基于并联臂结构的3D打印机设计【含11张CAD图纸、文档全套】【GC系列】
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附录1 外文译文入门级3D打印机的PLA材料性能测试摘要一台入门级的3D打印机，the MakerBot Replicator 2x，使用平均价格、通用品牌的PLA材料(类似一个家庭用户可以购买的灯丝)打印标本进行拉伸，弯曲和疲劳测试。试样在0、45、90的光栅方向上打印，以测试方向对部分强度的影响。PLA细丝也受拉伸试验。对3d打印试样的拉伸试验表明，45的光栅方向角使试样的最大抗拉强度为64 MPa。在58 MPa和54 MPa的情况下，采用三点弯曲夹具对印刷试样进行弯曲试验，0和90的光栅方向不太明显。对于这种类型的测试，0的光栅方向产生了最强烈的部分，最终的弯曲应力为102 MPa。45和90光栅方向类似的结果在90 MPa和86 MPa。疲劳测试没有明确的最佳选择，但显然有一个糟糕的选择，90光栅取向，这个方向明显比其他两个光栅方向的疲劳寿命要低。另外两个光栅方向，0和45非常相似。PLA细丝测试采用bollard式夹头，表明PLA灯丝显示的力学性能与印刷样品相似-当测试在较高的应变率时，损伤没有发挥重要的作用。这可能会导致回收失败的3d打印作业，并将其转化为可重复使用的细丝。引言3d打印机已经成为家庭用户的必备。事实上，有许多高质量的3d打印机，售价在3000美元以下，包括双挤出机。许多这样的消费者级3d打印机正以打印机的形式出售，这些打印机使用的是PLA，而不是更传统的，更难以印刷的丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)材料。PLA比ABS结实，但更脆。PLA有一个较低的热膨胀系数，它减少了翘曲的影响，不附着在印刷表面上，并且在印刷时出现了很大的部分开裂。但PLA的最明显的缺点是较低的载荷挠度温度(50到140C)，这将导致印刷部件变形时暴露在温暖的环境中。一公斤的材料大约是50美元(在2014年初)。考虑到这一切，很容易理解为什么许多3d打印机制造商正在生产和支持3d打印机，这些打印机只使用PLA。现在很多人都是这样，而且很快就会有更多的人用自己的3d打印机在自己家里打印。仅MakerBot公司在过去的5年里就售出了15000多台3d打印机。ABS的材料特性和特性已经得到了很好的研究，包括许多对打印方向的研究。这些研究大多是在“专业”模型机器上进行的。消费者机器的打印质量基本上未被测试，而描述3d打印的PLA材料特性的文献是找不到的。本研究旨在从消费者3d打印机上开始了解3d打印PLA的行为。对试件进行了拉伸强度、抗弯强度和疲劳性能的研究，并进行了拉伸试验。默认情况下，如果3d打印机的MakerBot系列使用的MakerWare软件被告知要在100%填充的情况下打印一个样本/对象，那么切片软件就会在交替的光栅方向上打印，层层叠加。一种自定义的印刷资料，是为了将标本完全印在单个光栅方向上，以检查印刷方向，因为它与材料各向异性有关。实验步骤在PLA细丝上进行了几种类型的力学性能测试，并使用PLA进行3d打印。所有标本都印在消费者3d打印机上，即MakerBot Replicator 2x。自定义打印配置文件用于控制切片/打印软件，该软件允许在单个指定的光栅方向上打印整个样品。每个标本都单独打印在打印床的中心，以便尽可能地生产出所有的标本。对于所有的标本，在标本的周长上使用了两个“外壳”，在标本的内部用100%填充指定的光栅朝向。PLA材料挤压在230C、100毫米/秒的速度与加热床面在65C。所有的标本都是用同一品牌的PLA长丝，购买两个1公斤的线轴。每个标本在测试部分的几个位置分别测量厚度和宽度。根据ASTMs，采用最小的横截面面积(或梁中心的横截面面积进行弯曲试验)来确定合适的应力值。采用MTS通用加载机进行拉伸和疲劳试验。对3d打印试样进行拉伸试验，并进行了MTS 858加载框架MTS 25kN加载单元的所有疲劳试验。在一个5kN负载单元的MTS Insight加载框架上进行了PLA纤维的拉伸试验和弯曲试验。在两台机器上，都使用LVDTs来测量位移，而MTS扩展器(型号634.31F-24)的长度为20mm，用于测量3d打印试样的拉力测试。所有测试都是在室温下进行的(大约20C)。样品经ASTM D638标准试验方法测定塑料的拉伸性能。MTS楔形钳以5mm /min的速度移动，数据(力、抓地力和应变)在100hz处收集。MTS型号634.31F-24伸长计(20毫米长度)用于测量应变。在本研究中测试的三个光栅方向上分别测试了5个样本。根据ASTM D790 -标准试验方法对未加筋和增强塑料和电气绝缘材料的弯曲性能进行了测试。采用MTS三点式弯曲试验台。使用了5.1 cm的支撑跨度。握杆以10毫米/分钟的速度移动，造成挠曲。