PL200型平板式电脑喷绘机设计含SW三维及6张CAD图
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PL200型平板式电脑喷绘机设计含SW三维及6张CAD图,PL200,平板,电脑,喷绘,设计,SW,三维,CAD
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PL200型平板式电脑喷绘机设计Design of PL200 Tablet Computer Inkjet Printer摘 要喷绘机是一种通过非接触方式进行喷墨印刷的设备，可以实现在任何材料的表面喷绘彩色图案，有印刷打印快、一次就能印刷完成、无需制版、颜色亮丽、防水耐磨不褪色、机器操作也相对简单稳定等优点。完全能够满足目前市场上对印刷产品的质量要求，从而具备更强的市场竞争力来占领未来的市场。目前市面上主流的电脑喷绘机可以分为托辊式喷绘机以及平板式喷绘机，本篇文章主要对平板式喷绘机进行设计研究，包括整机设计、喷头直线运动机构设计、平板床身设计。结合机械原理机械设计知识进行结构分析，计算选择不同的电机以及传动方式，整机验算以达到预计要求的工作要求。本论文写作参照规定要求，首先明确设计题目，确定要设计的产品是什么东西，然后详细阅读毕业设计手册上的设计任务要求，通过网上查找与题目相关的资料、图片明确设计的总体方案和具体内容。然后规划设计内容进度，首先构思出该机器的总体结构，确定设计的总体走向，然后按照从总到分的方向，进行设计计算。本论文是先从工作平台开始设计，然后在进行各方向移动机构的设计。在设计完成后进行计算选型校核，在总体校核结果正确的时候开始绘制三维模型图。然后将三维图形转换成二维图形，使用auto CAD软件进行二维图的绘制，对图形进行标注等工作。 关键词：机械原理;机械设计;平板式喷绘机;结构部件;计算验算AbstractInkjet printing machine is a kind of non-contact inkjet printing equipment, which can realize the inkjet printing of color patterns on the surface of any material. It has the advantages of fast printing, one-time printing, no plate making, bright color, waterproof and wear-resistant, and relatively simple and stable machine operation. It can fully meet the quality requirements of printing products in the current market, so as to have stronger market competitiveness to occupy the future market.At present, the mainstream computer inkjet machine on the market can be divided into roller inkjet machine and flat inkjet machine. This paper mainly studies the design of flat inkjet machine, including the whole machine design, nozzle linear motion mechanism design, flat bed design. Combined with the mechanical principle and mechanical design knowledge, the structure analysis, calculation and selection of different motor and transmission mode, the whole machine checking calculation to achieve the expected requirements.This paper refers to the requirements, first clear the design topic, determine what the product is to be designed, and then read the design task requirements