基于液态树脂光固化(sla)快速成型机设计.doc

e题 目 基于液态树脂光固化成型快速成型机设计 学生姓名 ee 学号 ee 所在学院 机械工程学院 专业班级 ee 指导教师 陈建刚 _ _ 完成地点 ee _2009年5月30日 ee基于液态树脂光固化成型快速成型机设计ee（ee）指导教师：ee 摘要为了提高液态树脂光固化成型快速成型机的工作效率和成形质量，在对现存液态树脂光固化成型快速成型机机械装置结构研究的基础上，本论文针对其存在的缺陷进行了理论性的分析与优化，提出新的工作机械装置结构，其内容包括：Z轴升降装置和缸体及再涂覆装置，Z轴采用步进电机直接连接滚珠丝杠，响应更加快速准确，同时因无中间部件，使机械结构简单化，精度明显提高，优化了缸体及再涂覆装置采用了传统的刮刀机构，除此之外，还对X-Y扫描装置和电子控制部分进行了改进。 关键词快速成型机；升降装置；快速成型；缸体；再涂覆Design of rapid prototyping machine based on liquid resinee(ee)Tutor:ee Abstract: In order to improve light-curing liquid resin rapid prototyping machines efficiency and forming quality, in light of the liquid resin curing rapid prototyping machine mechanical device structure based on the research, This thesis aimed at the defects existed in the theoretical analysis and optimization ,and new structure of working mechanism is put forward, which includes: Z axis lifting device and the cylinder and re-coating device, Z axis ball screw directly connected by a stepping motor, the response more quickly and accurately, but because there is no intermediate member simplify the mechanical structure, accuracy is significantly improved, optimized cylinder block and re-coating device to use the traditional scraper, in addition, also on the XY scanning device and an electronic control unit has been improved. Key words: Liquid resin; light-curing; mechanical device; Optimization目 录1.绪论11.1快速成型技术简介11.1.1快速成型技术的基本构思11.1.2 几种典型的快速成型技术21.2液态树脂光固化成型SLA技术原理31.3光固化快速成型精度概述51.3.1机器误差51.3.2树脂收缩变形产生的误差51.3.3加工参数设置误差61.4立体光固化成型SLA国内外现有技术水平71.5本次设计的主要工作81.5.1 本次设计要求81.5.2设计思路82.X-Y方向扫描系统102.1设计任务102.1.1 设计参数102.1.2 方案的分析、比较、论证102.2 脉冲当量和传动比的确定112.2.1 脉冲当量的确定112.2.2 传动比的确定112.2.3 确定步进电机步距角112.3 丝杠的选型及计算122.3.1 计算丝杠受力122.3.2 滚珠丝杠螺母副的选型和校核122.4 导轨的选型及计算162.4.1 初选导轨型号162.4.2 计算滚动导轨副的距离额定寿命162.5 步进电机的选择162.5.1 传动系统等效转动惯量计算172.5.2 所需转动力矩计算183.Z轴升降装置设计计算213.1 Z方向升降装置设计213.1.1设计任务213.1.2 设计参数213.1.3 方案的分析、比较213.2 脉冲当量和传动比的确定223.2.1 脉冲当量的确定223.2.2 传动比的确定223.2.3 步进电机步距角的确定223.3 丝杠的选型及计算223.3.1 计算丝杠受力223.3.2 滚珠丝杠螺母副的选型和校核223.4 步进电机的选择253.4.1 步进电机的特点253.4.2 传动系统等效转动惯量计算263.4.3 所需转动力矩计算263.4.4 导轨的选择283.5本章小结284.