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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6 P/ X% {1 |" b/ ]; {0 i
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真空吸盘吸持物体的动力学分析
) ^7 |8 t8 w) d% P( g2 h* q) s腾红华
$ Z; b+ F$ u t* [（武汉工业学院）& y% i7 e- V* g% n
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摘要：# t9 @' \: j* p7 T* }
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。
& T% U# B" i6 c0 C) i关键词：
6 T' P+ K9 ]+ m# x3 _6 m& o真空吸盘 吸持力 动态分析
* t- h! v# f3 p& b0 p4 E% s0 O! l% W5 H& a( C2 P4 W
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 真空吸盘安装方位, B8 s9 C A- \* C4 V, 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。
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- }% K* e; w) G# j: b( s2 V2 受力分析2 V) Q+ M- b/ Z9 H
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。
( e3 F( O+ B; C( ^9 f- x3 k3 L 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。1 F, s, ?- t7 L5 m+ q
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。
5 @0 Z2 f+ u( C0 `a． 静态负载计算：
, [* ? a$ A0 O# O! u为静态吸力：Fs1=fv=mg；当取安全系数为n时，Fs1=nmg8 i T( K! a, C/ e7 {7 Z# u
b． 动态负载计算：- v F0 D' b$ e, b7 H g
①& C" X' f/ O. J, ^& n. D& V
当真空吸盘处于水平位置时，受力处于平衡状态，即：
3 x+ Y7 e2 X* R# d∑Fx=0 Fh-Fr=0 即 Fh=Fr; o" F; L T8 ~8 _
∑Fy=0 Fv+Fd-Fs2=06 G2 s8 b ?2 l: Q$ G* k# {
即 Fd=Fs2-Fv; ?* w1 |, X K1 u7 U0 W
因为摩擦力Fr等于密封面积的受力和摩擦系数的乘积，即：
/ Z# {' Q4 z( {# oFr=Fd•μ=(Fs2-Fv)•μ
7 z+ ]9 M* v% q' c J/ k; B: N Y又因为垂直负载力Fv等于物体质量与加速度的乘积，即 则：
. _( n7 D$ `0 w+ |" I (1)& U* K6 B# N( } K+ K5 C
当真空吸盘处于垂直位置时，受力处于平衡状态，即：
' z* p1 c2 {+ X* p) _. q. ` (2)0 h; m2 }$ K5 A/ Z5 K- j' ]
* W" z3 W& c+ k. s0 q- a" I
3 吸盘的选用7 p) c T9 S* O/ j: ]' B
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。4 G) K5 @7 o$ {) u2 b, Y; {' Z
+ u8 B3 g, A) F# C7 E5 _8 t
4 结论& f8 Q# K9 r9 M: e; x, o4 t$ U: i/ R, V
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