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光敏树脂固化成型机起升机构设计【9张图纸】【优秀】

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光敏 树脂 固化 成型 机起升 机构 设计 图纸 优秀 优良
资源描述:

光敏树脂固化成型机起升机构设计

31页 13000字数+说明书+开题报告+任务书+9张CAD图纸

A0-装配图.dwg

A2-底座.dwg

A2-螺旋起升机箱体.dwg

A3-上盖.dwg

A3-法兰盘.dwg

A3-自制螺母.dwg

A3-蜗杆.dwg

A3-蜗轮.dwg

A3-螺杆.dwg

任务书.doc

光敏树脂固化成型机起升机构设计开题报告.doc

光敏树脂固化成型机起升机构设计说明书.doc

文献综述.doc

目录摘要.doc


摘  要

阐述了快速成型技术的加工过程,突破了传统的加工方法上的许多限制,在主要的几种快速成型工艺方法中,光固化成型法已成为当今研究发展最成熟、应用最为广泛的RP典型技术。光固化快速成型以光敏树脂为原料,计算机控制紫外激光按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐行扫描,使被扫描区域的树脂薄层 光聚合反应而固化,形成零件的一个薄层。文中设计的起升机构借鉴了螺旋起升机的工作原理。

螺旋传动起升机基本原理是利用电机,通过减速器减速后,带动螺母旋转,转化为丝杆的轴向运动,从而推动物体上升。主要内容如下:对光固化快速成型系统控制原理进行了研究;设计起升机构;选择电动机;设计减速机构;控制电路的设计;简要阐述在流水线作业中,螺旋传动原理等。

关键词: 光固化快速成型;电动;螺旋传动


目      录

1 绪论1

1.1快速成型技术1

1.2光固化快速成型技术的控制原理及应用1

2 设计方案的确定4

2.1螺旋传动设计方案4

2.1.1螺旋传动概述4

2.1.2螺旋传动方案的确定5

2.2减速传动机构设计方案6

3 传动系统的设计7

3.1螺旋传动部分计算7

3.1.1螺杆直径的计算7

3.1.2螺纹部分强度计算7

3.2电机的选择9

3.2.1电动机功率计算10

3.2.2传动效率10

3.2.3确定电机转速11

3.3减速机构的设计12

3.3.1材料的选择12

3.3.2蜗轮蜗杆传动基本尺寸13

3.3.3 强度校核16

3.3.4蜗轮蜗杆传动中的作用力分析16

3.3.5实际传动动力参数17

4 辅助装置的设计19

4.1轴承的选择19

4.1.1轴承的选择因素19

4.1.2轴承的型号确定20

4.1.3轴承校验20

4.2键的选择23

4.3联轴器的设计与计算24

结论26

致  谢27

参考文献28


   减速传动机构通常有蜗轮蜗杆传动,齿轮传动,带传动,链传动,摩擦轮传动等等。考虑到本设计要求的传动紧凑,传动比较大,因此选用蜗轮蜗杆传动作为本设计的减速传动机构。

   蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动。在绝大多数情况下,两轴在空间上是互相垂直的,轴交角为90度。它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造部门中,最大传动功率可达到750千瓦,通常用在50千瓦以下;最高滑动速度可达35m/s,通常用在15m/s以下。

   蜗杆传动的主要优点是结构紧凑,工作平稳,无噪声,冲击振动小以及能得到很大的单级传动比。在传递动力时,传动比一般为8—100,常用的为5—50。在机床工作台中,传动比可达几百,甚至达到一千。这时,需采用导程角很小的单头蜗杆,但传动效率很低,只能用在功率很小的场合。在现代机械制造业中正力求提高蜗杆传动的效率,多头蜗杆的传动效率已经可达到98%。与多级齿轮传动相比,蜗杆传动零件数目少,结构尺寸小,重量轻。缺点是在制造精度和传动比相同的条件下,蜗杆传动的效率比齿轮传动低,同时蜗轮一般需用贵重的减磨材料制造。