in the graduation design manual in detail, through the Internet to find the information and pictures related to the topic, clear the overall plan and specific content of the design. Then plan the progress of the design content, first conceive the overall structure of the machine, determine the overall trend of the design, and then carry out the design calculation according to the direction from total to sub. This paper starts with the design of the working platform, and then designs the moving mechanism in all directions. After the design is completed, the calculation and type selection are checked. When the overall check result is correct, the three-dimensional model drawing is drawn, and then the three-dimensional drawing is converted into two-dimensional drawing. The two-dimensional drawing is drawn by using Auto CAD software, and the drawing is marked.Key words: mechanical principle; mechanical design; flat jet printer; structural components; calculation and checking目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 平板式电脑喷绘机的技术的简述11.2 平板式电脑喷绘机的国内外研究动态21.2.1 平板式电脑喷绘机技术国内研究动态21.2.2平板式电脑喷绘机国外研究动态41.3 平板式电脑喷绘机的未来发展趋势51.4 课题的主要研究内容51.5 本章小结6第2章PL200型平板式电脑喷绘机总体方案设计比较72.1 PL200型平板式电脑喷绘机设计要求及总体方案设计思路72.2 第一次设计方案涉及的各项数据比较82.3两次方案比较结果82.4本章小结8第3章 PL200型平板式电脑喷绘机部件选型计算93.1 Z轴方向电机与丝杆选型计算93.1.1 Z轴方向的设计方案93.1.2 Z轴丝杆选型计算校核93.1.3 Z轴电机选型计算113.2 X轴电机及齿轮齿条选型计算163.2.1 X轴方向传动方式选择方案163.2.2 X轴电机选型计算163.2.3 X轴齿轮齿条选型计算203.3 Y轴电机及齿轮齿条选型计算213.3.1 Y轴传动方式选择方案213.3.2 Y轴电机选型计算213.3.3 Y轴齿轮齿条选型计算263.4 本章小结27第4章 经济性分析284.1设计过程中遵循的原则284.2设计过程中使用到的零件列表以及价格估计284.3本章小结29第5章 结论30参考文献31致 谢32附 录33III第1章 绪 论1.1 平板式电脑喷绘机的技术的简述平板喷绘机目前在我国应用较为广泛，操作要求相对较低，操作程序简单，目前已经在很多的地方得到了应用，但目前中国的喷绘技术尚处于发展阶段，相比于其他国家成熟的技术我们还有很大的提升空间。目前，除了最基本的不同油墨材料的研究技术外，我们还需要发展的是硬件上的研究1。在其他发达国家中，喷绘技术已经得到了广泛的应用，并且经过了多年的实践应用和改进，他们的喷绘技术目前已经发展的较为成熟，喷绘技术的普遍应用相比于之前的普通印刷技术，使得工作时间得到缩减，产品质量也得到了提高。大大提高了工作效率。随着时代的发展，各行各业对印刷产品的质量有了更高的要求2。数字印刷的技术核心就是油墨，不同的油墨喷绘在不同的材料上就会有不同的体现。一种好的油墨相比于比较差的油墨在大幅面上的喷绘品上会有很直观的体现，并且不同的油墨喷在不同的材料上也会体现出不同的效果。