超声波干式清洗机机械系统设计与研究

发布时间：2017-05-10 02:07

  本文关键词：超声波干式清洗机机械系统设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近几年我国平板显示产业保持继续增长，平板显示产业的发展带动了其制作所需原材料发展，玻璃基板是平板显示产业的关键材料之一，是构成平板显示器件的一个基本部件。保证玻璃基板清洁至关重要，超声波干式清洗机不可或缺。 本文以超声波干式清洗机为研究对象，首先分析了超声波清洗玻璃基板的原理。然后在学习机械设计等理论的基础上，采用SolidWorks、ANSYS等软件完成了对清洗机机械系统的设计及优化。最后对清洗机进行生产试制，并对清洗机的清洗效果进行了测试。具体的研究内容及结论如下： （1）对清洗机的超声波干式清洗原理进行分析。首先阐述了固体表面微粒附着的原因，并分析了附着微粒的受力情况，建立了力学模型。清洗头包括超声波腔和真空腔，超声波腔发出的超声波克服尘粒的粘附力，使尘粒以拉升、滚动及滑动三种方式从玻璃基板表面脱离，然后真空腔把尘粒吸走，达到清洁的目的。 （2）对清洗机的机械系统进行设计。首先根据清洗机要实现的功能，进行了总体方案设计。然后依次从动力系统、传动系统、执行系统和支撑系统进行了具体设计。动力系统选择了伺服电机作为动力源，并对选择的电机进行了分析校核；传动系统选择了齿形同步带传动方式，并对同步带及带轮进行选型计算。执行系统设计了支撑玻璃结构，确定了台板的运动方式。支撑系统的机架则根据整个机械系统的要求设计了合理的结构。 （3）运用ANSYS有限元软件对机械系统的关键零部件进行了有限元分析计算。主要分析研究各个零部件机械结构的强度和刚度，分析结果表明，各个零部件机构都能满足设计要求。还对玻璃支撑结构能否满足玻璃基板的变形要求进行了有限元分析，结果表明，，被支撑的玻璃基板完全能满足玻璃变形不超过5mm的要求。 （4）以质量为优化目标，用Workbench中的Design Explorer模块对清洗机的机架进行了结构尺寸优化。优化结果表明，在满足刚度、强度的前提下，当选择方形截面钢的壁厚为4mm时，质量减少了23%，节省材料与成本。最后对清洗机进行了样机生产，并对清洗效果进行了实验测试。结果表明，所设计的超声波干式清洗机完全能满足工艺使用要求。
【关键词】：超声波 干式清洗机 机械系统 有限元 参数优化
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN873
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 清洗方式概述12-13
• 1.3 超声波清洗技术的发展及优点13-14
• 1.3.1 超声波清洗技术发展史13-14
• 1.3.2 超声波清洗技术优点14
• 1.4 超声波清洗机发展史14-16
• 1.5 课题主要研究内容16-17
• 2 超声波干式清洗机的组成及清洗原理介绍17-29
• 2.1 超声波干式清洗机组成17-18
• 2.2 固体表面微粒附着18-20
• 2.2.1 固体表面微粒的附着方式18-19
• 2.2.2 微颗粒附着固体表面作用力19
• 2.2.3 固体表面粘附力学模型19-20
• 2.3 超声波的特性20-25
• 2.3.1 超声波传播波形20-21
• 2.3.2 超声波的反射21-25
• 2.4 清洗头清洗原理25-28
• 2.4.1 微颗粒被清洗时的运动模式25-26
• 2.4.2 清洗头清洗原理26-28
• 2.4.3 清洗头的特点28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 超声波干式清洗机机械系统设计29-48
• 3.1 引言29
• 3.2 机械系统总体设计29-31
• 3.2.1 原理方案设计29-30
• 3.2.2 主要的技术参数30-31
• 3.2.3 结构总体设计31
• 3.3 动力系统设计31-35
• 3.3.1 电动机的选型31-32
• 3.3.2 电动机的计算32-35
• 3.4 传动系统设计35-40
• 3.4.1 传动方式的选择35-37
• 3.4.2 齿形同步带的设计37-40
• 3.5 执行部分设计40-46
• 3.5.1 升降部分结构设计40-44
• 3.5.2 移动部分结构设计44-46
• 3.6 支撑系统设计46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 4 超声波干式清洗机关键零部件有限元仿真48-67
• 4.1 建模软件及有限元分析软件介绍48-49
• 4.1.1 SolidWorks 软件简介48
• 4.1.2 ANSYS 软件简介48-49
• 4.2 机架有限元仿真分析49-57
• 4.2.1 机架静力学分析49-55
• 4.2.2 机架模态分析55-57
• 4.3 移动机架有限元仿真分析57-59
• 4.3.1 移动机架受力分析57
• 4.3.2 移动机架有限元建模57-58
• 4.3.3 移动机架有限元结果分析58-59
• 4.4 台板有限元仿真分析59-61
• 4.4.1 台板受力分析59-60
• 4.4.2 台板有限元建模60
• 4.4.3 台板有限元结果分析60-61
• 4.5 玻璃基板支撑结构有限元仿真分析61-66
• 4.5.1 玻璃基板静止时有限元变形分析62-64
• 4.5.2 玻璃基板整形时有限元变形分析64-66
• 4.6 本章小结66-67
• 5 超声波干式清洗机关键零部件的优化设计及试验机试制67-80
• 5.1 优化设计的概述67-69
• 5.1.1 机械优化设计的一般过程67
• 5.1.2 优化设计的数学模型67-69
• 5.2 机架的拓扑优化69-70
• 5.2.1 拓扑优化基本思路69-70
• 5.2.2 机架拓扑优化结果70
• 5.3 机架结构尺寸优化70-75
• 5.3.1 机架参数化模型的建立71
• 5.3.2 机架结构优化结果分析71-75
• 5.4 超声波干式清洗机试验机试制75-79
• 5.4.1 清洗机试制75-76
• 5.4.2 清洗效果实验76-79
• 5.5 本章小结79-80
• 6 总结与展望80-82
• 6.1 总结80-81
• 6.2 展望81-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果87-88
• 致谢88-89

【参考文献】

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本文编号：353773