BF004 反應(yīng)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 2020 的基本額定負(fù)載 Cr=,基本額定負(fù)載荷 Cor=。 Fa/Cor=e= 查表可知道 e= 當(dāng)量負(fù)載的計(jì)算 P=200N 可算得軸承壽命 [6] 16667 ??? ????thpfCL n f P ? （ ） 溫度系數(shù)tf=1，載荷系數(shù)pf=1， UCFU203軸承座 ，壽命指數(shù)為 e =3 得 31 6 6 6 7 1 2 5 0 0 1 6 2 7 6 3 5 0 0 02 0 0 2 0 0???? ? ?????hL（ h） 所以該軸承適合。應(yīng)按額定靜載荷選用。0 maxdHC f f P179。Hf —?jiǎng)虞d荷硬度影響系數(shù)， 39。 570N 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 1 0 0 0 m a x 1 0 0 0 1 2020Vn t 180。 0 .9 6()tgtg gh gj==+ （ 3）剛度驗(yàn)算 ： 滾珠絲桿受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程 pL 的變化量 1 pPLL EFD = ? （ ） 470P= （ N） = （ cm） 10E =? ( 2cmN ) (材料為 45 鋼 ) 221 .6 5 13 .1 4 ( ) 2 .1 3 92FRp= = = （ 2cm ） 所以 61 64 7 0 0 .5 3 .6 2 4 1 02 0 .6 1 0 2 .1 3 9L ??? ? ? ? ? ??? （ cm） 絲桿因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量 2LD 很小，可以忽略。 （ 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 2020 的基本額定負(fù)載 Cr=,基本額定負(fù)載荷 Cor= Fa/Cor=e= 查表可知道 e= 當(dāng)量負(fù)載的計(jì)算 P=570N 可算得軸承壽命 16667 thpfCLn f P?????? ?????? （ ） 溫度系數(shù)tf=1，載荷系數(shù) pf =1， 6002 為深溝球軸承，壽命指數(shù)為 e =3 得 31 6 6 6 7 1 2 5 0 0 70442 0 0 5 7 0hL ? ? ?????????大于 5000（ h） 所以該軸承適合。 （ 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。特別是在高轉(zhuǎn)速情況下，以油潤(rùn)滑比脂潤(rùn)滑 佳，這時(shí)滾珠絲杠副的溫升較小。 脂潤(rùn)滑 采用脂潤(rùn)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(zhǎng)時(shí)間后才需進(jìn)行補(bǔ)充。補(bǔ)充潤(rùn)滑脂的限量為大約填入螺母內(nèi)空間容積的一半。潤(rùn)滑脂的補(bǔ)充通常在半年或一年進(jìn)行更換，更換前