缸体设计294.1树脂槽294.2刮平装置295.单片机控制系统325.1步进电机的简介325.2步进电机的工作原理及特性325.3 单片机简单介绍325.4 控制原则325.5控制方法335.5.1 行程控制335.5.2 进给速度控制335.5.3 进给方向控制335.5.4控制逻辑335.6 本章小结34总结35致谢36参考文献37411.绪论本文主要是针对基于液态树脂光固化成型快速成型机机械结构的优化设计。按照国家和行业相关标准，在设计过程中，力求使快速成型机的传动及零部件结构简单、运动稳定、且成本低廉，力求促进快速成型机的普及与发展，同时以国内同类机器的设计提供为一定参考。1.1快速成型技术简介快速成形技术(Rapid Prototyping Technology ，以下简称RP 技术) 是20世纪80年代中后期发展起来的一项新兴的先进制造技术，其核心思想是基于分层处理加工的方法，把任意复杂的三维实体通过切片处理，转换为二维平面的制造和沿成形方向做一维的层片叠加，实现物理原型的快速制造。它建立在CAD/ CAM技术、计算机控制技术、数控技术、检测技术和材料科学的基础之上，将计算机辅助设计CAD与各种自由造型(Free Form Manufacturing)技术直接结合起来，能以最快的速度将设计思想物化为具有一定结构功能的产品原型或直接制造零件，从而使产品设计开发可进行快速评价、测试、改进，以完成设计制造过程，适应市场需求。可以说是近20年来制造技术最重大进展之一。美国是RP技术的发源地，几种典型的RP工艺技术与商品化设备均由美国首推。紧随其后的是日本，日本一度瞄准所有RP工艺中技术最成熟、成形质量最高的SL工艺，开展研究与自主设备开发。欧共体也设立过多个针对RP的项目计划，以扩大和深化RP技术在欧洲的研究、开发和应用。在我国，较早涉足RP 领域研究与设备开发的单位主要有清华大学、西安交通大学、华中科技大学和北京隆源自动化成形公司。他们各有侧重，在我国RP技术领域占有重要地位。1.1.1快速成型技术的基本构思任何三维零件都可看成是许多二维平面沿某一坐标方向迭加而成，因此可利用分层切片软件，将计算机产生的 CAD 三维实体模型处理成一系列薄截面层，并根据各截面层形成的二维数据，用粘贴、熔结、聚合作用或化学反应等手段，逐层有选择地固化液体(或粘结固体)材料，从而快速堆积制作出所要求形状的零部件(或模型)。传统的制造方法是基于材料去除(material remove)概念，先利用 CAD 技术作出零件的三维图形，然后对其进行数值分析(有限元分析、模态分析、热分析等)，再经动态仿真之后，通过 CAM 的一个后处理(Post Process)模块仿真加工过程，所有的要求均满足之后，形成 NC 文件在数控机床上加工成形。快速原型制造技术 RP突破了传统加工中的金属成型(如锻、冲、拉伸、铸、注塑加工)和切削成形的工艺方法，是一种“使材料生长而不是去掉材料的制造过程”其制造过程的主要特点是：1）新的加工概念。RP是采用材料累加的概念，即所谓“让材料生长而非去除”因此，加工过程无需刀具、模具和工装夹具，且材料利用率极高；2）突破了零件几何形状复杂程度的限制，成形迅速，制造出的零件或模型是具有一定功能的三维实体；3）真正实现了 CAD/ CAM 的无缝连接；4）RP系统是办公室运作环境，真正变成图形工作站的外设。由于 RP可以快速、自动、精确地将 CAD 模型转化成为具有一定功能的产品原型或直接制造零件，因此它对于缩短产品的研发周期、控制风险、提高企业参与市场竞争的能力，都具有重要的现实意义。1.1.2 几种典型的快速成型技术目前快速成型技术的工艺方法已有十余种,其中光固化成型法(Stereo lithography Apparatus, SLA)、叠层实体制造法(Laminated Object Manufacturing, LOM)、激光选区烧结法(Selective Laser Sintering, SLS)和熔融沉积法(Fused Deposition Manufacturing, FDM)得到世界范围内的广泛应用。（1）光固化成型法(Stereo lithography Apparatus, SLA)Stero Lightgraphy Apparatus又称激光立体造型、激光立体光刻或立体印刷装置，光固化快速成型法通过控制激光（或紫外光）斑点在光敏树脂液面的扫描运动来逐层成型零件，它具有精度高、功耗小等优点，是快速成型技术中应用最广泛的成型方法。（2）叠层实体制造法(Laminated Object Manufacturing, LOM)叠层实体制造法(Laminated Object Manufacturing, LOM)的成形材料是热敏感类箔材(如纸等) ，激光器的作用变是切割。