《自动撕防爆膜设备结构分析及三维建模仿真研究》11000字（论文）

PAGEI自动撕防爆膜设备结构分析及三维建模仿真研究摘要在电子产品领域，很多产品在生产、运输的过程中都会贴附有防爆保护膜，防止屏幕在运输的过程中出现破损，比如显示器屏幕和机床的控制面板等。所以，在后续的生产加工过程中，首要的目标便是将这些保护膜去除。目前大多数企业选取的撕膜方案，仍然是通过人工来撕膜，而人工撕膜的生产效率较低，生产成本较高。针对企业在生产过程中存在的这种问题，本文设计了一款自动撕防爆膜设备，使用电机驱动滚轮实现自动撕膜的功能。本文通过设计自动撕膜流程，从结构、经济性等角度最终确定自动撕防爆膜设备的方案。设计了设备底部型材支架、设备真空吸附工作台、直线进给机构、撕膜滚轴、气压驱动的第一压紧滚轴和第二压紧滚轴、气压控制的竖直方向进给机构，完成了导轨、电机、同步带轮、气缸等的选型设计，并且使用SolidWorks完成了自动撕防爆膜设备的三维建模，确定了撕防爆膜设备的各项参数，并使用ANSYSWorkBench对设备底部支架进行静力学分析验证，最终完成撕防爆膜设备的设计。本课题的研究可以实现液晶屏防爆膜的快速撕除，可以帮助企业提高防爆膜的去除效率，有效的降低生产成本，提高撕膜的质量和效率。关键词：防爆膜；自动撕膜；撕膜设备；滚轴撕膜目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 II目录 IV第1章绪论 11.1课题的研究背景及意义 11.1.1课题研究背景 11.1.2课题研究意义 11.2撕膜存在的问题及解决方法 21.2.1撕膜过程存在的问题 21.2.2解决方法 21.3论文研究的主要内容 2第2章自动撕防爆膜设备设计 42.1自动撕防爆膜设备的需求分析 42.1.1撕膜对象 42.1.2功能需求 42.2自动撕防爆膜设备规划 42.2.1撕防爆膜方案选择 42.2.2撕防爆膜设备流程设计 52.3撕防爆膜设备总体方案设计 52.4撕膜机构结构设计 62.5本章小结 9第3章传动机构选型计算 103.1撕膜机构选型设计 103.1.1撕膜传动电机选型 103.1.2同步带传动设计 113.2气缸与导轨选型设计 133.2.1气缸选型 133.2.2纵向导轨选型 153.2.3工作台导轨选型 153.3本章小结 17第4章有限元分析 184.1有限元分析流程 184.2设备支架有限元分析 184.3撕膜滚轴有限元分析 204.4本章小结 22第5章总结与展望 235.1总结 235.2展望 23参考文献 24PAGE2第1章绪论1.1课题的研究背景及意义1.1.1课题研究背景当前液晶面板的发展非常迅速，这也要求液晶设备技术工艺达到更高的水平。触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过触头等传感器接受输入信号。当用户触摸了液晶屏幕上的相应触头时，屏幕的反馈系统就会通过已经编写完成的相应程序去完成相应的功能，通过这一功能，就可以以取代以前的机械式按钮面板，还可并通过液晶显示画面产生动人的影音效果。在电子产品领域，很多产品上都会贴附有保护膜（如图1.1所示），比如显示器屏幕和机床的控制面板等，如此，在后续的加工或维护时，需要将这些保护膜去除，只能采用传统的人工方式。人工的除膜只能让工人先通过小刀等锐器将膜和面板主体分开，再用人力撕扯保护膜，进而将膜和面板分离，如此，不仅工人容易受伤，而且人工成本巨大且除膜效果还不是很好。市面上虽然有各种各样的除膜机，但这些除膜机一般都是针对各自的产品设计的，面对其他产品的除膜需求，单单一种除膜机很难满足多类产品的需求。撕膜是贴合的上游工序，是触控面板在与光学胶进行贴合前的一道工序。