标本的制作时间超过了必要的长度，以保证在试样偏转时，支撑足够的长度。3d打印试件单轴疲劳试验根据ASTM D7791 -标准试验方法对塑料的单轴疲劳性能进行了MTS 858加载框架的疲劳试验。用聚氯乙烯补偿法对试件进行了持续的应力测试，以保证试件从未超载。根据ASTM，测试可以在20赫兹的速率下进行。因此，在这个实验中，试件在2赫兹，1000个周期时使用正弦加载波形，然后是5赫兹，10,000个周期，然后是20hz直到失败。失败被认为是一个完全断裂的标本。本实验的疲劳疲劳极限为100万次。如果标本没有突破一百万圈，测试就停止了。所有测试进行的应力比=1。PLA纤维拉伸试验PLA的长丝单独进行了测试。在MTS Insight加载框架中，用Bollard风格夹钳夹住了200mm的样品。采用几种置换率(500mm /min, 200mm /min, 50mm /min, 5 mm/min)来测试灯丝。结论3D打印的试样拉伸试验每个光栅方向角测试5个样品，在PLA的例子中，45的光栅方向产生了最强的样本。3D打印的样品弯曲测试在每个光栅方向上打印并测试了5个弯曲试件。在这次试验中，失败被认为是一个完全断裂的标本。然而，标本往往没有完全断裂。在没有完全断裂的标本中，有些标本破裂了，但外壳却保持在一起，而其余的标本则足够坚韧，不能断裂。最终，测试停止了，因为试件接触到了测试夹具。PLA印刷样品，断裂前0光栅定位印刷样品最高极限应力为102.203 MPa。3D打印试样疲劳测试疲劳试样被打印出来，然后加载，直到试件完全破裂(或达到疲劳极限)。最后，对于大多数0光栅取向标本，标本的外部“链”，在标距长度区,与主体分离的标本。据观察，这片标本没有提供任何支撑，因为它已经达到疲劳极限了，而且这条链最终会脱离标本。在每一个试样失败后，测量并减去用于计算他所需要的载荷的区域，以引起指定的交变应力。利用调整后的横截面面积对试件施加的荷载进行了“调整”应力值的计算。与所有疲劳试验一样，结果是随机的，尽管确定值的系数相当高。可以看出，90的光栅方向试样明显具有最低的疲劳能力。调整后0标本占“链”的断裂在测试过程中，不加载任何负载，图中可以看出，0标本疲劳强度比45标本高35 MPa以上。在35 MPa以下，45个标本具有最佳的疲劳寿命。这些趋势应该用更多的样本进行更深度的研究，并且应该在更大的压力水平上进行测试，以证实或否认这些发现。这项研究认为疲劳极限是100万次。在这项研究中，三个光栅取向的耐力极限测试为5 MPa(0标本),10 MPa(45标本),0.5 MPa(90标本)。细丝拉伸试验在不经过印刷工艺挤压的情况下，对细丝也进行了测试。用几中应变速率来测试细丝。对于两种最快的应变速率(500mm /min和200mm /min)，极限应力与弹性模量相似。两种较慢的应变速率(50mm /min和5 mm/min)具有较低的极限强度，但在失效前有较长的最大延伸率可能受到较长的测试时间的蠕变影响。尽管在试样中PLA塑料被加热并挤出了一段时间，但它的最终应力(不受蠕变影响)与印刷标本的结果相似。这一发现可能是有用的，可以考虑是否从3d打印的浪费PLA材料可以回收到新的灯丝，用于未来的印刷。显微镜评估用Keyence VHX-600显微镜对试样的几个小特征进行了视觉评价。通过这一评价，指出了印刷质量存在的几个问题。最值得注意的是在0光栅取向，3d打印机在试件的半径部分和整个试样的一侧都留有间隙。在高应力(低循环)疲劳试验过程中，印件与试件主体之间的间隙非常明显。用显微镜测量了几个样品之间的间隙。平均缝隙厚度为181.47 m。在这些高应力疲劳试验中，注意到试件的外壳与试件主体完全分离，并没有对试件的刚度造成影响，当载荷被循环时，试件留下的“松散的链”振动。这条松散的链看起来是在循环疲劳开始后几乎立即弯曲，在屈曲开始后很快就释放了。由于试件在没有峰值/谷机位移变化的情况下仍保持了完整的疲劳载荷，因此确定松散的断链对试件的负载没有贡献，因此松散的链断裂不应构成试件的失效。与0的光栅方向角显示的问题相比，45和90的方向没有在试件半径附近或任何地方的任何间隙问题。由于标本切片和分层的问题，所有的空间都可以填补。结论本文测试了PLA纤维和PLA打印试样的力学性能。拉伸试验中，45光栅取向标本强度是最高的。在疲劳测试，90标本显然是最不耐疲劳载荷。45标本和0标本的疲劳寿命非常相似，应进一步研究。然而，这45样本的疲劳强度极限是最高的。灯丝测试(在更高的应变率下，蠕变不是一个因素)显示了类似的结果印刷。标本的结果可能有助于确定打印作业失败是否可以回收再重新打印，显微镜的评价有助于确定印刷过程中标本留下的缝隙尺寸。