成形开始时 ，激光器先按最底层的CAD三维实体模型的切片平面几何信息数据 ，对于铺在工作台上的箔材作轮廓切割之后 ，工作台下降一层高度 ，重新送入一层(铺在底层之上)材料 ，并用加热辊滚压 ，与底层粘牢 ，激光器按对应数据作轮廓切割 ，如此反复直至整个三维零件制作完成。LOM 制作的零件不收缩、不变形 ，精度可达 0.1mm ，切片厚度 0.050.50mm。（3）激光选区烧结法(Selective Laser Sintering, SLS)激光选区烧结法(Selective Laser Sintering, SLS)的生产过程与 SLA 类似 ，用 CO2 红外激光对金属粉末或塑料粉末一层层地扫描加热使其达到烧结温度 ，最后烧结出由金属或塑料制成的立体结构。（4）熔融沉积法(Fused Deposition Manufacturing, FDM)熔融沉积法(Fused Deposition Manufacturing, FDM)的制造过程是首先通过系统随机的Quick slice 和SupportWorks软件将 CAD 模型分为一层层极薄的截面，生成控制 FDM 喷嘴移动轨迹的几何信息。运作时，FDM加热头把热塑材料(如聚脂塑料、ABS塑料、蜡等)加工到临界状态，在微型机控制下，喷嘴沿着 CAD 确定的平面几何信息数据运动并同时挤出半流动的材料，沉积固化成精确的实际零件薄层，通过垂直升降系统降下新形成层并同样固化之，且与已固化层牢固地连接在一起。如此反复，由下而上形成一个三维实体。FDM 的制作精度目前可达0.127mm，连续堆积范围0.02540.508mm ，它允许材料以不同的颜色出现。（5）其它快速原型制造技术直接制模铸造(Direct Shell Production Casting,DSPC)来源于三维印刷(3D Printing)快速成型技术。其加工过程是先把 CAD 设计好的零件模型装入模壳设计装置，利用微型机绘制浇注模壳，产生一个达到规定厚度，需要配有模芯的模壳组件的电子模型，然后将其输至模壳制造装置，由电子模型制成固体的三维陶瓷模壳。取走模壳处疏松的陶瓷粉，露出完成的模壳，采用熔模铸造的一般方法对模壳最后加工，完成整个加工过程。此系统能检测自己的印刷缺，不需要图纸，就可完成全部加工。光屏蔽(Solid - Ground Curing,SGC)由以色列 Cubital 公司开发，该工艺可以在同一时间固化整个一层的液体光聚合物。 SGC工艺使用丙烯酸盐类光聚合物材料，其制作精度可达整体尺寸的0.1 %，切片厚度约为 0.10.15mm，Cubital 公司开发的 Solider5600 型产品制作的最大工作尺寸为508 508 356mm ，所用紫外光灯功率为2kW，每一层循环约90s。MRM(Mitsubishi Chemical Rapid Moulding) 日本三菱化学最近推出的三菱化学快速制模系统，可将原型直接转换成模，采用称作“金属补强树脂制模(Metal Resin Moulding)复合料”，制模成本降低为传统制模的 1/2 ，制模时间缩短了 1/21/3。 奥斯丁的德克萨斯大学正在研究的高温选择激光烧结(HTSLS)，在取消聚合物粘结剂方面进行了尝试。结果表明，可利用 Cu - Sn 或青铜 镍粉两相粉末，采用激光局部熔化低熔点粉末来制造模具。1.2液态树脂光固化成型SLA技术原理SLA技术是最早出现的快速成形工艺之一。SLA技术是以制作零件的CAD几何模型为基础，通过分层离散软件将模型离散，再输入数控成型系统，最后用运动轨迹受控的激光束照射液态光敏树脂的方法，将材料固化堆积，形成试题零件。图1.1为SLA的工艺流程图。图1.1 SLA工艺流程图Stero Lightgraphy Apparatus是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长（=325nm）和功率（P=30mW）的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应，相对分子质量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。由 CAD 系统对准备制造的零件进行三维实体造型设计，再由专门的计算机切片软件CAD系统的三维造型切割成若干薄层平面数据模型，但对表面形状变化大和精度要求高的部分应切得薄些，其他一般部位切得厚些。随后 CAM软件再根据各薄层平面的X - Y运动指令，在结合提升机构沿Z坐标方向的间歇下降运动，形成整个零件的数控加工指令。指令输入SLA系统中，首先是工作台下降至液体容器的液面之下，对应于 CAD 模型最下一层切片的厚度处，根据该切片的 X- Y平面几何数据，紫外光照射可固化的液态树脂(如环氧树脂，乙烯酸树脂或丙烯酸树脂)，在紫外光的作用下，因光聚合作用，第一层被固化在工作台上。然后，升降工作台下降至第二层切片厚度，激光器按照该层切片的平面几何数据扫描液面，使新一层液态树脂固化并紧紧粘长在前一层已固化的树脂上。