触控面板在出厂时会附着一层黏性保护膜来保护触控面板，确保触控面板与光学胶贴合前避免划伤与脏污。图1.1带防爆膜屏幕目前，受设备成本和撕膜工艺技术的限制，国内绝大多数的企业还是采用以人力纯手工撕膜为主的生产方式。1.1.2课题研究意义目前，液晶屏幕设备已经广泛应用于我们生活的方方面面。据统计数据显示，2021年，全球液晶屏幕出货数量达到数十亿片，而且每年还在以较高的增长速度快速增加。相信随着数字化时代的到来，液晶屏幕的使用量在未来几年还将有大幅度的增长。随着屏幕使用数量的快速增长，使用人工纯手工去除屏幕保护膜的方式越来越不能满足时代发展的需要。主要有两方面的原因：人工去除保护膜的效率较低。如果要增加产量，必须要增加相应的工人。随着我国经济的快速增长，人工成本也在快速攀升，人力密集型劳动需要逐渐向自动化方向转型来适应社会人力成本的增长。国内对撕膜设备的研究起步较晚，目前市面上的相关设备从功能性和稳定性等方面都处于初级阶段。进口设备虽然使用效果好，但是成本较高，所以研发性能更强的国产撕膜机迫在眉睫。撕膜机的主要的功能是要在保证产品不会产生形变的情况下撕去触控面板表层的防爆膜。目前，市场上存在的比较先进自动撕膜设备的实现方案，是通过将已经处理好一个角的带防爆膜的面板放置于真空平台之上，然后通过机械爪夹紧一角，通过工作台和机械手的相对运动完成撕膜的整个过程，本文的方案则是通过卷轴进行撕膜的另一种方案。1.2撕膜存在的问题及解决方法1.2.1撕膜过程存在的问题人工撕膜效率较低，如果要增加产量，必须要增加相应的工人，人工成本会快速攀升。而且人工撕膜过程中容易导致胶残留在屏幕上，影响后续工序的正常进行，所以需要有熟练经验的工人进行操作。目前市面上的撕膜设备普遍采用胶带撕膜,易撕贴撕膜等方式将膜撕下，也会在屏幕上残留胶痕，而且由于撕膜过程受力不均匀，非常容易导致液晶屏受损。1.2.2解决方法针对撕膜后，液晶屏表面残留胶痕的问题，本文在液晶屏底部增加加热模块，使撕膜的过程保持在一定温度的条件下，就可以使胶软化，避免胶粘的太紧，而残留胶痕。由于使用胶带撕膜和易撕贴撕膜可能存在撕膜过程受力不均匀的问题，所以本文采用滚轮撕膜，通过气缸来控制撕膜的力度，实现最佳撕膜效果。1.3论文研究的主要内容在对工厂关于自动撕膜的需求进行了大量调查并且研究了大量相关方面的文献后，本文将通过以下几方面说明自动撕防爆膜设备的设计过程：调研企业自动化设计需求。包括企业要求的撕膜效率、撕膜尺寸等；撕膜设备运动规划、总体方案设计。规划撕膜运动方案、压紧运动方案、液晶屏固定方案等；撕膜传动部件设计和选型。包括撕膜滚轴设计、同步带传动设计、电机选型；防爆膜压紧装置设计和选型。包括压紧轴设计、传动方案设计、真空加热平台设计、气缸选型等；使用有限元分析软件workbench对撕膜设备底部支架进行有限元分析校核。第2章自动撕防爆膜设备设计本章重点是针对企业关于自动撕膜设备的需求，进行自动撕防爆膜设备的整体分析和具体分析，并提出设计要求和方案。2.1自动撕防爆膜设备的需求分析2.1.1撕膜对象在生产过程中，遇到已经贴好防爆膜的不合格显示屏，现在需要将防爆膜去除。在去除防爆膜的过程中，需注意以下两点，显示屏需放在加热平台上，撕膜过程中，有助于减少防爆膜中的胶和显示屏的沾附；撕膜过程速度需慢且平稳一些，可有效减少撕开后胶残留在显示屏上；目前人工撕膜+除胶效率最快大概在一小时12片左右，人工撕膜占一半时间；现需求是用机器替代人工撕膜。2.1.2功能需求人工把防爆膜撕开一个角并贴上胶纸定型，将撕开膜一角的玻璃放置可拆卸真空板上并完全覆盖住真空开孔区域，按下启动键，真空加热机构开始抽真空，吸住玻璃，卷膜机构下降并夹紧防爆膜末端，卷膜机构再压住玻璃，靠卷膜转动，使防爆膜撕开的同时，下方真空加热机构靠摩擦力，带动玻璃一起往前送，直到撕膜完成，按下完成键，人工将防爆膜取走，人工将撕好膜的玻璃取出，设备复位，完成一个工作周期。