PAGEI自動撕防爆膜設備結構分析及三維建模仿真研究摘要在電子產品領域，很多產品在生產、運輸的過程中都會貼附有防爆保護膜，防止屏幕在運輸的過程中出現破損，比如顯示器屏幕和機床的控制面板等。所以，在后續的生產加工過程中，首要的目標便是將這些保護膜去除。目前大多數企業選取的撕膜方案，仍然是通過人工來撕膜，而人工撕膜的生產效率較低，生產成本較高。針對企業在生產過程中存在的這種問題，本文設計了一款自動撕防爆膜設備，使用電機驅動滾輪實現自動撕膜的功能。本文通過設計自動撕膜流程，從結構、經濟性等角度最終確定自動撕防爆膜設備的方案。設計了設備底部型材支架、設備真空吸附工作臺、直線進給機構、撕膜滾軸、氣壓驅動的第一壓緊滾軸和第二壓緊滾軸、氣壓控制的豎直方向進給機構，完成了導軌、電機、同步帶輪、氣缸等的選型設計，并且使用SolidWorks完成了自動撕防爆膜設備的三維建模，確定了撕防爆膜設備的各項參數，并使用ANSYSWorkBench對設備底部支架進行靜力學分析驗證，最終完成撕防爆膜設備的設計。本課題的研究可以實現液晶屏防爆膜的快速撕除，可以幫助企業提高防爆膜的去除效率，有效的降低生產成本，提高撕膜的質量和效率。關鍵詞：防爆膜；自動撕膜；撕膜設備；滾軸撕膜目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 II目錄 IV第1章緒論 11.1課題的研究背景及意義 11.1.1課題研究背景 11.1.2課題研究意義 11.2撕膜存在的問題及解決方法 21.2.1撕膜過程存在的問題 21.2.2解決方法 21.3論文研究的主要內容 2第2章自動撕防爆膜設備設計 42.1自動撕防爆膜設備的需求分析 42.1.1撕膜對象 42.1.2功能需求 42.2自動撕防爆膜設備規劃 42.2.1撕防爆膜方案選擇 42.2.2撕防爆膜設備流程設計 52.3撕防爆膜設備總體方案設計 52.4撕膜機構結構設計 62.5本章小結 9第3章傳動機構選型計算 103.1撕膜機構選型設計 103.1.1撕膜傳動電機選型 103.1.2同步帶傳動設計 113.2氣缸與導軌選型設計 133.2.1氣缸選型 133.2.2縱向導軌選型 153.2.3工作臺導軌選型 153.3本章小結 17第4章有限元分析 184.1有限元分析流程 184.2設備支架有限元分析 184.3撕膜滾軸有限元分析 204.4本章小結 22第5章總結與展望 235.1總結 235.2展望 23參考文獻 24PAGE2第1章緒論1.1課題的研究背景及意義1.1.1課題研究背景當前液晶面板的發展非常迅速，這也要求液晶設備技術工藝達到更高的水平。觸控面板是液晶面板所有的元件中不可缺少的重要的一部分，它的主要功能就是通過觸頭等傳感器接受輸入信號。當用戶觸摸了液晶屏幕上的相應觸頭時，屏幕的反饋系統就會通過已經編寫完成的相應程序去完成相應的功能，通過這一功能，就可以以取代以前的機械式按鈕面板，還可并通過液晶顯示畫面產生動人的影音效果。在電子產品領域，很多產品上都會貼附有保護膜（如圖1.1所示），比如顯示器屏幕和機床的控制面板等，如此，在后續的加工或維護時，需要將這些保護膜去除，只能采用傳統的人工方式。