目前大多数的喷绘机使用的油墨是UV油墨，UV油墨具有很多的优点，首先是UV油墨不需要材料涂层，可以降低材料耗损以及节省人工。并且UV油墨的颗粒细、浓度高、不固化不干涸因此不会造成喷头的堵塞。其次UV油墨无溶剂挥发，在环保方面比其他油墨好很多3。喷绘机的另一个技术硬件就是喷头，喷头控制油墨的速度，一款喷头的质量能极大的影响喷绘品的好坏。喷绘机的机械部分也是能否高质量完成喷绘任务的重要因素，以平板式喷绘机来举例，其主要是通过控制喷头的横向和纵向移动来实现喷绘的目的。控制喷绘机的传动方式有很多种，最常用的传动方式有齿轮齿条传动、链条传动、电子轴传动和伺服电机直接传动等传动方式。不同的传动方式有不同的优缺点，而喷绘机对传动有很高的精度要求，喷绘机想要达到喷绘产品质量高且不失真，就要求传动的时候能够做到传动平稳，不丢步不失真4。除了以上硬件方面的介绍外，喷绘机的另一项重要技术就是电脑喷绘系统，所谓电脑喷绘系统就是计算机来处理需要的各种文字图形、图像信息等，经过一系列的处理，然后传到输出设备中，由输出设备完成工作。随着计算机硬件的发展以及软件技术的日益成熟，使得电脑喷绘系统的发展也越来越成熟，这使得电脑喷绘系具有了硬件构成简单，软件具有开放性和通用性等优点，并且因为技术发展的比较成熟了，计算机的硬件价格也快速下降，所以整套系统的价格十分便宜5。1.2 平板式电脑喷绘机的国内外研究动态1.2.1 平板式电脑喷绘机技术国内研究动态上世纪90年代初，喷绘技术从国外传入我国，这钟新兴技术打破了传统的户外广告制作手段，由于其更加方便高效的工作形式，使得其在中国市场快速发展。但是由于市场规模和技术的差距，2000年以前我国的国内喷绘市场完全被进口产品所占领，2000年以后，随着人们认识到这个行业的发展前景，开始发展研究喷绘技术，国产的设备慢慢扩大了其在市场上所占份额6。平板喷绘机的出现突破了以前只能打印软质材料的限制，可以说是喷绘打印行业的一大重要转折，标志着一个新的喷绘技术的领域诞生。2003年，国内的几家喷绘机制造商开发出了可以在KT板上喷绘一种溶剂型平板喷绘机。这也几乎是我国首个可以在平板式硬质材料上进行喷绘的机器，无疑是为喷绘领域打开了一扇新的大门。随后随着技术的发展，人们开始研究在各个方向上提高喷绘打印的质量，于是，使用UV油墨可以喷印多种材料的平板式喷绘机相继被开发出来，并且受到广大用户的认可，使得平板式喷绘机的应用领域越来越广泛7。新时代人们的消费理念是：简单、方便、快捷、省钱、而新出现的平板式喷绘机正是凭借了一些它特有的优点，满足了人们的消费理念，迅速抢占了市场。平板式喷绘机具有及时制作，可以在不同的材料介质上进行喷印的特点，所以在其刚刚面市的时候就有许多人对这个设备产生了浓厚的兴趣8。目前为止我国很多企业也研发了许多性能各不相同的平板式喷绘机如表1-2。比如沈阳飞行船数码喷印技术有限公司生产的如表1-1天工UV喷印机9。表1-1 UV喷绘机参数设备型号 SKYJET-UV-TABLESKYJET-UV-BELT送料方式固定式平台连续皮带式喷绘尺寸1.2米X2.4米1.2米X连续 续表1-1喷头型号XAAR-500-360DPIXAAR-128-360DPIXAAR-500-360DPI喷头数量484喷绘速度6PASS 12m28PASS 8m26PASS 6m2介质厚度40mm喷绘精度360DPI设备尺寸3000X2760X1146(mm)3060X1150X1390(mm)表1-2 不同厂家平板式喷绘机品牌首次展出时间和地点公司名称主要产品主要卖点雅色兰YASELAN2001年6月 上海上海雅色兰广告器材有限公司YSL-D3524YSL-D3500彩神FLORA2001年6月 上海深圳市 润江广告材料设备有限公司FLORA-3204FLORA-2508速度在提升30%126喷头寿命更长飞图2002年4月 西安沈阳飞行船数码喷印技术有限公司双面侠、自由畅想、小精灵专利技术-单辊弧形喷头板结构泰威TECKWIN2002年4月 西安上海泰威技术发展有限公司TW3200/3200D型喷绘机100m2/h威斯特VISTA2002年4月 西安金恒丰数码科技发展公司VISTA-3204VISTA-3516赛博JETPOSTER2002年7月 上海上海智彩数码印刷设备技术有限公司3300型喷绘机速度提高40%柯宝先锋柯宝精英柯宝赛特2002年8月 北京辽宁柯宝科技实业发展有限公司126、128KBST-3300科菱2002年4月 西安科菱数码图像KL-3500C-1 续表1-2多田2002年8月 北京邯郸市丛台区花之雨数控科技研发中心DT3500SDT3500T纯平喷绘一次成像盛威2002年8月 北京盛威数码喷绘设备有限公司SW3360(XAAR-500喷头)采用下喷技术米兰诺MILLEN-MIUM2002年8月 北京北京飞梦电脑图片制作有限公司米兰诺V80可添加选件实现平板喷绘川页2003年3月沈阳中建高科技术研究所1.2.2平板式电脑喷绘机国外研究动态喷绘机从桌面打印机到写真机然后再到更大负面的打印机一步步演化而来，喷绘机最早应用问世于欧美国家，老牌的企业是美国的威特以及HP等企业，从上世纪80年代末90年代初逐渐兴起，早期我们使用的喷绘机基本上都是来源于日本美国两个国家，当我们意识到这是一个很大的市场的时候，国外的喷绘技术已经发展的很成熟了。