针对带IC的产品，使用前需要先更换对应产品的可拆卸真空板，操作时需将产品FPC位置置于真空板上开槽处。设备使用电机驱动卷膜，可降低人工卷膜过程中，用力不均匀导致部分胶沾附在玻璃上的情况，减少后续工人除胶的工作量。根据所需撕膜的屏幕尺寸，真空加热平台大小的尺寸建议为400×300mm。由于撕膜工艺存在不确定性，所以要求撕膜滚轴速度可调。2.2自动撕防爆膜设备规划2.2.1撕防爆膜方案选择根据调研，目前液晶类产品的撕膜方式主要有胶带撕膜,易撕贴撕膜、滚轴撕膜等方式，由于胶带撕膜和易撕贴撕膜都是将膜直接通过固定的力撕下，无法调节撕膜时候力度的大小，很难实现最佳的撕膜状态。而滚轴撕膜的方法是通过撕膜滚轴和压紧轴将膜拉出，可以通过气缸气压的大小实现撕膜力度的调整，方便工艺的调整。所以本文选用滚轴撕膜的方式设计自动撕防爆膜设备。2.2.2撕防爆膜设备流程设计撕防爆膜设备的核心关键在于规划撕膜的流程，开始设计前，必须要规划撕膜的方法和整个撕膜的流程。（1）设备启动，真空加热机构开始加热，卷辊机构上升，压辊松开。（2）人工将真空加热平台拉出，将撕开膜一角的玻璃放置可拆卸真空板上并完全覆盖住真空开孔区域，确认无误后按下启动键，真空加热机构开始抽真空，吸住玻璃，卷辊机构下降，再次按下启动键确认，压辊启动，将膜夹在压辊与卷辊之间，卷辊开始转动，设备开始运行撕膜过程，卷膜机构撕膜的同时，下方玻璃由于摩擦力，会带动真空加热平台往前走，实现撕膜（该过程可根据实际产品的撕膜情况，调整速度参数，减少胶残留在玻璃上，从而减少后续除胶的工作量），撕膜完成后，真空断开，人工分别取走防爆膜和玻璃，设备复位，完成一个工作周期。（3）该机构真空加热平台膜固定块两端做了两个轨道，高度高于玻璃厚度，由于压辊压膜不能完全保证膜和卷辊紧贴，故拉膜前期，膜和玻璃之间的粘力比较小的情况下，靠压辊和卷辊所产生的拉力，驱动真空加热机构前行，默认走一段距离后，卷辊慢慢压住玻璃，由卷辊和玻璃之间的摩擦力及压辊压住膜的拉力，两个力共同作用，驱动真空加热平台前行。（4）针对带IC的产品，使用前需要先更换对应产品的可拆卸真空板，操作时需将产品的FPC位置置于真空板上开槽处，再进行撕膜流程。图2.1撕膜设备总体规划2.3撕防爆膜设备总体方案设计根据实际使用需求，设计自动撕防爆膜装置主要包括底部支架、屏幕传送装置和撕膜机构，如下图所示。底部支架采用铝型材进行拼接，不仅可以实现快速搭建，而且成本较低；传送机构包括工作平台和水平传送导轨，其中工作平台可沿水平导轨方向滑动，实现液晶屏幕的撕膜进给运动。撕膜机构包括撕膜滚轴、撕膜传动电机、同步带带动系统、第一压紧组件、第二压紧组件和升降板，其中撕膜电机通过同步带传动连接撕膜滚轴，第一压紧组件通过气缸的作用将防爆膜牢牢的压紧到撕膜滚轴上、第二压紧组件用于将已经被撕膜的面板压紧于传送平台上，升降板通过直线轴承与所述垂直导轨滑动连接，进而通过升降气缸驱动撕膜机构沿垂直导轨做上下运动。图2.2撕防爆膜设备总体结构2.4撕膜机构结构设计撕膜机构是整个设备中最为核心的部分，也是整个设备中的主要执行机构。如图2.3所示，撕膜机构由撕膜滚轴、撕膜电机、第一压紧组件、第二压紧组件和升降板组成。撕膜电机主要用于驱动撕膜滚轴旋转，实现连续撕膜。为了使整体结构保持紧凑，将电机安装在设备闲置的空间，选择使用同步带进行传动，将动力传递给撕膜滚轴，带动撕膜滚轴旋转。为了使撕膜滚轴可以有效的将防爆膜撕开，避免撕膜过程中出现打滑等现象，选择在撕膜滚轴表面包裹有一层硅胶皮套，增加撕膜滚轴表面的摩擦力。