超声波干式清洗机机械系统设计与研究

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。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 清洗方式概述

1.3 超声波清洗技术的发展及优点

1.4 超声波清洗机发展史

1.5 课题主要研究内容

2 超声波干式清洗机的组成及清洗原理介绍

2.1 超声波干式清洗机组成

2.2 固体表面微粒附着

2.3 超声波的特性

2.4 清洗头清洗原理

2.5 本章小结

3 超声波干式清洗机机械系统设计

3.1 引言

3.2 机械系统总体设计

3.3 动力系统设计

3.4 传动系统设计

3.5 执行部分设计

3.6 支撑系统设计

3.7 本章小结

4 超声波干式清洗机关键零部件有限元仿真

4.1 建模软件及有限元分析软件介绍

4.2 机架有限元仿真分析

4.3 移动机架有限元仿真分析

4.4 台板有限元仿真分析

4.5 玻璃基板支撑结构有限元仿真分析

4.6 本章小结

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

5.1 优化设计的概述

5.2 机架的拓扑优化

5.3 机架结构尺寸优化

5.4 超声波干式清洗机试验机试制

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