人工的除膜只能讓工人先通過小刀等銳器將膜和面板主體分開，再用人力撕扯保護膜，進而將膜和面板分離，如此，不僅工人容易受傷，而且人工成本巨大且除膜效果還不是很好。市面上雖然有各種各樣的除膜機，但這些除膜機一般都是針對各自的產品設計的，面對其他產品的除膜需求，單單一種除膜機很難滿足多類產品的需求。撕膜是貼合的上游工序，是觸控面板在與光學膠進行貼合前的一道工序。觸控面板在出廠時會附著一層黏性保護膜來保護觸控面板，確保觸控面板與光學膠貼合前避免劃傷與臟污。圖1.1帶防爆膜屏幕目前，受設備成本和撕膜工藝技術的限制，國內絕大多數的企業還是采用以人力純手工撕膜為主的生產方式。1.1.2課題研究意義目前，液晶屏幕設備已經廣泛應用于我們生活的方方面面。據統計數據顯示，2021年，全球液晶屏幕出貨數量達到數十億片，而且每年還在以較高的增長速度快速增加。相信隨著數字化時代的到來，液晶屏幕的使用量在未來幾年還將有大幅度的增長。隨著屏幕使用數量的快速增長，使用人工純手工去除屏幕保護膜的方式越來越不能滿足時代發展的需要。主要有兩方面的原因：人工去除保護膜的效率較低。如果要增加產量，必須要增加相應的工人。隨著我國經濟的快速增長，人工成本也在快速攀升，人力密集型勞動需要逐漸向自動化方向轉型來適應社會人力成本的增長。國內對撕膜設備的研究起步較晚，目前市面上的相關設備從功能性和穩定性等方面都處于初級階段。進口設備雖然使用效果好，但是成本較高，所以研發性能更強的國產撕膜機迫在眉睫。撕膜機的主要的功能是要在保證產品不會產生形變的情況下撕去觸控面板表層的防爆膜。目前，市場上存在的比較先進自動撕膜設備的實現方案，是通過將已經處理好一個角的帶防爆膜的面板放置于真空平臺之上，然后通過機械爪夾緊一角，通過工作臺和機械手的相對運動完成撕膜的整個過程，本文的方案則是通過卷軸進行撕膜的另一種方案。1.2撕膜存在的問題及解決方法1.2.1撕膜過程存在的問題人工撕膜效率較低，如果要增加產量，必須要增加相應的工人，人工成本會快速攀升。而且人工撕膜過程中容易導致膠殘留在屏幕上，影響后續工序的正常進行，所以需要有熟練經驗的工人進行操作。目前市面上的撕膜設備普遍采用膠帶撕膜,易撕貼撕膜等方式將膜撕下，也會在屏幕上殘留膠痕，而且由于撕膜過程受力不均勻，非常容易導致液晶屏受損。1.2.2解決方法針對撕膜后，液晶屏表面殘留膠痕的問題，本文在液晶屏底部增加加熱模塊，使撕膜的過程保持在一定溫度的條件下，就可以使膠軟化，避免膠粘的太緊，而殘留膠痕。由于使用膠帶撕膜和易撕貼撕膜可能存在撕膜過程受力不均勻的問題，所以本文采用滾輪撕膜，通過氣缸來控制撕膜的力度，實現最佳撕膜效果。1.3論文研究的主要內容在對工廠關于自動撕膜的需求進行了大量調查并且研究了大量相關方面的文獻后，本文將通過以下幾方面說明自動撕防爆膜設備的設計過程：調研企業自動化設計需求。包括企業要求的撕膜效率、撕膜尺寸等；撕膜設備運動規劃、總體方案設計。規劃撕膜運動方案、壓緊運動方案、液晶屏固定方案等；撕膜傳動部件設計和選型。包括撕膜滾軸設計、同步帶傳動設計、電機選型；防爆膜壓緊裝置設計和選型。包括壓緊軸設計、傳動方案設計、真空加熱平臺設計、氣缸選型等；使用有限元分析軟件workbench對撕膜設備底部支架進行有限元分析校核。