图2.3滚轴撕膜机构图2.4撕膜滚轴第一压紧组件包括第一压紧滚轴和驱动臂，驱动臂驱动所述第一压紧滚轴摆动靠近撕膜滚轴（如图2.5和2.6所示），进而将由人工剥离开的部分膜夹紧于所述第一压紧滚轴和撕膜滚轴之间并进行撕膜，撕膜滚轴转动将膜卷起，使剥离后的膜贴附在撕膜滚轴上，并带动传送平台向前滑动；图2.5第一压紧组件正面图2.6第一压紧组件背面第二压紧组件包括第二压紧滚轴、升降臂，升降臂固定于水平台面上（如图2.7所示），升降臂可驱动第二压紧滚轴沿竖直方向的光杠导轨做上下运动，进而实现将第二压紧滚轴压紧于面板已经撕膜的部分，防止已经撕膜的面板部分发生翘曲，影响撕膜效果。图2.7第二压紧装置为了实现撕防爆膜设备可以适应不同厚度的液晶屏产品，同时可以根据实际撕膜情况，便于调整撕膜滚轴位置，实现最佳撕膜效果。将撕膜滚轴、第一压紧组件、第二压紧组件全部与升降板连接，升降板可以通过直线轴承沿垂直轨道做上下运动，最后，由顶部的气缸进行驱动，实现撕膜滚轴与工作台距离的自动调节。图2.8纵向移动装置撕膜过程中，液晶屏幕的固定也是非常重要的，如果采用机械方式进行固定，不仅需要增加额外的夹具，装夹的过程也需要耗费大量的工时，撕膜的效率无法得到有效的提升。本文选择使用真空吸附的方式固定液晶屏，免去了装夹屏幕的时间。由于防爆膜与液晶屏幕之间存在胶水，不同的液晶屏，撕膜的难易程度与胶水粘接的量有直接关系，为了减少胶水粘接带来的影响，本文选择对工作台进行加热，胶水受热之后，胶水会软化，使撕膜的过程更加省力。设计的传送平台如图2.9所示，上方设有若干呈方阵排列的矩形垫片，每个矩形垫片都可以单独拆卸，针对带IC的产品，使用前需要先拆掉产品对应的矩形垫片，操作时需将产品的FPC位置置于拆除的矩形垫片处，再进行撕膜流程。传送平台下方装有单独的加热装置，可以实现对整个工作平台的加热。中间部分矩形垫片上方设有透气孔，透气孔通过工作台与外部负压装置导通。撕膜过程中，只需要将液晶屏等需要撕膜的屏幕放置到透气孔上方，完全将透气孔盖住，即可实现自动真空吸附，非常方便快捷。图2.9真空加热工作台图2.10工作台剖面图2.5本章小结本章描述了自动撕防爆膜设备的功能需求，并且根据需求，制定了设备的工作流程，详细解释了设备各组成部分的功能。根据设计的要求，制作了设备的整体设计图纸。给出了撕膜机构、第一压紧装置、第二压紧装置、气动升降平台、真空加热工作台的详细设计方案。第3章传动机构选型计算3.1撕膜机构选型设计3.1.1撕膜传动电机选型目前，三相异步电机、伺服电机和步进电机是工业运动驱动中的主要电机。三相异步电机在非精确控制以及固定转速场合起着重要作用。交流伺服电机在全数字式伺服系统出现后也越来越多地应用在数字控制系统中。步进电机是一种开环控制的系统，伴随着数字控制系统的诞生，和现代数字控制技术有本质联系的步进电机在国内的数字控制系统中应用十分广泛。在数字控制技术不断发展的大环境下,为适应新的趋势，步进电机(如图3.2所示)或全数字式交流伺服电机(如图3.1所示)在运动控制系统中的应用不断增多。尽管两种电机在控制方式上有许多相似之处，比如脉冲串和方向信号,但是依然存在诸多差异，例如在使用性能和应用场合上的差异相当显著。步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电机。每当电机接收到一个脉冲信号，电机转子就会旋转一个角度或者前进一步，输入的脉冲数越多，电机输出的位移量就会越大，脉冲频率越高，转速也会越快。伺服电机是一种将电压转换为转矩和转速的电机。伺服电机的速度和位置都可以进行调节，并且调节的精度非常高。