毕业设计（论文）-桌面型框架式3D打印机机械结构设计.docx

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1、本科毕业设计设计题目：桌面型框架式3D打印机机械结构设计院系名称：机械工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化机械姓名：学号：指导教师：职称：毕业设计任务书学生姓名：任务下达日期：202X年12月26日设计开题日期：202X年3月17日设计开始日期：202X年3月20日中期检查日期：202X年5月8日设计完成日期：202X年6月23日一、一般部分设计题目：桌面型框架式3D打印机机械结构设计二、专题部分设计题目：桌面型框架式3D打印机机械结构设计三、设计的主要内容：对3D打印机的整体结构进行设计及论证可行性；在此基础上，对打印机的传动丝杆、滚动导轨、联轴器等相关部件进行选型及校核，绘制3D打印机

2、的总装图、打印托盘、带轮、打印喷头等主要零部件图；完成3D打印机的三维实体设计；编写1.5万字左右的毕业设计说明书。四、设计目标完成3D打印机机械结构设计，其中喷头最大运行速度：80mms,打印机的运行尺寸：260X260100mm；完成3D打印机三维实体设计。指导教师：院（系）主管领导：202X年12月26日摘要,3D打印技术在过去的两年中越来越受欢迎。它是一种快速成型的技术，基于数字模型文件，并通过层打印构造对象。我们日常生活中的打印机可以打印一些平面纸张材料。3D打印机打印出3D产品。三维打印技术发展趋势的设计体系和国内产业发展状况，介绍了基本概念、发展历史回顾、3D打印技术、打印技术原

3、理、应用领域、广泛影响。摘要在三维打印技术的发展过程和工作原理基础上，基于技术创新的特点，分析了三维打印技术和存在的问题，展望了三维打印技术的未来发展趋势。本设计按照相应的技术参数和指标，在国际标准化规定下，对此次桌面型框架式3D打印机进行全面的机械结构设计。在普通打印机的基础上，根据优化设计，由X、Y、Z坐标滑块、挤压头、滚珠丝杠、直线导轨、套管等零件。其中X、Y、Z坐标滑台是来实现三个自由度的运动，分别由三个步进电动机驱动，滚珠丝杠副传递运动，使坐标滑台在直线导轨上做直线运动。该设计主要采用三维绘图软件，并建立原始打印机的模型。重点设计出箱体结构，实现桌面化。关键词：3D打印机设计；桌面型

4、3D打卬机；FDM打印机设计；框架式3D打印机；框架式设计；Abstract3DprintingisakindofrapidprototypingtechnologyinthelasttwoYears.Itisbasedonthedigitalmodelfile,throughthewaYofIaYerbYIaYertoconstructobjects.TheprinterinourdailYlifecanprintsomeflatpapermaterial.The3Dprinterprintsoutthestereo.Thedevelopmenttrendofthedesignofthe3D

5、printingtechnologysYstemandthedomesticandforeignindustrYdevelopmentpresentsituation,introducedthebasicconcept,review,3DprintingtechnologydevelopmenthistorY,printingprocessprinciple,applicationfield,wideinfluenceandotherproblems.BasedontheintroductionofthedevelopmenthistorYof3DtechnologXtheworkingpri

6、ncipleandprocessof3DprintingtechnologXthispaperanalYZestheinnovationandeXistingproblemsof3Dprintingtechnology,andlooksforwardtothefuturedevelopmenttrendof3Dprintingtechnology.Thisdesignaccordingtothecorrespondingtechnicalparametersandindicators,intheinternationalstandardization,thedesktopframetYpe3D

7、printerforacomprehensivemechanicalstructuredesign.OnthebasisoftheOrdinarYeXtrusionprinter,theoptimaldesignismadeupofX,Y,Zcoordinateslidingtable,eXtrusionhead,ballscrewpair,linearguiderail,boXandsoon.Amongthem,X,XZcoordinateslideistoachievethreedegreesoffreedomofmovement,respectiveibYthreesteppermoto

8、rdrive,ballscrewpairtransfermovement,sothatthecoordinatesoftheslideonthelinearguideline.InthedesignofsoftwareismainlYusedtoestablishtheinitialmodel,printer.FocusonthedesignoftheboXstructuretoachievedesktop.KeYwords:3Dprinterdesign;desktop3Dprinter;FDMprinterdesign;frame3Dprinter;framedesign;目录第一部分本科

