真空吸盘吸持物体的动力学分析

　　1、真空吸盘安装方位
　　
　　如图1所示为真空吸盘用于两种不同位置工作时的安装方位。在图1a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。而图1b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。
　　
　　2、受力分析
　　
　　真空吸盘良种工作情况下的力学模型如图2所示，图中个参数说明如下：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。
　　
　　由真空吸盘工作原理及上述受力图可知，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：
　　
　　①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，即则：
　　
　　当真空吸盘处于垂直位置时，受力处于平衡状态，即：
　　
　　（2）
　　
　　3吸盘的选用
　　
　　上面导出的式（1）和式（2）即为真空吸盘吸持物体时所需要的动态吸力计算公式。对面积大的吸吊物，重的吸吊物，有振动的吸吊物或要求快速搬运的吸吊物，在应用公式时，必须计及工作环境系数、安全系数。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。
　　
　　4结论
　　
　　真空吸盘的动态设计使吸盘的工作更安全可靠。在对吸盘两个典型工位的受力进行静态和动态分析和比较的基础上，为真空吸盘的设计应用提供更科学、更安全的设计依据。