内容简介:
中国地质大学长城学院毕业设计任务书学生姓名何飞学号05208308班 级机制3班指导教师王胜曼职称讲师单 位中国地质大学长城学院毕业设计(论文)题目光敏树脂固化成型机起升机构设计毕业设计(论文)主要内容和要求: 起升机构是光固化快速成型系统的重要组成部分,该机构主要实现制样时底板的升降,同时用来托举树脂液槽。要求:起升机构自定,起升平稳,不存在爬行现象,利用所学的理论知识,学会如何解决实际问题,设计出规范化、标准化的图纸。毕业设计(论文)主要参考资料:1 邱宣怀.机械设计.第四版. 高等教育出版社, 2003.42 龚湘义. 机械设计课程设计指导书.第二版.高等教育出版社.2004.23 张建中. 机械设计基础课程设计. 中国矿业大学出版社, 2005.24 哈尔滨工业大学 龚湘义. 机械设计课程设计图册.第三版. 高等教育出版社, 2004.1 5 实用机械设计手册编写组.实用机械设计手册.第二版.机械工业出版社6 范思冲等编著画法几何及机械制图. 机械工业出版社7 李洪、曲中谦. 实用轴承手册. 辽宁科学技术出版社8 徐寅主编,机械设计手册.北京,机械工业出版社,1991毕业设计(论文)应完成的主要工作:1. 绘制起升机构总体装配图一张(A0);2绘制底座一张(A2);3绘制起升机箱体一张(A2);4绘制法兰盘一张(A3);5绘制螺杆一张(A3);6绘制上盖一张(A3);7绘制蜗轮、蜗杆各一张(A3);8. 设计说明书一份;毕业设计(论文)进度安排:序号毕业设计(论文)各阶段内容时间安排备注1完成对设计资料的收集与查询2012.01.16-2012.02.312完成对起升机构总体结构的初步设置2012.03.01-2012.03.103完善起升机构的设计2012.03.11-2012.03.204进行设计图纸的绘制2012.03.21-2012.04.075进行毕业设计说明书的编写2012.04.08-2012.04.316最后的审稿及说明书和图纸的打印2012.05.01-2012.05.10课题信息:课题性质: 设计 论文 课题来源: 教学 科研 生产 其它发出任务书日期: 指导教师签名: 年 月 日教研室意见:教研室主任签名:年 月 日 学生签名:中国地质大学长城学院毕业设计(论文)开题报告学生姓名何飞学号05208308专业班级机制3班指导教师王胜曼职称讲师单 位中国地质大学长城学院课题性质设计 论文课题来源科研 教学 生产 其它毕业设计(论文)题目光敏树脂固化成形机起升机构设计一、课题研究的目的培养综合运用多学科的理论知识与技能,解决具有一定复杂程度的工程实际问题的能力,树立正确的设计思想和掌握现代设计方法;培养建立正确的科学研究思想,树立实事求是、严肃认真的科学工作态度;培养调查研究,收集资料,熟悉有关技术文件,运用国家标准、手册、资料等工具书进行设计计算,数据处理,编写技术文件等独立工作能力。二、课题研究的意义快速成形技术(Rapid-Prototyping,简称RP)的发展引起了制造业巨大变革,已成为众多企业和国内外知名高校的研究热点。光固化快速成型是目前世界上研究最深入、技术最娴熟、应用最广泛的一种快速成型方法。该技术在各个领域获得了广泛应用,特别是在产品的样机制造、缩短研制周期、增加市场竞争力等方面越来越显示其强大的优越性,同时该技术又不断的得到完善和发展。三、课题研究现状开发不同档次、不同用途的机型。一方面开发高精度、高性能的机器,以满足对制件尺寸、形状和表面质量要求较高或有特殊要求的用户的要求,例如美国3Dsystem公司近几年推出的SLA-3500、SLA-5000机使用半导体激励的固体激光器,扫描速度达到2.45m/sec和5m/sec,成形层厚最小可达0.05mm,而SLA-7000扫描速度可达9052m/sec,成形层厚最小可达0.025mm。另一方面,开发专门用于检验设计、模拟制品可视化,而对尺寸精度、形状精度和表面粗糙度要求不高的概念机。四、课题研究内容首先阅读大量相关文献资料,教材,包括机械设计制造的原理及方法,总结光敏树脂固化成形机起升机构的分类及其在实际应用中的优缺点,并针对优缺点进行分析。然后针对使用场合和使用环境,初步确定设计方案,通过对结构的进一步分析优化,尽可能的使结构合理化,简单化。设计的主要工作如下:1.设计方案的拟定;2.参数的拟定;3.整体结构的设计;4.起升机构的设计;5.光敏树脂树脂箱的设计。五、课题研究方案设计计算与图纸的绘制结构与工作原理分析设计方案的确定设计任务的确定起升机分类及特点分析机构设计的分类及特点分析设计方案分析六、进度安排第一阶段:2011年11月到2012年1月,确定毕业设计题目,查阅并收集整理相关资料;第二阶段:2012年2月到20012年3月,确定研究方法,分析处理数据,撰写论文大纲; 第三阶段:2012年3月到2012年4月,构思论文内容,设计开题报告,完成论文初稿的撰写;第四阶段:2012年4月到2012年5月,论文修改润色,完成论文终稿,送交指导老师评审,进行答辩。七、预期结果通过对光敏树脂固化成形机起升机构的设计与研究,全面掌握光敏树脂固化成形机起升机构的基本结构、工作原理以及工作性能特点。并针对现有的一些设计方面的不足之处提出自己的观点、与改进。绘制出系统中各主要机构的零件图和装配图。进行相应的实验,基本达到实用效果,并为以后参加工作打下坚实的基础。通过了解、熟悉有关光敏树脂固化成形机起升机构的设计创新情况,得知光敏树脂固化成形机起升机构的发展现状与应用前景。