9、毕业设计调研报告11.1 概述11.2 学生、教师简介11.3 调研时间及调研形式21.4 调研企业及其概况21.5 调研内容21.5.1 课题所涉及技术领域的基本情况21.5.2 所设计的课题目前采用的设计方法、研发手段、技术特点与课题有关的装置或结构相关的具体情况31.5.3 现阶段存在的技术问题41.5.4 市场需求及产品应用前景分析41.5.5 结论5第二部分本科毕业设计可行性论证报告52.1 设计课题要达到的设计目的52.2 调研结论62.3 方案设计62.4 设计方案论证71.1.1 1技术方面71.1.2 制造方面71.1.3 经济性方面71.1.4 现有的知识储备方面81.1.

10、5 结论8第三部分毕业设计计算书93.1 打印机框架整体设计93.1.1 打印机框架尺寸设计93.1.2 打印机的框架设计93.2 机械结构传动装置设计103.3 驱动电机的选择103.3.1计算折算到电动机轴上的负载转矩103.2.2计算折算到电动机的负载力矩113.3.3步进电机的初选133.3.4确定步进电机133.4丝杠的选取及其校核143.4.1丝杆的选取143.4.2丝杆的确定143.4.3螺杆的强刚度校核151 .5联轴器的选择及其校核173 .6圆锥销的强度校核183.1.1 圆锥销的选择183.1.2 圆锥销的强度校核183.7滚动导轨的选择及其校核193.7.1滚动导轨的选

11、择193.7.2滚动导轨的校核193. 8轴的设计及校核241. 8.1轴的重要性243. 8.2初步估算轴径253.9挤出器整体结构设计263.9.1挤出器结构设计263.9.2喷头的设计263.10 送料机构整体设计273.11 电控元件的选择283 .11.1控制板的选择284 .11.2传感器的选择293. 11.3行程开关的选择29第四部分本科毕业设计特色专题304.13D打印机的组成及功用301 .1.13D打印机的组成304 .1.23D打印机的功用304.2Unigraphics三维设计软件简介304.33D打印机三维实体建模314.3.1 升降板建模314.3.2 喷头零件建

12、模314.3.3 丝杠零件建模324.3.4 喷头支架零件的建模324.3.5 电机支架建模334. 43D打印机组件装配错误!未定义书签。4. 4.1工作台支架错误!未定义书签。4. 4.2传动带夹错误!未定义书签。4. 4.3电源支架错误!未定义书签。4. 4.4后壁板错误!未定义书签。4. 4.43D打印机整体装配图错误!未定义书签。结束语33致谢35参考文献36CONTENTSAbstract1Part 1 eThereportofgraduationprojectresearch11.1 SummarY11.2 Theintroductionofstudentsandteachers

13、11.3 Thetimeofresearchandtheformsofresearch21.4 Researchenterpriseanditsgeneralsituation21.5 Thecontentofresearch21.5.1 Thebasicsituationofthetechnicalfieldthatinvolvedinsubject21.5.2 Thespecificcircumstancesofdesigntopicsthatcurrentlyusedinthedesign,researchanddevelopmenttools,technicalfeaturesandt

14、opicsrelatedtothedeviceorstructure31.5.3 TechnicalproblemseXistingatthepresentstage41.5.4 TheprospectanalYsisofmarketdemandsandproductapplications.41.5.5 Conclusions5Part 2 oUndergraduateGraduateDesignFeasibilityDemonstrationReport.52.1 Thepurposeofdesignthatissueswanttoachieve52.2 Theconclusionofre

15、search62.3 Thedesignofscheme62.4 Thedemonstrationofdesignedscheme72.4.1 Thepartoftechnologies72.4.2 Thepartofmanufacturings72.4.3 Thepartofeconomics72.4.4 Thepartofknowledgethatexistedinreserves82.4.5 Conclusions8Part 3 reeUndergraduateGraduateDesignCalculations93.1 Theoveralldesignoftheframeofthepr

16、inter93.1.1 ThesiZedesignedoftheprinters93.1.2 Thefamedesignedoftheprinters93.2 ThedesignoftransmissionunitthatMechanical-structures93.3 Theselectionofdrivemotor103.3.1 Calculatetheloadtorqueonthemotorshaft103.3.2 Calculatetheloadtorqueofthemotor113.3.3 TheprimariesoftheSteppermotor133.4 TheSelectio