如此反复“生长”，直至形成整个三维实体零件。如图1.2所示。图1.2 立体光固化SLA技术原理图光固化快速成型的优点:（1）成型过程自动化程度高；（2）尺寸精度高（可达0.1mm）；（3）材料利用率接近100%；（4）可以制作结构十分复杂精细的模型；（5）可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失模。光固化快速成型的缺点:（1）成型过程中伴随着物理和化学变化，所以制品较易弯曲需要支撑否则会引起制品变形；（2）设备运转及维护成本较高；（3）可使用的材料种类较少；（4）液态树脂具有气味和毒性；（5）需要二次固化；（6）液态树脂固化后的性能尚不如常用的工业塑料，一般较脆、易碎裂，不便进行机械加工。1.3光固化快速成型精度概述光固化成型由三个环节组成：前处理、快速成型加工和后处理。这三个部分彼此相连，共同完成光固化快速成型过程。每一环节中存在的误差都会影响到最终成型零件的精度。快速成型的精度为机械精度和制件精度。目前影响快速成型最终精度的主要原因由于下几个方面：1.3.1机器误差机器误差是成型机本身的误差，它足影响制件精度的原始误差。机器误差在成型系统的设计及制造过程中就应尽量减小，因为它是提高制件精度的硬件基础。1）工作台Z方向运动误差工作台Z方向运动误差直接影响堆积过程中的层厚精度，最终导致Z方向的尺寸误差；而工作台在垂直面内的运动直线度误差宏观上产生制件的形状、位置误差，微观上导致粗糙度增大。2）X-Y方向同步带变形误差X-Y扫描系统采用X-Y二维运动，由步进电机驱动同步齿形带并带动扫描镜头运动。在定位时，由于同步带的变形，会影响定位的精度，常用的方法是采用位置补偿系数来减小其影响。3）X-Y方向定位误差（1）工作台运动惯性力的影响。工作台在启动和制动阶段，存在一定的惯性，使得工作台在零件边缘部分将超出设计尺寸的范围，使得零件的尺寸有所增加。同时由于工作台在扫描时，始终处于反复加速减速的过程中，因此，在工件边缘，扫描速度低于中间部分，光束对边缘的照射时间要长一些。（2）成型过程中，扫描机构对零件的分层截面作往复填充扫描。扫描头在步进电机的驱动下本身具有一个固有频率，由于各种长度的扫描线都可能存在，所以在一定范围内的各种频率都有可能发生，当发生谐振时，振动增大，成形零件将产生较大。 1.3.2树脂收缩变形产生的误差在光固化成型技术中，光固化树脂作为技术核心之一直接影响制造零件的精度。光固化树脂国外已有系列产品出现，但属于专卖品。只有购买成型设备才能采购其光固化树脂。用于SL法光固化树脂一般应具有以下性能：（1）粘度低利于树脂较快流平，便于操作；（2）固化收缩小减少零件变形、翘曲、开裂等，利于成型出高精度零件；（3）固化程度高可以减少后固化收缩，从而减少后固化变形；（4）湿态强度高，较高的湿态强度可以保证后固化过程不产生变形、膨胀及层间剥离；（5）溶胀小，湿态成型件在液态树脂中的溶胀造成零件尺寸偏大；（6）毒性小利于操作者的健康和环保；（7）固化速度快适用于商业生产。所以对光敏树脂的选择有着严格的要求，常用于光固化快速成型的材料为液态光敏树脂。液态光敏树脂主要由光引发剂、齐聚物和稀释剂组成。根据光引发剂的引发机理可以把光敏树脂分为三类：自由基光敏树脂、阳离子光敏树脂和混合型光敏树脂。自由基型光敏树脂是最早应用于光固化快速成型技术的，这种树脂的优点是固化速度快、粘度低、成本低，基本满足快速成型的要求。该类树脂主要有三类：第一类为环氧丙烯酸酯，该类材料聚合快、原型强度高但脆性大且易发黄；第二类为聚酯丙烯酸酯，该类材料流平和固化好，性能可调节；第三类材料为聚氨酯丙烯酸酯，该类材料生成的原型柔顺性和耐磨性好，但聚合速度慢。阳离子型光敏树脂属于第二代树脂，目前常用的两类阳离子型齐聚物是环氧化合物和乙烯基醚。环氧类树脂是最常用的阳离子型光敏树脂，其优点为：固化收缩小；产品精度高；氧气对自由基有聚合作用，而对阳离子树脂则无影响；粘度低；制作强度高；产品可以直接用于注塑模具。混合型光敏树脂充分发挥了自由基和阳离子光固化体系各自的特点，已达到了功能互补、协同提高的效应。自由基-阳离子混杂光固化体系在光引发、体积变化互补性能优化等方面具有很好的协同效应。对于光引发过程，自由基光引发剂和阳离子光引发剂的配合使用而产生的协同效应可以大大提高自由基-阳离子混杂光固化体系的引发效率。1.3.3加工参数设置误差1）光斑补偿设置误差激光经聚焦照射在液态树脂表面上的并不是理想的点，而是具有一定半径的光斑。成型件的轮廓线实际上是管板中心归集的包络线，这种误差可以通过光斑补偿来实现有效的减小。光斑补偿的目的只针对上斜面、下斜面和垂直面。不同的面有不同的补偿方向，即使同一种斜面，倾斜角不同其补偿方向也不同。沿着设计轮廓线向内补偿称为正向补偿，向外补偿称为负向补偿。如图1.3所示。