快速成型(Rapid Prototyping,RP)技术是基于材料堆积法的一种新型技术。快速成型技术可以很快地制作出产品的物理模型,并用模型来验证设计师的构想,以便及时发现不足之处。另外,其还可以用于部分工业生产。涉及的领域广泛,应用行业众多,主要集中在工业制造、建筑行业、医学领域、艺术创作考古研究和航空空间。
差动机构是将两个有差异的,或独立的运动合成为一个运动,或将一个运动分解为两个有差异的运动机构.差动机构有各种具体型式,可以用齿轮、螺旋、链条和钢索等组成,常用于汽车、拖拉机、起重机、测微器和天文仪器中,起增力、微动、运动分解与合成、误差补偿等作用。齿轮螺旋差动机构具有体积小、承载能力大、工作平稳的优点,在各种机器和机械设备中有较广泛的应用。
现有的快速成型与工业生产相结合的案例中,很少有实际应用,这无疑使快速成型与齿轮差动机构的结合为以后的设计及使用提供了新的思想。
1 快速成型技术在齿轮螺旋差动机构中的应用
1.1 齿轮螺旋差动机构
齿轮螺旋差动机构采用齿轮行星轮系与螺旋传动组合的形式,用螺母板与带有螺纹的行星轮轴配移动。行星轮公转时,螺母板也随同转动;行星轮自转时,利用与行星轮固接的行星轮轴的转动。用螺纹驱动使螺母板移动,达到螺母板既转动又移动的目的。本文对差动齿轮螺旋的具体设计。如图1所示。
图1 羞动机构原理图
1.2 快速成型技术
快速成型技术包括立体光固化成型法(SIA)、选择性激光烧结(SI S)、熔融沉积成型(FDM)和分层实体制造(IOM)等。本文设计机构的制作采用分层实体制造法,它以片材(如纸片、塑料薄膜或复合材料)为原材料.激光切割系统按照计算机提取的横截面轮廓线数据,将背面涂有热熔胶的纸用激光切割出工件的内外轮廓;切割完一层后,送料机构将新的一层纸番加上去,利用热黏压装置将已切割层黏合在一起 ,然后再进行切割;这样一层层地切割、黏合,最终成为三维工件。LOM常用材料是纸、金属箔、塑料膜和陶瓷膜等,除了可以制造模具、模型外。还可以直接制造结构件或功能件。其特点是原材料价格便宜、成本低。
1.3 齿轮螺旋差动机构和快速成型技术的结合
传统的齿轮螺旋差动机构是先设计草图,再用建模软件进行仿真。根据仿真结果对机构进行修改及完善,然后出图纸,即利用AutoCAD画出平面图,并完成尺寸标注及误差标注,根据图纸进行加工。基于快速成型的齿轮螺旋差动技术与传统步骤不同。直接进行整体尺寸的设计,简化了步骤,使操作更加方便.其设计流程如图2所示。
图2 制作流程
经过资料查找及快速成型机最大的可制作尺寸,机构整体尺寸为12cm×20cm及底座尺寸,然后开始进行零件设计.零件包括行星轮、行星轮轴、中心轮、系杆、螺母板等.用建模软件SolidWorks画出零件图并组装,针对组装过程中出现的问题,对图纸进行修改,最后快速成型制作(包括快速成型机的选择等)。制作完成并调试,再进行最终修改。最终的模型图如图3所示。
图3 模型图
2 模型制作及分析
2.1 图纸制作
1)利用AutoCAD软件进行分立零件设计,设计包括零件尺寸、形状和外观.图4为行星齿轮中的一个齿轮。设计中,穿过齿轮的轴的直径为6mm,因此齿轮的内径也为6mm,齿轮外径的大小及齿数应结合相应的组合中的另一个齿轮而设计,设计时应注意其啮合度。
图4 行星齿轮中的一个齿轮