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真空吸盘抓取物体时受力情况及动态分析:真空吸盘的原理是: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。
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。
1 受力分析
真空吸盘良种工作情况下的力学模型,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。
2 真空吸盘安装方位
真空吸盘用于两种不同位置工作时的安装方位。在吸盘水平安装时,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。
由真空吸盘工作原理及上述受力可知,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。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。
a.静态负载计算:
为静态吸力:Fs1=fv=mg;当取安全系数为n时,Fs1=nmg
b.动态负载计算:
当真空吸盘处于水平位置时,受力处于平衡状态,即:
∑Fx=0Fh-Fr=0即Fh=Fr
∑Fy=0Fv+Fd-Fs2=0
即Fd=Fs2-Fv
因为摩擦力Fr等于密封面积的受力和摩擦系数的乘积,即:
Fr=Fd•μ=(Fs2-Fv)•μ
又因为垂直负载力Fv等于物体质量与加速度的乘积,当真空吸盘处于垂直位置时,受力处于平衡状态。
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。
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