光敏树脂固化成型机起升机构设计【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计 题目 光敏树脂固化成型机起升机构设计 系 别 工程技术系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 何飞 学 号 05208308 指导教师 王胜曼 职 称 讲师 2012 年 5 月 4 日 摘 要 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 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 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 要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 of of in a of P in as by of in be of of a of up of is as of of of of on 要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 目 录 1 绪论 . 1 速成型技术 . 1 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 旋传动设计方案 . 4 . 4 . 5 速传动机构设计方案 . 6 3 传动系统的设计 . 7 旋传动部分计算 . 7 . 7 . 7 机的选择 . 9 . 10 . 10 . 11 速机构的设计 . 12 . 12 . 13 度校核 . 16 . 16 . 17 4 辅助装置的设计 . 19 承的选择 . 19 . 19 的型号确定 . 20 . 20 的选择 . 23 轴器的设计与计算 . 24 结论 . 26 致 谢 . 27 参考文献 . 28 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 1 绪论 速成型技术 快速成型 技术（ P）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 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 986年美国的 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 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， 用最为广泛的 全世界安装的快速成型机中光固化成型系统约占 60%。 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 (称 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 )。 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 。 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： 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 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 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 1 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。 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 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。其中， 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。 作简单，但成型复杂制品困难，设计费工费时。近年推出的 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 P 。 式是快速成型机常采用的一种模型文件输出格式。 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。 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需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 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 用 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 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。 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 2 设计方案的确定 旋传动设计方案 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 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 30 40%，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 3 6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 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 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 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 2 4个反向器，将螺母中滚珠分别联成 2 4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 35， 45号钢，重要的经热处理的螺杆可以选用 65400C 。精密传动螺杆可用 938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 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。 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。 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 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/ 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。 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 3 传动系统的设计 旋传动部分计算 杆直径的计算 2 式（ 表 3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 18 25 低速 钢 钢 13 低速 钢 铸铁 13 18 =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。 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 （ 2）铸铝青铜 适用于 速系数： 8( 812 nz n， 弹性系数：根据蜗轮副材料查表 3 47， 寿命系数：设机器使用寿命 0000，则寿命系 数 z 接触系数：由参考文献 1图 查得 参考文献表 3 65 表 3轮材料 力学性能和设计数据 蜗轮材料 力学性能 设计数据 bS310E % pa m/s 铸锡青铜 220 130 80 3 47 265 115 12 330 170 90 4 47 425 190 26 铸锡青铜 铸锡青铜 240 120 70 12 52 350 165 12 270 140 80 7 52 430 190 26 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 铸铝青铜 490 180 100 13 64 250 400 10 续表 3 蜗轮材料 力学性能 设计数据 bS310E % pa m/s 铸铝青铜 540 200 110 15 64 265 500 10 铸铝青铜 630 250 157 16 64 550 270 10 700 300 160 13 64 660 377 10 铸铝青铜 670 310 167 18 64 250 402 10 750 400 185 5 64 265 502 10 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： 3 2l i mm i ( 代入数据得： ， 取标准值 0 蜗杆头数： ) 取 23 取 302 z 模数： 2 ， 取 4m 蜗杆分度圆直径： 7 取标准值 401 d 蜗轮分度圆直径： 2030422 蜗杆导程角： 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 蜗轮宽度： 12 ， 取 22 蜗杆圆周速度： 0 0 060/(333 蜗杆尺寸：齿顶圆直径 8233 齿根圆直径 3 蜗杆螺纹长度 ， 取 53 蜗轮尺寸：齿顶圆直径 2822 2222 齿根圆直径 222 度校核 （ 1）齿面接触疲劳强度验算 许用接触应力： M p m i nm i n 最大接触应力： 13480 5516 3 2 满足条件 （ 2）轮齿弯曲疲劳强度验算 齿根弯曲疲劳极限 15 弯曲疲劳最小安全系数 许用弯曲疲劳应力 2 轮齿最大弯曲应力 p k 满足条件。 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；蜗杆需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 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 图 3轮蜗杆受力图 蜗轮上作用力 6 222222 7811t a a a a 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 152/30/ 12 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： 540591 T N 要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 蜗轮： 22 /54059 T =54059/5162 N 杆： 4 3 5 2158 4 5 1 6 2)/( 323 N 机轴： 352)/( 423 TT 2）各轴实际转速 蜗杆： 13903 nr/轮： 3 9 032 母： 杆： m/ 3）电机实际功率 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。 承校验 （ 1）计算 圆锥滚子轴承寿命 F s 2F s 1F R 2F a 1F r 1F R 1图 4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： 7N=7000r/e=Y=a= 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 121 521 121 所以，附加轴向力 s 1 ； s 2 因为21 ，所以，右端轴承被压紧，则： 轴承轴向力 , 1X =1， 1Y =0； 2X =2Y =虑平稳运转，冲击载荷系数, 当量动载荷1 1 1 11 ( ) 2 6 5 . 4d R AP f X F Y F N 2 2222 因为 54059 ） （ 2）螺杆与联轴器处键的选择 参考轮毂及轴径，选择 为 66 的键， 取键长 L=25 许用转矩 41 = 4 9 87 5701925641352 ) 合格 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 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 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 基本参数见表 4 表 4凸缘联轴器基本参数 公称扭矩 Tn 许用转速 n r/孔直径 1 栓 L0 量 直径 10 8100 19 30 71 53 3 4 要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 4凸缘联轴器 需要购买对应 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 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