熔融沉积3D打印机机械结构的设计(4)

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是说，螺杆的导程误差不能说明整套丝杠的误差，出厂精度合格不能说明额定使用寿命内都维持这个精度。这是个可靠性的问题，与生产商的生产工艺有关。推荐：精度尽量选C7。

图5 精度C7号丝杠（d=8mm）

2.4初选导轨型号

直线滚动导轨,根据最大动载荷C = 1613 N垂直,水平最大动载荷C = 483.9 N,通过检查（机电一体化系统设计手册）表2.9 -3.8 ,其参数长度:650毫米,最终确定使用直径D=8mm的导轨最合适。。

图6 d=8mm号导轨

3.传动部分总体设计的计算

3.1丝杠的受力计算

滚珠丝杠副已经标准化。因此只需选择合适的型号即可。 滚珠丝杠的负荷包括粉料的重力及摩擦引起的阻力。 1)经查表和前述计算可以的出如下参数：

查表得，使用寿命 T=15000h,初选丝杠螺距 t=4mm,且已经知道Z轴下降的最大的下降速度是

Vmax=0.048m/min

所以丝杠转速 n?1000vmaxt?1000?0.0484?12rmin

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取丝杠转速n=12r/min

所以L?60?12?15000106?10.8转 额定动载荷

设计其精度为3级，可靠性为90% 1`3则由Cam?fwF(60nLn)/100fafc

其中可查出精度系数fa=1，可靠性系数fc=1，荷性质系数fw=1.2，且已知F=1572N,Lh=15000,n=12r/min。

`上述数据代入公式后，可得Cam?1.2?1572?(60?12?15000)/1000?1?1?4169.7N 查表（机械设计手册），取滚

珠丝杠的直径d0=6mm,选用滚珠丝杠螺母副型号为3206-3,其额定负荷为6766N,足够用。

3.2导轨的选型及计算

3.2.1导轨刚度检验

滚珠丝杠受工作负荷P引起的导程L0的变化量

FNL?L?EA

6222其中FN=1574，L=0.4cm，E?20.6?10N/cm，A??R?8.04cm

所以

?L?FNL1574?0.4?6??3.8?10cm6EA20.6?10?8.08

导轨因受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略 所以导程总误差

a`?a63?61.2??0.72m2.5

?2?查表知6级精度的丝杠允许误差13μm,（中国机械设计手册卷4）故刚度足够。所选丝杠符合要求。

3.3丝杠和螺母自锁校核计算

螺纹升角 Ψ=arctan(L/π*d2) 其中 L——导程；

d2——螺纹中径（一般而言，d2=d-0.5p）； 螺纹摩擦角 β=arctan[f/cos(α/2)] 其中 f——静摩擦系数；

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α——螺纹牙型角；

若 Ψ≤β，则传动螺纹具有自锁特性。

3.3.1 电机转矩的选择计算

加热板的速度和同步齿形带的速度是一致的所以同步齿形带轮的线速度为: 带速v =0.112m /s

初选小带轮齿数为z1=14,模数m=4 所以小带轮直径d1=mz1=2×18=56mm 根据公式v=πd1n1/60×1000 得小带轮的转速n1=35.3r/min.

因为传动比为1所以大带轮的齿数和直径分别为: z2=14 d2=56mm

大带轮的转速n2=35.3r/min

Pd=Ka×P=1.6×0.0037=0.00592kw(Ka-工况系数) 取轴向间距a0=1450mm

带长L0=2a0+π(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4a0=3065.84mm

由L0与m=4可取Zb=290，Lp=3644.25的同步带，根据需要将他的宽度切为28mm。

即带宽bs=28mm

电机的输出转距为Td=9550Pd/n1=9550×0.00592/35.3=1.6N.m 综合考虑，查表选择57BYG096型步进电机，如图8、图9所示

图7步进电机

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图8 步进电机外形尺寸

表1 电机参数

本章主要是针对x - y扫描机制的设计,必须首先明确设计任务,然后确定脉冲当量和传动比,丝杆,导轨选型和相应的计算,最后,计算并确定驱动电动机的x - y方向。 3.3.2 加热板材料的选择

耐高温材料包括耐火材料和耐热材料，有无机化合物，也有高分子聚合物材料。耐火材料通常是指能耐1580℃以上温度的无机物材料。 它们是修建窑炉、燃烧室和其他需 耐高温的建筑材料从广义 上讲，无机耐火、耐热材料是指这些化合物的硬度高、脆性好、耐化 学腐蚀性能好，而且熔点在1500以上。主要分金属与非金属化合物和 非金属间化合物两类此外还用作耐化学腐蚀材料 和硬质材料等。耐热聚合物可用作 耐高温薄膜绝缘材料、耐高温纤 维、耐高温涂料、耐高温粘合剂 等。按照耐高温的时间，又分瞬间 耐高温材料和较长时间的耐高温材料。前者在1000～10000℃能耐几秒 到几分钟。其中烧蚀材料也是耐高温材料。例如在300～600℃，在空气 中能保持它的机械强度、耐化学腐蚀等。

综合上述耐高温材料选择方案3种：PPS塑料(聚苯硫醚)、LCP（高性能特种工程塑料）和高温尼龙。

PPS是260度

LCP高的有300-350度的 高温尼龙是260-290度

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最终选择LCP特种工程材料。

图9加热板正面

图10加热板反面

4. 3D打印机的送丝机构

4.1送丝机构的简介

3D打印机的送料机构，包括：用于输送待加工的物料的送料组件；用于为待加工的物料进行熔融的熔融组件；所述熔融组件包括熔炉、喷嘴及用于为熔炉加热的感应组件；所述喷嘴与熔炉固定连接；所述感应组件套设在所述熔炉的外周。本次设计的3D打印机的送料机构的安全性高，且适用范围较广泛。 4.2送丝机构的设计

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