17、nandcheckoftheleadscrew143.4.1 TheprimarYofthreadpair错误!未定义书签。3.4.2 TheCalculationofslidingscrew错误!未定义书签。3.5 Theselectionandcheckofthecoupling173.6 TheStrengthcheckoftaperpins173.6.1 TheSelectionoftaperpins183.6.2 TheStrengthcheckoftaperpins183.7 Theselectionandcheckoftherollingguiderails193.7.1 The

18、selectionofrollingguides193.7.2 Thecheckofrollingguides193.8 Thedesignandcheckoftheconnectingrodoftheprinters243.8.1 Makesurethelengthoftheconnectingrods243.8.2 Checkthestrengthofconnectingrods243.9 TheoverallstructureddesignoftheeXtruder263.9.1 ThestructureddesignofeXtruder263.9.2 ThedesignofspraY-

19、head263.10 Theoveralldesignoffeedingmechanism273.11 Theselectionofelectriccontrolledcomponents283.11.1 Theselectionofcontrolpanels283.11.2 Theselectionofsensors293.11.3 Theselectionoftravelswitches29Part 4 urUndergraduateGraduateDesignCharacteristicTopics304.1 Thecompositionandfunctionof3Dprinter304

20、.1.1 Thecompositionof3Dprinter304.1.2 Thefunctionof3Dprinter304.2 Thebriefintroductionof3Ddesignsoftware-SolidWorks304.3 3Dprinter3Dsolidmodeling314.3.1 Tomodelheatingblockparts314.3.2 Tomode1noZZleparts314.3.3 Tomodelscrewparts324.3.4 Tomodelrollingguiderai错误!未定义书签。4.3.5 TomodelspraY-headsupportedp

21、arts324.3.6 Tomodelfeedingframe334.4 Theassemblyof3Dprinter错误!未定义书签。4.4.1 Theassemblyofrollingguiderai错误!未定义书签。4.4.2 Theassemblyofprinthead错误!未定义书签。4.4.3 Theassemblyoffeedingdevice错误!未定义书签。4.4.4 Theoverallassembleddrawingof3Dprinter错误!未定义书签。ConcludingRemarks33Acknowledgements35References36第一部分本科毕业设计

22、调研报告1.1 概述毕业设计题目：桌面型框架式3D打印机的机械结构设计3D打印是一种基于数字模型的快速成型技术，它可以通过使用金属粉末或可由物体的结构打印的塑料材料来粘合。由于其在制造技术上的创新，被媒体认为是第三次工业革命的开端。3D打印机最早是在1984年发明的，是美国科学家发明的。但是由于价格高，技术还不成熟，在早期阶段并不是普遍的。经过20年的发展，技术已变得更加熟练、准确、价格下降。目前,3D打印技术已经成为一种趋势,3D打印技术已经应用在许多领域和外科医生使用3D打印生产模型,协助规划复杂的器官,考古学家和博物馆技术人员使用3D打印副本生产珍贵的文物,和的基础上研究。特别是在工业设

23、计、数码产品、模具等领域，您可以在几个小时内完成模具打印，节省大量产品到市场开发时间。3D打印机不需要纸，也不需要墨水，而是通过电子绘图、激光扫描和一系列材料熔化技术、具体材料的熔化，并根据电子模型层的电子模型将最终的电子地图添加到物理模型中。3D打印机具有广阔的前景，在未来5到10年，随着技术和市场需求的持续发展，3D打印将有更高的需求。为了解桌面型框架式3D打印机的机械结构，工作原理和市场前景，特意进行了此次调研。1.2 学生教师简介学生简介姓名专业班级学号X机械设计制造及其自动化指导教师简介校内外教师姓名工作单位专业职称学校教师X大学机械制造副教授公司企业教师电子工程高级工程师1.1.1

24、 时间及调研形式调研时间：2016年2月27日3月17日调研形式：前往哈尔滨拓思科技有限公司以及图书馆和在网上查阅各种资料，观察了3D打印机的机械结构和工作形式，并拍了许多照片和视频，同时也做了大量的测绘，对3D打印机的机械结构设计及工作原理有了初步的了解。1.1.2 企业及其概况哈尔滨拓思科技有限公司是一家致力于电子情报的科技企业。公司从创办之初，本着诚实守信、自主创新的原则，在3D打印、智能制造等领域取得了令人瞩目的成就。公司的经营方案包括3D打印机创新、3D打印智能教育、智能设备开发等。拥有核心专利一篇，技术论文成果若干篇。图1-1调研图片1.1.3 内容1.5.1 课题所涉及技术领域的