第2章自動撕防爆膜設備設計本章重點是針對企業關于自動撕膜設備的需求，進行自動撕防爆膜設備的整體分析和具體分析，并提出設計要求和方案。2.1自動撕防爆膜設備的需求分析2.1.1撕膜對象在生產過程中，遇到已經貼好防爆膜的不合格顯示屏，現在需要將防爆膜去除。在去除防爆膜的過程中，需注意以下兩點，顯示屏需放在加熱平臺上，撕膜過程中，有助于減少防爆膜中的膠和顯示屏的沾附；撕膜過程速度需慢且平穩一些，可有效減少撕開后膠殘留在顯示屏上；目前人工撕膜+除膠效率最快大概在一小時12片左右，人工撕膜占一半時間；現需求是用機器替代人工撕膜。2.1.2功能需求人工把防爆膜撕開一個角并貼上膠紙定型，將撕開膜一角的玻璃放置可拆卸真空板上并完全覆蓋住真空開孔區域，按下啟動鍵，真空加熱機構開始抽真空，吸住玻璃，卷膜機構下降并夾緊防爆膜末端，卷膜機構再壓住玻璃，靠卷膜轉動，使防爆膜撕開的同時，下方真空加熱機構靠摩擦力，帶動玻璃一起往前送，直到撕膜完成，按下完成鍵，人工將防爆膜取走，人工將撕好膜的玻璃取出，設備復位，完成一個工作周期。針對帶IC的產品，使用前需要先更換對應產品的可拆卸真空板，操作時需將產品FPC位置置于真空板上開槽處。設備使用電機驅動卷膜，可降低人工卷膜過程中，用力不均勻導致部分膠沾附在玻璃上的情況，減少后續工人除膠的工作量。根據所需撕膜的屏幕尺寸，真空加熱平臺大小的尺寸建議為400×300mm。由于撕膜工藝存在不確定性，所以要求撕膜滾軸速度可調。2.2自動撕防爆膜設備規劃2.2.1撕防爆膜方案選擇根據調研，目前液晶類產品的撕膜方式主要有膠帶撕膜,易撕貼撕膜、滾軸撕膜等方式，由于膠帶撕膜和易撕貼撕膜都是將膜直接通過固定的力撕下，無法調節撕膜時候力度的大小，很難實現最佳的撕膜狀態。而滾軸撕膜的方法是通過撕膜滾軸和壓緊軸將膜拉出，可以通過氣缸氣壓的大小實現撕膜力度的調整，方便工藝的調整。所以本文選用滾軸撕膜的方式設計自動撕防爆膜設備。2.2.2撕防爆膜設備流程設計撕防爆膜設備的核心關鍵在于規劃撕膜的流程，開始設計前，必須要規劃撕膜的方法和整個撕膜的流程。（1）設備啟動，真空加熱機構開始加熱，卷輥機構上升，壓輥松開。（2）人工將真空加熱平臺拉出，將撕開膜一角的玻璃放置可拆卸真空板上并完全覆蓋住真空開孔區域，確認無誤后按下啟動鍵，真空加熱機構開始抽真空，吸住玻璃，卷輥機構下降，再次按下啟動鍵確認，壓輥啟動，將膜夾在壓輥與卷輥之間，卷輥開始轉動，設備開始運行撕膜過程，卷膜機構撕膜的同時，下方玻璃由于摩擦力，會帶動真空加熱平臺往前走，實現撕膜（該過程可根據實際產品的撕膜情況，調整速度參數，減少膠殘留在玻璃上，從而減少后續除膠的工作量），撕膜完成后，真空斷開，人工分別取走防爆膜和玻璃，設備復位，完成一個工作周期。（3）該機構真空加熱平臺膜固定塊兩端做了兩個軌道，高度高于玻璃厚度，由于壓輥壓膜不能完全保證膜和卷輥緊貼，故拉膜前期，膜和玻璃之間的粘力比較小的情況下，靠壓輥和卷輥所產生的拉力，驅動真空加熱機構前行，默認走一段距離后，卷輥慢慢壓住玻璃，由卷輥和玻璃之間的摩擦力及壓輥壓住膜的拉力，兩個力共同作用，驅動真空加熱平臺前行。（4）針對帶IC的產品，使用前需要先更換對應產品的可拆卸真空板，操作時需將產品的FPC位置置于真空板上開槽處，再進行撕膜流程。