真空贴合机翻转主轴的设计

翟利军，张博

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024）

真空贴合机翻转主轴的设计

翟利军，张博

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024）

真空贴合机是全贴合流程中的一种关键设备，翻转主轴是其核心部件，是整个设备的动作枢纽。运用力学中强度计算和刚度校核的知识，进行了翻转主轴的设计，并根据减速机配比，计算选择了合适的伺服电机，最后验证了实际使用中的效果。

贴合；强度；校核；主轴

随着传感技术的快速发展和新材料的广泛应用，智能手机的人机交互界面由原来的键盘逐步演变为现在的触摸屏，给用户的一种全新的人机交互体验。触摸屏手机的生产流程极其繁杂，整条流水线包括前和后两道重要工序。真空贴合机是触摸屏生产后道全贴合流程中的一种关键设备，它的原理是将TP触控屏和LCM模组在真空环境下全贴合，TP触摸屏是智能手机外部与人手接触的钢化玻璃屏，LCM模组是内部画面显示屏，全贴合能保证整个工艺流程中对位精度和提高透光率。

真空贴合机主要技术参数如下：

贴合尺寸：75～175 mm（3～7英寸）

贴合精度：±0.1 mm

贴合真空度：50 Pa贴合效率：约10 s/片

真空贴合机实现的核心功能就是贴合，它决定了整机的水平和产生的效益。贴合功能主要包含上腔和下腔两部分，下腔固定，上腔翻转与其密封，形成真空腔。翻转上腔部件的作用就是固定产品TP触控屏，抽真空时翻转180°与下腔密封，其结构见图1所示。

翻转上腔部件主要由上腔体、翻转主轴、翻转支撑座、减速机和伺服电机等组成，其中翻转主轴是关键。设计过程中，主要涉及到伺服电机的计算选择及主轴的强度计算和刚度的校核，以下主要从这两点进行阐述。

图1　翻转上腔部件

1　电机的选择

查手册及有关样本，根据已有的结构特点及安装方式，选择了一款减速比i=60的蜗杆减速机，电机选择由主轴所承受的负载扭矩决定，首先计算选择所需的伺服电机。

主轴部件的结构模型见图2所示。

图2　主轴部件

输入参数为：减速比（i）：60

负载质量（MT）：25 kg

翻转半径（R）：450 mm

翻转速度（V）：3 600（°）/min

传动效率（η）：0.85

电机惯量比（m）：15（样本推荐）

所选伺服电机必须满足：

额定扭矩＞TL

电机惯量＞JL/m=0.234×10-4kg·m2

根据计算结果，比照电机选型手册，同时考虑一定的安全系数，选择了一款高惯量伺服电机，其额定功率为750 W，额定扭矩为2.4 N·m，转动惯量为1.51×10-4kg·m2。转矩-转速特性曲线如图3所示。

图3　转矩-转速特性曲线

电机最高转速的验证：

ΔS=360×1/i=360×1/60=6（°）

Vmax=V/ΔS=3600/6=600（r/min）

从图中可以看出，电机的转速和转矩能满足设计要求。

2　主轴强度和刚度的校核

2.1主轴的强度计算

已知轴传递功率P=0.7 kW，转速n=50 r/min，翻转直径d=900 mm，根据实际使用习惯及查设计手册，选择轴的材料为45钢调质处理，查表许用弯曲应力［σ-1b］=55 MPa，则：

主轴在使用中既承受扭矩又承受弯矩，是弯扭合成的受力状态，需根据材料力学第三强度理论进行设计计算。

轴传递的转矩：

T=9550P/n=9550×0.7/50=133.7（N·m）切向力，绘轴受力简图（见图4a）：

绘转矩图，转矩T=133700 N·mm，（见图4c）

图4　主轴受力状态

所以考虑到安全系数及结构因素，我们确定轴的直径为36 mm。

2.2主轴的刚度校核

圆轴扭转时，还要求不产生过大的扭转变形，故：

经查手册，一般传动轴许用扭转角［θ］=（0.5～1）（°）/m，满足设计刚度要求。

3　结束语

一般轴类零件的设计，主要有三种：按扭转强度计算，按弯扭合成强度计算，按疲劳强度安全计算，结合实际使用工况，选择了弯扭合成强度计算。整台设备制造完成后，已交付用户使用，运行情况良好，满足了用户工艺要求。翻转主轴在长时间大批量的生产中，未出现任何问题，电机控制平稳，精确，体现了设计优良的可靠性。

［1］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［2］祝燮权.实用五金手册［M］.上海：上海科学技术出版社，2000.

［3］陈健元.机械可靠性设计［M］.北京：机械工业出版社，1988.

［4］邱宣怀主编.机械设计［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

翟利军（1980-），男，山西太原人，大学本科，工程师，毕业于太原理工大学机械设计及自动化系，现从事电子专用设备的研制与开发。

张博（1983-），男，山西平陆人，大学本科，工程师，毕业于山西大学电子信息工程系，现从事电子专用设备的研究工作。