25、基本情况国外3D打印机的研究现状目前，在世界3DSystems和Stratasys公司的产品通过了绝大多数的市场主导。此外，有强大的技术能力在这个地区和特点的公司，研发团队和美国Fab家和ShapewaYs英国的RepRap等。在欧洲和美国的发达国家，3D打印已经开发出成功的商业模式。如消费电子、航空航天和汽车制造等领域，3维打印技术可以以更低的成本、更高的效率生产小批量定制零件，完成复杂而精致的造型。3D打印使用的另一个领域是消费品行业。作为一家在纽约创意消费品公司通过网络设计方案离奇为用户，用3D打印技术制作有形产品并通过电子市场销售，每年推出60种创新产品，营收达100万美元。国内3D打

26、印机的研究现状近几年来，我国积极探索打印3年的发展，1990年代初，清华大学，西安交通大学，华中科技大学，中国科技大学，北京航空航天大学，西北工业大学大学院校积极致力于自主研发3D打印，3d打印设备制造技术，3D打印材料技术，3D设计和成型软件开发，3D打印行业应用研究取得了巨大成就，有一些技术已经是世界先进水平了，但总体而言，国内三维技术水平的研究与发展水平差距较大。目前，国内工业化对打印设备3D在公司实行运营主要有：北京燕华，湖北滨海，机电，深圳等地，这些企业已经基本实现了整体生产和销售3D打印机。1.5.2 设计方法、研发手段、技术特点与课题有关的装置或结构相关的具体情况设计方法：首先利

27、用Unigraphics绘图软件对3D打印机进行三维设计。其次利用AUtOCAD进行二维图纸的设计，最后完成毕业设计说明书的撰写。研发手段：参考国内外桌面型框架式3D打印机的机械结构，根据市场的需求及设备的结构性能进行设计。技术特点：主要对3D打印机的机械结构及传动结构进行设计，使结构更加简单，同时又能完成以前相同的工作，并且造价更加经济，实惠。相关装置：加热装置、机械传动装置、送料装置、控制元件、机架、挡板1.5.3 现阶段存在的技术问题首先，需要优化进一步的设计工具。3D打印需要开发和广泛使用计算机辅助设计（CAD）工具。对于功能部件的制造，需要新的工具来优化形状和材料性能以最大化材料的使

28、用和重量。对于非专业人员，需要开发易于使用的产品设计工具。然后，对现有材料的持续扩展的需要。目前，几乎没有可用的原材料，逐渐从树脂，塑料扩展到陶瓷，金属，甚至是最新的金，银和高强度材料，如钛和不锈钢。最后，要加强生产过程控制。为了提高一致性、可重复性和一致性，必须通过过程控制、内部控制的生产过程和反馈，例如对传感器的非破坏性评价和早期的故障检测，来建立设备认证标准，以减少设备故障。1.5.4 市场需求及产品应用前景分析（1）市场需求3D打印对产品的结构没有任何要求，无论多么复杂的结构都可以通过3D打印一层一层构建，最终完成产品的制造。而且，相比于传统制造方式，3D打印更加的方便，简单。所以在不

29、就的将来，市场对于3D打印机的需求会越来越大。（2）应用前景3D打印机对象的应用可以是任何行业，只有这些行业需要模型和原型,3D打印机需要更大的行业，包括政府，技术，航空航天和国防，医疗设备，教育和制造。技术已经成熟，未来人们用它来建造房子，汽车，更有可能3D打印材料和打印技术的创新和多元化发展，3D打印不仅在传统制造业反映了发展潜力非凡的魅力，也延伸到食品制造，奢侈服装，电影电视，教育等领域与人们的生活息息相关。1.5.5 结论通过此次调研，让我对3D打印这个行业有了一定的认识。了解了3D打印设备的发展历程，国内外存在的差距和未来的发展趋势。对3D打印本机也有了清楚的认知。通过长时间和工作人