不仅仅是核心技术掌握的比我们早，由于许多原因，所以即便是现在国外的技术也领先我们很多10。最开始大家认为只需要知道喷绘机的核心技术其他的部分完全可以靠自己研究开发出来，但是经过了一段时间的研究发现，人们只是制造出了一些不够成熟的产品，与进口设备喷绘效果相差很大，国外的产品的一些功能比我们要好不仅仅是因为他们更早的掌握了核心技术。喷绘机中能影响喷绘质量的有很多因素。油墨的质量，一款好的油墨会让喷绘打印出来的产品色彩更加亮丽。传动方式的选择以及传动精度能直接的影响喷绘的质量，相同传动方式下，制造的零件的精度是否能够达到要求，这也能很大程度上影响喷绘的质量，一个小的零件传动存在误差，累积起来最终体现在喷绘品上就会出现很大的差距11。还有就是动力源电机的差距，一个好的电机能过做到精准的将喷头传动到任何它想要到达的地方。所以我国的一些制造商慢慢的明白，只靠自己慢慢研发是很难追上国外的发展水平的，所以他们采用大多数厂家生产汽车的方式，采用拼装的方式，将不同国家的性价比高，质量好的零件拼装起来组成我们自己的喷绘机，以此来达到和国外生产的喷绘机相近的效果12。国外生产的很多喷绘机目前为止仍然是行业内的精品。比如HP ScitexFB6100平板宽幅工业打印机、JHF的UV喷绘机、爱克发(Anapurna)系列产品、EFI的VUTEK QS3200等产品，都可以称得上各领域的龙头产品，有的甚至至今仍活跃在市场上13。1.3 平板式电脑喷绘机的未来发展趋势平板喷绘机能适应各种批量的生产要求，相比于传统印刷机他可以长时间工作。喷绘机正在逐步代替效率低、产能低的传统印刷机。并且平板喷绘机扩展了印刷制品的业务范围，开发了需求市场14。平板式喷绘机是UV固化油墨与数码喷印技术的完美结合，结构简单，性能可靠，随着电子技术的发展，喷绘机相应的也会得到发展，而且随着电子系统应用到喷绘机中，喷绘机会变得更加智能，工作会变得更加高效、更加精确，很少会出现错误，同时也大大减少了人力的输出，提高工作效率。同时随着各个国家工业发展，喷绘机的各种零部件也更新换代，会有一大批更新更便宜质量更好的零件去替换下去老旧的零件，使喷绘机价格更低、工作效率更高、功能更齐全、质量更好15。1.4 课题的主要研究内容喷绘机目前的主流的两种为托辊式和平板式，本文我们主要研究的是平板式喷绘机，平板式喷绘机喷头的主要运动就是横纵两个方向的运动，Z轴方向还有一个控制喷头上下运动调整喷头距离喷绘材料的距离的运动机构，本次设计的传动方式采用的是电机带动齿轮，通过齿轮齿条啮合带动喷头运动，Z轴方向控制喷头上下移动采用电机丝杠传动，那么根据设计思路作出下列研究：(1)设计完成PL200型平板式电脑喷绘机的工作平台，各方向运动机构的机械结构。(2)运用动力学为理论，对喷绘机的三个方向的运动进行分析，校核与仿真。(3)使用机械优化设计的方法，对喷绘机的主要部分参数进行优化选择。(4)使用三维设计软件，结合计算内容绘制PL200型平板式电脑喷绘机的三维模型，然后转换二维图。总结:主要的设计任务是对PL200型平板式电脑喷绘机进行设计与分析，着重点在工作平台和各方向的传动机构，并绘制出整体结构图和部件图。1.5 本章小结本章首先简述了PL200型平板式电脑喷绘机的概况以及研究PL200型平板式电脑喷绘机的机械结构，然后对国内外的PL200型平板式电脑喷绘机的发展状况进行了介绍与分析，剖析了未来的发展趋势，最后简单阐述了此次研究的主要任务及目的。第2章PL200型平板式电脑喷绘机总体方案设计比较2.1 PL200型平板式电脑喷绘机设计要求及总体方案设计思路 (1)打印规格：2.0X3.0m (2)单排喷头：草图模式：24m/小时；生产模式：16m/小时；高清模式：12m/小时对设计要求分析进行总体方案设计如下：首先第一个要求中，要求打印的规格是2.0X3.0m，由此可以分析出设计中，要求喷头的有效行程最少也要达到2.0X3.0m这样才能达到设计要求，那么我们首先就要考虑的是工作平台的大小，工作平台的大小直接影响喷头的行程，那么就要求工作平台的横纵方向大小一定要比要求的打印规格要大。