附录2 外文原文分 类 号 密 级 宁( )学院毕业设计(论文)基于并联臂结构的3D打印机设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文）XXXXXXXX均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日目录摘 要IVAbstractV第1章 绪论61.1论文概述61.2 3D打印机国内外发展现状61.3本文研究内容71.4研究意义7第2章 3D打印机方案设计92.1 3D打印机应用92.2 3D打印机结构原理92.3 3D打印机总体方案102.4本章小结10第3章 3D打印机设计计算113.1设计参数113.2电机选型设计113.3联轴器的选用原则133.4带传动的设计153.5螺栓校核计算173.6轴承设计计算193.7齿轮参数设计校核213.8本章小结23第4章 3D打印机三维建模244.1 Solidworks三维建模技术244.2 3D打印机三维建模244.3 3D打印机装配354.4 本章小结37参考文献39致谢40摘 要三维打印（3Dprinting），即快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用（比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件）已经有使用这种技术打印而成的零部件。“三维打印”意味着这项技术的普及。三维打印通常是采用数字技术材料打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长，其价格也正逐年下降。三维打印技术以及由此带来的新的产业模式成为学术界、产业界、投资人及政策制定者共同关注的焦点和科技角逐的新方向,它的应用领域也非常广泛。三维打印技术提供了复杂的艺术品制作可能性,比传统的模具工艺更容易实现制造。此外,大尺寸艺术品,传统方法大多是设计者制作小比例的作品,然后再由数名工匠根据模型一同制作大比例的作品,工匠水平高低不一,最终作品失真度大,但是通过三维打印技术,目标模型可在计算机内调节比例,通过高精度高效率的打印制作,可以获得高精度的艺术作品。本文的设计内容为调研3D打印机工作原理以及发展现状，根据调研结果，针对当前应用较为广泛的3D打印机进行分析比较，综合各个结构的特点，设计3D打印机的构型方案。根据设计方案，对电机、轴承、带轮及其附属机构进行选型计算，并进行应力校核；最后根据设计方案，采用三维软件solidworks软件对3D打印机进行三维建模。 关键词: 3D打印机、结构设计、三维建模、复杂性AbstractThree 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 绪论1.1论文概述3D 打印技术在各行各业应用越来越广泛。去年全球投入到 3D 打印机、物料和服务的投入约为 27 亿美元，但是该市场在未来很长一段时间的年平均增长率将达到 29%。国外一些专家预测3d打印机市场将会增加30%多，在不久的将来将会超过几百亿甚至更多。 三维打印基本原理都是“分层制造,逐层叠加”, 利用计算机设计3 d CAD数据,计算材料积累方法一步一步制造实体部分。在传统的处理方法,更复杂的零件制造成本较高,周期越长,但3 d打印处理成本和周期只有相关部分的大小,没有形状的限制。没有任何刀具,工具和模具,直接从计算机CAD数据快速生产所需的零件、复杂零件制造周期缩短几倍甚至几十倍。但3 d打印技术相对于其他技术也有许多问题没有解决。其中,相对于其他速度慢的3 d打印技术。更先进的3 d打印机每小时的垂直打印是大约25毫米厚,这限制了3 d打印机,许多应用领域的推广。和表面不清洁,由于3 d打印机打印的方式通常是一层堆栈,层与层之间将不可避免地产生这样的条纹,这严重影响印刷构件的应用效果。1.2 3D打印机国内外发展现状三维打印的在美国上世纪8-年代开始兴起，迅速发展，在国外占有很高的比例目前已商业化的20多种三维打印技术Arwalal995,Hutmacher2001,Kruth2004,Sachs2001,Elena2007,Bourell2009,其核心源头专利几乎都归属于欧美的相关研究机构和公司,3 d打印技术的主要方法,国内外的专利机构和相关研究机构和商业公司的情况。在激光近净成形,选择性激光烧结和光固化方法,基于国内从1990年代开始出现在三维印刷技术,研究工作在大尺寸3 d打印技术研究和开发一系列的进步。是一个三维印刷技术的早期倡导者,清华大学,先后进行了BoCai叠层制造、可溶性丝绸沉积等多种3 d打印技术研究,和北京烟花公司形式manufacture-learning-research合作,快速压铸技术开发,形成规模已达到SSM1600设备X0.8 1.6米,近年来的研究方向转向生物细胞3 d印刷领域。西安市交通大学开始出现光固化成型,金属溶解应用制造、生物组织等的研究,建立了快速制造国家工程研究中心。基于独立uv固化技术的发展山西交通大学恒通智能机器有限公司,有限公司,设备和材料在国内市场份额较高。