在產(chǎn)品包裝、物體傳輸和機(jī)械裝配等自動(dòng)作業(yè)線，使用真空吸盤來(lái)抓取物體的案例越來(lái)越多。柔而有彈性的吸盤可以很方便地實(shí)現(xiàn)諸如工件的吸持、脫開、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：壓縮空氣通過收縮的噴嘴后，從噴嘴噴射出的高速氣流卷吸周圍的靜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)真空吸盤的受力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。

1、真空吸盤安裝方位

        如圖1所示為真空吸盤用于兩種不同位置工作時(shí)的安裝方位。在圖1a吸盤水平安裝時(shí)，除了要吸持住工件負(fù)載外，還應(yīng)該考慮吸盤移動(dòng)時(shí)因工件的慣性力對(duì)吸力的影響。而圖1b吸盤垂直安裝時(shí)，吸盤的吸力與吸盤與工件間的摩擦力有密切關(guān)系。

2、受力分析

        真空吸盤良種工作情況下的力學(xué)模型如圖2所示，圖中個(gè)參數(shù)說(shuō)明如下：ΔP_u為真空度；F_v為垂直負(fù)載；A_w為有效面積；F_h為水平負(fù)載；P_d為密封面的表面壓力；F_r為摩擦力；A_d為密封面積；A_d為密封面積的受力；F為負(fù)載力；μ為真空吸盤與工件間的摩擦系數(shù)；F_s為吸力；F_a為加速度力；x、y為真空吸盤受力分析坐標(biāo)。

        由真空吸盤工作原理及上述受力圖可知，要滿足正常的吸持物體的要求，即能夠正常作業(yè)的條件為：F_d=P_d·A_d＞0，且水平安裝時(shí)F_r= F_d•μ＞F_h，垂直安裝時(shí)F_r= F_d•μ＞F_v。

       設(shè)，已知被吸持物體重mkg，真空度為ΔP_u，則F_s=ΔP_u•A_w。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：F_s1=f_v=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：

①當(dāng)真空吸盤處于水平位置時(shí)，受力處于平衡狀態(tài)，即：

∑F_x=0 F_h-F_r=0 即 F_h=F_r

∑F_y=0 F_v+F_d-F_s2=0

即 F_d=F_s2-F_v

因?yàn)槟Σ亮�F_r等于密封面積的受力和摩擦系數(shù)的乘積，即：

F_r=F_d•μ=(F_s2-F_v)•μ

又因?yàn)榇怪必?fù)載力F_v等于物體質(zhì)量與加速度的乘積，即 則：

當(dāng)真空吸盤處于垂直位置時(shí)，受力處于平衡狀態(tài)，即：

    (2)

3 吸盤的選用

        上面導(dǎo)出的式(1)和式(2)即為真空吸盤吸持物體時(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)吸盤進(jìn)行吸吊，此時(shí)應(yīng)注意使這些協(xié)同工作的吸盤合理配置，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

        真空吸盤的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)使吸盤的工作更安全可靠。在對(duì)吸盤兩個(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)。