但是又不能无限制的大，因为要考虑到用来支撑工作平台的支撑座能否承受住工作平台加上工作机构的重量。所以要先大致的决定这次设计需要用的到的零件都有哪些，大概的估算一下这些零件的重量。在这些工作完成了以后，再确定工作平台的具体结构以及工作平台所使用的材料和组装工艺，这样就首先完成了工作平台的设计，进而就可以进行横纵移动机构的设计16。在设计完成工作平台之后，其次要进行的就是横纵移动机构的设计。根据两个任务要求首先考虑的就是只需要横向纵向两个移动机构就能够满足带动喷头完成喷绘任务的需求。然后就需要考虑采用什么样的传动方式来带动喷头移动。通过参考网上的实物图和一些论文资料，可以发现平板式电脑喷绘机采用的电机并不是我们平时课本上学到的那些三项电机等大电机。大部分喷绘机采用的都是体积比较小一些伺服电机，能够更精确的控制传动机构来带动喷头精确移动。同时因为喷绘机除了传动机构必须的零件和需要承受的扭矩以外，也就仅仅多了一些给喷头提供附着位置的横梁等机构，所以总体上来说这些零件加起来附加在电机上的载荷并不是特别大，所以并不需要电机有太大的扭矩17。综合考虑喷绘机可以采用的传动方式之后，决定采用齿轮齿条传动方案，因为齿轮齿条传动方式的优点非常适合喷绘机。在确定了传动方案之后就需要设计喷头可以附着的横梁以及喷绘机的一些具体细节。比如保护电机的外壳、放置控制电机和喷头的线路的装置等。第一次的设计方案是这样的，在设计完第一次方案之后与指导老师沟通发现了一些问题，其中最大的问题就是没有控制喷头上下移动的装置，因为没有这样的装置喷绘机的喷头就没有办法适应不同厚度的喷绘材料，这样就使得喷绘的时候有了很大的局限性。所以在后面设计中又添加了一个能控制喷头上下移动的装置，一次来适应不同的喷绘材料18。2.2 第一次设计方案涉及的各项数据比较初次选用X轴电机与第二次修改后的选用的X轴电机相比，减少了一部分控制Z轴喷头上下移动的电机和丝杆的质量，根据计算公式和计算结果与第二次相比较，所需要的电机扭矩小于第二次需要选用的电机扭矩。经过两次比较之后发现，最终选用的电机扭矩完全足够带动喷绘机构进行运动，进而最终确定选用第二种方案。并且通过以上各个公式重新带入两种不同方案的参数进行计算，并对计算结果进行比较分析，最终得出结论第二次方案所选择的电机以及各个零件完全能够满足两次方案设计所有的要求，并且在价格以及大小相差不大的情况下第二种方案能够实现更多的功能，所以最终确定采用第二种方案。2.3两次方案比较结果两次方案设计相比较，在XY两个轴向的运动机构没有改变，仍然采用的是第一种的传动方式，由于第二种方案相比于第一种方案只是多了一个提供喷头Z轴方向移动的电机和丝杆，所以XY两轴传动机构所承受的负载并没有增加多少，并且经过方案比较验算，第二次选择的两个电机完全适用。也就是说两种方案在不需要改变XY轴运动机构的情况下，仅仅需要加入一个Z轴的移动机构就可以达到为不同厚度的材料喷绘的功能，从经济性角度来看，花费很少的价钱，却能够实现一个很实用的功能，性价比确实很高。所以最终比较下来，最终选择了第二种方案19。2.4本章小结本章主要任务是对毕业设计刚开始的时候的设计方案与和指导老师沟通之后改进的方案进行比较，对两次方案进行比较详细的计算分析，比较两次方案之间的差距，并对两次方案进行详细的分析，讨论出为什么选择最终的方案，比较出两个方案的优缺点。第3章 PL200型平板式电脑喷绘机部件选型计算3.1 Z轴方向电机与丝杆选型计算3.1.1 Z轴方向的设计方案Z轴方向在第一次设计的时候并没有考虑到使其具有运动功能，但是在最后方案校核的时候发现，如果不让喷头具有Z方向上的运动功能的话，在进行不同材料喷绘的时候，不同的材料的厚度是不同的。如果喷头不能调整距离材料的高度的话，一定会影响喷绘的质量。所以决定在Z轴方向上设计一个能控制喷头移动的装置。考虑到喷头在Z轴方向的移动并不需要太大的行程，并且需要承载的载荷也不是很大，所以决定选用电机带动丝杆运动进而实现喷头的移动。选用电机和丝杆的原因是因为很简单的就可以满足喷头在Z轴方向上的移动，并且丝杆相比于其他的传动方式比较精确，能够更满足喷头运动行程短，精度要求较高的要求20。3.1.2 Z轴丝杆选型计算校核Z轴丝杆受力主要为喷绘机喷头的质量以及安装夹具的质量。已知激光头质量约为1Kg,加上夹具的质量约为2Kg，为了安全起见，设计载荷为M=5Kg外力为：Ft=0，按此受力对其进行设计选型。根据设计丝杆的行程为100mm，要求丝杆的运行速度v=100mm/s。一般此类设计中要求伺服电机的额定转速约为Ne=3000r/min。查机械设计手册可得设计中丝杆的运行系数为：f=1.5。取丝杆运行时间为2年，则丝杆寿命为Lh = 17520h。