光斑正方向补偿设计轮廓线光斑负方向补偿 图1.3 光斑补偿的方向确定（1）上斜面光斑补偿，如图1.4所示；图1.4 上斜面的光斑补偿计算示意图（2）下斜面光斑补偿；2）扫描速度设置误差。扫描速度是指紫外光束扫描二维层片时的线速度。在紫外光固化快速成型过程中，扫描速度的大小与光敏树脂的固化深度有关，对加工效率及工件变形有直接影响。扫描速度的提高有利于提高加工效率；但另一方面，扫描速度对成型加工工件的质量有很大影响。因此，考虑到加工效率和加工精度两方面的要求，扫描速度只能限制在一定范围内。3）扫描间距设置误差扫描问距是指紫外光束扫描二维区域时相邻扫描线之间的距离。扫描间距也是一个非常重要的工艺参数。在扫描固化过程中，层面由若干固化线组合而成，相邻线条相互嵌入成为一体。不同的扫描间距，相邻线之间的嵌入程度也不同。4）扫描方式产生的误差在光固化成型机上加工零件时，激光束在计算机控制下，采用一种扫描方式在XY方向有序扫描零件轮廓的内部区域。即填充扫描。根据不同的光束扫描方向和扫描线之间的相对位置，可派生出多种实用的扫描方式。SPS600成型机上常用的扫描方式主要有XY、XY、XY-ST、XYST、Y-Y、DELTAXY及XYSTA七种扫描方式。1.4立体光固化成型SLA国内外现有技术水平目前，研究SLA方法的国外公司有 3D System 公司、EOS 公司、F&S 公司、CMET 公司、D - MEC 公司、Teijin Seiki 公司、Mitsui Zosen公司等。美国 3D System公司的SLA 技术在国际市场上占的比例最大，其设备自1988 年推出SLA - 250 机型以后，又于1997 年推出SLA - 250HR，SLA - 3500，SLA - 5000三种机型，在技术上有了长足进步。其中，SLA -3500和 SLA - 5000 使用半导体激励的固体激光器，扫描速度分别达到2.54 m/ s和5m/ s，成型层厚最小可达0.05 mm。 此外还采用了一种称之为Zephyer recoating system的新技术，该技术是在每一成型层上，用一种真空吸附式刮板在该层上涂一层0.050.1 mm的待固化树脂，使成型时间平均缩短了20 %。该公司于1999年推出的SLA - 7000机型与SLA - 5000 机型相比成型体积虽然大致相同，但其扫描速度却达9.52m/ s，平均成型速度提高了4倍， 成型层厚最小可达0.025 mm，精度提高了1倍。国内对 SLA 技术的研究始于90年代初，一些高校在其成型理论、控制技术、成型材料等多方面都进行了大量实验。我国最早在快速成型技术方面开展研究的科研机构主要有清华大学、西安交通大学、华中理工大学。这些科研机构早期在开发系统设备方面各有侧重。1992年，清华大学引进了当时先进的SLA-250光固化成形设备，成立了激光快速成形中心，开展快速成形技术的研究。研制出世界上最大的LOM双扫描成形机，已提供给国内的汽车制造企业，研制成功的多功能快速造型系统MRPMS已打入国际市场，自主开发的大型挤压喷射成形RP设备SSM1600SSM成形尺寸已达1600800750mm，也居世界之首。西安交通大学多年来一直致力于SLA的成型材料和设备的国产化，在卢秉恒院士的带领下，西交大自主研发出一套国内领先水平的快速成型系统，同时在成型材料等方面同样取得了重大突破，并已形成产业化生产，因此获1998年度国家科技进步一等奖、2000年教育部科技进步二等奖。此外，南京航天大学、上海交通大学、华北工学院、浙江大学等知名高校在该领域也做了许多工作。国内该行业主要单位还有：清华大学企业集团殷华激光快速成型与模具技术公司、北京隆源自动成型系统有限公司、西安交通大学先进制造技术研究所、武汉滨湖机电技术产业有限公司、深圳铭美科技有限公司。目前西安交通大学开发的LPS- 600A 型快速成型系统，已有商品化产品。 国内外研究者在SLA技术的成形机理、控制制件变形、提高制件精度等方面进行了大量研究。美国克莱斯勒公司(Chrysler)就用 SLA 工艺制成了车体模型 ,将其放在高速风洞中进行空气动力学试验分析;此外美国 Dayton 大学还利用 SLA 工艺研制了一种桌面成型系统专门用于人体软组织器官模型的建造。1.5本次设计的主要工作1.5.1 本次设计要求SLA快速成形机的整体部分和缸体部分，其主要用于单件小批零件和功能模型的快速成型制造。给定设计参数：（1）激光器类型：固体激光器，激光扫描速度8m/s，激光光斑直径0.15mm；（2）成型体积：350mm350mm350mm（约10kg）；（3）加工精度：0.1mm（L100mm）or0.1%（L100mm）；（4）加工层厚：0.05mm0.2mm；（5）最大成型速度:60g/h；设备体积:1565mm995mm1930mm左右；（6）成型缸和料缸的最小位移量是0.01mm；（7）数据接口:STL。1.5.2设计思路采用分块设计的思路，分别为X-Y扫描系统、Z轴升降装置和缸体及再涂层装置。