本次开题报告只是初步的设计构思,但理论上仍具有可行性,实践还有待进一步证明。八、参考文献朱林泉,白培康,朱江森,快速成型与快速制造技术,北京:国防工业出版社,2003。01王广春,快速原型技术及其应用。北京北学工业出版社,2006.11吴幼军,褚衡,邮华兴,激光光固化快速成型用光敏树脂的研制。塑料科技,2003,(3):7-11陈斌,李浩亮,刘廷章,快速成型机的远程驱动技术研究,组合机床与自动化加工技术,2004(2):87-88指导教师意见:指导教师签名:年 月 日教研室意见:审查结果: 同 意 不 同 意教研室主任签名:年 月 日中国地质大学长城学院2012届毕业设计摘 要阐述了快速成型技术的加工过程,突破了传统的加工方法上的许多限制,在主要的几种快速成型工艺方法中,光固化成型法已成为当今研究发展最成熟、应用最为广泛的RP典型技术。光固化快速成型以光敏树脂为原料,计算机控制紫外激光按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐行扫描,使被扫描区域的树脂薄层 光聚合反应而固化,形成零件的一个薄层。文中设计的起升机构借鉴了螺旋起升机的工作原理。螺旋传动起升机基本原理是利用电机,通过减速器减速后,带动螺母旋转,转化为丝杆的轴向运动,从而推动物体上升。主要内容如下:对光固化快速成型系统控制原理进行了研究;设计起升机构;选择电动机;设计减速机构;控制电路的设计;简要阐述在流水线作业中,螺旋传动原理等。关键词: 光固化快速成型;电动;螺旋传动AbstractExpounds the machining process of the rapid prototyping technology, break through the traditional processing method many of the restrictions on, in a few of the main rapid prototyping technology method, uv-curable ChengXingFa has become the research and development the most mature, most widely used RP typical technology. Light curing photosensitive resin in rapid prototyping as raw materials, computer control laser by part of ultraviolet each layered section information in lightsensitive resins surface manufacture progressive-scan, make be scanning the area light thin layer of resin curing polymerization, forming parts of a thin layer. The design of lifting mechanism for the spiral up the work principle of mining. And the basic principle is that the motor drives the rotary nut through the deceleration agencies, screw into the axial campaign, and then lift the objects .The main contents as follows: research the principle of spiral jack and the principles and methods of the spiral lifting, design the agencies of spiral lifting; motor choice; design deceleration agencies; select keys and bearings, design the control circuit; describe the principle of the screw jack on the assembly line operation.Keywords: Stereo Lithography Apparatus; Electrical; Spiral drive目 录1 绪论11.1快速成型技术11.2光固化快速成型技术的控制原理及应用12 设计方案的确定42.1螺旋传动设计方案42.1.1螺旋传动概述42.1.2螺旋传动方案的确定52.2减速传动机构设计方案63 传动系统的设计73.1螺旋传动部分计算73.1.1螺杆直径的计算73.1.2螺纹部分强度计算73.2电机的选择93.2.1电动机功率计算103.2.2传动效率103.2.3确定电机转速113.3减速机构的设计123.3.1材料的选择123.3.2蜗轮蜗杆传动基本尺寸133.3.3 强度校核163.3.4蜗轮蜗杆传动中的作用力分析163.3.5实际传动动力参数174 辅助装置的设计194.1轴承的选择194.1.1轴承的选择因素194.1.2轴承的型号确定204.1.3轴承校验204.2键的选择234.3联轴器的设计与计算24结论26致 谢27参考文献28 1 绪论1.1快速成型技术快速成型技术(Rapid Prototyping,RP)是国际上20世纪80年代后期发展起来的一种新型的先进制造技术。