貼膜機氣動裝置參數(shù)設(shè)計

馬 巖 ，黃 鵬 ，李兆鋼

（1.沈陽儀表科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽110043；2.友達光電有限公司，江蘇 蘇州 215021）

貼膜機是專門用于電子、通訊、半導(dǎo)體等行業(yè)貼保護膜及防暴膜的機器，可確保無氣泡無擦痕貼膜。料帶上的自粘性零件在驅(qū)動裝置的牽引到吸料裝置下面的剝料板上，自粘性領(lǐng)引下，通過一系列張緊導(dǎo)向裝置被送件剝離后，再經(jīng)機械手校正后，被自動貼裝到用治具定位的工件上。貼膜機要求實現(xiàn)箱蓋的升起與下降、夾膜夾子的打開和夾緊以及滾筒的升降?？紤]設(shè)計機構(gòu)簡單方便，操作容易，與成本問題，選用氣動裝置實現(xiàn)這些動作。

1 氣缸的種類

氣缸是氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的氣動執(zhí)行元件。氣缸有做往復(fù)直線運動的和做往復(fù)擺動兩種類型。做往復(fù)直線運動的氣缸又可分為單作用氣缸、雙作用氣缸、膜片式氣缸和沖擊氣缸等。在箱蓋和滾筒的升降及夾子的夾緊中，所要求的行程比較短，耗氣量較少，而且精度要求不高，運動簡單?？紤]夾子和滾筒上升與下降所需要的力及設(shè)計[1，2]結(jié)構(gòu)與成本，選用單作用氣缸。氣缸是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件等組成。單作用氣缸又分為柱塞式氣缸、活塞式氣缸、薄膜式氣缸等。支撐箱蓋氣缸、滾筒的升降、夾子的開閉都需要氣缸來執(zhí)行驅(qū)動，所以都涉及到氣缸的選擇。根據(jù)不同氣缸需要的不同進氣量及不同的容積，再按需要選擇合適的壓縮氣體裝置進行裝配。

2 氣動裝置參數(shù)設(shè)計

氣缸的工作特性是指氣缸的輸出力，氣缸內(nèi)壓力的變化以及氣缸的運動速度等。根據(jù)箱蓋載荷、滾筒的升降載荷、夾具松緊所要施加的力，確定氣缸的直徑，單作用氣缸的輸出力；獲得氣缸尺寸，空氣的消耗流量，進而選擇氣動裝置[3-5]。

設(shè)計結(jié)果是否合理，通過所設(shè)計的氣動裝置是否能夠滿足箱蓋的載荷、滾筒升降載荷、夾具松緊所要施加的力來判斷，同時綜合考慮實用性與經(jīng)濟性進行產(chǎn)品選擇。

（1）箱蓋氣動裝置參數(shù)設(shè)計

箱蓋長寬高尺寸：500 mm×500mm×10mm.所選用的材料為鋁。箱蓋的重量10 kg.箱蓋的運動速度不高，屬于低速運動，滾珠絲杠副的傳動效率η=0.5.

初選氣缸的直徑D=32mm，活塞桿d=12mm

得 p1=0.24 MPa；p2=0.1 MPa；氣缸低速運動，v=20mm/s，得到 Ft=200 N.

氣缸的直徑D：

單作用氣缸活塞上輸出的推力，考慮效率時，計算公式如下：

式中：η為氣缸的效率。

氣缸材料選鑄造鋁合金ZL203，[σ]＝30 MPa.