伺服电机转子的转速会随着接收到的信号的变化而快速变化，因此，伺服电机在控制系统中往往会作为执行元件而存在。图3.1伺服电机图3.2步进电机异步电机是一种通过旋转磁场和转子感应电流相互作用来产生电磁转矩的电机。异步电机本身的转速是固定的，所以异步电机常用于固定转速的场合，也可以配合变频器实现调速的功能。本文设计的撕防爆膜设备需要实现撕膜转轴可调速，但是对速度的精度要求较低，综合考虑成本因素，由于步进电机和伺服电机的价格较高，所以我们选择异步电机作为撕防爆膜设备的传动电机，同时使用变频器进行调速，通过较低的成本实现调速传动的功能。根据设计要求，给定撕膜转轴的最大转速为5r/min。由试验数据可知，撕膜电机所需的最小转矩为7N·m。由于所需转速较低，所以需要通过减速器进行减速，然后通过变频器调节电机的速度，实现对撕膜转轴速度的调节。综上所述，初选台创GR直角减速电机TCGR90-R-250C-120M。电机功率120W，该系列电机集成了减速器，减速比250，减速器允许负载转矩：44N.m。同时，该系列电机自带调速功能，完全满足设计需要。图3.3GR减速电机该系列电机采用优化设计，具有体积小、安装灵活、节省空间、效率高、输出扭矩大、启动平稳、寿命长等特点。3.1.2同步带传动设计同步带传动是由一根周外表设有等间距齿的环形带和具有相应齿的带轮组成，它是综合了带传动、链传动和齿轮传动各自优点的新型带传动，运动时，带齿与带轮的齿槽相啮合传递运动和动力，如图3.4所示。图3.4同步带传动同步带传动主要具有以下优点（1）传动比准确，因为同步带传动的带节距恒定，传送带能够和带轮正确的啮合，所以没有滑动误差，并且同步带传动传动过程稳定，不会产生较大的噪音；（2）传动比大，最高可以允许1:10的传动比并且最高可允许40m/s的线速度；（3）传动效率高，并且同步带传动不需要进行润滑操作，也不会产生污染，所以可工作在环境不太好的场合和对污染要求很高的场合，同时，同步带传动具有很紧凑的结构，适合在多轴传动中工。；撕防爆膜设备中，由于结构比较紧凑，所以需要通过传动装置将动力传动到撕膜转轴上，所以本文选择使用传动比为1的同步带进行传动，实现动力的传递。（1）同步带的设计功率Pd式中：——工况系数，查表可得P——传递的功率，单位：kW（2）圆弧齿同步带选型较小的节距能够提高带的柔性和啮合齿数，所以为了使传动过程更加平稳，应该选择较小的节距；对模数制的m也尽可能选取较小值。通过设计功率和带轮速度查询图3.5，选得5M圆弧齿同步带。图3.5同步带模数选择（3）选择传动比i=1，带轮齿数；（4）带轮节圆直径；（5）根据结构布局，选择同步带传动的中心距；采用同步带进行传动时，同步带的传动能力和寿命以及轴的压力都和带的张紧情况有很大的关系，为了使同步带在安装使用的过程中，同步带有可调节的张紧力，同时又能不增加结构的体积，本文将电机的固定孔位设计为槽孔，如图3.6所示。实际安装时，可以通过微调电机的安装位置，实现对同步带的张紧。图3.6同步带张紧3.2气缸与导轨选型设计3.2.1气缸选型在工程应用中，与电机驱动相比，气缸驱动不仅成本低，而且可以根据实际运动需要直接布置，驱动方式简单，能够保证驱动长时间的简单可靠。与液压驱动相比，气缸驱动不会出现漏油的问题，能够保持设备的持久清洁，不会污染环境。在实际生产中，有很多种类型的气缸可供选择，例如单作用式气缸、双作以及特殊类型气缸等。在选择气缸类型的时候，需要根据相应机械结构设备的需求进行综合分析，以此作为前提条件。随后，依据机械结构所受负载、外界空气压力、实现的动作等因素，来选取气缸缸径的尺寸以及气缸最大行程，最后综合选取气缸的型号。本文主要有三处使用了气缸作为动力装置，分别是纵向移动气缸、第一压紧装置气缸、第二压紧装置气缸，如图3.7所示。