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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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( e8 e9 V: x' V3 I! |$ l9 H5 i0 Y : o/ v! f+ S7 ~6 u) G
* k( r8 Z$ r9 z- l# D# K. \真空吸盘吸持物体的动力学分析 S; {; _/ [% B
腾红华9 J2 U! n# A+ ?0 F
（武汉工业学院）: M+ n" ?5 K# L
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摘要：9 w+ H; Z4 _7 O1 D8 ]# }
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。4 D$ D- P( w8 K8 N# {+ P! @/ d
关键词：/ M1 N/ r' A- Q6 A& }- I C! \
真空吸盘 吸持力 动态分析
7 r; A5 y6 I @2 p8 c6 p, F5 S" d+ j) A) t; s4 d' {
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 h6 }" { `, k c
% E. c) \ N3 i/ a/ Q) S5 S, X7 N7 h1 真空吸盘安装方位) z% ]4 s' _7 g7 h* 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。9 i4 r" ?$ Y3 j" m( E4 [
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2 受力分析
3 k" c! D6 n9 A" h4 w$ U. X( 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。) P+ J' s- p$ d- ~* h7 J* S( P
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。( h& ~7 B5 d( h
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。$ ^9 g6 t: m) u( ?7 E
a． 静态负载计算：
) d: i" h$ D* u5 m7 N2 ?) o为静态吸力：Fs1=fv=mg；当取安全系数为n时，Fs1=nmg8 M% M0 R- Q/ V5 X( [7 B0 Y0 G/ [- Z
b． 动态负载计算：5 o% K+ {/ H) v* x6 t1 O
①
( n4 f: r: o c& M2 G当真空吸盘处于水平位置时，受力处于平衡状态，即：
6 W, Y' r+ Y* d5 H! k∑Fx=0 Fh-Fr=0 即 Fh=Fr
) A& L. J# a' Z∑Fy=0 Fv+Fd-Fs2=0+ s& E' r$ N: i b: Q
即 Fd=Fs2-Fv
" M6 J, W5 _( Q0 B: i+ C& G. d5 F) \因为摩擦力Fr等于密封面积的受力和摩擦系数的乘积，即：
2 T! R6 I% B: I' JFr=Fd•μ=(Fs2-Fv)•μ
7 O% g/ \/ s' J5 q/ \& A7 X3 F又因为垂直负载力Fv等于物体质量与加速度的乘积，即 则：& L' A" U/ w; h: e0 J8 v
(1)5 b# Y* D7 U {
当真空吸盘处于垂直位置时，受力处于平衡状态，即：
( @/ m# u s) c- H5 {/ q! o (2)9 Y5 S, N _7 B* C7 O( n
- r% T" i! R2 ` H
3 吸盘的选用
3 S( o) Y' k6 z# o b3 H# k3 w 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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4 结论
, y( G/ k5 n5 K4 N 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