真空貼合機(jī)翻轉(zhuǎn)主軸的設(shè)計(jì)

翟利軍，張博

（中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024）

真空貼合機(jī)翻轉(zhuǎn)主軸的設(shè)計(jì)

翟利軍，張博

（中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024）

真空貼合機(jī)是全貼合流程中的一種關(guān)鍵設(shè)備，翻轉(zhuǎn)主軸是其核心部件，是整個(gè)設(shè)備的動(dòng)作樞紐。運(yùn)用力學(xué)中強(qiáng)度計(jì)算和剛度校核的知識(shí)，進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)主軸的設(shè)計(jì)，并根據(jù)減速機(jī)配比，計(jì)算選擇了合適的伺服電機(jī)，最后驗(yàn)證了實(shí)際使用中的效果。

貼合；強(qiáng)度；校核；主軸

隨著傳感技術(shù)的快速發(fā)展和新材料的廣泛應(yīng)用，智能手機(jī)的人機(jī)交互界面由原來的鍵盤逐步演變?yōu)楝F(xiàn)在的觸摸屏，給用戶的一種全新的人機(jī)交互體驗(yàn)。觸摸屏手機(jī)的生產(chǎn)流程極其繁雜，整條流水線包括前和后兩道重要工序。真空貼合機(jī)是觸摸屏生產(chǎn)后道全貼合流程中的一種關(guān)鍵設(shè)備，它的原理是將TP觸控屏和LCM模組在真空環(huán)境下全貼合，TP觸摸屏是智能手機(jī)外部與人手接觸的鋼化玻璃屏，LCM模組是內(nèi)部畫面顯示屏，全貼合能保證整個(gè)工藝流程中對(duì)位精度和提高透光率。

真空貼合機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：

貼合尺寸：75～175 mm（3～7英寸）

貼合精度：±0.1 mm

貼合真空度：50 Pa貼合效率：約10 s/片

真空貼合機(jī)實(shí)現(xiàn)的核心功能就是貼合，它決定了整機(jī)的水平和產(chǎn)生的效益。貼合功能主要包含上腔和下腔兩部分，下腔固定，上腔翻轉(zhuǎn)與其密封，形成真空腔。翻轉(zhuǎn)上腔部件的作用就是固定產(chǎn)品TP觸控屏，抽真空時(shí)翻轉(zhuǎn)180°與下腔密封，其結(jié)構(gòu)見圖1所示。

翻轉(zhuǎn)上腔部件主要由上腔體、翻轉(zhuǎn)主軸、翻轉(zhuǎn)支撐座、減速機(jī)和伺服電機(jī)等組成，其中翻轉(zhuǎn)主軸是關(guān)鍵。設(shè)計(jì)過程中，主要涉及到伺服電機(jī)的計(jì)算選擇及主軸的強(qiáng)度計(jì)算和剛度的校核，以下主要從這兩點(diǎn)進(jìn)行闡述。

圖1　翻轉(zhuǎn)上腔部件

1　電機(jī)的選擇

查手冊(cè)及有關(guān)樣本，根據(jù)已有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及安裝方式，選擇了一款減速比i=60的蝸桿減速機(jī)，電機(jī)選擇由主軸所承受的負(fù)載扭矩決定，首先計(jì)算選擇所需的伺服電機(jī)。

主軸部件的結(jié)構(gòu)模型見圖2所示。

圖2　主軸部件

輸入?yún)?shù)為：減速比（i）：60

負(fù)載質(zhì)量（MT）：25 kg

翻轉(zhuǎn)半徑（R）：450 mm

翻轉(zhuǎn)速度（V）：3 600（°）/min

傳動(dòng)效率（η）：0.85

電機(jī)慣量比（m）：15（樣本推薦）

所選伺服電機(jī)必須滿足：

額定扭矩＞TL

電機(jī)慣量＞JL/m=0.234×10-4kg·m2

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，比照電機(jī)選型手冊(cè)，同時(shí)考慮一定的安全系數(shù)，選擇了一款高慣量伺服電機(jī)，其額定功率為750 W，額定扭矩為2.4 N·m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為1.51×10-4kg·m2。轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線如圖3所示。

圖3　轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線

電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的驗(yàn)證：

ΔS=360×1/i=360×1/60=6（°）

Vmax=V/ΔS=3600/6=600（r/min）

從圖中可以看出，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩能滿足設(shè)計(jì)要求。

2　主軸強(qiáng)度和剛度的校核

2.1主軸的強(qiáng)度計(jì)算

已知軸傳遞功率P=0.7 kW，轉(zhuǎn)速n=50 r/min，翻轉(zhuǎn)直徑d=900 mm，根據(jù)實(shí)際使用習(xí)慣及查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理，查表許用彎曲應(yīng)力［σ-1b］=55 MPa，則：

主軸在使用中既承受扭矩又承受彎矩，是彎扭合成的受力狀態(tài)，需根據(jù)材料力學(xué)第三強(qiáng)度理論進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：

T=9550P/n=9550×0.7/50=133.7（N·m）切向力，繪軸受力簡(jiǎn)圖（見圖4a）：

繪轉(zhuǎn)矩圖，轉(zhuǎn)矩T=133700 N·mm，（見圖4c）

圖4　主軸受力狀態(tài)

所以考慮到安全系數(shù)及結(jié)構(gòu)因素，我們確定軸的直徑為36 mm。

2.2主軸的剛度校核

圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，還要求不產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形，故：

經(jīng)查手冊(cè)，一般傳動(dòng)軸許用扭轉(zhuǎn)角［θ］=（0.5～1）（°）/m，滿足設(shè)計(jì)剛度要求。

3　結(jié)束語

一般軸類零件的設(shè)計(jì)，主要有三種：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算，按疲勞強(qiáng)度安全計(jì)算，結(jié)合實(shí)際使用工況，選擇了彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算。整臺(tái)設(shè)備制造完成后，已交付用戶使用，運(yùn)行情況良好，滿足了用戶工藝要求。翻轉(zhuǎn)主軸在長時(shí)間大批量的生產(chǎn)中，未出現(xiàn)任何問題，電機(jī)控制平穩(wěn)，精確，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)優(yōu)良的可靠性。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］祝燮權(quán).實(shí)用五金手冊(cè)［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.

［3］陳健元.機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

［4］邱宣懷主編.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京：高等教育出版社，1989.

The Design of the Vacuum Laminating Machine Flip Spindle

ZHAI Lijun，ZHANG Bo
（The 2ndResearch Institute of CETC，Taiyuan 030024，China）

Vacuum laminating machine is a key equipment in the laminating process，the turning spindle is the core component，the action of the entire device.This paper use the strength calculation and rigidity check of the mechanics knowledge，design the turning spindle，and according to the ratio of speed reducer，calculate chose appropriate servo motor，finally proves the effect of actual use.

Laminating；Strength；Check；Spindle

TH133.2

B

1004-4507（2016）01-0051-03

2015-10-19

翟利軍（1980-），男，山西太原人，大學(xué)本科，工程師，畢業(yè)于太原理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化系，現(xiàn)從事電子專用設(shè)備的研制與開發(fā)。

張博（1983-），男，山西平陸人，大學(xué)本科，工程師，畢業(yè)于山西大學(xué)電子信息工程系，現(xiàn)從事電子專用設(shè)備的研究工作。