由于在其加工过程中,材料处在一个逐点或逐层堆积的过程中,因而该技术属于材料堆积成型的制造技术,也称为“增加”加工法、“生长型制造”,快速成型技术能够根据零件的CAD模型直接成型复杂的零部件或模具,不需要任何工装,突破了传统“去材”加工法或“变形”加工法的许多限制,如:产生切削和工艺废料等材料利用率的缺陷以及由于受刀具或模具形状限制无法制造复杂形状产品制件的不足,是制造技术领域得一次重大突破。在主要的几种快速成型工艺方法中,光固化成型法SLA是最早被提出并商业化应用的。1986年美国的Charles W Hull 博士首次在他的博士论文中提出用激光照射液态光敏树脂,固化分层制作三维物体的快速成型概念,并申请了专利。1988年,美国的3D Systems公司根据该专利商业化了第一台现代快速成型机SLA250,以液态树脂选择性地固化成形零件,开创了快速成型技术的新纪元。经过了近20年的发展,SLA已成为当今研究发展最成熟、应用最为广泛的RP典型技术,在全世界安装的快速成型机中光固化成型系统约占60%。1.2光固化快速成型技术的控制原理及应用快速成型技术是当今世界飞速发展的制造技术之一。这种方法能简捷、全自动地制造出历来各种加工方法难以制作的复杂立体形状,在加工技术领域具有划时代的作用。 光固化快速成型技术(Stereo Lithography Apparatus 简称SLA)是80年代中期开发的先进制造手段,在快速成型方法中使用较为广泛。它的突破性在于将传统的“去除”加工法(由毛坯去除多余部分制成零件)改进为增加加工法(由材料逐层累积形成零件)。SLA以其方便、生产周期短而在铸造、模具与塑料加工行业得到了越来越广泛的应用。 1.2.1 成型原理 光固化快速成型制造技术不同于传统的材料去除制造方法,它的成型原理是:SLA将所设计零件的三维计算图像数据转换成一系列很薄的模型截面数据,然后在快速成型机上,用可控制的紫外线激光束,按计算机切片软件所得到的每层薄片的二维图形轮廓轨迹,对液态光敏树脂进行扫描固化,形成连续的固化点,从而构成模型的一个薄截面轮廓。下一层以同样的方法制造。该工艺从零件的最底薄层截面开始,一次一层连续进行,直到三维立体模型制成。一般每层厚度为0.0760.381mm,最后将制品从树脂液中取出,进行最终的硬化处理,再打光、电镀、喷涂或着色即可。图1所示为SLA控制原理示意图。 图1 SLA 控制原理要实现光固化快速成型,感光树脂的选择也很关键。它必须具有合适的粘度,固化后达到一定的强度,在固化时和固化后要有较小的收缩及扭曲变形等性能。更重要的是,为了高速、精密地制造一个零件,感光树脂必须具有合适的光敏性能,不仅要在较低的光照能量下固化,且树脂的固化深度也应合适。 1.2.2 成型过程及控制 光固化快速成型的过程分为前处理、分层叠加成型及后处理三个阶段,具体步骤如图2所示。 图2 SLA 的工艺过程快速成型机只能接受计算机构造的三维模型,然后才能进行切片处理。因此,应在计算机上采用计算机三维辅助设计软件,根据产品的要求设计三维模型或将已有产品的二维三视图转换成三维模型。 制品越复杂,构制三维模型越困难。用于构造模型的计算机辅助设计软件很关键,要求具有较强的三维造型功能。目前快速成型行业中常用的计算机辅助软件系统主要有Pro/ENGINEER、AutoCAD等。其中,Pro/ENGINEER软件因有较强的实体造型和表面造型功能,可构造非常复杂的模型,所以受到许多用户的好评,但其价格较贵,系统较庞大,使用界面不够友好,新用户使用常需一段熟悉和积累经验的过程。AutoCAD虽价格低,操作简单,但成型复杂制品困难,设计费工费时。近年推出的SolidWorks的价格比较便宜,能基本满足三维造型的要求,且界面友好,容易掌握,因此不少用户对此软件感兴趣。 上述计算机辅助设计软件产生的模型文件输出格式有多种,基中常见的有IGES(International Graphics Exchange Standard)、HPGL(HP Graphics Language)、STEP(Standard for the Exchange of Product)、DXF、STL(Stereo Lithography Interface Specification)等。STL格式是快速成型机常采用的一种模型文件输出格式。 1.2.3 应用 要将一种新产品成功地投入到竞争激烈的市场中需要其产品开发的速度快及生产周期短。只有将快速与柔性制造工艺结合才能达到理想效果。SLA集现代控制技术、CAD/CAM技术、激光技术和新材料科学的成果与一体,突破了传统加工模式,大大缩短了产品的生产周期,提高了产品的市场竞争力。目前光固化快速成型技术的应用主要有: (1) 用SLA制造模具 用SLA工艺快速制成的立体树脂模可以代替蜡模进行结壳,型壳焙烧时去除树脂膜,得到中空型壳,即可浇注出具有高尺寸精度和几何形状、表面光洁度较好的合金铸件或直接用来制注射模的型腔,可以大大缩短制模过程,缩短制品开发周期,降低制造成本。 (2) 对样品形状及尺寸设计进行直观分析 在新产品设计阶段,虽然可以借助设计图纸和计算模拟对产品进行评价,但不直观,特别是形状复杂产品,往往因难于想象其真实形貌而不能作出正确、及时的判断。