图3.7气缸布局（1）纵向移动气缸选型纵向移动气缸主要实现带动整个撕膜装置上下运动，实现撕膜滚轴接近或者远离液晶屏的作用。所以气缸收到的力主要来自整个装置自身的重力，整个纵向移动装置的重量可以通过SolidWorks软件自带的评估功能进行估算。气缸轴向负载力式中，m——整个纵向移动装置的重量，取15kg。气缸的平均速度式中，S——气缸的行程，单位：mm；T——行程时间，单位：s。依据气缸运动时的平均速度以及气缸所受负载条件，能够计算出气缸的负载率，下表给出了气缸负载率与气缸运行速度之间的对应关系。气缸平均速度v负载率选择气缸的行程为30mm，气缸伸缩时间为0.5s，伸缩气缸的平均速度取90mm/s，气缸负载率为65%，由气缸理论输出力计算公式：据上述计算结果，选择气缸的型号为CDQSB25-30DM-M9B，如图3.8所示。图3.8纵向移动气缸图3.9第一压紧装置气缸（2）第一压紧装置气缸选型第一压紧装置的气缸主要作用是通过气缸的作用将第一压紧轴压向撕膜滚轴，实现对液晶屏防爆膜的压紧。采用与纵向移动气缸选型相同的计算流程。选择气缸的型号为CDJ2D-16-15Z-M9BS，如图3.9所示。（3）第二压紧装置气缸选型第二压紧装置的气缸主要作用是带动第二压紧轴在竖直方向内进行移动，实现第二压紧轴对已经撕膜的液晶屏幕的压紧，防止撕膜过程中将屏幕带起，影响撕膜效果。采用与纵向移动气缸选型相同的计算流程。选择气缸的型号为CDJ2B16-15Z-A。3.2.2纵向导轨选型由于纵向导轨仅具有导向作用，综合考虑成本因素，选择光杠作为纵向移动的导轨，光杠直径。同时选择相应的带法兰的直线轴承（如图3.10所示），将整个纵向移动的装置固定到直线轴承上，通过气缸的驱动进行移动。图3.10直线轴承3.2.3工作台导轨选型直线导轨的工作原理，就是通过滚珠在导轨和滑块之间的滚动运动，使得平台可以在导轨上做线性运动，并且运动的精度很高，如图3.11所示。滚动导引的摩擦系数是滑动导引的1/50。因为摩擦系数的减小，所以通过更小的力就可以完成起动，并且也可以产生更少的无效位移，因此就可以实现更高的进给精度和定位精度。又因为滑块和导轨之间通过束制结构连接，所以直线导轨可以在同一时间承受多个方向的负荷。因此，基于滚动导引的以上优点，相较于滑动导引，如果想要设备达到更好的精度和性能，工作台应当选择以直线导轨配合滚珠丝杠进行工作。图3.11直线导轨选择导轨的第一步就是要确定公称尺寸。公称尺寸的确定在工程中通常都是根据经验来进行初步选定。在确定了公称尺寸之后，再结合具体的条件（如速度，行程等），具体地计算负载的大小。在计算出了负载的大小后，再通过公式计算出导轨的额定寿命。如果计算得到的额定寿命不小于预期的使用寿命，那么这个公称尺寸的导轨就符合设计要求，如果计算得到的额定寿命小于预期的使用寿命，则需要选择更大的公称直径进行重新选型计算。直线导轨的公称尺寸包括导轨和滑块的尺寸，由于它们是成套使用的，所以导轨和滑块都是按相同的公称尺寸配套供应的。负载越大，导轨所需要的公称尺寸也相应越大。导轨长度是根据负载的运动行程来选择设计的，负载运动行程越大，所要求的导轨长度越长。一般是在确定负载需要的运动行程后再选择导轨的长度，但导轨的长度值也不是任意决定的，只能在制造商的长度系列中进行选择。导轨长度L=nF+2G式中：F—导轨上的螺钉孔中心距，单位：mm；n—导轨上螺钉孔最小中心距的数量；G—导轨两端距第一个螺钉孔的距离，单位：mm。计算得到导轨的长度L=520mm根据下表初选导轨型号为HGH15CA滑块主要承受平台的重量G由于静安全系数远大于许用的静安全系数，所以导轨和滑块的承载力可以满足要求。