尺寸的确定以所要成型的最大尺寸为基础，先内部主要部件尺寸再外维形状尺寸、由主要到次要的顺序进行。（1）X-Y扫描系统的机械结构光固化快速成型机的扫描系统采用的是高精度的X-Y动工作台，它带动光纤和聚焦镜完成零件的二维扫描成型。该结构是由步进电机带动滚珠丝杠驱动扫描头做X-Y平面运动。为减轻重量这一部分可以采用铝材进行设计，并选取大的转矩的高频响应电机。扫描系统结构由计算机、X-Y扫描头、聚焦镜头、直线圆柱滚动导轨、滚珠丝杠、步进电机等组成。犹豫混合式步进电机具有体积小、力矩大、低频特性好、运行噪音小、失电自锁等优点，X、Y方向都采用了此种电机。但该系统为美国进口设备，只做理论性验证。（2）Z轴升降装置Z轴升降系统完成零件支撑及在Z轴方向运动的功能，它带动托板上下移动。每固化一层，托板要下降1个层厚。它是实现零件堆积的主要过程，必须保证其定位精度。定位精度的好坏直接影响成型零件的尺寸精度、表面光洁度以及层与层之间的粘接性能。采用步进电机驱动，精密滚珠丝杠传动及精密导轨导向结构。驱动电机采用混合式步进电机，配合细分驱动电路，与滚珠丝杠直接联接实现高分辨率驱动，省去了中间齿轮级传动，既减小了尺寸又减小了传动误差。 成形零件时，托板经常做下降、提升运动，为了减少运动时与托板对液面的搅动，并且便于成型后的零件从托板上取下，需将托板加工成筛网状，网孔大小、孔距设计要合理，既能使零件的基础与其能牢固粘结，又要使托板升降运动时最小限度地阻碍液体流动。此外，考虑到树脂有一定的酸性作用，所以浸泡在树脂内的材料全部选用铝合金或不锈钢材料，防止普通钢和铸铁对树脂的致凝作用。筛网由田字形的支撑板支撑。由于在正常工作在状态下，吊梁悬臂较长，为避免托板Z方向上下运动时造成吊梁扭曲变形，吊梁采用2m不锈钢板做成中空行管结构的形状。（3）刮平系统因为树脂的粘性及固化树脂的表面张力作用，如果只是依靠树脂的流动而达到平整的话会需要较长时间，特别是在固化面积较大的零件的时候。而刮平运动可以使液面尽快流平整，提高涂层效率。刮平过程包括两个过程：第一步是托板下降较大的深度并稍作停顿，这一过程是为了克服液态树脂与固化层面的表面张力，使树脂充分覆盖已固化的一层，然后上升至比上一层低一个厚度的位置。第二步是刮板按照设定的次数做刮平运动，其作用是把涂覆在零件表面的多余树脂刮掉。刮平后树脂液面并不是完全平整，仍存在着一些波动，需要等待一定的时间才能平整。等待的时间长短要根据树脂的流动性、零件尺寸的大小而设定。刮刀机构可是普通片式刮刀或是带有负压吸附空腔的刮刀。把刮平装置做成具有空腔结构的刮刀并调整刀口位置略高于树脂液面0.10.3mm，利用负压原理和树脂表面的张力毛细现象可使刮刀的空腔存在有一定量的树脂，刮刀运动时，刮刀刀口可以把工件上未固化树脂层的凸出部分刮平而刮刀空腔内的树脂可以吧凹陷部分填平。2.电机选择2.1电动机选择（倒数第三页里有东东）2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动机容量电动机所需工作功率为：；工作机所需功率为：；传动装置的总效率为：；传动滚筒 滚动轴承效率 闭式齿轮传动效率 联轴器效率 代入数值得：所需电动机功率为：略大于 即可。选用同步转速1460r/min ；4级 ；型号 Y160M-4.功率为11kW2.1.3确定电动机转速取滚筒直径1.分配传动比（1）总传动比(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比则低速级的传动比2.1.4 电机端盖组装CAD截图 图2.1.4电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1电动机轴 2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.齿轮计算3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。3材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240 HBS，二者材料硬度差为40 HBS。4选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取5初选螺旋角。初选螺旋角3.2按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式（10-21）进行试算，即3.2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数1。（2）由机械设计第八版图10-30选取区域系数。（3）由机械设计第八版图10-26查得，则。（4）计算小齿轮传递的转矩。