真空吸盤吸持物體的動力學分析

時間：2023-03-09作者：壽爾科技（上海）有限公司瀏覽：121

真空吸盤吸持物體的動力學分析

在產(chǎn)品包裝、物體傳輸和機械裝配等自動作業(yè)線，使用真空吸盤來抓取物體的案例越來越多。柔而有彈性的吸盤可以很方便地實現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、傳遞等搬運功能，并確保不損壞其作用之對象。而吸持力靠真空系統(tǒng)維持，真空的產(chǎn)生可以是由電動機、真空泵以及各種真空器件所組成的真空系統(tǒng)來提供，也可以由壓縮空氣通過真空發(fā)生器所產(chǎn)生的二次真空來提供。前者需要配置獨立的真空系統(tǒng)，而后者可以利用一般生產(chǎn)過程中已有的空氣壓縮系統(tǒng)。因此，特別在各種包裝作業(yè)過程中，利用二次真空方法顯得十分方便、經(jīng)濟。真空發(fā)生器的原理是：壓縮空氣通過收縮的噴嘴后，從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周圍的靜止流體和它一起向前流動，從而在接受室形成負壓，誘導二次真空。這樣的真空系統(tǒng)，尤其對于不需要大流量真空的工況條件較顯出它的優(yōu)越性。作者在《大氣噴射器的真空發(fā)生機制及其主要參數(shù)的設計》一文中對真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)設計進行了詳細的分析，可以根據(jù)所需的真空度設計出所需的真空發(fā)生器。用真空吸盤來抓取物體，可以根據(jù)物體的不同形狀來實現(xiàn)任意角度的傳遞。以下將從兩種特殊位置，即水平和垂直兩個方向，對真空吸盤的受力進行動態(tài)分析。
1、真空吸盤安裝方位
如圖1所示為真空吸盤用于兩種不同位置工作時的安裝方位。在圖1a吸盤水平安裝時，除了要吸持住工件負載外，還應該考慮吸盤移動時因工件的慣性力對吸力的影響。而圖1b吸盤垂直安裝時，吸盤的吸力與吸盤與工件間的摩擦力有密切關系。


2、受力分析
真空吸盤良種工作情況下的力學模型如圖2所示，圖中個參數(shù)說明如下：ΔPu為真空度；Fv為垂直負載；Aw為有效面積；Fh為水平負載；Pd為密封面的表面壓力；Fr為摩擦力；Ad為密封面積；Ad為密封面積的受力；F為負載力；μ為真空吸盤與工件間的摩擦系數(shù)；Fs為吸力；Fa為加速度力；x、y為真空吸盤受力分析坐標。


由真空吸盤工作原理及上述受力圖可知，要滿足正常的吸持物體的要求，即能夠正常作業(yè)的條件為：Fd=Pd·Ad＞0，且水平安裝時Fr= Fd?μ＞Fh，垂直安裝時Fr= Fd?μ＞Fv。
設，已知被吸持物體重mkg，真空度為ΔPu，則Fs=ΔPu?Aw。再設旋轉(zhuǎn)角度φ ，旋轉(zhuǎn)半徑r，重力加速度g，夾持時間t，F(xiàn)s1為靜態(tài)吸力，F(xiàn)s2為動態(tài)吸力。
a． 靜態(tài)負載計算：
為靜態(tài)吸力：Fs1=fv=mg；當取安全系數(shù)為n時，F(xiàn)s1=nmg
b． 動態(tài)負載計算：
①當真空吸盤處于水平位置時，受力處于平衡狀態(tài)，即：
∑Fx=0 Fh-Fr=0 即 Fh=Fr
∑Fy=0 Fv+Fd-Fs2=0
即 Fd=Fs2-Fv
因為摩擦力Fr等于密封面積的受力和摩擦系數(shù)的乘積，即：
Fr=Fd?μ=(Fs2-Fv)?μ
又因為垂直負載力Fv等于物體質(zhì)量與加速度的乘積，即 則：
當真空吸盤處于垂直位置時，受力處于平衡狀態(tài)，即：
(2)
3 吸盤的選用




上面導出的式(1)和式(2)即為真空吸盤吸持物體時所需要的動態(tài)吸力計算公式。對面積大的吸吊物，重的吸吊物，有振動的吸吊物或要求快速搬運的吸吊物，在應用公式時，必須計及工作環(huán)境系數(shù)、安全系數(shù)。實際中，為防止吸吊物脫落，通常使用多個吸盤進行吸吊，此時應注意使這些協(xié)同工作的吸盤合理配置，使吸吊合力作用點與被吸吊物的重心盡量靠近。







4 結(jié)論
真空吸盤的動態(tài)設計使吸盤的工作較。在對吸盤兩個典型工位的受力進行靜態(tài)和動態(tài)分析和比較的基礎上，為真空吸盤的設計應用提供較科學、較安全的設計依據(jù)。
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