圖2.1撕膜設備總體規劃2.3撕防爆膜設備總體方案設計根據實際使用需求，設計自動撕防爆膜裝置主要包括底部支架、屏幕傳送裝置和撕膜機構，如下圖所示。底部支架采用鋁型材進行拼接，不僅可以實現快速搭建，而且成本較低；傳送機構包括工作平臺和水平傳送導軌，其中工作平臺可沿水平導軌方向滑動，實現液晶屏幕的撕膜進給運動。撕膜機構包括撕膜滾軸、撕膜傳動電機、同步帶帶動系統、第一壓緊組件、第二壓緊組件和升降板，其中撕膜電機通過同步帶傳動連接撕膜滾軸，第一壓緊組件通過氣缸的作用將防爆膜牢牢的壓緊到撕膜滾軸上、第二壓緊組件用于將已經被撕膜的面板壓緊于傳送平臺上，升降板通過直線軸承與所述垂直導軌滑動連接，進而通過升降氣缸驅動撕膜機構沿垂直導軌做上下運動。圖2.2撕防爆膜設備總體結構2.4撕膜機構結構設計撕膜機構是整個設備中最為核心的部分，也是整個設備中的主要執行機構。如圖2.3所示，撕膜機構由撕膜滾軸、撕膜電機、第一壓緊組件、第二壓緊組件和升降板組成。撕膜電機主要用于驅動撕膜滾軸旋轉，實現連續撕膜。為了使整體結構保持緊湊，將電機安裝在設備閑置的空間，選擇使用同步帶進行傳動，將動力傳遞給撕膜滾軸，帶動撕膜滾軸旋轉。為了使撕膜滾軸可以有效的將防爆膜撕開，避免撕膜過程中出現打滑等現象，選擇在撕膜滾軸表面包裹有一層硅膠皮套，增加撕膜滾軸表面的摩擦力。圖2.3滾軸撕膜機構圖2.4撕膜滾軸第一壓緊組件包括第一壓緊滾軸和驅動臂，驅動臂驅動所述第一壓緊滾軸擺動靠近撕膜滾軸（如圖2.5和2.6所示），進而將由人工剝離開的部分膜夾緊于所述第一壓緊滾軸和撕膜滾軸之間并進行撕膜，撕膜滾軸轉動將膜卷起，使剝離后的膜貼附在撕膜滾軸上，并帶動傳送平臺向前滑動；圖2.5第一壓緊組件正面圖2.6第一壓緊組件背面第二壓緊組件包括第二壓緊滾軸、升降臂，升降臂固定于水平臺面上（如圖2.7所示），升降臂可驅動第二壓緊滾軸沿豎直方向的光杠導軌做上下運動，進而實現將第二壓緊滾軸壓緊于面板已經撕膜的部分，防止已經撕膜的面板部分發生翹曲，影響撕膜效果。圖2.7第二壓緊裝置為了實現撕防爆膜設備可以適應不同厚度的液晶屏產品，同時可以根據實際撕膜情況，便于調整撕膜滾軸位置，實現最佳撕膜效果。將撕膜滾軸、第一壓緊組件、第二壓緊組件全部與升降板連接，升降板可以通過直線軸承沿垂直軌道做上下運動，最后，由頂部的氣缸進行驅動，實現撕膜滾軸與工作臺距離的自動調節。圖2.8縱向移動裝置撕膜過程中，液晶屏幕的固定也是非常重要的，如果采用機械方式進行固定，不僅需要增加額外的夾具，裝夾的過程也需要耗費大量的工時，撕膜的效率無法得到有效的提升。本文選擇使用真空吸附的方式固定液晶屏，免去了裝夾屏幕的時間。由于防爆膜與液晶屏幕之間存在膠水，不同的液晶屏，撕膜的難易程度與膠水粘接的量有直接關系，為了減少膠水粘接帶來的影響，本文選擇對工作臺進行加熱，膠水受熱之后，膠水會軟化，使撕膜的過程更加省力。設計的傳送平臺如圖2.9所示，上方設有若干呈方陣排列的矩形墊片，每個矩形墊片都可以單獨拆卸，針對帶IC的產品，使用前需要先拆掉產品對應的矩形墊片，操作時需將產品的FPC位置置于拆除的矩形墊片處，再進行撕膜流程。傳送平臺下方裝有單獨的加熱裝置，可以實現對整個工作平臺的加熱。