采用SLA可以快速制造样品,供设计者和用户直观测量,并可迅速反复修改和制造,可大大缩短新产品的设计周期,使设计符合预期的形状和尺寸要求。2 设计方案的确定2.1螺旋传动设计方案2.1.1螺旋传动概述螺旋传动是利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动,将转矩转换成推力。按工作特点,螺旋传动用的螺旋分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。(1)传力螺旋:以传递动力为主,它用较小的转矩产生较大的轴向推力,一般为间歇工作,工作速度不高,而且通常要求自锁,例如螺旋压力机和螺旋千斤顶上的螺旋。(2)传导螺旋:以传递运动为主,常要求具有高的运动精度,一般在较长时间内连续工作,工作速度也较高,如机床的进给螺旋(丝杠)。(3)调整螺旋:用于调整并固定零件或部件之间的相对位置,一般不经常转动,要求自锁,有时也要求很高精度,如机器和精密仪表微调机构的螺旋。按螺纹间摩擦性质,螺旋传动可分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。滑动螺旋传动又可分为普通滑动螺旋传动和静压螺旋传动。1)滑动螺旋传动通常所说的滑动螺旋传动就是普通滑动螺旋传动。滑动螺旋通常采用梯形螺纹和锯齿形螺纹,其中梯形螺纹应用最广,锯齿形螺纹用于单面受力。矩形螺纹由于工艺性较差强度较低等原因应用很少;对于受力不大和精密机构的调整螺旋,有时也采用三角螺纹。一般螺纹升程和摩擦系数都不大,因此虽然轴向力F相当大,而转矩T则相当小。传力螺旋就是利用这种工作原理获得机械增益的。升程越小则机械增益的效果越显著。滑动螺旋传动的效率低,一般为3040%,能够自锁。而且磨损大、寿命短,还可能出现爬行等现象。2)静压螺旋传动 螺纹工作面间形成液体静压油膜润滑的螺旋传动。静压螺旋传动摩擦系数小,传动效率可达99%,无磨损和爬行现象,无反向空程,轴向刚度很高,不自锁,具有传动的可逆性,但螺母结构复杂,而且需要有一套压力稳定、温度恒定和过滤要求高的供油系统。静压螺旋常被用作精密机床进给和分度机构的传导螺旋。这种螺旋采用牙较高的梯形螺纹。在螺母每圈螺纹中径处开有36个间隔均匀的油腔。同一母线上同一侧的油腔连通,用一个节流阀控制。油泵将精滤后的高压油注入油腔,油经过摩擦面间缝隙后再由牙根处回油孔流回油箱。当螺杆未受载荷时,牙两侧的间隙和油压相同。当螺杆受向左的轴向力作用时,螺杆略向左移,当螺杆受径向力作用时,螺杆略向下移。当螺杆受弯矩作用时,螺杆略偏转。由于节流阀的作用,在微量移动后各油腔中油压发生变化,螺杆平衡于某一位置,保持某一油膜厚度。3)滚动螺旋传动用滚动体在螺纹工作面间实现滚动摩擦的螺旋传动,又称滚珠丝杠传动.滚动体通常为滚珠,也有用滚子的。滚动螺旋传动的摩擦系数、效率、磨损、寿命、抗爬行性能、传动精度和轴向刚度等虽比静压螺旋传动稍差,但远比滑动螺旋传动为好。滚动螺旋传动的效率一般在90%以上。它不自锁,具有传动的可逆性;但结构复杂,制造精度要求高,抗冲击性能差。它已广泛地应用于机床、飞机、船舶和汽车等要求高精度或高效率的场合。滚动螺旋传动的结构型式,按滚珠循环方式分外循环和内循环。外循环的导路为一导管,将螺母中几圈滚珠联成一个封闭循环。内循环用反向器,一个螺母上通常有24个反向器,将螺母中滚珠分别联成24个封闭循环,每圈滚珠只在本圈内运动。外循环的螺母加工方便,但径向尺寸较大。为提高传动精度和轴向刚度,除采用滚珠与螺纹选配外,常用各种调整方法以实现预紧。常用的载重螺旋有矩形,梯形和锯齿形等。矩形螺纹传动效率高,但螺纹强度较低,精确制造较困难,对中准确性较差,磨损后无补偿,因此应用受限制,矩形螺纹无标准。梯形螺纹加工容易,强度较大,但效率较低。锯齿形螺纹矩形螺纹效率高,梯形螺纹强度大的特点,一般用于承受单向压力,常用在压力机上。螺杆材料应具有足够的强度和耐磨性,以及良好的加工性能,不经热处理的螺杆一般选用Q275,35,45号钢,重要的经热处理的螺杆可以选用65Mn,40Cr或20C rMnTi钢。精密传动螺杆可用9MnV,CrMn,38CrMoAl钢等。螺母材料除要有足够的强度外,还要求在与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。常选用铸造青铜ZQSn6-6-3,ZQSn10-1,速度低,载荷较小时,也可选用高强度铸造铝青铜或铸造黄铜,重载时可用铸铁,耐磨铸铁。尺寸大的螺母可用钢或铸铁做外套,内部浇注青铜。高速螺母可浇注巴氏合金。螺旋传动用矩形,梯形或锯齿形螺纹,其失效形式多为螺纹磨损。而螺旋直径螺母的高度由耐磨性要求决定。传力较大时,应校验螺杆部分或其他危险部位强度,以及螺母,螺杆的螺纹牙的强度。要求自锁时,应检验螺纹副的自锁条件。对于长径比很大的受压螺杆,应检验其稳定性。因此,本设计中螺旋副材料选取钢青铜材料,螺杆选取45号钢。螺纹选用梯型螺纹,右旋单线。2.1.2螺旋传动方案的确定本设计的重点是如何将电机输出的回转运动转换为螺杆的直线运动。这也是整个传动系统设计的关键。