|
|
发表于 2007-10-26 22:06:22
|
显示全部楼层
来自： 中国江苏常州
作者：腾红华2 A$ o% t% H3 O g
* t$ \8 g- k# I9 i+ H6 V
% N( ^" Z1 d6 I* i# F) ]; X
9 C! V- ^! f# T0 r* a u4 e* ?6 d, l
# w/ q# x6 D2 b1 Z2 }2 l8 h* d$ ]8 ~真空吸盘吸持物体的动力学分析
8 ]$ y# l* \0 R, k0 K6 d" P腾红华
. f5 m x! X. b1 U2 D（武汉工业学院）
6 X4 f$ i+ ]# @* g& B$ i! n* u/ K3 V, n4 q
* d4 y% y' G# q( T( \+ A+ h6 B0 j3 N% [摘要：# c* S$ A3 V+ v1 l8 G0 R0 e/ A
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。; i' ^5 m/ F; S( ]* F/ z
关键词：
0 M+ g6 m; t5 ?& C真空吸盘 吸持力 动态分析
5 Z5 \" I+ P6 P- N5 F' O( Z' w9 A
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。
& \+ z% g6 }# Q0 l, w. Y( `3 E8 B% o, _* p" ~7 Z; d& s. k
1 真空吸盘安装方位
( O% @3 r( ?9 X8 x 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。
0 [( B! S6 u: z2 I
% P6 a) a& k' O$ |6 ^2 受力分析' |- v4 q2 W, E' O) {
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。
# r1 D+ W/ S5 B7 w 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。6 T+ R: L1 O3 W) B+ I) C6 C: I
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。! ^( M# s. j) n' ~9 x
a． 静态负载计算：8 R6 M6 ?' w' x0 ^, A
为静态吸力：Fs1=fv=mg；当取安全系数为n时，Fs1=nmg
i% t' V M. L7 ?+ m, U p3 R' p; mb． 动态负载计算：
2 u4 A0 ? Q! Y* V% o①
3 E9 s; ]/ N. i! h" n1 j M \" g: u当真空吸盘处于水平位置时，受力处于平衡状态，即：% F2 Z: t4 g2 }4 O
∑Fx=0 Fh-Fr=0 即 Fh=Fr+ z" q7 t1 o) C y2 R& `7 o
∑Fy=0 Fv+Fd-Fs2=09 V2 D5 x2 e- _
即 Fd=Fs2-Fv4 v9 a2 \5 W+ b3 U/ h
因为摩擦力Fr等于密封面积的受力和摩擦系数的乘积，即：
+ H" X: B% \/ G0 ~6 CFr=Fd•μ=(Fs2-Fv)•μ
8 l6 m+ u8 D* g又因为垂直负载力Fv等于物体质量与加速度的乘积，即 则：' ]/ A0 e6 Y( h
(1)8 k# K4 T8 `' \7 s
当真空吸盘处于垂直位置时，受力处于平衡状态，即：; P( I1 { S! }/ X
(2)6 l8 w& F8 }* B k
, N0 v" X" v; O2 ~0 } s2 w3 }9 d3 吸盘的选用
$ O0 T$ d3 C9 _5 G9 e; s 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。
! Y* y- J9 w; T3 w3 }+ `$ E
/ p; p0 N( u! K5 F. ^4 结论
3 A, N6 m' U1 o9 U5 |* ~% g 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。 |
评分
-
查看全部评分
|
楼主
发表于 2007-10-31 20:46:04