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真空吸盘运动时力的分析及计算、举例 |
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运动方式 |
原 理 |
计算公式 |
说 明 |
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情况1 |
真空气爪处于水平位置，动作方向为垂直方向(最佳的情况) |
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m—质量，kg g—重力加速度，m/s2 a—加速度，m/s2 μ—摩擦因数 S—安全系数 |
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情况2 |
真空气爪处于水平位置，动作方向为水平方向 |
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情况3 |
真空气爪处于垂直位置，动作方向为垂直方向(最糟糕的情况) |
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例1 工件的提起与放下必须是柔性、平稳运动时的举例 已知一个平整、光滑的钢板(钢板上有油，刚从锻压机中产出)，长200mm、宽100mm、厚2mm，需要做垂直提起(如情况1所示)；水平移动(如情况2所示)；90°旋转后垂直移动(如情况3)。最大的加速度为5m/s2。提起的时间＜0.5s，放下的时间为0.1s，整个循环时间为3.5s，安全系数S＝1.5(吸盘垂直安装/工件垂直运动时，S＝2)。要求两个吸盘无振动地搬运工件，工件的提起与放下必须是柔性的。选择最佳的吸盘规格 解：步骤1 计算工件质量 m＝LWHρ 式中 m——质量，kg； L——长度，cm； W——宽度，cm； H——高度，cm； ρ——密度，g/cm3 m＝20cm×10cm×0.2cm×7.85g/cm3＝314g＝0.314kg 步骤2 选择合适的真空吸盘 根据工件的表面粗糙度，选真空吸盘形状为标准型为最佳方案(见下表) |
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标准吸盘 |
用于表面平整或有轻微起伏的工件，如钢板或硬板纸 |
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波纹型吸盘 |
用于(1)倾斜表面，从5°到30°，具体视吸盘的直径而定；(2)表面起伏或球形表面以及具有较大面积的弹性工件；(3)容易破碎的工件，如玻璃瓶可作为一种经济有效的高度补偿装置 |
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椭圆形吸盘 |
用于狭窄形或长条形工件，如型材或管道等 |
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加深型吸盘 |
用于圆形或表面起伏较大的工件 |
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根据工件表面的光滑程度，并且带油的状态及耐磨、耐撕扯，参照真空吸盘的材质特性表，选择聚氨酯材质的真空吸盘 步骤3 计算保持力的大小 (1) 当真空吸盘处于水平位置，工件为垂直运动时(如情况1所示)
(2) 当真空吸盘处于水平位置，且工件也为水平运动时(如情况2所示)
(3) 当真空吸盘处于垂直位置，工件为垂直运动时(如情况3所示)
在已知条件中说明两个气爪抓取，故每个气爪需大于93N/2＝47N，查下表取直径为40mm真空吸盘。 |
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标准圆形吸盘的主要技术参数 |
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吸盘直径f /mm |
吸盘接口 /mm |
有效吸盘直径 f /mm |
在-0.7bar下 的脱离力/N |
吸盘容积 /cm3 |
工件最小半径 R/mm |
最大高度补偿 /mm |
质量/g |
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20 |
M6×1 |
17.6 |
16.3 |
0.318 |
60 |
— |
6 |
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30 |
M6×1 |
18.4 |
40.8 |
0.867 |
110 |
— |
9 |
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40 |
M6×1 |
26.5 |
69.6 |
1.566 |
230 |
— |
16 |
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50 |
M6×1 |
33.3 |
105.8 |
2.387 |
330 |
— |
22 |
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例2 当工件加速运动至终点，固定缓冲或可调气缓冲对其影响的举例 如例图1所示工件1kg，运动行程150mm，吸盘与工件的摩擦因数0.4，重力加速度g≈10m/s2，直径为55mm，吸盘的吸力为106N，当安全系数选用S＝2时，分别计算：吸盘在垂直或水平抓取工件时，在弹性缓冲为0.4mm及可调气缓冲为17mm时，吸盘能否正常工作？ (1) 对水平抓取工件运动的分析(见下表) 计算分两种情况：对弹性缓冲为0.4mm时的计算；对可调气缓冲为17mm时的计算 ① 对弹性缓冲为0.4mm时的计算 第一阶段 计算工件在缓冲前，即150mm(缓冲阶段0.4mm忽略不计)时的下落速度和时间t |
例图1 |
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型式 |
运动分析 |
型式 |
运动分析 |
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A |
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υ＝0，F工件保持＝106N＝F吸盘吸力 |
B |
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υ＞0，如果继续能吸住工件，mg-ma＝0，FR摩擦＝mg＝ma，a＝g，a＞0 |
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C |
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υ＞0，mg-F停止+ma＝0，工件运动停止阶段(缓冲开始)。如果工件不被脱落，吸盘有足够的摩擦力吸住工件，FR摩擦＝ma＝F停止-mg＜F吸盘吸力g＝ma，a＝g，a＞0，F吸盘吸力＞mg-F停止+ma＝0， |
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缓冲前工件的下落速度为1.73m/s，时间为0.173s 第二阶段 计算工件在缓冲阶段即0.4mm时的时间及加速度
由已知条件得知F吸盘吸力＝106N，此时如果吸盘要继续吸住工件，必须大于真空吸盘理论上保持力F停止
结论：不能使用P弹性缓冲 ② 对可调气缓冲为17mm时的计算 第一阶段 计算工件在缓冲前，即(150-17)mm时的下落速度和时间t 根据可调气缓冲，气缸可调气缓冲为17mm，所以此时H缓冲＝(150-17)mm＝133mm
缓冲前工件的下落速度为1.63m/s，时间为0.163s 第二阶段计算工件在缓冲阶段即17mm时的时间及加速
结论：可使用PPV可调气缓冲 (2) 对垂直抓取工件运动的分析(见例图2) |
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例图2 |
例图3 |
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F摩擦＝μF吸盘吸力＝0.4×106＝42.4N＜88N(F停止) 如果选用P弹性缓冲，工件将脱落。在前面对计算工件在缓冲阶段，即17mm时的时间及加速度已计算过F停止＝88N，如果选用PPV可调气缓冲，F停止＞F摩擦，此时工件有可能脱落或产生偏移，工件与吸盘会产生偏移 (3) 对缓冲阶段中偏移的计算(见例图3) 如果工件进入缓冲阶段不脱落，mg+ma-F摩擦＝0，F摩擦≠F停止，ma＝F摩擦-mg，此时 结论：真空吸盘不宜采用固定缓冲形式(指气缸的缓冲形式) 在高速情况下，必须考虑到惯性力。安全系数不宜太小，如上例所示，F吸盘吸力＝106N，计算后工件不脱落F停止＝88N， |
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