根据机械设计等相关参考资料,可得到把回转运动转化为直线运动的四种方式:(1)螺杆转动,螺母移动;(2)螺母转动,螺杆移动;(3)螺母固定,螺杆转、移动;(4)螺杆固定,螺母转、移动;考虑到起升部件与物体接触,而起升部件与物体间不可发生相对运动,而且必须与物体充分接触,因此排除方案(1)、(4),而方案(3)又不方便输入传动方案的设计,因此选择方案(2)作为起升部分的传动方案。2.2减速传动机构设计方案减速传动机构通常有蜗轮蜗杆传动,齿轮传动,带传动,链传动,摩擦轮传动等等。考虑到本设计要求的传动紧凑,传动比较大,因此选用蜗轮蜗杆传动作为本设计的减速传动机构。蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动。在绝大多数情况下,两轴在空间上是互相垂直的,轴交角为90度。它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造部门中,最大传动功率可达到750千瓦,通常用在50千瓦以下;最高滑动速度可达35m/s,通常用在15m/s以下。蜗杆传动的主要优点是结构紧凑,工作平稳,无噪声,冲击振动小以及能得到很大的单级传动比。在传递动力时,传动比一般为8100,常用的为550。在机床工作台中,传动比可达几百,甚至达到一千。这时,需采用导程角很小的单头蜗杆,但传动效率很低,只能用在功率很小的场合。在现代机械制造业中正力求提高蜗杆传动的效率,多头蜗杆的传动效率已经可达到98%。与多级齿轮传动相比,蜗杆传动零件数目少,结构尺寸小,重量轻。缺点是在制造精度和传动比相同的条件下,蜗杆传动的效率比齿轮传动低,同时蜗轮一般需用贵重的减磨材料制造。3 传动系统的设计3.1螺旋传动部分计算3.1.1螺杆直径的计算 式(3.1)表 3-1滑动螺旋副许用比压P 螺杆材料螺母材料许用比压速度范围钢青铜1825低速钢钢7.513低速钢铸铁13182.4m/min钢青铜11183.0m/min取钢青铜螺旋副p=20Mpa,f=0.080.1,最大负载F=25000N,代入式(3.1)得: 根据梯形螺纹国家标准,取螺纹为Tr其基本参数为:螺杆外径:,中径:,螺杆小径:,螺母小径:,螺母大径:,螺距:3.1.2螺纹部分强度计算梯形螺纹牙型角当量摩擦角 将螺纹部分展开,其受力图如图3-1所示, 图3-1作用在螺母上的扭矩螺杆受力如图3-2所示,由图可知,螺杆上与螺母旋合处扭矩最大,且图3-2根据第四强度理论,得:螺杆危险截面的当量应力 表3-2螺杆与螺纹牙强度项目许用应力Mpa螺杆强度 为屈服极限螺纹牙强度材料剪切弯曲钢0.6(11.2)青铜30-404060铸铁404555耐磨铸铁405060蜗杆材料为45号钢,由表3-2可知,它的许用应力为=12072Mpa,满足要求。自锁条件:=12m/s26m/s和持续运转的工况,离心铸造的可得到致密的细晶粒组织,可取大值,沙型铸造的取小值。(2)铸铝青铜 适用于Vs=10m/s的工况,抗胶合能力差,蜗杆硬度应不低于45HRC。(3)铸铝黄铜 点蚀强度高,但磨损性能差,宜用于低滑动速度场合。(4)灰铸铁和球墨铸铁 适用于Vs=2.25转速系数:,弹性系数:根据蜗轮副材料查表3-7得,寿命系数:设机器使用寿命,则寿命系数接触系数:由参考文献1图13.12I线查得接触疲劳极限:查参考文献表3-7得表3-7蜗轮材料 力学性能和设计数据蜗轮材料力学性能设计数据HBMpaMpa%MpaMpaMpam/s铸锡青铜22013080388.31472651151233017090488.314742519026铸锡青铜铸锡青铜240120701298.11523501651227014080798.115243019026铸铝青铜49018010013122.616425040010续表3-7 蜗轮材料力学性能设计数据HBMpaMpa%MpaMpaMpam/s铸铝青铜54020011015122.616426550010铸铝青铜63025015716122.61645502701070030016013122.616466037710铸铝青铜67031016718122.6164250402107504001855122.616426550210注:表中每项第一行为砂型铸造,第二项为离心铸造接触疲劳最小安全系数: 取中心距:代入数据得:, 取标准值蜗杆头数:, 取蜗轮齿数:, 取模数: , 取蜗杆分度圆直径:, 取标准值蜗轮分度圆直径:蜗杆导程角: 蜗轮宽度: , 取蜗杆圆周速度: 蜗杆尺寸:齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆螺纹长度 , 取蜗轮尺寸:齿顶圆直径齿根圆直径3.3.3 强度校核(1)齿面接触疲劳强度验算许用接触应力:最大接触应力: 满足条件(2)轮齿弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳极限弯曲疲劳最小安全系数许用弯曲疲劳应力轮齿最大弯曲应力 满足条件。3.3.4蜗轮蜗杆传动中的作用力分析在蜗杆传动中作用在齿面上的法向压力仍可分解为圆周力、径向力和轴向力。显然,作用于蜗杆上的轴向力等于蜗轮上的圆周力,蜗杆上的圆周力等于蜗轮上的轴向力;蜗杆上的径向力则等于蜗轮上的径向力。这些对应的力的数值相等,方向彼此相反。如图3-5所示。