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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
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9 t" P( f' d$ C2 [ " [. j( E% N, i# o7 h2 Z
6 R& Q; N6 \1 m. f真空吸盘吸持物体的动力学分析
2 J K) c7 q4 w- y0 x% w: K腾红华0 w( j* S) o* b) [, B4 s' y
（武汉工业学院）
2 C, g; C$ n% L6 c7 L2 H" L/ r/ E' ?, Q7 n! O% j0 h8 U
0 i" O9 U- T) G/ Z摘要：
7 H! q1 V2 D8 w, F. h 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。
) x v( p! c1 |2 W关键词：
& W5 a5 _' c6 d4 y8 m真空吸盘 吸持力 动态分析
1 p; p0 Q5 E; D7 u5 @' `" F( {$ }& o6 n: N8 ]
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。
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1 C. a* ~7 Z! ]5 \4 u1 真空吸盘安装方位
6 C8 b& K' w2 v 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。! i6 j3 l1 b1 \9 h+ i
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2 受力分析
% Q$ Q5 s) q) V2 ?7 v8 v 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。3 f, S/ k: \" W8 I3 y4 z
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。
7 W' |5 p0 x$ n3 b2 a: q' M' R 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。
# ~6 t; X" ?$ S* {) X* Y! i0 E" ga． 静态负载计算：
: ?2 y5 k. @( \, Q, ?4 f为静态吸力：Fs1=fv=mg；当取安全系数为n时，Fs1=nmg
7 ~6 n$ E$ {. V" h, fb． 动态负载计算：
( i4 r) R- g: c4 P# j1 V. f①. n9 y; b- I* f. f3 d
当真空吸盘处于水平位置时，受力处于平衡状态，即：) v1 k0 \6 X* [( x# I
∑Fx=0 Fh-Fr=0 即 Fh=Fr0 b- R+ }7 v& g$ S$ Q
∑Fy=0 Fv+Fd-Fs2=0/ Y; X( o, V4 H, q
即 Fd=Fs2-Fv/ K; c4 r' K! y' }; D
因为摩擦力Fr等于密封面积的受力和摩擦系数的乘积，即：- v. H0 w. x; |/ o$ G) k2 {
Fr=Fd•μ=(Fs2-Fv)•μ: F C) |% \# k$ W
又因为垂直负载力Fv等于物体质量与加速度的乘积，即 则：
; y% n' E. e$ _8 B (1)
& ^& {- S- v( C4 S7 c当真空吸盘处于垂直位置时，受力处于平衡状态，即：3 o) B% f5 \$ L% j2 J. b( U
(2)
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+ P0 y0 I! X) i* m# Z. ~6 \- X3 吸盘的选用2 _; h9 f+ \% S( d
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。
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- q6 B% D$ l( s8 E/ h' ?4 结论9 T+ g; J- }& q, v8 D
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