华中科技大学在BoCai叠层制造、光固化、选择性激光烧结、和其他领域也取得了很多研究成果,近年来成功开发加工尺寸1.2 MXL。2米的选择性激光烧结设备,超过国外同类产品。工业化的武汉滨湖机电有限公司,生产各种系列的3 d印刷设备及相关材料,现在在中国有超过200的客户。大连理工大学集中在独立开发新的激光3 d打印技术研究十多年,结合传统的铸造技术,形成一套金属零件和模具对大型制造业快速铸造方法,2013年开发大型3 d打印设备尺寸1.8 nixl。6米。北京长源自动成型系统有限公司,5300年商业Lasercore SLS设备处理大小为700毫米,为各类企业服务中心产生大量的精密模具,彩虹是身体主要用于发动机,曲轴和其它精密铸造复杂的部分。西北工业大学、北京航空航天大学发展中金属溶解形成应用技术研究,现在在飞机上,引擎已经应用于框架等大型组件的生产。此外,有很多国内3 d打印技术研究小组早期,如北大学聚合物在选择性激光烧结陶瓷,覆膜砂在大量的研究工作,并独立开发长期激光成形原理;华南理工大学在选择性激光熔化设备和技术取得了杰出的成果,南京航空航天大学也是一个早期的选择性激光烧结技术的研究中心。总体而言,国内的研究3 d打印技术着重于现有的设备、技术、材料、后处理和其他改进,直接激光成形钛合金和超高强度钢组件,和其他领域已经达到国际领先水平。1.3本文研究内容（1）调研3D打印机工作原理以及发展现状。（2）根据调研结果，针对当前应用比较广泛的3D打印机进行分析比较，综合各个结构的特点，设计3D打印机的构型方案。（3）根据设计方案，对轴承、轴、齿轮、带传动等进行选型计算，并进行应力校核。（4）根据设计方案，采用三维软件solidworks软件对3D打印机进行三维建模。 1.4研究意义建国60年来,我国机械工业,虽然有了较大的发展,有一定的基础和规模,满足国民经济和人民生活的需要。但随着世界科学技术的快速发展,中国的机械行业技术水平和生产能力与发达国家相比还有相当大的差距。因此,我国与新技术改造传统产业,发展高技术含量的新产品,已成为当前机械行业密切关注传统产业和改革的重点。机电一体化技术是机械技术和电子技术的结合,它包括机械、电子、计算机和自动控制技术。从系统工程的角度,使产品或系统实现整体优化。近年来,世界上发达国家竞相发展的机电一体化技术,以提高制造技术水平,实现柔性制造系统和智能发展。机电一体化技术对传统机械行业带来了革命性的变化,神奇的好处,使产业结构, 在生产方式的深刻变化和管理系统。机电一体化是世界机械工业技术和产品发展的主要趋势,也是唯一在中国机械工业的发展。作为国家高新技术企业,公司一直高度重视和密切关注机电一体化技术的发展和应用国内外,同时坚称,工程技术人员掌握机电一体化产品和系统的设计方法和原则,本着“先进的机电一体化技术的应用,促进机械和电子行业的发展”为目的,机电一体化产品的开发,提高自动化水平的3 d打印机,人工也解放了密集的生产型企业。第2章 3D打印机方案设计2.1 3D打印机应用三维打印技术的应用领域有在以下几个方面:非金属制造原型部件:(1)产品开发阶段的样机试制和试验,用于展览,组装测试,等。小批量聚合物部件制造、市场观察用户的反馈。 (2)快速铸造:3 d印刷制造砂型和砂芯铸造金属零件,不需要把模具;3 d打印错误的模具,或其他聚合物,中型精密铸造。 (3)直接制造金属功能部分:成本高,性能好,主要用于航空航天、3 d打印技术的未来发展方向,但由于成本,技术成熟度是无法使用市场的限制。 (4)使用3 d打印技术基于数据模型的医学图像数据生产、人体器官接受治疗有很大的应用价值。 (5)基于数字雕塑和3 d扫描3 d印刷文化和艺术领域的研究和开发应用程序,为数字雕塑,传统复制,艺术等等。2.2 3D打印机结构原理3 d打印机,也称为3 d打印机,是一种积累的制造技术,即一种快速原型机,它是一个模型的数字文档为基础,使用特殊的蜡材料,粉末金属或塑料粘合材料,如通过印刷层的粘合材料创建3 d对象。3 d印制机是用于制造产品目前阶段。打印一个接一个的方式来构造对象的技术。3 d打印机的原理是把数据在3 d打印机和原材料,机器将按照程序使产品层。多层薄层在3 d打印机的形式是多样的。3 d打印机和传统打印机,最大的区别是,它使用的“墨水”是真实的材料,有各种形式的薄层的堆栈,物种多样性,可用于打印介质的各种塑料,金属,陶瓷,橡胶。有些打印机也可以结合不同媒体、印刷对象硬和软的头,另一端。1、一些3 d打印机使用“墨水”。使用打印机喷嘴将是一个非常薄层液体塑料材料喷涂成型托盘,然后放置在涂层处理在紫外线照射下。成型后托盘下最小的距离,为下一层堆栈。 2、使用了一种叫做“沉积成型”,整个过程融化塑料喷孔内,然后通过沉积的塑料纤维形成一个薄层。 3、一些系统使用了一种叫做“激光烧结、粉末粒子作为印刷媒体。粉末粒子喷在成型托盘形成一层很薄的粉层,融合成特定的形状,然后喷出液体胶粘剂固化。 