中間部分矩形墊片上方設有透氣孔，透氣孔通過工作臺與外部負壓裝置導通。撕膜過程中，只需要將液晶屏等需要撕膜的屏幕放置到透氣孔上方，完全將透氣孔蓋住，即可實現自動真空吸附，非常方便快捷。圖2.9真空加熱工作臺圖2.10工作臺剖面圖2.5本章小結本章描述了自動撕防爆膜設備的功能需求，并且根據需求，制定了設備的工作流程，詳細解釋了設備各組成部分的功能。根據設計的要求，制作了設備的整體設計圖紙。給出了撕膜機構、第一壓緊裝置、第二壓緊裝置、氣動升降平臺、真空加熱工作臺的詳細設計方案。第3章傳動機構選型計算3.1撕膜機構選型設計3.1.1撕膜傳動電機選型目前，三相異步電機、伺服電機和步進電機是工業運動驅動中的主要電機。三相異步電機在非精確控制以及固定轉速場合起著重要作用。交流伺服電機在全數字式伺服系統出現后也越來越多地應用在數字控制系統中。步進電機是一種開環控制的系統，伴隨著數字控制系統的誕生，和現代數字控制技術有本質聯系的步進電機在國內的數字控制系統中應用十分廣泛。在數字控制技術不斷發展的大環境下,為適應新的趨勢，步進電機(如圖3.2所示)或全數字式交流伺服電機(如圖3.1所示)在運動控制系統中的應用不斷增多。盡管兩種電機在控制方式上有許多相似之處，比如脈沖串和方向信號,但是依然存在諸多差異，例如在使用性能和應用場合上的差異相當顯著。步進電機是一種將電脈沖信號轉換成相應角位移或線位移的電機。每當電機接收到一個脈沖信號，電機轉子就會旋轉一個角度或者前進一步，輸入的脈沖數越多，電機輸出的位移量就會越大，脈沖頻率越高，轉速也會越快。伺服電機是一種將電壓轉換為轉矩和轉速的電機。伺服電機的速度和位置都可以進行調節，并且調節的精度非常高。伺服電機轉子的轉速會隨著接收到的信號的變化而快速變化，因此，伺服電機在控制系統中往往會作為執行元件而存在。圖3.1伺服電機圖3.2步進電機異步電機是一種通過旋轉磁場和轉子感應電流相互作用來產生電磁轉矩的電機。異步電機本身的轉速是固定的，所以異步電機常用于固定轉速的場合，也可以配合變頻器實現調速的功能。本文設計的撕防爆膜設備需要實現撕膜轉軸可調速，但是對速度的精度要求較低，綜合考慮成本因素，由于步進電機和伺服電機的價格較高，所以我們選擇異步電機作為撕防爆膜設備的傳動電機，同時使用變頻器進行調速，通過較低的成本實現調速傳動的功能。根據設計要求，給定撕膜轉軸的最大轉速為5r/min。由試驗數據可知，撕膜電機所需的最小轉矩為7N·m。由于所需轉速較低，所以需要通過減速器進行減速，然后通過變頻器調節電機的速度，實現對撕膜轉軸速度的調節。綜上所述，初選臺創GR直角減速電機TCGR90-R-250C-120M。電機功率120W，該系列電機集成了減速器，減速比250，減速器允許負載轉矩：44N.m。同時，該系列電機自帶調速功能，完全滿足設計需要。圖3.3GR減速電機該系列電機采用優化設計，具有體積小、安裝靈活、節省空間、效率高、輸出扭矩大、啟動平穩、壽命長等特點。3.1.2同步帶傳動設計同步帶傳動是由一根周外表設有等間距齒的環形帶和具有相應齒的帶輪組成，它是綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自優點的新型帶傳動，運動時，帶齒與帶輪的齒槽相嚙合傳遞運動和動力，如圖3.4所示。