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      真空吸盤的基本設計概念

      放大字體  縮小字體 發布日期:2019-08-02 15:08:27    作者:劉云龍    瀏覽次數:146    評論:0
      導讀

      在產品包裝、物體傳輸和機械裝配等自動作業線,使用真空吸盤來抓取物體的案例越來越多。柔而有彈性的吸盤可以很方便地實現諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運功能,并確保不損壞其作用之對象。而吸持力靠真空系統維持,真空的產生可以是由電動機、真空泵以及各種真空器件所組成的真空系統來提供,也可以由壓縮空氣通過真空發

      在產品包裝、物體傳輸和機械裝配等自動作業線,使用真空吸盤來抓取物體的案例越來越多。柔而有彈性的吸盤可以很方便地實現諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運功能,并確保不損壞其作用之對象。而吸持力靠真空系統維持,真空的產生可以是由電動機、真空泵以及各種真空器件所組成的真空系統來提供,也可以由壓縮空氣通過真空發生器所產生的二次真空來提供。前者需要配置獨立的真空系統,而后者可以利用一般生產過程中已有的空氣壓縮系統。因此,特別在各種包裝作業過程中,利用二次真空方法顯得十分方便、經濟。

           真空發生器的原理是:壓縮空氣通過收縮的噴嘴后,從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周圍的靜止流體和它一起向前流動,從而在接受室形成負壓,誘導二次真空。這樣的真空系統,尤其對于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優越性。作者在《大氣噴射器的真空發生機制及其主要參數的設計》一文中對真空發生器的結構及參數設計進行了詳細的分析,可以根據所需的真空度設計出所需的真空發生器。

             用真空吸盤來抓取物體,可以根據物體的不同形狀來實現任意角度的傳遞。以下將從兩種特殊位置,即水平和垂直兩個方向,對真空吸盤的受力進行動態分析。

      1 真空吸盤安裝方位

          真空吸盤用于兩種不同位置工作時的安裝方位。在吸盤水平安裝時,除了要吸持住工件負載外,還應該考慮吸盤移動時因工件的慣性力對吸力的影響。而吸盤垂直安裝時,吸盤的吸力與吸盤與工件間的摩擦力有密切關系。

      2 受力分析

          真空吸盤良種工作情況下的力學模型,參數說明如下:ΔPu為真空度;Fv為垂直負載;Aw為有效面積;Fh為水平負載;Pd為密封面的表面壓力;Fr為摩擦力;Ad為密封面積;Ad為密封面積的受力;F為負載力;μ為真空吸盤與工件間的摩擦系數;Fs為吸力;Fa為加速度力;x、y為真空吸盤受力分析坐標。

          由真空吸盤工作原理及上述受力可知,要滿足正常的吸持物體的要求,即能夠正常作業的條件為:Fd=Pd·Ad>0,且水平安裝時Fr= Fd?μ>Fh,垂直安裝時Fr= Fd?μ>Fv。設,已知被吸持物體重mkg,真空度為ΔPu,則Fs=ΔPu?Aw。再設旋轉角度φ ,旋轉半徑r,重力加速度g,夾持時間t,Fs1為靜態吸力,Fs2為動態吸力。

      a. 靜態負載計算:

      為靜態吸力:Fs1=fv=mg;當取安全系數為n時,Fs1=nmg

      b. 動態負載計算:

      當真空吸盤處于水平位置時,受力處于平衡狀態,即:

      ∑Fx=0 Fh-Fr=0 即 Fh=Fr

      ∑Fy=0 Fv+Fd-Fs2=0

      即 Fd=Fs2-Fv

      因為摩擦力Fr等于密封面積的受力和摩擦系數的乘積,即:

      Fr=Fd?μ=(Fs2-Fv)?μ

      又因為垂直負載力Fv等于物體質量與加速度的乘積,當真空吸盤處于垂直位置時,受力處于平衡狀態。

      3 吸盤的選用

          上面即為真空吸盤吸持物體時所需要的動態吸力計算公式。對面積大的吸吊物,重的吸吊物,有振動的吸吊物或要求快速搬運的吸吊物,在應用公式時,必須計及工作環境系數、安全系數。實際中,為防止吸吊物脫落,通常使用多個吸盤進行吸吊,此時應注意使這些協同工作的吸盤合理配置,使吸吊合力作用點與被吸吊物的重心盡量靠近。

      4 結論

          真空吸盤的動態設計使吸盤的工作更安全可靠。在對吸盤兩個典型工位的受力進行靜態和動態分析和比較的基礎上,為真空吸盤的設計應用提供更科學、更安全的設計依據

       
      (文/劉云龍)
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