30、员的接触，对3D打印机的机械结构和工作原理有了一定的了解，同时还知道了3D打印机现存在的一些缺陷和问题。这些对我的课题设计具有很大的帮助。第二部分本科毕业设计可行性论证报告2.1 设计课题要达到的设计目的设计参数：打印材料:塑料(PLA/ABS/TPC等)；打印机的运行尺寸：260260100mm；打印的最大范围：260260100mm；电机的转速：3600rmin；本次设计课题要达到的设计目的设计3D打印机的机械结构，以满足上述设计参数并且降低生产成本，主要包括打印机框架、工作台、传动装置、挤出装置等部分。2.2 调研结论通过调研可以发现3D打印机在如今的中国还是具有很大的发展前景。客户可以

31、自己做一个玩偶，一个电话盒，或者一个结婚戒指，听起来对个人来说是神奇的，新鲜的。已经有一些企业在中国可以提供国产桌面3D打印机。因此，桌面3D打印机的价格还没有达到消费者的预期。另一方面，一些潜在的消费者关注的事实是，他们可以打印样品本身，以及一些自己的技术和实践技能。总之，要改变现状，突破产品加工技术对产品成本和性能的瓶颈，也要普及3D打印知识，降低设备和材料成本，使3D打印真正被市场所接受。所以在此课题设计中掌握好设计方法，弄清楚3D打印机的机械结构和工作原理是设计成功的关键。2.3 方案设计(1)方案一3D打印机整体机型为桌面型框架式，其喷头沿X、Y轴方向做水平运动,采用同步带进行传动；

32、平台沿着Z轴做竖直运动，采用滚珠丝杠传动，从而进行打印。图2-1方案一示意图(2)方案二3D打印机整体机型为三角形框架式，其喷头通过三个步进电机分别带动各自的丝杠进行传动，带动喷头完成X、丫、Z轴的运动，从而达到打印的目的。图2-2方案二示意图2.4 设计方案论证1.1.1 4.1技术方面方案一的设计所采用的的是框架式的机型机构，框架式的机型结构导致3D打印机的整体尺寸偏大，而且所需运动消耗的功率也较大。但其打印出的工件工艺性较好。方案二的设计所采用的机械结构为三角洲式，三角洲式3D打印机整体尺寸偏小，打印速度较快。但其打印出的工件工艺性较差。1.1.2 制造方面3D打印机的机架采用的是铝合金

33、材料，采用机械加工方法；其余的标准件都采用采购的形式，也可以通过3D打印制造而成。丝杠采用丝杠螺母，国家已标准化采用采购形式；外壳的材料选用塑料。1.1.3 经济性方面在制造成本上，方案一中的框架式整体尺寸偏大，所以所需要的材料越多。方案二中的三角洲式整体尺寸偏小，所需要的材料偏少。则通过比较可以知道方案一的成本要高于方案二，则方案一经济性较为差一些。1.1.4 现有的知识储备方面此次毕业设计主要设计的对象是3D打印机的机械结构部分。我们通过学习机械原理机械设计金属切削机床材料力学理论力学等课程已拥有设计3D打印机的基础相关知识，并且在调研过程中了解到3D打印机的原理及组成。所以在设计3D打印

34、机时，首先对重要部件进行设计计算，例如：丝杆、驱动电机、皮带、机架等，通过学习机械制图以及学习AutoCAD和Unigraphics绘图软件等基础知识，利用Unigraphics绘图软件建出3D打印机的三维模型，最后完成二维出图和说明书的撰写。所以现阶段的知识储备能够满足完成此次3D打印机的设计。1.1.5 4.5结论综上所述，方案一的设计更加合理并且制造产品的工艺性，稳定性优于方案二，满足市场的需求，所要采用方案一。第三部分毕业设计计算书3.1 打印机框架整体设计3.1.1 打印机框架尺寸设计D46(?AB图3-1打印机框架尺寸设计模型为了能满足打印要求，还要初步估算其他零件的尺寸，初定板材

35、为5mm厚的板料。3.1.2 打印机的框架设计打印机的框架结构主要由板材构成，底座由正方形木板组成，并在4个角加上角垫，这样的底座稳固性非常强，能保证打印机在工作的时候不会发生摇动以至于打印精度下降。打印机的Z轴通过轴中央的扶正器实现，顶部的电机通过联轴器转动，以上下驱动线。喷头用杆移动。底座和底座通过底座的前后运动连接。打印机工作顺利，底部两根型材分别与螺栓连接部件，上述材料和部件之一固定，拆卸时拧下螺丝，同时通过六角螺栓活动连接以下型材和部件。这将允许打印机放下垂直条而不使用它并轻松携带。相关部件的统一厚度为5mmo3.2 机械结构传动装置设计根据FDM的打印机工作原理，则选择丝杆螺母副传

