真空吸盤(pán)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
在產(chǎn)品包裝、物體傳輸和機(jī)械裝配等自動(dòng)作業(yè)線，使用真空吸盤(pán)來(lái)抓取物體的案例越來(lái)越多。柔而有彈性的吸盤(pán)可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開(kāi)、傳遞等搬運(yùn)功能，并確保不損壞其作用之對(duì)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(dòng)機(jī)、真空泵以及各種真空器件所組成的真空系統(tǒng)來(lái)提供，也可以由壓縮空氣通過(guò)真空發(fā)生器所產(chǎn)生的二次真空來(lái)提供。前者需要配置獨(dú)立的真空系統(tǒng)，而后者可以利用一般生產(chǎn)過(guò)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(guò)程中，利用二次真空方法顯得十分方便、經(jīng)濟(jì)。
真空發(fā)生器的原理是：壓縮空氣通過(guò)收縮的噴嘴后，從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周?chē)撵o止流體和它一起向前流動(dòng)，從而在接受室形成負(fù)壓，誘導(dǎo)二次真空。這樣的真空系統(tǒng)，尤其對(duì)于不需要大流量真空的工況條件更顯出它的優(yōu)越性。作者在《大氣噴射器的真空發(fā)生機(jī)制及其主要參數(shù)的設(shè)計(jì)》一文中對(duì)真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，可以根據(jù)所需的真空度設(shè)計(jì)出所需的真空發(fā)生器。
用真空吸盤(pán)來(lái)抓取物體，可以根據(jù)物體的不同形狀來(lái)實(shí)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(gè)方向，對(duì)真空吸盤(pán)的受力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。
1 真空吸盤(pán)安裝方位
真空吸盤(pán)用于兩種不同位置工作時(shí)的安裝方位。在吸盤(pán)水平安裝時(shí)，除了要吸持住工件負(fù)載外，還應(yīng)該考慮吸盤(pán)移動(dòng)時(shí)因工件的慣性力對(duì)吸力的影響。而吸盤(pán)垂直安裝時(shí)，吸盤(pán)的吸力與吸盤(pán)與工件間的摩擦力有密切關(guān)系。
2 受力分析
真空吸盤(pán)良種工作情況下的力學(xué)模型，參數(shù)說(shuō)明如下：ΔPu為真空度；Fv為垂直負(fù)載；Aw為有效面積；Fh為水平負(fù)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(fù)載力；μ為真空吸盤(pán)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(pán)受力分析坐標(biāo)。
由真空吸盤(pán)工作原理及上述受力可知，要滿(mǎn)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(shí)Fr= Fd•μ＞Fh，垂直安裝時(shí)Fr= Fd•μ＞Fv。設(shè)，已知被吸持物體重mkg，真空度為ΔPu，則Fs=ΔPu•Aw。再設(shè)旋轉(zhuǎn)角度φ ，旋轉(zhuǎn)半徑r，重力加速度g，夾持時(shí)間t，F(xiàn)s1為靜態(tài)吸力，F(xiàn)s2為動(dòng)態(tài)吸力。
a． 靜態(tài)負(fù)載計(jì)算：
為靜態(tài)吸力：Fs1=fv=mg；當(dāng)取安全系數(shù)為n時(shí)，F(xiàn)s1=nmg
b． 動(dòng)態(tài)負(fù)載計(jì)算：
當(dāng)真空吸盤(pán)處于水平位置時(shí)，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?yàn)槟Σ亮r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?yàn)榇怪必?fù)載力Fv等于物體質(zhì)量與加速度的乘積，當(dāng)真空吸盤(pán)處于垂直位置時(shí)，受力處于平衡狀態(tài)。
3 吸盤(pán)的選用
上面即為真空吸盤(pán)吸持物體時(shí)所需要的動(dòng)態(tài)吸力計(jì)算公式。對(duì)面積大的吸吊物，重的吸吊物，有振動(dòng)的吸吊物或要求快速搬運(yùn)的吸吊物，在應(yīng)用公式時(shí)，必須計(jì)及工作環(huán)境系數(shù)、安全系數(shù)。實(shí)際中，為防止吸吊物脫落，通常使用多個(gè)吸盤(pán)進(jìn)行吸吊，此時(shí)應(yīng)注意使這些協(xié)同工作的吸盤(pán)合理配置，使吸吊合力作用點(diǎn)與被吸吊物的重心盡量靠近。
4 結(jié)論
真空吸盤(pán)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)使吸盤(pán)的工作更安全可靠。在對(duì)吸盤(pán)兩個(gè)典型工位的受力進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析和比較的基礎(chǔ)上，為真空吸盤(pán)的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供更科學(xué)、更安全的設(shè)計(jì)依據(jù)。