（1） 初步确定丝杆导程：L0=60V1/N2 (3-1)代入参数，计算可得丝杆导程L0=2mm，根据GB/T-17587.2-1998可选丝杆导程为L=5mm2mm，即可满足速度运行要求。设定马达加速时及减速时，转速N1=N3=1500r/min。加减速时间t1=t2=0.25s，则加速度：a=v1t2 (3-2)其中v1=100mm/s计算可得a=0.4m/s2。匀速时间为：t3=60s-1000at12/N2L (3-3)计算可得：t3=0.75s导轨摩擦系数取=0.1加速时轴向负载: P1=Mg+Ma (3-4)计算可得：P1=51N匀速时轴向负载：P2=Mg+F (3-5)计算可得：P2=49N减速时轴向负载：P3=Mg-Ma (3-6)计算可得；P3=47N根据机械设计手册，可得平均负载： Pm=3P13N1t1+P23N2t2+P33N3t3N1t1+N2t2+N3t3 (3-7)将(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)式计算结果代入，计算可得Pm=48.04N根据机械设计手册，丝杆的平均转速为：Nm=N1t1+N1t1+N1t1t1+t2+t3 (3-8)代入参数计算可得Nm=2400r/min根据机械设计手册，可得基本额定动负载为：Ce=Pmfw360LhNm106 (3-9)根据计算公式选取丝杆安全系数n=1.5，则计算可得Ce=1469.9N，之前选取丝杆的行程是100mm，加上其他各零件的长度，并预留一部分安全距离，所以最终选择丝杆的长度为L=315mm，接下来校核丝杆容许转速：Nr=dL2107 (3-10) 系数选取有以下几种情况，铰支-铰支：9.7，固定-铰支：15.1，固定-固定：21.9，固定-自由：3.4，根据实际设计情况选取系数为15.1，支撑距离约255mm,初步取丝杆外径d=12mm,代入(3-10)式，可得：Nr=24160r/min3000r/min，符合要求。由国内自动化零部件生产厂家怡合达选型手册，可选型号为：LCH02-12-5-315,其中丝杆材质为S55C，高频淬火，表面硬度HRC56-62,滚珠丝杆外径D=12mm，导程L=5mm，螺帽长度35mm，材质SCM420，渗碳淬火，硬度HRC58-62。丝杆基本额定动载荷：6.49KNCe，基本静载荷10.15KN。所以满足使用要求。3.1.3 Z轴电机选型计算计算电机Z轴方向的负载来选择电机，由上(3-5)式计算得P2=49N，由P2所得值计算负载转矩，公式如下：T1=P2L2 (3-11)=12 (3-12)式中，L取之前选取的丝杆的导程，1 2通过查机械设计手册取0.95，代入式(3-11)得： T1=0.044Nm根据匀速转矩，初选联轴器外径Dc=32mm，容许扭矩4Nm，质量为mc=200g，结合以上数据根据市面上的电机伺服电机类型选择松下MSMF系列伺服电机：选择本次设计的电机的额定功率200W，额定扭矩为Te=0.64Nm，转动惯量Jm=1.610-4Kgm2。选择完电机之后结合以上所选数据对电机选择进行校核，启动时电机所需加速扭矩T2可由下式计算得：T2=2N2(Jm+JL)60t1 (3-13)式中Jm为电机的转动惯量，JL是电机的总负荷惯量，Jm 、JL计算式如下：JL=J1+J2+J3 (3-14)J1=m(L2)2 (3-15)J2=32LBD (3-16)J3=18mcDc2 (3-17)上式中为丝杆密度取=7900kg/m2,LB为刚开始所取丝杆长度，直径D=12mm，丝杆的导程L=100mm，负载M=5Kg，J1 J2 J3代入上式计算可得：J1=0.0610-4Kgm2J2=0.510-4Kgm2J3=0.2910-4Kgm2JL=0.8510-4Kgm2将以上数据代入(3-13)式中，计算可得T2=0.0308Nm。总扭矩T总计算公式如下：T总=S(T1+T2) (3-18)查机械设计手册取S=2，带入式(3-18)得T总=0.11NmVn 由上式计算结果可知符合设计要求。计算电机扭矩：T1=FD/2 (3-19) F=Mg (3-20) 上式中，D为设计中所取齿轮参数，查机械设计手册取0.9， M取30Kg,代入式(3-19)计算可得： T1=1.058NmT2=J (3-21)J=J1+J2(3-22)J1=14MD2(3-23)J2=12mD2(3-24)=2VnDt(3-25)M取30Kg，齿轮质量为m取3Kg, t取0.5s,Vn=24m/h=0.4m/min J=J1+J2=0.048+0.009=0.0576Kgm2=2VnDt=20.95rad/s2通过上式计算得数代入式(3-23)，得T2=1.207Nm。