3.3本章小结本章对自动撕防爆膜设备中用到的电机、减速器、同步带、气缸、导轨等部件进行了详细选型计算，并给出了选型计算的结果。第4章有限元分析4.1有限元分析流程在整个撕防爆膜设备中，设备底部支架受到的载荷最大，所以要重点分析撕防爆膜底部支架的受力情况。撕防爆膜设备底部支架的设计既要保证结构能够承受负载，还要通过分析选择截面尺寸较小的铝型材。这样不仅可以减小设备的整体重量，还可以减少设备的制造成本。本文选用ANSYSWorkbench2020对撕防爆膜设备底部框架结构进行静力学分析，主要的分析流程如图4.1所示，撕防爆膜设备底部框架主要选择的是标准铝型材进行搭建，使用的材料为6061-T651，材料属性如下表所示。图4.1Workbench有限元分析流程材料密度kg·m-3弹性模量GPa泊松比6061-T651275068.90.334.2设备支架有限元分析本文使用ANSYSWorkbench对撕防爆膜设备底部支架进行静力学分析，具体分析过程如下：（1）建立模型。本文已经完成了撕防爆膜设备底部支架的设计，采用分析进行强度验证。因为模型的倒角，圆角等部分不影响分析结果，所以需要通过预处理去除这些部分，提高分析过程的效率。（2）选择分析类型。在Workbench主界面选择静力学分析模块进行分析。（3）定义材料属性。撕防爆膜设备底部支架的材料设置为6061-T651。（4）划分网格。本文选取10节点四面体单元进行划分，共划分得86080个节点，12160个单元。使用Workbench自带的网格检测功能ElementQuality对网格质量进行检测，检测结果平均值为0.51，这个值的范围一般为0~1，0表示最差，1表示最好，0.51属于中等网格质量。（5）施加载荷和约束。由于撕防爆膜设备的底部支架四个角在实际工作时，是通过四个橡胶支脚进行支撑，整个设备是通过一块板放在了支架上方，所以此处在设备底部支架的四个角设置固定约束（Fixedsupport），在设备底部支架的上方设置均匀压力5.3Mpa，如下图所示。（6）设置求解项并求解。选定总变形、等效应力和等效应变作为求解项，求解结果分别如图下图所示。图4.2网格划分图4.3施加约束与载荷图4.4底部支架总变形图4.5底部支架等效应力从有限元分析结果的等效应力云图可以看出，底部支架的四根纵向铝型材收到的应力最大，最大应力为7.8MPa，远低于材料6061-T651的许用应力124MPa。从总变形云图可以看出，底部支架在极限受力情况下的最大变形为0.06mm，完全可以满足使用需要。4.3撕膜滚轴有限元分析采用与设备支架分析同样的流程，对撕膜滚轴进行分析。首先对撕膜滚轴进行简化，去除撕膜滚轴不影响结构强度的的倒角和圆角。然后设置材料为45钢，选取10节点四面体单元进行网格划分，如图4.6所示，共划分得20952个节点，12856个单元。使用Workbench自带的网格检测功能ElementQuality对网格质量进行检测，检测结果平均值为0.8。由于撕膜滚轴工作时，主要承受第一压紧装置对它的压力和轴承的支撑，模拟撕膜的实际过程，对撕膜滚轴施加100N的压力，然后在轴承固定处施加三个方向的位移约束，求解撕膜滚轴的总变形、等效应变和等效应力，分别如图4.7、4.8、4.9所示。图4.6撕膜滚轴网格划分图4.7撕膜滚轴总变形图4.8撕膜滚轴等效应力图4.9撕膜滚轴等效应变分析结果显示，撕膜滚轴在极限受力情况下，最大等效应力出现在轴承固定位置，大小为29Mpa，远低于材料的许用应力。最大变形为0.12mm，可以满足使用要求。4.4本章小结本章对自动撕防爆膜设备的重要受力零件进行了静态有限元分析，有限元分析的结果是设备支架和撕膜滚轴所受到的最大等效应力都远低于材料的许用应力，符合使用要求。PAGE2第5章总结与展