光敏树脂固化成型机起升机构设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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 Abstract 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 Expounds 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 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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 0.076 0.381mm，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。 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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。 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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 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 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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 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 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。 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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 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。 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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 2 Fpdhp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 18 25 低速 钢 钢 7.5 13 低速 钢 铸铁 13 18 2.4m/min 钢 青铜 11 18 3.0m/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 : 2 25.9d mm根据梯形螺纹国家标准，取螺纹为 Tr30 6 其基本参数为： 螺杆外径： 30d mm ， 中径：2227d D m m， 螺杆小径：3 23d mm， 螺母小径：1 24D mm， 螺母大径：4 31D mm， 螺距： 6p mm 3.1.2 螺纹部分强度计算 梯形螺纹牙型角 30 当量摩擦角 a r c t a n a r c t a n / c o s ( / 2 ) 5vv ff 将螺纹部分展开，其受力图如图 3-1 所示， 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 图 3-1 26a r c t a n a r c t a n 4 . 127pd 作用在螺母上的扭矩12/2T Qd2t a n ( ) / 2vFd 54059 N m m 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 m a x 1 54059T T N m m 图 3-2 根据第四强度理论，得：螺杆危险截面的当量应力 22m a x334( ) 3 ( )0 . 2vTFdd 22334 2 5 0 0 0 5 4 0 5 9( ) 3 ( )2 3 0 . 2 2 371.4Mpa 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 表 3-2 螺杆与螺纹牙强度 项目 许用应力 Mpa 螺杆强度 3 5s s为屈服极限 螺纹牙强度 材料 剪切 弯曲min钢 0.6 （ 11.2） 青铜 30-40 40 60 铸铁 40 45 55 耐磨铸铁 40 50 60 蜗杆材料为 45 号钢，由表 3-2 可知，它的许用应力为 3 5s = 36035 =12072Mpa v ，满足要求。 自锁条件：26a r c t a n a r c t a n 4 . 127pd =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。 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 （ 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： 74.0)18( 812 nz n， 弹性系数：根据蜗轮副材料查表 3-7 得 MpazE 147， 寿命系数：设机器使用寿命 hLh 10000，则寿命系 数 6.116.125 00 06 hh Lz 接触系数：由参考文献 1图 13.12I 线查得 65.2z接触疲劳极限：查参考文献表 3-7 得 MpaH 265lim 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 bSHB S310E EZ limH limF maxfvMpa Mpa % Mpa Mpa Mpa Mpa m/s 铸锡青铜 220 130 80 3 88.3 147 265 115 12 330 170 90 4 88.3 147 425 190 26 铸锡青铜 铸锡青铜 240 120 70 12 98.1 152 350 165 12 270 140 80 7 98.1 152 430 190 26 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 铸铝青铜 490 180 100 13 122.6 164 250 400 10 续表 3-7 蜗轮材料 力学性能 设计数据 bSHB S310E EZlimHlimFmaxfvMpa Mpa % Mpa Mpa Mpa Mpa m/s 铸铝青铜 540 200 110 15 122.6 164 265 500 10 铸铝青铜 630 250 157 16 122.6 164 550 270 10 700 300 160 13 122.6 164 660 377 10 铸铝青铜 670 310 167 18 122.6 164 250 402 10 750 400 185 5 122.6 164 265 502 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 3.1min HS 中心距： 3 2l imm i n2 )(HHhnEaSzzzzTka 代入数据得： mma 1.67 ， 取标准值 mma 80 蜗杆头数： 71.17.16/)804.27(/)4.27(3 iaz ， 取 23 z蜗轮齿数： 4.3327.1632 ziz， 取 302 z 模数： 5.47.3/)7.14.1( 2 zam ， 取 4m 蜗杆分度圆直径： 4.3168.0 875.03 ad， 取标准值 401 d 蜗轮分度圆直径： mmmzd 1 2 030422 蜗杆导程角： 031.11tan 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 蜗轮宽度： mmmdmb 5.30)15.0(2 12 ， 取 mmb 322 蜗杆圆周速度： 91.2)1 0 0 060/(333 ndv 蜗杆尺寸：齿顶圆直径 mmmdda 48233 齿根圆直径 mmhddff 4.3023 33 蜗杆螺纹长度 mmzmb 5.441223 ， 取 mmb 453 蜗轮尺寸：齿顶圆直径 mmmdhddaa 12822 2222 齿根圆直径 mmmdhddff 4.1 1 02.122 2222 3.3.3 强度校核