圖3.4同步帶傳動同步帶傳動主要具有以下優點（1）傳動比準確，因為同步帶傳動的帶節距恒定，傳送帶能夠和帶輪正確的嚙合，所以沒有滑動誤差，并且同步帶傳動傳動過程穩定，不會產生較大的噪音；（2）傳動比大，最高可以允許1:10的傳動比并且最高可允許40m/s的線速度；（3）傳動效率高，并且同步帶傳動不需要進行潤滑操作，也不會產生污染，所以可工作在環境不太好的場合和對污染要求很高的場合，同時，同步帶傳動具有很緊湊的結構，適合在多軸傳動中工。；撕防爆膜設備中，由于結構比較緊湊，所以需要通過傳動裝置將動力傳動到撕膜轉軸上，所以本文選擇使用傳動比為1的同步帶進行傳動，實現動力的傳遞。（1）同步帶的設計功率Pd式中：——工況系數，查表可得P——傳遞的功率，單位：kW（2）圓弧齒同步帶選型較小的節距能夠提高帶的柔性和嚙合齒數，所以為了使傳動過程更加平穩，應該選擇較小的節距；對模數制的m也盡可能選取較小值。通過設計功率和帶輪速度查詢圖3.5，選得5M圓弧齒同步帶。圖3.5同步帶模數選擇（3）選擇傳動比i=1，帶輪齒數；（4）帶輪節圓直徑；（5）根據結構布局，選擇同步帶傳動的中心距；采用同步帶進行傳動時，同步帶的傳動能力和壽命以及軸的壓力都和帶的張緊情況有很大的關系，為了使同步帶在安裝使用的過程中，同步帶有可調節的張緊力，同時又能不增加結構的體積，本文將電機的固定孔位設計為槽孔，如圖3.6所示。實際安裝時，可以通過微調電機的安裝位置，實現對同步帶的張緊。圖3.6同步帶張緊3.2氣缸與導軌選型設計3.2.1氣缸選型在工程應用中，與電機驅動相比，氣缸驅動不僅成本低，而且可以根據實際運動需要直接布置，驅動方式簡單，能夠保證驅動長時間的簡單可靠。與液壓驅動相比，氣缸驅動不會出現漏油的問題，能夠保持設備的持久清潔，不會污染環境。在實際生產中，有很多種類型的氣缸可供選擇，例如單作用式氣缸、雙作以及特殊類型氣缸等。在選擇氣缸類型的時候，需要根據相應機械結構設備的需求進行綜合分析，以此作為前提條件。隨后，依據機械結構所受負載、外界空氣壓力、實現的動作等因素，來選取氣缸缸徑的尺寸以及氣缸最大行程，最后綜合選取氣缸的型號。本文主要有三處使用了氣缸作為動力裝置，分別是縱向移動氣缸、第一壓緊裝置氣缸、第二壓緊裝置氣缸，如圖3.7所示。圖3.7氣缸布局（1）縱向移動氣缸選型縱向移動氣缸主要實現帶動整個撕膜裝置上下運動，實現撕膜滾軸接近或者遠離液晶屏的作用。所以氣缸收到的力主要來自整個裝置自身的重力，整個縱向移動裝置的重量可以通過SolidWorks軟件自帶的評估功能進行估算。氣缸軸向負載力式中，m——整個縱向移動裝置的重量，取15kg。氣缸的平均速度式中，S——氣缸的行程，單位：mm；T——行程時間，單位：s。依據氣缸運動時的平均速度以及氣缸所受負載條件，能夠計算出氣缸的負載率，下表給出了氣缸負載率與氣缸運行速度之間的對應關系。氣缸平均速度v負載率選擇氣缸的行程為30mm，氣缸伸縮時間為0.5s，伸縮氣缸的平均速度取90mm/s，氣缸負載率為65%，由氣缸理論輸出力計算公式：據上述計算結果，選擇氣缸的型號為CDQSB25-30DM-M9B，如圖3.8所示。