总扭矩：T总=S(T1+T2) (3-26)查手册取S=2，则T总=4.53Nm已知选取i=5，则实际的电机的扭矩通过计算得：Tx=T总/i=4.53/5=0.906Nm通过以上计算所得参数选用松下伺服电机MHMF系列：电机功率400W,如图3-3图3-4，具体参数如下图所示。 图3-3 MHMF400W电机图3-4 MHMF400W电机3.2.3 X轴齿轮齿条选型计算 传动机构的方式选择采用齿轮齿条进行传动，采用滑轨方式进行传动导向。齿轮的材料处理方式选择热处理：传动机构所用的齿轮齿条材料都选择采用45钢(调质)，齿轮齿条的齿面硬度都选择为240HBS，齿轮的精度选择为：7级精度，=20。 设计选用齿轮的齿数：z1=20，齿条齿数为：z2=。d1t2.323KtT1di+1iZEH2(mm) (3-27) H=KHNHlimS (3-28)T2=9550Pn (3-29)查机械设计手册选取式中常数，Kt=1.3，K=1.2，d=0.3，用以上参数计算得TC=iTe=6.35Nm ，MPaHlim。KNH1=1.2，ZE=189.8MPa，将以上数据代入上式 ：d1t2.323KtT1ai+1iZEH2=2.3231.36.3510000.25+1189.84502=41.9mm d1=d1t3KKt=41.931.8751.3=47.3mm得m=Sd1Z1=7120=3.05最终选取模数m=4.d=mz1=80mm， b=dd1=0.380=24mmF=2KT1YFYSbm2z1F (3-30)查机械设计手册确定以下参数具体数值： Am=12.6，K=1.2，YF=2.45，YS=1.65，F=200MPa,所以：F=2KT1YFYSbm2z1=21.26.351032.451.65304220=64.1MPaVn接下来计算电机所需要的相关参数：T1=FD/2 (3-31) F=Mg (3-32) 计算所选取的参数与X轴选取方式相同，所以计算得T1=10.584NmT2=J(3-33)J=J1+J2(3-34)J1=14MD2(3-35)J2=12mD2(3-36)=2VnDt(3-37)M选取为200Kg，m选取为4Kg,其余参数选取与上面X轴方向参数选取相同 ,Vn=24m/h=0.4m/min，将所获参数代入以上式子得：J=J1+J2=0.72+0.0288=0.7488Kgm2=2VnDt=6.983rad/s2T2=5.23NmT总=S(T1+T2)(3-38)计算方式同上得T总=31.62NmTx=T总/i=31.62/15=2.11Nm通过以上计算所得参数选用松下伺服电机MHMF系列：电机功率750W,如图3-5图3-6，具体参数如下图所示。图3-5 MHMF750W电机图3-6 MHMF750W电机3.3.3 Y轴齿轮齿条选型计算传动机构的方式选择采用齿轮齿条进行传动，采用滑轨方式进行传动导向。齿轮的材料处理方式选择热处理：传动机构所用的齿轮齿条材料都选择采用45钢(调质)，齿轮齿条的齿面硬度都选择为240HBS，齿轮的精度选择为：7级精度，=20初选小齿轮齿数：z1=30，齿条齿数为：z2=。d1t2.323KtT1di+1iZEH2(mm) (3-39) H=KHNHlimS (3-40) T2=9550Pn (3-41)查机械设计手册选取以下参数：Kt=1.3，K=1.2， d=0.25， TC=iTe=35.55Nm， MPaHlim。KNH1=1.2，ZE=189.8MPa ，选取以上参数进行计算得：d1t2.323KtT1ai+1iZEH2=2.3231.335.5510000.25+1189.84502=74.3md1=d1t3KKt=23.431.8751.3=83.9mmm=Sd1z1=100.6830=3.35d=mz1=120mmb=dd1=0.25120=30mm，最终选取30mmF=2KT1YFYSbm2z1F (3-42)查机械设计手册得以下参数Am=12.6，K=1.2，YF=2.45，YS=1.65，F=200MPaF=2KT1YFYSbm2z1=21.235.551032.451.65304220=181.4MPaF=200MPa通过以上计算结果可知选取的参数符合设计要求。3.4 本章小结本章主要内容是对PL200型平板式电脑喷绘机的各个部件进行计算选型，先确定喷绘机的整体结构，然后选择各个零部件的材料并估计重量来计算电机载荷，通过公式来计算选择什么电机，以及齿轮齿条等传动部件的具体参数应该选择多少。电机选择完成，再确定各个部件的具体参数。确定了要选择什么电机，然后去网上查找相关电机的参数以及外形尺寸，最后开始绘制图纸。