图3-5蜗轮蜗杆受力图蜗轮上作用力 3.3.5实际传动动力参数由于蜗轮蜗杆各基本尺寸需圆整为标准值,传动比最终确定为且蜗轮蜗杆传动效率与估计值略有差别,因此,实际传动、动力参数如下:(1)各轴实际转矩:螺母:Nmm蜗轮:=54059/0.98=55162 Nmm蜗杆: Nmm电机轴: Nmm(2)各轴实际转速蜗杆:r/min蜗轮: r/min螺母: r/min螺杆:m/min(3)电机实际功率KWF,满足条件,因此下端轴承选用51111型。上端轴承受力比较小,因此只需考虑安装问题,结合自制螺母的直径,选用51108型平面推力轴承。(2)蜗杆轴承的选择根据蜗杆的受力图可知,蜗杆牙部分除受径向力外还受轴向力的作用,因此选用轴承时考虑优先选用能同时承受径向力和轴向力的圆锥滚子轴承,型号:30205。4.1.3轴承校验(1)计算圆锥滚子轴承寿命图4-1 蜗杆及轴承受力分析已求得:蜗杆所受径向力,轴向力.查手册30205轴承主要性能参数:Cr=32.2KN,=37KN,=7000r/min,e=0.37,Y=1.6,=0.9,a=12.5所以,附加轴向力; 因为,所以,右端轴承被压紧,则:轴承轴向力, ,取=1,=0;,取=0.4,=0.4cot12.5=1.8考虑平稳运转,冲击载荷系数=1,当量动载荷 因为P1T1(54059)(2)螺杆与联轴器处键的选择参考轮毂及轴径,选择为的键,取键长L=25mm;许用转矩 = T3(4352) 合格4.3联轴器的设计与计算联轴器是用于连接不同机构中两轴,使他们在传递运动和动力过程中一起回转而不脱开。联轴器主要有机械式,液力式和电磁式三种。机械式连轴器是应用最广泛的连轴器,它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩。液力式好电磁式是借助于液力和电磁力来传递转矩。联轴器广泛用于船舶,机车,汽车,冶金矿山,石油化工,其重运输,纺织,轻工,农业机械,印刷机械和泵,风机,机床等各类机械设备传动系统中。联轴器的种类很多,按其性能分为:(1) 刚性联轴器1)套筒联轴器2)凸缘联轴器3)夹壳联轴器4)紧箍咒夹壳联轴器(2)挠性联轴器1)无弹性元件挠性联轴器2)非金属弹性元件挠性联轴器3)金属弹性元件挠性联轴器联轴器选择应考虑的问题:在深知所设计产品的工况及技术要求的情况下,选择联轴器应考虑以下问题:(1)所需传递转矩大小、载荷性质及产品对缓冲和减振方面的要求;(2)轴的转速高低和引起的离心力大小;(3)两轴对位移大小(径向位移、轴向位移、角位移);(4)联轴器的制造、安装、维修、成本。在本设计中,选择联轴器的基本决定因素是联轴器所受扭矩的大小。(也即电机轴的扭矩)求得,电机轴的扭矩由于联轴器已标准化,只需根据其所受最大扭矩及轴径大小选择联轴器,因此,综合考虑,选择YL1型凸缘联轴器,其基本参数见表4-2。表4-2YL1型凸缘联轴器基本参数公称扭矩Tn许用转速n r/min轴孔直径mmLmmDmmD1mm螺栓L0mm重量kg数直径 108100193071533M6640.94 图4-2YL1型凸缘联轴器结论本次毕业设计是大学所学知识的全面应用和检测,它使我对产品的先期调研、设计方案的提出、到最终设计的完成有了比较理性的认识,为以后的工作打下了基础,积累了经验。本次设计的起升机构具有结构紧凑、体积小、重量轻、动力源广泛、无噪音、安装方便、使用灵活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用寿命长等许多优点。可以单台或组合使用,能大致控制调整提升的高度,可以用电动机或其他动力直接带动,也可以手动。比如说如果用液压马达代替电动机,则可以实现液压的远程控制;也可以用柴油机代替电动机,在没有电的时候使用。在设计的时候,把起升的最大载荷和起升的速度作为设计的原始数据,因此,可以根据使用的场合不同、起升的最大载荷不同设计出相应的产品。通过这次比较完整的起升机构设计,我摆脱了单纯的理论知识学习状态,和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识,解决实际工程问题的能力,同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且意志品质力,抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心,让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心,但也存在一定的不足,这新不足在一定程度上限制了我们的创造力。比如我的设计在蜗轮和螺母的材料选择上有一定的不足,我选择的材料是铸铝青铜,这种材料比较昂贵,以后必须研制出一种新型的低成本的减磨材料,这样产品才有推向市场,得到广泛推广的可能。在这个能源、原材料紧缺的社会中,这无疑是很让我自身感到遗憾的,可这些不足正是我们去更好的研究更好的创造的最大动力,只有发现问题面对问题才有可能解决问题,不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行,今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现,并争取尽快的掌握这些先进的知识。致 谢到今天我的毕业设计已经圆满的完成了。在此,我要特别感谢我的指导老师,在这段时间内他给了我莫大的帮助,对于我的每一个问题都耐心的讲解和指导。正由于他的热心地帮助和指导,我的毕业设计才能够顺利的完成。老师严谨治学的态度和精神也是我在这次设计过程中学到的宝贵的财富。