圖3.8縱向移動氣缸圖3.9第一壓緊裝置氣缸（2）第一壓緊裝置氣缸選型第一壓緊裝置的氣缸主要作用是通過氣缸的作用將第一壓緊軸壓向撕膜滾軸，實現對液晶屏防爆膜的壓緊。采用與縱向移動氣缸選型相同的計算流程。選擇氣缸的型號為CDJ2D-16-15Z-M9BS，如圖3.9所示。（3）第二壓緊裝置氣缸選型第二壓緊裝置的氣缸主要作用是帶動第二壓緊軸在豎直方向內進行移動，實現第二壓緊軸對已經撕膜的液晶屏幕的壓緊，防止撕膜過程中將屏幕帶起，影響撕膜效果。采用與縱向移動氣缸選型相同的計算流程。選擇氣缸的型號為CDJ2B16-15Z-A。3.2.2縱向導軌選型由于縱向導軌僅具有導向作用，綜合考慮成本因素，選擇光杠作為縱向移動的導軌，光杠直徑。同時選擇相應的帶法蘭的直線軸承（如圖3.10所示），將整個縱向移動的裝置固定到直線軸承上，通過氣缸的驅動進行移動。圖3.10直線軸承3.2.3工作臺導軌選型直線導軌的工作原理，就是通過滾珠在導軌和滑塊之間的滾動運動，使得平臺可以在導軌上做線性運動，并且運動的精度很高，如圖3.11所示。滾動導引的摩擦系數是滑動導引的1/50。因為摩擦系數的減小，所以通過更小的力就可以完成起動，并且也可以產生更少的無效位移，因此就可以實現更高的進給精度和定位精度。又因為滑塊和導軌之間通過束制結構連接，所以直線導軌可以在同一時間承受多個方向的負荷。因此，基于滾動導引的以上優點，相較于滑動導引，如果想要設備達到更好的精度和性能，工作臺應當選擇以直線導軌配合滾珠絲杠進行工作。圖3.11直線導軌選擇導軌的第一步就是要確定公稱尺寸。公稱尺寸的確定在工程中通常都是根據經驗來進行初步選定。在確定了公稱尺寸之后，再結合具體的條件（如速度，行程等），具體地計算負載的大小。在計算出了負載的大小后，再通過公式計算出導軌的額定壽命。如果計算得到的額定壽命不小于預期的使用壽命，那么這個公稱尺寸的導軌就符合設計要求，如果計算得到的額定壽命小于預期的使用壽命，則需要選擇更大的公稱直徑進行重新選型計算。直線導軌的公稱尺寸包括導軌和滑塊的尺寸，由于它們是成套使用的，所以導軌和滑塊都是按相同的公稱尺寸配套供應的。負載越大，導軌所需要的公稱尺寸也相應越大。導軌長度是根據負載的運動行程來選擇設計的，負載運動行程越大，所要求的導軌長度越長。一般是在確定負載需要的運動行程后再選擇導軌的長度，但導軌的長度值也不是任意決定的，只能在制造商的長度系列中進行選擇。導軌長度L=nF+2G式中：F—導軌上的螺釘孔中心距，單位：mm；n—導軌上螺釘孔最小中心距的數量；G—導軌兩端距第一個螺釘孔的距離，單位：mm。計算得到導軌的長度L=520mm根據下表初選導軌型號為HGH15CA滑塊主要承受平臺的重量G由于靜安全系數遠大于許用的靜安全系數，所以導軌和滑塊的承載力可以滿足要求。3.3本章小結本章對自動撕防爆膜設備中用到的電機、減速器、同步帶、氣缸、導軌等部件進行了詳細選型計算，并給出了選型計算的結果。第4章有限元分析4.1有限元分析流程在整個撕防爆膜設備中，設備底部支架受到的載荷最大，所以要重點分析撕防爆膜底部支架的受力情況。撕防爆膜設備底部支架的設計既要保證結構能夠承受負載，還要通過分析選擇截面尺寸較小的鋁型材。這樣不僅可以減小設備的整體重量，還可以減少設備的制造成本。