真空吸盤吸持物體的動力學分析

真空吸盤吸持物體的動力學分析在產品包裝、物體傳輸和機械裝配等自動作業線，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維持，真空的產生可以是由電動機、真空泵以及各種真空器件所組成的真空系統來提供，也可以由壓縮空氣通過真空發生器所產生的二次真空來提供。前者需要配置獨立的真空系統，而后者可以利用一般生產過程中已有的空氣壓縮系統。因此，特別在各種包裝作業過程中，利用二次真空方法顯得十分方便、經濟。真空發生器的原理是：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，尤其對于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優越性。作者在《大氣噴射器的真空發生機制及其主要參數的設計》一文中對真空發生器的結構及參數設計進行了詳細的分析，可以根據所需的真空度設計出所需的真空發生器。用真空吸盤來抓取物體，可以根據物體的不同形狀來實現任意角度的傳遞。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；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。再設旋轉角度φ ，旋轉半徑r，重力加速度g，夾持時間t，Fs1為靜態吸力，Fs2為動態吸力。a． 靜態負載計算：為靜態吸力：Fs1=fv=mg；當取安全系數為n時，Fs1=nmgb． 動態負載計算：①當真空吸盤處于水平位置時，受力處于平衡狀態，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的乘積，即：Fr=Fd?μ=(Fs2-Fv)?μ又因為垂直負載力Fv等于物體質量與加速度的乘積，即 則：

當真空吸盤處于垂直位置時，受力處于平衡狀態，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，必須計及工作環境系數、安全系數。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 結論真空吸盤的動態設計使吸盤的工作更安全可靠。在對吸盤兩個典型工位的受力進行靜態和動態分析和比較的基礎上，為真空吸盤的設計應用提供更科學、更安全的設計依據。

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