36、动最为适合设计要求及传动要求，因为丝杆螺母副的特点结构简单，加工方便，成本比较低；在一定条件下能实现自锁，同时其摩擦阻力矩大、传动效率低（30%40%）,而滚珠丝杆副加工复杂成本高，安装和调整难，而且不能自锁。因此传动装置选择丝杆螺母副传动。根据设计要求及15中表3-7-6初选螺距Ph=2mm直径。=8mm、长度L=270mm的丝杠。3.3 驱动电机的选择步进电机是一种与现代数字控制技术有内在联系的离散移动装置。在国内数字控制系统中，步进电机的应用非常广泛。随着全数字交流伺服系统的出现,交流伺服电机在数字控制系统中越来越常用。为了适应数字控制的发展趋势，大多数运动控制系统采用步进电机或全数字交

37、流伺服电机作为电机。尽管两者在控制模式（脉冲和方向信号）上是相似的，但在性能和应用上却截然不同。现就二者的使用性能作一比较。3. 3.1计算折算到电动机轴上的负载转矩1 .丝杆转动惯量4的计算人祥*（3-1）式中P材料密度，kg/cm2；D丝杠的直径，mm；L丝杠的长度，mmo已知丝杠的密度=7.8103kgcm2;丝杠直径0=8mm；丝杠长度L=270mm则Jr二之dL.=7.8IO3D/Lj=0.142kgcm2327=7=2 .移动部件的转动惯量(3-2)式中m执行部件的总质量，kg；L螺距Ph，mm。已知执行部件为喷头以及滑块的质量约为2kg,螺距ptl=2mm.故有：j=m(L)2=

38、2X()2=0.004kg.mm2L%兀)23,14g3 .负载的转动惯量/d=g(，r+，L)(3-3)式中Z执行部件的个数。由于执行部件只有一个，故有Jd-JrA=O-142+0.004=0.146kgcm23.2.2计算折算到电动机的负载力矩1 .负载的力矩7；计算FP4=4N/m(3-4)211式中Fd执行部件的轴向负载,N;Ph丝杠导程,m;传动总效率，丝杠与电机直连时=0.9,不直连时=0.85o已知：打印机在工作过程中丝杠的轴向负载为自身的重力与喷头的重力之和则：Fa=G=mg=29.8=19.6N式中g=9.8Nkg0导程4=2mm=2xl()311b进给效率=0.9。故有：T

39、C=及6X2X1=0.007N/m21123.140.92 .折算到电机轴上的摩擦负载力矩看的计算（3-5）211式中F摩导轨的摩擦力,N；耳丝杠的导程，m；效率，通常采取=0.70.85（链传动）；i总传动比，直连时为，=1。其中F摩=从（Fc+G）（3-6）式中滚动导轨的摩擦系数取O.OO3O.OO5;FC垂直方向的工作负载，空载是a=。；G运动部件的总重力,N。故有：0.142X2X旅5.32IO-5N/m最大负载转矩/q：(3-7)eq-t+i+o式中To预紧摩擦转矩，由于丝杠螺母无预紧故7；=0Teq=0.007+5.32IO-5=0.756X103.140.851N/m3.3.3步

40、进电机的初选将上述的计算所得的却乘上一个系数,用KXT的值来初选步进电机的最大静转矩，其中K为安全系数口6。因为在工厂应用中，当电压降低时步进电机的输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转16。所以在确定安全系数K后，就可以确定电机的最大静转矩。在开环控制中，通常在2.54范围内选取。取K=4,故有ax=L0455x1(24=0.04182N/m。3.3.4确定步进电机总而言之，交流伺服系统在许多性能领域优于步进电机。但在某些情况下,要求并不高，步进电机通常是电机的实现。因此，在控制系统的设计过程中，我们应该考虑到控制要求、成本和其他因素，我选择了步进电机。桌面级3D打印机，一般有42步的步进电