4、其他正在使用电子流粉末粒子在真空中融化,当面对孔和悬臂这样的复杂结构,介质需要加入凝胶或其他材料提供支持或占用的空间。这部分粉不会融合,最后只有冲洗水或空气撑可以形成孔隙。2.3 3D打印机总体方案打印机是由并联机器人与打印机头组合而成，三个方向驱动源均采用伺服电机带动皮带传动，通过PLC控制三轴协调运动，导轨采用光杠，两端通过螺丝紧固。设计方案如图2.1所示。图2.1 设计方案2.4本章小结本章首先对3D打印机进行了简单的概述，给出了3D打印机传动的总体结构设计方案，并对方案进行比较，总体设计方案里分别传动原理、系统组成进行阐述。第3章 3D打印机设计计算3.1设计参数夹具及负载：10kg负载中心离导轨中心距离：0.05mSGMGV安川电机惯量：0.001kgm2轴承当量载荷C:218N外形尺寸：330mmx330mmx628mm夹具平台：230mmx5mm3.2电机选型设计1.类型的选择 选择哪种电机类型,一方面要根据生产机械对电机的机械特性、起动性能、调速性能、制动方法、过载能力等方面的要求;另一方面，还要从节省初期投资、减少运行费用等经济方面综合分析。在对起动、阅速等性能没有特殊要求的前提下，优先选用三相异步笼型电机。2.功率的选择 选择电机的功率时，应使所选的电机额定功率等于或梢大于生产机械所需要的功率.既不能过载.也不能长期轻载。可采用类比法、统计法、实验法、计算法等确定。 3.电压的选择 交流电机额定电压应选择和供电电网的电压一致.井结合电机功率考虑。直流电机的额定电压也要与电源电压相配合，常用110 V或220 V。大功率直流电机可提高到600 - 800 V共至1000 V。当采用晶闸管整流装置供电时，可选用专门为其配套设计的直流电机.其电压有功率等级160 V (Z3型),180 V,340 V (Z2型)及440 V (Z2 ,Z3型)。 4.转速的选择 根据生产速度和机械传动方式。通过经济技术比较后确定机器的额定转速。更高的额定功率相同的额定转速电机,电机体积,沉重的夏天,成本越低,一般飞轮的时刻GD较小,所以选择高速电动机更经济。但制造业机械速度。电机转速越高。传动齿轮的传动比,结构更加复杂。传输损耗越大。因此,综合考虑上述在确定机器的额定转速。5、外观结构的电机常用的形状结构是开放的,保护,关闭,密封防爆type.1)开放两岸的电机定子和端盖上有一个伟大的通风口。它的散热很好,价格很便宜,但很容易进灰尘,水和铁渭杂物。只能用在干净和干燥环境;(2)保护下机架有通风口。良好的散热,它可以防止水、沙子和铁屑等杂物飞溅或属于电动机,但不能防止湿度和除尘。适合干燥,没有腐蚀性,爆炸性气体环境;(3)封闭的机框和端盖完全关闭。它将自冷,因为风扇冷却,他风扇冷却、竹子、通风和密封。前四,潮湿、灰尘、腐蚀更容易受到风雨侵蚀环境中,如第五类可以沉浸在液体中使用。如潜水泵;(4)防爆防爆电机基于封闭形式,底盘有足够的强度。适用于易燃易爆气体的地方,如采矿、油库和加油站etc.Choosing汽车形状结构,应选择适当形式的保护。6、安装电动机选择的当前生产电气安装:(1)B3(水平安装,站的脚。没有法兰端盖)(2)B5(水平安装,站不脚。端盖法兰)(3)B35(水平安装。站的脚。端盖法兰)(4)V1(垂直安装。不要把脚站,端盖法兰)。都有一个伸出两个指出在单轴和双轴。根据电机的生产机械安装选择电动机的安装类型。一般选择横向,纵向价格较高,只用于简化传动装置,必须垂直操作,垂直深井水泵等。7、电动机选择按照生产机械的要求。每周工作抽样与发动机的实际工作经济。8、电动机选择根据上述的结果,选择机械类型和制造商。条件：选择伺服电机驱动，伺服电机安川SGMGV01A,电机的惯量为0.001以x轴为例：负载为10kg，负载中心离导轨中心距离为0.05m。初设带轮直径为d=0.22mm，作用在电机上面的力矩为：外部负荷的负荷转动惯量： 则有：惯量匹配，满足设计要求。由扭矩公式可知功率为：所选择电机额定扭矩大于计算电机总扭矩3倍以上。所选择电机扭矩符合要求。3.3 联轴器的选用原则在考虑上述综合因素的基础上，联轴器选用程序如下： （一） 选用标准联轴器设计师应该首先在选择耦合建立了国家标准,机械行业标准的耦合,获得了国家专利,只有在现有的标准耦合和专利耦合设计耦合不能满足设计的需要。我国已经开发出不少不同的品种,数量和基本结构和不同规格,以满足不同标准联轴器转矩、转速和工作条件。这些标准联轴器是由中国和通过工业试验;有的是根据国外工业发达国家标准转换;有的是消化吸收和参考介绍原型开发。一些标准耦合是新型的高性能,不仅在国内先进水平在国际社会,比如膜片联轴器。在制定标准通常经过严格程序,以确保质量的标准。标准的耦合是成熟,一般也应可靠,关键是正确的选择。国家专利等耦合弹性销联轴器,扇形块弹性联轴节,学习各种旧的弹性联轴节的优点,克服了各自的缺点,是高性能和国内外新技术,是提高耦合。（二） 选择联轴器品种、型式 理解(特别是挠性联轴节)的耦合传输系统的综合功能,从总体设计、传动系统选择联轴器品种,类型。