高效贴膜机构的分析与设计

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随着环保意识的提高和加强 ，社会生产及生活对环保 的要求也越来越高 ，与此相关的环保产品和产业也得到了较快发展1 ].目前市场上-种较为高端的超滤膜水过滤 系统 ，其 主要工艺流程为 ：注水、过滤.先把水以-定压力注入-定厚度、中间有流道且两侧粘贴有超滤膜的水过滤工件 ，连续注入所产生的水压压迫待过虑的水透过工件两侧 的超滤膜流出，虑掉水中杂质 ，得到高纯度 的水 ].由于工件内部压力 ，超滤膜粘贴必须牢固可靠且周边不得有缝隙，否则被注入的水从缝隙流出 ，从而无法完成水的净化处理.因用于过滤水 的工件具有形状复杂、尺寸精巧 的特点 ，工件两侧超滤膜 的粘贴多是人工粘贴.工件厚度较薄 (仅有 6.35 mm)，在其表面上贴有专 用双面胶 时，工件本 身发生 了翘曲，已经不是-个平面，往工件上粘贴超滤膜时，工人需要将工件平铺在工作台上 ，在工件-端用卡箍夹紧，再把工件压平 ，然后将湿润的超滤膜(略大于待粘贴区域的面积)展开在工件上，先用橡胶压辊碾压工件-端 ，使超滤膜-端粘贴在工件上 ，再用手在未粘贴的-端拉扯超滤膜 ，使之具有-定的张力，另外-只手则用橡胶压辊碾压，使之与工件紧密粘接.然后再用同样的方法粘贴另-个方向和另 收稿 日期 ：2012-11-1 9作者简介：张 镐(1985-)，男，河南长葛人，在读硕士研究生，研究方向：机电传动与系统控制· 124 · 陕西科技大学学报 第3l卷- 侧面.两侧完全贴好之后 ，再用刀片切去多余的超滤膜.至此 ，超滤膜粘贴工作完成.这种人工粘贴方法效率低下 ，贴膜质量撒于工人的熟练程度和技术 ，难以保证 ，且工人劳动强度较大 。

1 机构组成及工作原理针对人工贴膜 的各种缺点，综合贴膜过程中各项工艺要求 ，我们设计 了-种集合压膜 、贴膜 和切膜于-体的机构 ，该机构可以在-个动力驱动下-次完成压紧、粘贴 、切除边角的动作 ，且待贴膜工件被装夹在底座中，很难发生翘 曲变形 ，克服 了人工贴膜时的各种缺点，大 大提高了贴膜 的效率 和质量.该机构是-个矩形机构(如 图 1)，压膜销钉 和弹簧分布于四周 ，保证在压膜时超滤膜在四个方向有相同的张力 ，这是保证贴膜后工件正常工作的必要条件.该机构还可保证压膜、贴膜、切膜在-个动作中连贯实现 ，否则会 出现局部粘贴不可靠或者是粘贴失败的情况.该机构通过其 中几个零件的相互联动关系组成 固定 的动作 ，可 以-次性 的完成 压膜 、贴膜和切除多余超滤膜 的作用，并通过外力作用复位 ，以继续进行下-个工作循环7].这种工作模式将工人手工操作集中在-个动作上 ，精简了机构 ，提高了效率 ，并具有可行性和高的可靠性，且控制要求简单。

1底 座 2定 位销 3.过 滤 I件 4.橡 胶 压扳5.上压板 6.超滤膜 7. 膜销钉 8弹簧图 1 机构截 面图1.1 机 构 组成该机构主要由底座(件 1)、定位销(件 2)、橡胶压板(件 4)、上压板 (件 5)、压膜销钉 (件 7)、弹簧(件 8)和圈模(件 9)构成，此外 还有相应的定位及限位零件(如图二).定位销(件 2)起到固定过滤工件和定位工件 的作用 ；橡胶 压板 (件 4)和上压板(件 5)连为-体 ，在-个动作过程 中实现压膜、贴膜和切除多余超滤膜的作用；压膜销钉 (件 7)通过弹簧(件 8)弹力 ，起到压紧超滤膜的作用8]。

1.2 工作 原理橡胶压板、上压板 、压膜销钉 、弹簧保持相对位置不变 ，位于圈模上方 ；圈模位于底座上方 ；底座 、定位销保持相对位置关 系.所有工件在水平方向上不能 自由移动.在底座上装入待贴膜 的过滤工件 ，该工件已经贴有双 面粘胶 ；过滤工件 由定位销定位 ，保证过滤工件的横向位置及与圈模的相对位置不变.在圈模上水平放置高分子过滤膜。

先给上压板 以垂直 向下 的压力 F(如 图 1所示)，驱使橡胶压板 、上压板、压膜销钉 、弹簧共同向下运动 ，在橡胶压板接触到超滤膜之前 ，压膜销钉由于弹簧弹力 已经压紧超滤膜 ；继续 向下压紧上压板 ，上压板带动橡胶压板将接触超滤膜 ，在其整个平面上 向下压迫超滤膜 ，此时超滤膜将由于形变而受到四个方向的拉力作用，这个拉力是保证粘贴平整可靠 的关键 因素.继续压下上压板，直至橡胶压板将超滤膜压紧到过滤工件上 ，保持-定时间后 ，超滤膜将粘贴在过滤工件上.保持垂直方 向压力不变，由于橡胶压板的变形，上压板将继续向下做微小的移动 ，当移动到相应位置后 ，上压板在圈模 的配合下将超滤膜多余部分沿周向切除 (如图 2所示)，完成-次工作过程。

完成-个工作过程后 ，再给上压板以向上的拉力 ，带动橡胶压板、压膜销钉 、弹簧-起 向上运动 ，恢复到工作准备状态 ，为下-次工作过程作准备。

2 机构受力分析及设计计算/ / -//、e -- 0 00∞ O ∞ 0x O 0 0 0 0H 0 o - L，/图 2 切膜局部放 大示意图· 126 · 陕西科技大学学报 第31卷cz≤ 扣 dz (8)其中，E为超滤膜拉压弹性模量 ，GPaI[ ]为超滤膜许用应力 ，MPa。

2.3 弹簧设计由于贴膜时要靠高分子膜与圈模 的摩擦力保证高分子膜产生张力，而产生摩擦力需要压膜销钉对膜的正压力.由于不考虑 Y轴方向的应力和应变 ，所以 可以视作超滤膜长度方向上 均匀 的线应力 ，则压膜销钉(件 7)压紧超滤膜需要产生的摩擦力 厂 需满足厂 ≥ z(z为超滤膜有应力 的长度).因为 - 1JU- i ，所以其中，G为弹簧材料切变模量 ，GPa； 为弹簧最大变形量 ，mm。

求出弹簧 的尺寸 D 、D 、H。，检查 其是否符合安装要求 ，若不符合 ，则需要改选有关参数 ，重新设计 ，直至求出符合要求的弹簧尺寸 。

3 结束语该机构的分析与设计 ，是以材料力学、弹性力学理论为基础 ，分 析 了超滤膜在工作 时的工作过程 、受力情况和变形情况 ，设定 了机构工作 的最佳状态，并 由此得 出机构设计 的关键参数 ，为机构的设计与制造提供了理论基赐模型范例 ，有利于该贴膜机构的设计制造。