活塞桿的直徑d要求滿足如下強度校核：

式中：F為活塞桿所受的外力；[σ]為活塞桿材料的許用應(yīng)力。

根據(jù)η=0.5，則單作用氣缸的輸出力F=ηFt=0.5×200＝100 N

如公式（1）所示，符合活塞桿直徑的要求。

活塞的行程L=100 mm，活塞的寬度H=10 mm，得到氣缸筒長度，則

l≥L+H=100+10=110mm

氣缸筒的壁厚δ公式如下：

式中：p為氣缸的工作壓力（MPa）；D為氣缸內(nèi)徑（mm）；[σ]為氣缸材料的許用拉應(yīng)力（MPa）；C 為考慮到剛度、加工制造、腐蝕等要求所加的裕量。

氣缸的理論耗氣量：

實際自由空氣耗氣量：

氣缸每分鐘伸縮兩次，則選用微型排量為3 L/min的氣動裝置。箱蓋選用重力自動復(fù)位。

（2）滾筒升降氣動裝置參數(shù)設(shè)計

滾筒直徑為50 mm，長400 mm，其材料可選用塑料。滾筒大概重量為2 kg，加上其他部件，氣動裝置需要使5 kg的重物上升。

初選氣缸的直徑D=20 mm，活塞桿d=8 mm，p1=0.33 MPa，p2=0.1 MPa，求得 Ft=100 N.

活塞的行程L=15 mm，活塞的寬度H=5 mm，氣缸筒長度，則

l≥L+H=15+5=20mm

圓整取D=20mm，則d=8mm

氣缸材料選鑄造鋁合金ZL203，[σ]＝30 MPa

則根據(jù)η=0.5，則F=ηFt=0.5×100＝50N（裕量C取零）取δ=2mm

氣缸的理論耗氣量：

實際耗氣量：

加壓耗氣流量：

實際自由空氣耗氣量：

實際自由空氣的消耗流量：

（3）夾具松緊氣動裝置參數(shù)設(shè)計

拉動薄膜所需要的初拉力約為10 N，加上中間傳動一系列阻力，夾具與薄膜間的摩擦系數(shù)為0.8，則夾具所要施加的力為20 N.因為需要兩邊夾緊，所以一邊所需要的力為10 N.

初選氣缸的直徑D=20mm，活塞桿d=5mm

活塞桿運動速度v=50mm/s，屬于低速運動，傳動效率η=0.5

求得：p1=0.19 MPa；p1=0.1 MPa，得 Ft=20 N

氣缸的直徑D：

圓整取D=20mm，則d=5mm

氣缸材料選鑄造鋁合金ZL203，[σ]＝30 MPa；

根據(jù)η=0.5，則F=ηFt=0.5×20＝10N符合活塞桿直徑的要求。

活塞的行程L=15 mm，活塞的寬度H=5 mm，氣缸筒長度：

l≥L+H=15+5=20mm

氣缸的理論耗氣量：

實際耗氣量：

加壓耗氣流量：

實際自由空氣耗氣量：

實際自由空氣的消耗流量：

對于滾筒和夾具所用的氣動裝置，總的實際耗氣量為V＝10 391 mm3.

滾筒和夾具氣動裝置都采用彈簧力復(fù)位。

借助三維軟件，建立箱體氣動裝置，夾具松緊氣動裝置與滾筒升降氣動裝置的模型，分別如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 箱體氣動裝置

圖2 夾具松緊氣動裝置

圖3 滾筒升降氣動裝置

3 結(jié)束語

本文分析了貼膜機氣動裝置部分，設(shè)計了貼膜機氣動裝置部分，同時確定了氣缸的直徑，氣缸壁厚等一系列參數(shù)，計算了所需氣體的體積。在機械領(lǐng)域，一代又一代的工程師在實際生產(chǎn)中不斷優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。前人經(jīng)驗非常值得參考與借鑒，但也應(yīng)該不斷創(chuàng)新。只有這樣，才能將知識應(yīng)用于實際，才有更好的產(chǎn)品。

[1]鞏云鵬，田萬祿，張偉華，等.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[2]孔志禮，馬星國，黃秋波，等.機械設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[3]謝 群，崔廣臣，王 健.液壓與氣壓傳動[M].2版.北京：國防工業(yè)出版社，2015.

[4]田政方.小型雙螺桿空氣壓縮機結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2014.

[5]唐 萌.平動活塞式空氣壓縮機的理論和仿真分析[D].南寧：廣西大學(xué)，2011.