（5）由机械设计第八版表10-7 选取齿宽系数（6）由机械设计第八版表10-6查得材料的弹性影响系数（7）由机械设计第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 。13计算应力循环次数。（9）由机械设计第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数; 。（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由机械设计第八版式（10-12）得（11）许用接触应力3.2.2计算（1）试算小齿轮分度圆直径=49.56mm（2）计算圆周速度（3）计算齿宽及模数 =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）计算纵向重合度0.318124tan=20.73（5）计算载荷系数K。已知使用系数根据v= 7.6 m/s,7级精度，由机械设计第八版图10-8查得动载系数由机械设计第八版表10-4查得的值与齿轮的相同，故由机械设计第八版图 10-13查得由机械设计第八版表10-3查得.故载荷系数11.111.41.42=2.2（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得（7）计算模数 3.3按齿根弯曲强度设计由式（10-17）3.3.1确定计算参数（1）计算载荷系数。 =2.09（2）根据纵向重合度 ，从机械设计第八版图10-28查得螺旋角影响系数（3）计算当量齿数。（4）查齿形系数。由表10-5查得（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表10-5查得（6）由机械设计第八版图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲强度极限 ；（7）由机械设计第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ，；（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S1.4,由机械设计第八版式（10-12）得（9）计算大、小齿轮的 并加以比较。=由此可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿面齿根弯曲疲劳强度计算 的法面模数，取2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm 来计算应有的齿数。于是由取 ，则 取 3.4几何尺寸计算3.4.1计算中心距a=将中以距圆整为141mm.3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取.低速级取m=3;由 取圆整后取表 1高速级齿轮：名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m22压力角2020分度圆直径d=227=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径表 2低速级齿轮：名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m33压力角2020分度圆直径d=327=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径4.轴的设计4.1低速轴4.1.1求输出轴上的功率转速和转矩 若取每级齿轮的传动的效率,则4.1.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为圆周力 ,径向力 及轴向力 的4.1.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据机械设计第八版表15-3,取 ,于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩, 查表考虑到转矩变化很小,故取 ,则:按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003或手册,选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000 .半联轴器的孔径 ,故取 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.1.4轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案 图4-1（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)根据联轴器为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故1-2 段的长度应比 略短一些,现取.2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为dDT=65mm140mm36mm，故 ；而。