贴膜机气动装置参数设计

马 岩 ，黄 鹏 ，李兆钢

（1.沈阳仪表科学研究院有限公司，辽宁 沈阳110043；2.友达光电有限公司，江苏 苏州 215021）

贴膜机是专门用于电子、通讯、半导体等行业贴保护膜及防暴膜的机器，可确保无气泡无擦痕贴膜。料带上的自粘性零件在驱动装置的牵引到吸料装置下面的剥料板上，自粘性领引下，通过一系列张紧导向装置被送件剥离后，再经机械手校正后，被自动贴装到用治具定位的工件上。贴膜机要求实现箱盖的升起与下降、夹膜夹子的打开和夹紧以及滚筒的升降。考虑设计机构简单方便，操作容易，与成本问题，选用气动装置实现这些动作。

1 气缸的种类

气缸是气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有做往复直线运动的和做往复摆动两种类型。做往复直线运动的气缸又可分为单作用气缸、双作用气缸、膜片式气缸和冲击气缸等。在箱盖和滚筒的升降及夹子的夹紧中，所要求的行程比较短，耗气量较少，而且精度要求不高，运动简单。考虑夹子和滚筒上升与下降所需要的力及设计[1，2]结构与成本，选用单作用气缸。气缸是由缸筒、端盖、活塞、活塞杆和密封件等组成。单作用气缸又分为柱塞式气缸、活塞式气缸、薄膜式气缸等。支撑箱盖气缸、滚筒的升降、夹子的开闭都需要气缸来执行驱动，所以都涉及到气缸的选择。根据不同气缸需要的不同进气量及不同的容积，再按需要选择合适的压缩气体装置进行装配。

2 气动装置参数设计

气缸的工作特性是指气缸的输出力，气缸内压力的变化以及气缸的运动速度等。根据箱盖载荷、滚筒的升降载荷、夹具松紧所要施加的力，确定气缸的直径，单作用气缸的输出力；获得气缸尺寸，空气的消耗流量，进而选择气动装置[3-5]。

设计结果是否合理，通过所设计的气动装置是否能够满足箱盖的载荷、滚筒升降载荷、夹具松紧所要施加的力来判断，同时综合考虑实用性与经济性进行产品选择。

（1）箱盖气动装置参数设计

箱盖长宽高尺寸：500 mm×500mm×10mm.所选用的材料为铝。箱盖的重量10 kg.箱盖的运动速度不高，属于低速运动，滚珠丝杠副的传动效率η=0.5.

初选气缸的直径D=32mm，活塞杆d=12mm

得 p1=0.24 MPa；p2=0.1 MPa；气缸低速运动，v=20mm/s，得到 Ft=200 N.

气缸的直径D：

单作用气缸活塞上输出的推力，考虑效率时，计算公式如下：

式中：η为气缸的效率。

气缸材料选铸造铝合金ZL203，[σ]＝30 MPa.

活塞杆的直径d要求满足如下强度校核：

式中：F为活塞杆所受的外力；[σ]为活塞杆材料的许用应力。

根据η=0.5，则单作用气缸的输出力F=ηFt=0.5×200＝100 N

如公式（1）所示，符合活塞杆直径的要求。

活塞的行程L=100 mm，活塞的宽度H=10 mm，得到气缸筒长度，则

l≥L+H=100+10=110mm

气缸筒的壁厚δ公式如下：

式中：p为气缸的工作压力（MPa）；D为气缸内径（mm）；[σ]为气缸材料的许用拉应力（MPa）；C 为考虑到刚度、加工制造、腐蚀等要求所加的裕量。

气缸的理论耗气量：

实际自由空气耗气量：

气缸每分钟伸缩两次，则选用微型排量为3 L/min的气动装置。箱盖选用重力自动复位。

（2）滚筒升降气动装置参数设计

滚筒直径为50 mm，长400 mm，其材料可选用塑料。滚筒大概重量为2 kg，加上其他部件，气动装置需要使5 kg的重物上升。

初选气缸的直径D=20 mm，活塞杆d=8 mm，p1=0.33 MPa，p2=0.1 MPa，求得 Ft=100 N.

活塞的行程L=15 mm，活塞的宽度H=5 mm，气缸筒长度，则

l≥L+H=15+5=20mm

圆整取D=20mm，则d=8mm

气缸材料选铸造铝合金ZL203，[σ]＝30 MPa

则根据η=0.5，则F=ηFt=0.5×100＝50N（裕量C取零）取δ=2mm

气缸的理论耗气量：

实际耗气量：

加压耗气流量：

实际自由空气耗气量：

实际自由空气的消耗流量：

（3）夹具松紧气动装置参数设计

拉动薄膜所需要的初拉力约为10 N，加上中间传动一系列阻力，夹具与薄膜间的摩擦系数为0.8，则夹具所要施加的力为20 N.因为需要两边夹紧，所以一边所需要的力为10 N.

初选气缸的直径D=20mm，活塞杆d=5mm

活塞杆运动速度v=50mm/s，属于低速运动，传动效率η=0.5

求得：p1=0.19 MPa；p1=0.1 MPa，得 Ft=20 N

气缸的直径D：

圆整取D=20mm，则d=5mm

气缸材料选铸造铝合金ZL203，[σ]＝30 MPa；

根据η=0.5，则F=ηFt=0.5×20＝10N符合活塞杆直径的要求。

活塞的行程L=15 mm，活塞的宽度H=5 mm，气缸筒长度：

l≥L+H=15+5=20mm

气缸的理论耗气量：

实际耗气量：

加压耗气流量：

实际自由空气耗气量：

实际自由空气的消耗流量：

对于滚筒和夹具所用的气动装置，总的实际耗气量为V＝10 391 mm3.

滚筒和夹具气动装置都采用弹簧力复位。

借助三维软件，建立箱体气动装置，夹具松紧气动装置与滚筒升降气动装置的模型，分别如图1、图2、图3所示。

图1 箱体气动装置

图2 夹具松紧气动装置

图3 滚筒升降气动装置

3 结束语

本文分析了贴膜机气动装置部分，设计了贴膜机气动装置部分，同时确定了气缸的直径，气缸壁厚等一系列参数，计算了所需气体的体积。在机械领域，一代又一代的工程师在实际生产中不断优化产品结构和数据。前人经验非常值得参考与借鉴，但也应该不断创新。只有这样，才能将知识应用于实际，才有更好的产品。

[1]巩云鹏，田万禄，张伟华，等.机械设计课程设计[M].北京：科学出版社，2008.

[2]孔志礼，马星国，黄秋波，等.机械设计[M].北京：科学出版社，2008.

[3]谢 群，崔广臣，王 健.液压与气压传动[M].2版.北京：国防工业出版社，2015.

[4]田政方.小型双螺杆空气压缩机结构研究与设计[D].武汉：武汉理工大学，2014.

[5]唐 萌.平动活塞式空气压缩机的理论和仿真分析[D].南宁：广西大学，2011.