第4章 经济性分析4.1设计过程中遵循的原则在进行本课题的设计时，对零件的设计和零部件的选择应遵循以下原则：(1)标准化原则：在零件设计和选型应尽量选择标准件，便于后续零部件出现损坏时易于更换，降低设计成本。其他标准件需要根据国家标准进行选择。尽量少使用自己设计的零件。(2)模块化原则：所使用的零部件应尽量实现模块化，保证部件内的组件有较强的关联性。(3)可靠性原则：喷绘机的工作强度有时候在喷绘数量较多的时候还是很大的，并且如果想要更换零件还是比较麻烦的，所以应该尽量的保证零部件的设计和选型应确保其可靠性。在保证以上原则的同时，为了保证经济性，不仅仅需要选择适合的零件，还需要考虑各个零部件的价格，选择的零件不单单要满足使用要求，还需要挑选低价格的零件，既做到最高性价比21。4.2设计过程中使用到的零件列表以及价格估计进行经济性分析引用装配图纸中的明细表，估计明细表中各个零件的个数并进行粗略的价格分析，参考网上这些零件的普遍价格，最终与其他零部件的估价进行总价加和，对比市场上畅销的平板式电脑喷绘机价格，进行经济性分析。通过查询相关资料、加工工艺，咨询相关生产厂家，初步核算出设计中主要零部件的成本如表4-1所示。表4-1 主要零件价格序号零部件名称数量单价总价1MSMF 200W电机1110011002MHMF 400W电机1137013703MHMF 750W电机126902690 续表4-14驱动器1130013005传感器365019506齿轮32206607拖链21202408打印喷头18508509Z轴丝杆115015010脚轮452011齿条52001000合计11330除以上零件外，还有工作台材料、其他安装零件等，粗略估计需要花费10000元，所以整机花费共约21330元。初步估计与市面上普通平板式电脑喷绘机价格相差不大，所以设计结果还算复合经济性要求。4.3本章小结本章主要内容是对本次设计中用到的主要零部件进行统计计算，大概估算出这些零件的价格，并且对他们的总价进行估计，与市面上的喷绘机进行比价，看看自己设计的产品与市面上普通的喷绘机的价格差距，以及功能上的差距，要求做到拥有较高的性价比，并且能够达到毕业设计中的要求。第5章 结 论本文主要针对PL200型平板式电脑喷绘机的设计与分析，联系国内外的一些PL200型平板式电脑喷绘机的发展情况以及课题设计参数的基本要求，设计的方法主要采用Solidworks软件进行三维模型的建立，并且在绘制完成的基础上在三维模型上进行分析，并且在三维模型上可以进行运动分析，可以模拟出设备在实际运动过程中的各种情况。除了在三维模型上进行模拟分析外，结合网上的实际产品资料相对比，检验产品设计是否合格，并且通过以上模拟得出了如下结论：(1)通过对PL200型平板式电脑喷绘机国内外发展史的了解，得知了我国的喷绘机技术和国外有哪些方面的差距，并简单总结了未来喷绘机的发展趋势，以及目前国内在喷绘机研究方向上的主要研究目的。喷绘机的技术发展将对未来有很大的实际意义。(2)对三维设计软件和一些二维的绘图软件有了更深得认识。在设计的过程中能过熟练的运用这些软件，并且能够使用这些软件的功能对设计出的产品进行分析校核等来检验产品是否能够达到预期功能。能够熟练的运用这些软件对我们以后的工作是有很大的帮助的。(3)通过这次设计也让我深刻了解了喷绘机这个行业的大部分产品的功能以及构造，自己设计一台喷绘机让我认识到了一台机器是由许多部件和零件构成的，即使再小的一个零件也不能出错，因为很有可能因为一个小零件的错误反映到大的部件再到整个系统都会出现问题，这也锻炼了我认真做事的能力。(4)最终要的一点是，通过这次设计我能将以前书本上的知识运用到实际中去了，这次设计真的是到了很多以前学过的知识，有不明白的就去网上查找资料然后去解决这个问题，通过实践中的应用让我学到的那些知识有了更深的了解也使我对这些知识记得更加牢固了。 参考文献1 邱晨. 国产喷绘机发展现状分析 J. 丝网印刷, 2015, (12): 8-9.2 胡锦华. 试论喷绘机国家标准的修订内容和作用 J. 科技风, 2019, (11): 213.3 喷绘机行业领导者上海奥威ALLWIN J. 网印工业, 2015, (09): 21-23.4 徐树. UV平台喷绘机数码领域新契机 J. 丝网印刷, 2007, (03): 42-43.5 刘晋,苏臣. 基于STM32在喷绘机喷头控制系统的设计与实现 J. 微型机与应用, 2015, 34(01): 40-42+46.6 徐承子. 大幅面喷绘的发展趋势 J. 丝网印刷, 2008, (03): 33-36.7 刘晋,顾彬彬,张秋风. 数字喷绘机墨水温压曲线的压缩存储方案 J. 微型机与应用, 20
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