本文選用ANSYSWorkbench2020對撕防爆膜設備底部框架結構進行靜力學分析，主要的分析流程如圖4.1所示，撕防爆膜設備底部框架主要選擇的是標準鋁型材進行搭建，使用的材料為6061-T651，材料屬性如下表所示。圖4.1Workbench有限元分析流程材料密度kg·m-3彈性模量GPa泊松比6061-T651275068.90.334.2設備支架有限元分析本文使用ANSYSWorkbench對撕防爆膜設備底部支架進行靜力學分析，具體分析過程如下：（1）建立模型。本文已經完成了撕防爆膜設備底部支架的設計，采用分析進行強度驗證。因為模型的倒角，圓角等部分不影響分析結果，所以需要通過預處理去除這些部分，提高分析過程的效率。（2）選擇分析類型。在Workbench主界面選擇靜力學分析模塊進行分析。（3）定義材料屬性。撕防爆膜設備底部支架的材料設置為6061-T651。（4）劃分網格。本文選取10節點四面體單元進行劃分，共劃分得86080個節點，12160個單元。使用Workbench自帶的網格檢測功能ElementQuality對網格質量進行檢測，檢測結果平均值為0.51，這個值的范圍一般為0~1，0表示最差，1表示最好，0.51屬于中等網格質量。（5）施加載荷和約束。由于撕防爆膜設備的底部支架四個角在實際工作時，是通過四個橡膠支腳進行支撐，整個設備是通過一塊板放在了支架上方，所以此處在設備底部支架的四個角設置固定約束（Fixedsupport），在設備底部支架的上方設置均勻壓力5.3Mpa，如下圖所示。（6）設置求解項并求解。選定總變形、等效應力和等效應變作為求解項，求解結果分別如圖下圖所示。圖4.2網格劃分圖4.3施加約束與載荷圖4.4底部支架總變形圖4.5底部支架等效應力從有限元分析結果的等效應力云圖可以看出，底部支架的四根縱向鋁型材收到的應力最大，最大應力為7.8MPa，遠低于材料6061-T651的許用應力124MPa。從總變形云圖可以看出，底部支架在極限受力情況下的最大變形為0.06mm，完全可以滿足使用需要。4.3撕膜滾軸有限元分析采用與設備支架分析同樣的流程，對撕膜滾軸進行分析。首先對撕膜滾軸進行簡化，去除撕膜滾軸不影響結構強度的的倒角和圓角。然后設置材料為45鋼，選取10節點四面體單元進行網格劃分，如圖4.6所示，共劃分得20952個節點，12856個單元。使用Workbench自帶的網格檢測功能ElementQuality對網格質量進行檢測，檢測結果平均值為0.8。由于撕膜滾軸工作時，主要承受第一壓緊裝置對它的壓力和軸承的支撐，模擬撕膜的實際過程，對撕膜滾軸施加100N的壓力，然后在軸承固定處施加三個方向的位移約束，求解撕膜滾軸的總變形、等效應變和等效應力，分別如圖4.7、4.8、4.9所示。圖4.6撕膜滾軸網格劃分圖4.7撕膜滾軸總變形圖4.8撕膜滾軸等效應力圖4.9撕膜滾軸等效應變分析結果顯示，撕膜滾軸在極限受力情況下，最大等效應力出現在軸承固定位置，大小為29Mpa，遠低于材料的許用應力。最大變形為0.12mm，可以滿足使用要求。4.4本章小結本章對自動撕防爆膜設備的重要受力零件進行了靜態有限元分析，有限元分析的結果是設備支架和撕膜滾軸所受到的最大等效應力都遠低于材料的許用應力，符合使用要求。PAGE2第5章總結與展