3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径 ；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度 ，故取h=6mm ，则轴环处的直径 。轴环宽度 ，取。4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取 低速轴的相关参数：表4-1功率转速转矩1-2段轴长84mm1-2段直径50mm2-3段轴长40.57mm2-3段直径62mm3-4段轴长49.5mm3-4段直径65mm4-5段轴长85mm4-5段直径70mm5-6段轴长60.5mm5-6段直径82mm6-7段轴长54.5mm6-7段直径65mm（3）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=20mm12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。4.2中间轴4.2.1求输出轴上的功率转速和转矩4.2.2求作用在齿轮上的力（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为：（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：4.2.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取 ,于是得：轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径。图 4-24.2.4初步选择滚动轴承.（1）因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径 ；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为95mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度，取。（3）取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径齿轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为56mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。 4.2.5轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=22mm14mm。键槽用键槽铣刀加工，长为63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。中间轴的参数：表4-2功率10.10kw转速362.2r/min转矩263.61-2段轴长29.3mm1-2段直径25mm2-3段轴长90mm2-3段直径45mm3-4段轴长12mm3-4段直径57mm4-5段轴长51mm4-5段直径45mm4.3高速轴4.3.1求输出轴上的功率转速和转矩若取每级齿轮的传动的效率,则4.3.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为4.3.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取 ,于是得：输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩 , 查表 ,考虑到转矩变化很小,故取 ,则:按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003 或手册,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560000 .半联轴器的孔径 ,故取 ,半联轴器长度 L=82mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.4轴的结构设计4.4.1拟定轴上零件的装配方案图4-34.4.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联 轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3 段的直径 ;左端用轴