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发表于 2007-10-26 22:06:22
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来自： 中国江苏常州
作者：腾红华 ~* g! P2 w4 @5 N/ y% T
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9 L6 i- N7 e+ d* p' t- j真空吸盘吸持物体的动力学分析
& x( o0 b! O4 q* v" V" K腾红华
* Z" d' [- C# [2 W4 u8 T" W2 x（武汉工业学院）
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L- L1 R# a2 x2 H' w0 P) V* s# w V9 v, N, @
摘要：
3 B7 l# l# S- w- r 真空吸盘的动态设计使吸盘的工作更安全可靠。在对吸盘两个典型工位的受力进行静态和动态分析和比较的基础上，为真空吸盘的设计应用提供更科学、更安全的设计依据。
" R( C# P# q2 H7 Y8 o e关键词：
" x/ }" `- h6 l+ h# v真空吸盘 吸持力 动态分析9 W# S" z c/ v) e4 r
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在产品包装、物体传输和机械装配等自动作业线，使用真空吸盘来抓取物体的案例越来越多。柔而有弹性的吸盘可以很方便地实现诸如工件的吸持、脱开、传递等搬运功能，并确保不损坏其作用之对象。而吸持力靠真空系统维持，真空的产生可以是由电动机、真空泵以及各种真空器件所组成的真空系统来提供，也可以由压缩空气通过真空发生器所产生的二次真空来提供。前者需要配置独立的真空系统，而后者可以利用一般生产过程中已有的空气压缩系统。因此，特别在各种包装作业过程中，利用二次真空方法显得十分方便、经济。真空发生器的原理是：压缩空气通过收缩的喷嘴后，从喷嘴喷射出的高速气流卷吸周围的静止流体和它一起向前流动，从而在接受室形成负压，诱导二次真空。这样的真空系统，尤其对于不需要大流量真空的工况条件更显出它的优越性。作者在《大气喷射器的真空发生机制及其主要参数的设计》一文中对真空发生器的结构及参数设计进行了详细的分析，可以根据所需的真空度设计出所需的真空发生器。用真空吸盘来抓取物体，可以根据物体的不同形状来实现任意角度的传递。以下将从两种特殊位置，即水平和垂直两个方向，对真空吸盘的受力进行动态分析。7 p q% m- w5 R) Z* p; n
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1 真空吸盘安装方位0 ~/ Z, P/ ]% p% \+ w
如图1所示为真空吸盘用于两种不同位置工作时的安装方位。在图1a吸盘水平安装时，除了要吸持住工件负载外，还应该考虑吸盘移动时因工件的惯性力对吸力的影响。而图1b吸盘垂直安装时，吸盘的吸力与吸盘与工件间的摩擦力有密切关系。
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2 受力分析
4 T0 `: d8 O; T$ n1 I/ U 真空吸盘良种工作情况下的力学模型如图2所示，图中个参数说明如下：ΔPu为真空度；Fv为垂直负载；Aw为有效面积；Fh为水平负载；Pd为密封面的表面压力；Fr为摩擦力；Ad为密封面积；Ad为密封面积的受力；F为负载力；μ为真空吸盘与工件间的摩擦系数；Fs为吸力；Fa为加速度力；x、y为真空吸盘受力分析坐标。
9 L! I1 U% @( T1 P; F2 M- ? 由真空吸盘工作原理及上述受力图可知，要满足正常的吸持物体的要求，即能够正常作业的条件为：Fd=Pd·Ad＞0，且水平安装时Fr= Fd•μ＞Fh，垂直安装时Fr= Fd•μ＞Fv。
0 b- D. P$ z. `! u% J/ r3 { 设，已知被吸持物体重mkg，真空度为ΔPu，则Fs=ΔPu•Aw。再设旋转角度φ ，旋转半径r，重力加速度g，夹持时间t，Fs1为静态吸力，Fs2为动态吸力。4 r& D" D1 M' m* h4 E6 ]
a． 静态负载计算：6 l) l* i( ]3 L5 ?8 I7 c: ~+ P
为静态吸力：Fs1=fv=mg；当取安全系数为n时，Fs1=nmg
1 |) {' t; {1 K+ Q1 hb． 动态负载计算：
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当真空吸盘处于水平位置时，受力处于平衡状态，即：
U; i4 g d7 p! S∑Fx=0 Fh-Fr=0 即 Fh=Fr U4 ]4 B+ R4 b& m8 u
∑Fy=0 Fv+Fd-Fs2=09 F8 h3 Z5 e, `; M
即 Fd=Fs2-Fv
- s3 _6 J/ s8 j6 ^2 [因为摩擦力Fr等于密封面积的受力和摩擦系数的乘积，即：4 Q: h6 x; C+ h; J
Fr=Fd•μ=(Fs2-Fv)•μ" J- J6 }$ f3 i( h- ^1 n6 K( t5 D
又因为垂直负载力Fv等于物体质量与加速度的乘积，即 则：0 h4 l& `- o* N1 o
(1)4 l2 T5 ]5 O3 P
当真空吸盘处于垂直位置时，受力处于平衡状态，即：# L; H( q8 Y+ B$ G0 W
(2)* |. F( c8 m' S. U) X# D* \* U
1 t R; F. a4 {& ~4 ?' V
3 吸盘的选用$ @% K( h; b# @- a* V$ T
上面导出的式(1)和式(2)即为真空吸盘吸持物体时所需要的动态吸力计算公式。对面积大的吸吊物，重的吸吊物，有振动的吸吊物或要求快速搬运的吸吊物，在应用公式时，必须计及工作环境系数、安全系数。实际中，为防止吸吊物脱落，通常使用多个吸盘进行吸吊，此时应注意使这些协同工作的吸盘合理配置，使吸吊合力作用点与被吸吊物的重心尽量靠近。3 Y: `7 F+ w/ u; W9 l0 m/ N
0 |# ~& T0 E- c4 Z' L4 结论
% c- J3 f) \- t$ Q 真空吸盘的动态设计使吸盘的工作更安全可靠。在对吸盘两个典型工位的受力进行静态和动态分析和比较的基础上，为真空吸盘的设计应用提供更科学、更安全的设计依据。 |
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发表于 2007-10-31 20:46:04