类别根据原动机和工作负载的类型,工作速度、传输的准确性,两轴偏差的条件下,温度、湿度、工作环境等综合因素来选择联轴器品种。根据支持主机的需要选择耦合结构、耦合制动时,应选择带制动轮或制动盘类型耦合;当需要过载保护,应该选择安全的耦合;与法兰连接,适当的选择法兰;长距离传输、耦合的轴向尺寸较大,中间或中间模型的合适的选择。（三） 联轴器转矩计算 工件机械传动系统所需的发动机功率。根据发动机功率和速度可以计算理论转矩与发动机连接到高速T;根据工况系数K和其他相关系数,可以计算的计算耦合力矩Tc。T和n耦合成反比,所以低端T大于T的结束。（四） 初选联轴器型号 根据计算转矩 Tc ，从标准系列中可选定相近似的公称转矩 Tn ，选型时应满足 Tn Tc 。初步选定联轴器型号（规格），从标准中可查得联轴器的许用转速 n 和最大径向尺寸 D 、轴向尺寸 Lo ，应满足联轴器转速 n n 。 （五） 根据轴径调整型号 初步选定联轴器维度,即轴孔直径d和井孔的长度,L应当符合需求的主要驱动轴径结束,否则将调整根据轴的直径d的规格耦合。主人和奴隶侧不同直径的轴是一种常见的现象,当相同的扭矩和转速,主人和奴隶一边耳不相同时,应按选择大直径轴耦合模型。新的传输系统的设计,应选择符合GB / T 3852规定的七轴孔类型、J 1型轴穿孔模式建议,为了提高通用性和互换性,规则耦合轴孔长度的产品标准。（六）选择联接型式 联轴器联接型式的选择，取决于主、从动端与轴的联接型式，一般多采用键联接，为统一键联接型式及代号，在 GB/T 3852 中规定了七种键槽型式，四种无键联接，用得较多的是 A 型键（平键单键槽）。 （七） 定联轴器品种、型式、规格（型号） 根据动力机和联轴器载荷类别、转速、工作环境等综合因素，选定联轴器品种，根据联轴器的配套、联接情况等因素选定联轴器型式；根据公称转矩、轴孔直径与轴孔长度作校核验算，以最后确定联轴器的型号。 在轴系传动中一般均存在不同程度两轴线相对偏移，应选用挠性联轴器；当轴系传动中工作载荷产生冲击、振动时，则应选用弹性联轴器，从减振、缓冲效果和经济性考虑，宜选用非金属弹性元件弹性联轴器。 我国普遍存在联轴器选用不当的现象，例如在冶金机械和重型机械的轴系传动中广泛选用齿式联轴器。在冶金机械和重型机械低速重载轴系传动中冲击、振动和两轴偏移是相当突出的不利因素，只有选用减振、缓冲效果好的弹性联轴器才能改善传动系统工作状态，而齿式联轴器无论是鼓形齿和直齿均为刚性可移式联轴器。根据不具备减振、缓冲功能，而且还存在要润滑密封，需定期维修，制造工艺复杂，成本高等一系列缺点，鼓型齿式联轴器理应所有齿都啮合（点接触），由于制造误差的存在，全部齿都啮合是不可能的，承载能力大是理论值。过去联轴器品种少，选择的余地小，如今有很多弹性联轴器问世，其中扇形块弹性联轴器和弹性活销联轴器是代替齿式联轴器的合理选择之一。 类别根据发动机和负载的耦合,速度、工作环境等综合因素,耦合选择品种,根据耦合的配套选择耦合,耦合等因素类型;根据额定转矩和井孔直径和轴的长度验算,最后确定耦合模型。轴传动通常有两种不同的水平轴相对偏移,应选择灵活耦合;当工作负载的轴传动冲击,振动,应选择弹性耦合,从减振的影响,缓冲和经济考虑,宜选用非金属弹性元件弹性耦合。 共同耦合现象在我国的选择不当,如冶金、重型机械轴系机械传动广泛类型的耦合。在冶金机械和重型机械冲击、振动和低速重负荷轴系统的传输和两轴偏移量相当杰出的不利因素,只有减振的作用,缓冲弹性耦合可以提高传输系统,工作状态和耦合鼓形齿轮和直齿都是便携式刚性联轴器。据没有振动,缓冲功能,但也存在润滑密封,需要定期维护,生产过程复杂,成本高等一系列的缺点,鼓型耦合应该所有齿啮合(点),但由于制造误差,所有齿啮合是不可能的,大承载能力的理论价值。过去耦合品种,小的选择,现在有很多弹性耦合,扇形块弹性联轴节弹性销联轴器是一种生活和理性选择类型耦合。考虑到空间布局以及电机轴的尺寸，联轴器选用米思米普通刚性联轴器，内径为8mm，外径18mm，长度20mm。3.4带传动的设计皮带传动结构简单、稳定传输,可以缓冲振动吸收,可以在大型轴向间距和多轴传动功率、低成本、易维护,等,广泛应用于现代机械传动。过载滑动摩擦带传输能量,低噪音,但比例不准确;确保同步传输同步皮带传动,但吸收负载变化的能力稍差,高速噪音。除了皮带传动的传动功率,有时也用于运输包装,整个列和其他地区。根据不同的目的,一般的工业带,汽车皮带、传动皮带、皮带的农业机械和家用电器。摩擦型带根据他们不同的点带的截面形状、V带和特殊带(楔带,圆皮带),etc.If有多个带可以满足传输的要求,根据传动结构紧凑,生产经营成本和市场供应等因素的影响,选择最优的解决方案。 (1)皮带传动的滑动摩擦类型工作,因为紧张和其相应的微分的差异变形带轮两边的弹性滑动,造成皮带损失和驱动轮的速度。弹性滑动率通常是1% 2%。