41、机，电流可以是1.5a,没有问题，一般的电流IA足够了，则取型号为SST43D2165-H520G。查表选择11520G型步进电机，如图3-2所示：3.4丝杠的选取及其校核3.4.1丝杆的选取螺杆的材料选择38CrMOAlA钢。单螺杆挤出机螺杆的基本几何尺寸关系表示如图3-3中。螺杆的性能由其几何结构确定的，所以在设计中只要确定好几何形状及其尺寸即可确定其性能。图3-3螺杆几何结构3.4.2丝杆的确定(1)螺杆的径向尺寸熔体输送速率计算螺杆的直径DS是螺杆的外径，公称直径与内孔直径Db相同。螺杆的直径是螺杆挤出的公称尺寸。这是因为螺杆的直径越大，机床的输出越高，螺杆的直径就可以估算出机床的工作

42、能力。取Ds=32mm.实际上机筒内径与螺杆外径之间存在径向间隙力o显然有如下关系：讨=g(DDQ(3-6)代入数据得：=05x(3231.6)=02螺纹表面形成一条类似于圆筒的矩形截面的物质流道，通常是凹槽。槽深H与槽内内容的体积有关，是一个重要的几何参数。当径向间隙被忽略时，槽的深度是螺纹的高度。(2)螺杆的轴向尺寸螺杆具有普通螺纹S和螺旋角的常见元件。通常S=32毫米。大多数单螺杆挤出机采用单螺纹螺杆，所以间距等于其导程。螺旋角与螺钉的径向尺寸和轴向尺寸有关：11Db代入数据得:323.1432=0.318(3-7)即螺旋角=17.67。螺距是由螺槽水平宽度B和螺水平宽度为b。b=411

43、im确定的，则有以下关系式：5=55=324=28mm螺槽法向宽度W和螺棱法线宽度e,两者有下列关系式：W=BCaS=(S-b)cos0(3-8)代入数据得：W=28cosl7.67=27.3mme=bcos0=3.9mm3.4.3螺杆的强刚度校核(1)强度校核已知螺杆材料为38CrMOAIA钢，许用应力口口】=278mn11i2,机头的压力P=IOMPa,螺杆的最高转速=8(kmin,驱动电机功率为1.5kW,驱动装置效率=950计算轴向力由常规螺杆的经验关系式：Pa=(4.3059-3.0941gP)PA(3-9)_o2(3-14)带入得：=(4.3059-3.094IgIO)XIOX屋三

44、=0.0609MN由式计算压应力：PaOy-Ar(3-10)0.06094104/25=5=24.7MNm2115.62由式计算扭矩：,C-XCNmaxMn=9549Tlmax(3-12)22Mn95490.95=2495Nm80由式Mn(3-13)Wn106计算剪应力：249516108”/?=-=72.4MNm25.63106由式r+42计算螺杆强度:24.72+472.42=146.9MNm2校核结果：螺杆强度符合要求。（2）刚度校核根据螺杆的材料为38CrMOAIA钢，=3,E=200GNm2,螺杆的许用扭转角冏=机。(3-15)由式ED4一计算扭转角:=0A6om11672495x(

45、1+0.3)20010984108校核结果：刚度符合要求。3.5联轴器的选择及其校核在本设计中，利用步进电机通过联轴器直接驱动螺杆轴，从而减少了这部分齿轮箱的结构设计。在联轴器的选择上，在不考虑工作台的基础上，设计了两种联轴器。一类是机构中的步进电机，轴较小，转矩较小。另一种类型是挤出机的耦合机制，这是较大的轴，也有更大的扭矩。步进电机联轴器主要用于连接步进电机轴和其它轴传递转矩，并要求精密驱动能力。它们之间不应该有间隙，耦合的积分在传输过程中不应该是间隙的。适当的刚度，耦合不能有传输延迟，否则会严重影响步进电机的传动精度和工作。比较小的惯量，在强度的基础之上，应降低步进电机联轴器的重量。柔性应该更好，有要求精密的步进电机联轴器，不仅需要高刚性，同时需要在安装过程中校正驱动轴与从动轴之间的各种误差。选择弹性柱销联轴器，GB/T5014-2003,型号为LXl,公称转矩为250Nm,轴颈18mm,D为90mm,b为20mm,质量为2kg。3.6圆锥销的强度校核3.6.1圆锥销的选择根据上述联轴器的选择选用圆锥销套筒联轴器，定位销一般采用两个，其直径大小根据联轴器结构来决定。依据已选的联轴器，可知圆锥销的基本尺寸为3x22(GB/T117-2000)。通过机