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如何利用3D打印机技术研究驱动器

  日内瓦驱动器是一种齿轮,它以前经常用于瑞士制造的手表而命名,至今仍被用于电影放映机等场合。来自罗马尼亚布加勒斯特大学的一组研究人员发表了一篇题为“ 使用3D打印机技术研究日内瓦机制的行为 ”的论文,他们考虑使用各种材料和技术来开发和研究这些齿轮的行为。

 

  日内瓦驱动器通过在具有多个槽的齿轮上添加从动轮,将连续旋转机构转变为间歇旋转运动机构,每次驱动轮旋转时,它会前进一个90°的步进。

 

  在论文中的摘要指出,“在本文中,作者考虑了日内瓦的外部机制。众所周知传统的日内瓦机构的设计和加工的,但是如果我们考虑3D打印技术,则存在一些特殊性。传统的日内瓦机制用于低速应用,或用于噪声和振动不重要的应用。使用PLA +铜或ABS材料可大大降低噪音和振动,而且减轻整个机构的重量。考虑了3D打印部件的不同填充因子,实验装置允许快速更换机构部件。这项研究旨在研究3D印刷机器元件的行为,如:弹簧、轴承、离合器齿轮、波纹管、隔膜、衬套、制动器、滑块等。“

 

  日内瓦机构只是一个带有直槽的驱动曲柄和车轮,是相当简单设计的分度机构,这被称为马耳他十字机制。传统的日内瓦机构用于更低速的应用,其中所产生的振动或噪声量无关紧要。

 

     

  研究人员用五种不同的3D打印机材料打印了五个日内瓦机构,每个机制有五个马耳他十字架和五个带针脚的曲柄驾驶曲柄:

 

  ● 有机玻璃

  ● PLA

  ● ABS

  ● PLA +铜

  ● PLA +青铜

 

  “日内瓦机制通过驱动轮将连续运动转化为间歇运动,其曲柄销如图1所示,”研究人员解释说。“当日内瓦车轮滑入和驶出日内瓦车轮的槽时,它就会运作转动。驱动轮通常由曲柄和凸起的圆形阻挡盘组成,它将日内瓦轮锁定在台阶之间的位置,以避免旋转时过度振动。

 

  每个十字架有六个槽,但是使用Matlab环境开发了一个理论研究,该研究考虑了不同的日内瓦机制,z = 3,4和6个槽;你可以在图2中看到这些结果。

 

            

【图2.具有不同槽数的日内瓦机构位置和速度特性】

 

  该团队还为五种机制创建了实验设置,因此他们可以确定日内瓦机制的电影参数。他们使用反射传感器来查找两个连续插槽之间的时间。

  

           

  【图3.光学反射传感器的操作模式】

 

  “当马耳他十字架的槽位于反射传感器前面时,反射光束被中断。”研究人员写道。“然后,十字架以60°的角度旋转。十字架在反射传感器前面通过,记录时间直到到达下一个(连续)槽。当十字架位于反射传感器前方时,光束会被反射。”

             

  【图5.马耳他十字架的CAD模型】

 

  为了研究日内瓦机构的电影和动态行为,还对纸张的不同角旋转速度进行了测试。日内瓦机制的实验装置通过USB接口连接到PC。

  

             

  【图6.实验设置PLA(左)和PLEXI(右)】

 

  “所获得的模型被用作教学应用中使用的示范台,”研究人员得出结论。“在研究的五种材料中,ABS和PLA +铜已被证明具有接近机械工程应用的特性,这些结果通过图表得到证实。ABS还具有重量更轻的优点,因此适用于需要低质量的应用。还可以得出结论,驱动元件的角速度与马耳他十字的角速度之间的差成反比。“

 

                

  【图7.来自不同材料的日内瓦机制:a)PMMA b)PLA c)ABS d)PLA +铜e)PLA +青铜】

  原创文章url:http://www.szcxsw.com/show-29-469.html

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