严重下滑,尤其是过载打滑,将这项运动是在一种不稳定的状态,效率急剧下降,磨损,严重影响带的生活。滑动损失紧,松张力差异增加,降低弹性模量的增加。(2)摩擦损失与重复扩张,导向轮的功率损耗由带体的内部摩擦引起的。内部的预应力摩擦损失、带钢厚度和滑轮的直径比增加。与张力的变化减少,从而减少摩擦损失。 (3)带和带轮工作表面粘附与楔和V,摩擦损失沟剖面。 (4)运行在高速空气阻力损失,操作风引起的功率损耗。的平方是损失的比例和速度。因此,高速皮带传动的设计,应该减少皮带的表面面积,尽量用厚和薄带,带车轮辐条表面应光滑(如椭圆使用)或web板以减少风的阻力。 (5)轴承摩擦损失轴承拉作用,是引起功率损耗的重要因素之一。综合上述损失,皮带传动效率约为80% 98%范围内,传动设计,根据带式选择。(1):有稳定的传输,缓冲吸收振动,结构简单,成本低,操作和维护方便、灵活性和弹性,过载打滑。参照上述电机的选择原则,主要抗压带轮马达功率是1千瓦。1.确定计算功率工作过程中有轻微冲击，查机械设计手册表8-7查得工作情况系数，故2.选择皮带类型根据、的值，由机械设计手册可以知道选用A型。3确定小带轮的基准直径并验证转速初选小带轮的基准直径由机械设计手册，表8-6和表8-8机械设计手册，以小带轮基准直径30mm验证带速v验算传送带速率带速符合条件。计算大带轮基准直径根据空间尺寸，初步估计带轮直径为40mm确定V带中心距和基准长度初定中心距计算带基准长度由式计算可得实际中心距和变动范围按式计算实际中心距即中心距变化范围240mm-285mm。验算小带轮包角由式可得支撑轴自锁性校核在工作过程中，采用梯形螺母自锁。螺纹升角:当量摩擦角：因此，符合自锁条件。工作圈数校核螺纹螺距6mm螺纹螺距6mm故满足工作圈数要求。3.5螺栓校核计算已知条件：螺栓的ss730MPa 螺栓的拧紧力矩T=49N.m2、拧紧力矩：在装配过程中，应拧紧螺栓，增强连接强度。其拧紧扳手力矩T用于克服螺纹副的阻力矩T1及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩T2。装配时可用力矩扳手法控制力矩。公式：T=T1+T2=K* d拧紧扳手力矩T=49N.m其中K为拧紧力矩系数，为预紧力N d为螺纹公称直径mm其中K为拧紧力矩系数，为预紧力N d为螺纹公称直径mm摩擦表面状态K值有润滑无润滑精加工表面0.10.12一般工表面0.13-0.150.18-0.21表面氧化0.20.24镀锌0.180.22粗加工表面-0.26-0.3取K0.28，则预紧力T/0.28*10*10-317500N承受预紧力螺栓的强度计算：螺栓公称应力截面面积As（mm）=58mm2 外螺纹小径d1=8.38mm 外螺纹中径d2=9.03mm计算直径d38.16mm螺纹原始三角形高度h=1.29mm螺纹原始三角形根部厚度b=1.12mm装配过程中，拧紧力矩和预紧力同时作用产生拉伸力，同时还要受到螺栓的摩擦力产生切应力，使螺栓处于两种载荷作用下。螺栓的最大拉伸应力1(MPa)。=17500N/58*10-6m2=302MPa剪切应力：=0.5=151 MPa根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:=1.3*302=392.6 MPa强度条件： =392.6730*0.8=584预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限的80%。3.6轴承设计计算3.6.1轴承组成轴承轴组件的一个重要组成部分,它的类型、结构、配置、准确性、安装、调整、润滑和冷却是直接影响轴组件的性能。常用的轴承滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承摩擦阻力小,可以严格,润滑维护很简单,可以在一定范围内稳定转速和负载变化范围下工作。滚动轴承与专业化工厂生产、维修方便选购,广泛应用于各个领域。滚动轴承的噪声,辊有限公司,刚度是可变的,轻微的程度,但总的来说,移动平台轴组件的情况下,尝试使用滚动轴承,滚动轴承润滑脂可以用于一些垂直结构,避免漏油。由于滚动轴承有很多优势,再加上加工精度的提高,因此,通常移动平台应该尽可能使用滚动轴承,只请求处理表面粗糙度值和小时与滑动轴承,滚柱轴承根据辊的结构分为球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承三类。径向轴承和推力轴承。角接触轴承包括角接触球轴承和圆锥滚子轴承,推力轴承和径向和角色。可以选择轴轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、角接触球轴承。3.6.2轴承特点及应用范围角接触球轴承用于高速轴、水接触角不同,= 25的轴向刚度较高,但径向刚度和允许的速度略低,用于车削、镗,铣和其他轴;= 15转速可以更高,打扮的轴向刚度较低,更少的常用的轴向载荷和速度更高的磨床轴或不加载后车,镗铣主轴轴承。