技术之窗

真空吸盘的计算示例

  • 2020.03.23 16:53:45
  • 米思米
  • 517

   · 系统构成的方法

   · 工件质量的计算

   · 真空吸盘的理论保持力

   · 真空吸盘的选定

 系构成的方法

   在此,仅举1个示例,对从构成真空系统所需的理论到实际的步骤进行说明。

   在本示例中,使用以下的工件和搬运系统,分为3种情况来考察。

   工件

   材质 :钢板(堆积在托盘上的状态)

   表面 :平滑无台阶、干燥状态

   尺寸 :长度 最大2,500mm

              宽度 最大1,250mm

              厚度 最大2.5mm

              质量 约60kg

   搬运系统龙门(门型)搬运装置

   压缩空气 0.8MPa
   控制电压 :DC24V
   必要的作业 :水平方向的拾取&放置
                        将1枚钢板从托盘提起来,并进行水平搬运,然后在加工中心上进行定位。
   最大加速度 :X、Y轴 : 5m/s2 、Z轴 :5m/s2
   周期循环时间 :30 秒
   计划时间 :拾取 <1秒   放置 :<1秒

 工件质量的计算

   从一开始就要确定工件的质量(m)。工件的质量是各种各样计算中必要的

   m = L x B x H x ρ

   m = 质量 [kg]
   L = 长度 [m]
   B = 宽度 [m]
   H = 高度 [m]
   ρ = 密度 [kg/m
3]

   本 
   m = 2.5m x 1.25m x 0.0025m x 7,850kg/m
3
   m = 61.33kg

 真空吸盘保持力

   真空吸盘不仅必须要能应对工件的质量,也要能应对加速力。

   工件光滑无透气性时,安全率至少应设为1.5。若是有危险性的工件、有透气性的工件、表面粗糙或表面上有凹凸的工件,其安全率应设为2.0以上。此外,加速度和摩擦系数等的条件未知或无法正确把握时,也应使用2.0以上的安全率。

   情况I:
   将真空吸盘水平放置,并沿垂直方向移动工件时。
   将工件(本例中,尺寸2.5×1.25 m的钢板)从托盘上拾取,并按5 m/s2的加速度提起来。此时,应无水平方向的移动。

真空吸盘的计算示例真空吸盘的计算示例 

将真空吸盘从垂直于工件的方向来定位,并提起工件。

   FTH = m x (g + a) x S

   FTH = 理论保持力 [N]
   m = 质量 [kg]
   g = 重力所带来的加速度 [9.81m/s2]
   a = 操作系统的加速度 [m/s2]
   S = 安全率(至少设为1.5。若是有危险性的工件、有透气性的工件、表面粗糙或表面上有凹凸的工件,则应设为2.0以上。)


   本例中:
   FTH = 61.33kg x (9.81m/s2 + 5m/s2) x 1.5
   FTH = 1,363N

   情况Ⅱ:
   将真空吸盘水平放置,并沿水平方向移动工件时。
   将工件(尺寸2.5×1.25 m的钢板)沿垂直方向提起来,并沿水平方向进行搬运。加速度为5m/s2。

真空吸盘的计算示例真空吸盘的计算示例 

将真空吸盘从与工件呈水平的方向来进行定位,并将工件横向移动。

   FTH = m x (g + a / μ) x S

   FTH = 理论保持力 [N]
   Fa = 加速力=m x a
   m = 质量 [kg]
   g = 重力加速度 [9.81m/s2]
   a = 搬运系统的加速度 [m/s2]
      (注意紧急情况下的工件释放)
   μ = 摩擦系数
      = 0.1(有油附着的表面)
      = 0.2~0.3(湿润的表面)
      = 0.5(木材、金属、玻璃、石材等)
      = 0.6(粗糙的表面)
   S = 安全率(至少应设为1.5。若是有危险性的工件、有透气性的工件、表面粗糙或表面上有凹凸的工件,则应设为2.0以上。)

   本例中 : 
   FTH = 61.33kg x (9.81m/s2 + 5m/s2 / 0.5) x 1.5
   FTH = 1,822N

   情况Ⅲ:
   拾取工件,并将真空吸盘垂直移动时。
   将工件(尺寸2.5×1.25m的钢板)从托盘上拾取,并使之转动。与此同时,按5m/s2的加速度来移动。

真空吸盘的计算示例真空吸盘的计算示例真空吸盘的计算示例

   FTH = (m/μ) x (g+a) x S

   FTH = 理论保持力 [N]
   m = 质量 [kg]
   g = 重力加速度 [9.81m/s2]
   a = 搬运系统的加速度 [m/s2]
       (注意紧急情况下的工件释放)
   μ = 摩擦系数
      = 0.1(有油附着的表面)
      = 0.2~0.3(湿润的表面)
      = 0.5(木材、金属、玻璃、石材等)
      = 0.6(粗糙的表面)
   S = 安全率(至少应设为1.5。若是有危险性的工件、有透气性的工件、表面粗糙或表面上有凹凸的工件,则应设为2.0以上。)

   本例中 : 
   FTH = (61.33kg/0.5) x (9.81m/s2 + 5m/s2) x 2
   FTH = 3,633N

   情况I~III的比较:
   本次所列举出的示例中,必要的作业是将工件从托盘上提起来,并进行横向移动,然后在加工中心上进行定位。为此,没有如情况III那样的旋转运动,仅需考虑情况II。

   此时,理论上的最大保持力(FTH)为1,822N。工件进行水平搬运时,这种力会作用在真空吸盘上。以下,针对安全的系统构成,根据该值进行计算。

 真空吸盘的选定

真空吸盘的计算示例

   计算所得出的理论保持力是真空吸盘安全搬送工件所必须的力。

   本例中选择的真空吸盘 :
   平真空吸盘 QN (丁腈橡胶制)。本真空吸盘是一种在搬运光滑平整的工件时,其投入产出比优秀的解决方案。

   此时,需针对计算所得出的理论上的保持力,确定由1个真空吸盘来承担还是由多个真空吸盘来分担。

   若是如同本例中的钢板(2,500mmx1,250mm),则一般使用6~8个真空吸盘。确定真空吸盘的个数时,应考虑的最重要的要点就是搬运时钢板应不会弯曲。

   1个真空吸盘所需的吸附力FS [N] 的计算

   FS = FTH/n
   FS = 吸附力
   FTH = 理论保持力
   n = 真空吸盘的个数

   本例中 : FS = 1,822N / 6     FS = 304N                             

  根据真空吸盘QN的技术数据,可了解到使用6个这种类型的真空吸盘时,需使用QN-95-NBR(直径95mm、吸附力350N)。

  FS = 1,822N/8      FS = 228N

   根据真空吸盘QN的技术数据,可了解到使用8个这种类型的真空吸盘时,需使用QN-80-NBR(直径80mm、吸附力260N)。

   本例中选择的真空吸盘:
   真空吸盘 QN-95-NBR (6个)
   可使用6个真空吸盘,将厚度为2.5mm的钢板提起来,并进行搬运。

   重要:
   真空吸盘的吸附力必须比计算所得出的理论保持力要大。

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机械设计及理论硕士,从事航空发动机传动系统设计五年,主管设计师。主要负责航空发动机主传动系统的齿轮箱设计。

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