指导老师不仅关心我的设计,还在找工作方面给了我无微不至的关怀和正确的建议,这些都是我不断前进的动力,必将对我今后的学习和生活受益匪浅,我将终生学习和铭记。在此,谨向指导老师的培育之恩表示最深的谢意!大学四年的学习和生活即将告别。感谢这四年各位任课老师对我的教诲,各位同学给我的帮助!感谢与我共同走过大学的朋友们、同学们!感谢所有帮助过我的老师、同学、朋友,同时祝愿你们在以后的日子里,开心、快乐!参考文献1 邱宣怀.机械设计.第四版. 高等教育出版社, 2003.42 龚湘义. 机械设计课程设计指导书. 第二版.高等教育出版社, 2004.43 张建中. 机械设计基础课程设计. 中国矿业大学出版社, 2005.24 哈尔滨工业大学 龚湘义. 机械设计课程设计图册.第三版. 高等教育出版社, 2004.1 5 实用机械设计手册编写组编。实用机械设计手册 第二版 机械工业出版社6 范思冲等编著画法几何及机械制图. 机械工业出版社7 李洪、曲中谦. 实用轴承手册. 辽宁科学技术出版社8 杨黎明. 传感器技术. 国防工业出版社9 (德)尼曼,温特尔著.机械零件.第2版.第1卷,余梦生,倪文馨译,1985;第2卷,余梦生,王成焘,高建华译;1989;第3卷,张海明译,1991;北京,机械工业出版社10 徐寅主编,机械设计手册.北京,机械工业出版社,199130 中国地质大学长城学院2012届毕业设计中国地质大学长城学院本科毕业设计文献综述系 别: 工程技术系 专 业: 机械设计制造及其自动化 姓 名: 何飞 学 号: 05208308 2012年5月4日文献综述 随着科学技术和社会需要的发展,人们对工业产品的要求不断提高,传统的制造方法不但需要采用多种机械加工机床、工具、模具,而且成本高、周期长,已经不能适应迅速发展的时代要求,因此,在客观上需要一种可以直接将设计数据快速转化为三维实体的技术,而快速成型技术正能够满足这些要求。所谓快速成型技术,是当今世界上飞速发展的制造技术之一,它是机械工程,CAD、数控技术、激光技术及材料科学技术的综合应用,可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而可以对产品设计进行快速评估,修改及功能试验,大大缩短产品设计进行快速评估,修改及功能试验,大大缩短产品的研制周期,是今年来制造技术领域中最热门的研究课题之一。1 快速成型技术特点1.1 快速性 通过STL格式文件,快速成型制造系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接,CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十个小时,可实现产品开发的快速闭环反馈,以快速原型为母板的快速模具技术,能够在几天内制作出所需材料的实际产品,而通过传统的钢制模具制作,至少需要几个月的时间。1.2 高度集成化 快速成型技术实现了设计与制造的一体化,在快速成型工艺中,计算机中的CAD模型数据通过接口软件转化为可以直接驱动快速成型设备的数控指令,快速成型设备根据数控指令完成原型或零件的加工。1.3 与工件复杂程度无关快速成型技术由于采用分层制造工艺,将复杂的三维实体离散成一系列层片加工和加工层片之叠加,大大简化了加工过程,它可以加工复杂的中空结构且不存在三维加工中刀具干涉的问题,理论上可以制造具有任意复杂形状的原型和零件。1.4 高度柔性快速成型系统是真正的数字化制造系统,仅需改变三维CAD模型,适当地调整和设置加工参数,既可完成不同类型的零件的加工制作,特别适合新产品的开发或单件小批量生产,并且,快速成型技术在成型过程中无需专用的夹具或工具,成型过程具有极高的柔性,这是快速成型技术非常重要的一个技术特征。1.5 自动化程度高快速成型是一种完全自动成型过程,只需要在成型之初由操作者输入一些基本的工艺参数,整个成型过程操作者无需或较少干预,出现故障,设备会自动停止,发出警示并保留当前数据,完成成型过程时,机器会自动停止并显示相关结果。2 快速成型技术应用现状今年来,快速成型技术在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到迅速良好的应用,主要包括以下几个方面:2.1 设计和功能验证通过快速成型技术可以快速制作产品的物理模型,以验证设计人员的构思,发现产品设计中存在的问题,而使用传统的方法制作原型意味着从绘图到工装模具设计和制造,一般至少历时数月,经过多次返工和修改,采用快速成型技术则可节省大量时间和费用,同时,使用快速成型技术制作的原型可直接进行装配检验,干涉检查和模拟产品真实工作情况的一些功能试验,如运动分析、应力分析、流体和空气动力学分析等,从而迅速完善产品的结构和性能,相应的工艺及所需工模具的设计。2.2 非功能性样品制作在新产品正式投产之前或按照定单制造时,需要制作产品的展览样品或摄制产品样本照片,采用快速成型是理想的方法。邵敏在首饰设计方面提出首饰设计是立体的物质实体性设计,在设计展开的不同阶段,具体创意靠效果图检验不出实体体量关系,必须辅以立体模型对设计方案加以不断检测和修改,运用快速成型技术代替传统手工模型制作能够更加精确、快速、直观、完整地传递产品的信息,更重要的是建立起一种并行结构的设计系统,将设计、结果分析、制造三位一体优化集成于一
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