这种轴承的接触、低刚度。为了提高承载力、刚度和transmitte更常用的方法。轴承的精度,分为2,4,5,6,0 5级,2级最高,0级普通精度水平。轴轴承为主,4级(P4)。高精度轴可用P2阶段。需要较低的轴或P5级三个辅助支承轴的支持。P6和P0一般不用。另外创建两个辅助精密级SP(特殊精密水平仪)和(超精密级)。由于加工精度主要取决于轴承的旋转精度,盒体孔和轴颈是根据特定的要求间隙和干扰的匹配。轴承内外径公差,因此,即使一些更广泛也不影响工作精度,但降低了成本。平台与不同级别的准确度和精密度的轴承可以选择参考表。移动平台,可以根据精度水平或精度高的水平。表3-3 轴承精度平台精度等级前轴承后轴承普通精度等级P5或P4（SP）P5或P4（SP）精密级P4（SP）或P2（UP）P4（SP）高精度级P2（UP）P2（UP）轴承内部必须设有间隙，便于调节移动位移。3.6.3轴承的选用及校核 轴承均选用深沟球轴承，查参考文献10选轴承型号为6238 GB/T276-94。 轴承寿命校核：查参考文献1知轴承寿命计算公式为： 查表知：，当量动载荷为。对于球轴承，代入数据得： 可知轴承寿命足够长，选择符合要求。轴承润滑由于传动轴转速比较低，故轴承采用脂润滑即可，在轴承座内加入足够的脂润滑即可，对承受较大载荷来说此种润滑方式十分适宜。3.7 销轴设计计算销轴抗弯强度验算 式中M销轴承受的最大弯矩；销轴抗弯截面模数；许用弯曲应力，对于45号钢 销轴抗剪强度验算式中Q把销轴当作简支梁分析求得的最大剪力；销轴许用剪应力，45号钢=125MPa。 销孔拉板的计算 销孔壁承压应力验算式中P构件的轴向拉力，即销孔拉板通过承压传给销轴的力；d销孔拉板的承压厚度；d销孔的直径；销孔拉板的承压许用应力， 3.7.1销孔拉板的强度计算首先根据销孔拉板承受的最大拉力P求出危险截面 1. 内力计算 拉板承受的拉力P是通过销孔壁以沿孤长分布压力P的形式传给销轴，假定P沿弧长按正弦规律分布，即 根据拉板的平衡条件可得则 根据拉板结构和受力的对称性，可知拉板上反对称的内力（即剪力）等于零。若沿销孔中心线截开拉板，则截面上只有轴力Nb及弯矩Mb。 根据平衡条件，得 由于根据平衡方程解不出Mb，故是一次超静定问题，须根据变形条件求Mb。为此需列出与水平线成a角的任一截面的弯程方程：将及代入上式，得 令，截面的弯矩： 因为拉板的结构和受力是对称的，故a-a截面的转角qa应等于零，即代入上式则 得 根据平衡条件，得 3.7.2强度计算 应用弹性曲梁公式求危险截面的应力式中A计算截面积，对于矩形面积；K与计算截面形状有关的系数，对于矩形截面 bb截面： 代入得内侧应力 代入得外侧应力 aa截面：代入得内侧应力代入得外侧应力3.8本章小结首先对负载进行分析、对销轴、带轮进行选型计算最后对螺栓、轴承等部件进行校核。第4章 3D打印机三维建模4.1 Solidworks三维建模技术Solidworks软件涉及到航空航天、机器人等个领域，越来越多的被人们接受，它倡导三维CAD软件的易用性、高效性。 他不仅能够实现零部件的三维建模，也能够进行二维图的绘制，同时还可以与各种软件实现无缝对接，不仅可以完成运动仿真，而且还可以进行有限元分析。4.2 3D打印机三维建模3D打印机结构的三维模型如图4.1所示。图4.1 Solidworks三维模型支架建模如下首先选取前基准面，进行草绘。操作过程如下：1、运用鼠标点击草绘按钮，选取前视基准面绘制草图如下图所示图4.2 绘制草图2、切除两侧特征，切除厚度为25mm。图4.3 拉伸菜单示意图3、建立螺纹孔。建立支架，首先建立草绘模型，完全贯穿，选取该特征的底部为参考面，然后绘制草图拉伸，该过程与上图的绘制基本一致。最后通过拉伸，即可求得。图4.4 安装孔支架三维图如图4.5所示。图4.5支架同理，其他零件支架、传输带、轴承、连杆、底座、电机等主要运动构件的三维模型，方法基本一致，只是使用的特征按钮不一样，操作方法基本相同。侧面盖板三维图如图4.6所示图4.6 侧面盖板上侧支架盖板如4.7图所示。图4.7上侧支架盖板电机模型如图4.8所示，通过拉伸切除以及扫描命令得出。图4.8电机主动带轮三维建模如图4.9所示，通过拉伸切除、阵列命令即可得到。图4.9 主动带轮电机座的模型如图4.10所示，孔通过阵列扫描命令，即可求得所得模型。图4.10电机座散热壳模型如图4.11所示，首先建立上方安装架，其次建立轴承孔。图4.11散热壳显示屏模型如图4.12所示，通过草绘圆形，经等距命令，拉伸即可求得。 图4.12 显示屏直线轴承三维建模如图4.13所示。 图4.13 直线轴承立柱的三维建模如图4.14所示。 图4.14 立柱下底座的三维模
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