如何计算真空吸力以找到合适的吸盘?

2022-09-29

如何计算真空吸力以找到合适的吸盘?

由于真空吸盘的便利性,在自动化生产线中使用工业真空吸盘已变得十分普遍。要找到最合适的吸盘以获得最佳性能,必须知道如何计算真空吸力。

GRABO电动吸盘

如何计算真空吸力?

基本公式 F=PxA 用于计算吸盘的力:

  • F为保持力(或吸盘的真空力)
  • P是压力
  • A是接触面积(吸盘面的大小)

这源于压力的定义,即 P = F / A。

解释真空力方程 F=PxA

真空吸力如何工作?

重力和摩擦力是使真空吸力起作用的两个主要力量。当重力将空气中的分子拉向地球时,会产生大气压力,而吸盘和真空泵会产生压力差,从而附着两个表面。 

吸盘与工件表面接触,形成密封空间。真空喷射或真空泵将吸盘内的空气排出。 

通过去除吸盘内的气压,在工件表面产生真空压力。气压差用于计算真空吸盘的保持力。

保持力计算

理论上,保持力计算受以下因素影响:

  • 工件材料的类型(钢、玻璃或木材……)
  • 表面特性(光滑、均匀、粗糙或油腻……)
  • 工件尺寸 
  • 工件质量m(长、宽、高、密度的乘积)
  • 系统加速度 (m/s²)
  • 重力加速度 (9.81 m/s²)

计算质量、保持力和断裂力是帮助设计合适的工业真空吸盘的第一步。

力计算还需要注意摩擦系数 μ、安全系数 S、夹具的位置和运动方向(垂直或水平)。

抬板器吸盘

安全系数 S

在计算真空力的分解公式中,加入了安全系数S或安全值S,以防止真空设备运行过程中可能发生的事故。 

安全值S根据工件表面特性和吸盘位置而定,具体如下:

  • 最小值为 1.5,适用于光滑且密实的物质工件。
  • 对于水平吸盘位置,在 1.5 和 2.0 之间,施加的负载垂直作用在吸盘上。
  • 对于异质工件、多孔材料或粗糙表面,至少为 2.0。

涂油工件、垂直吸盘位置或旋转运动的安全值 S 也应为 2.0 或更高。

摩擦系数 μ

计算真空力时需要考虑的另一个关键因素是定义切向力的摩擦力。 

真空压力计算公式用摩擦系数μ来描述工件表面与吸盘之间的阻力。

与安全系数 S 不同,摩擦系数 μ 的精确规格只能通过适当的实验来确定。

该值根据制造工件的材料及其表面特性而变化。

以下为理论指导值,供参考:

  • 对于油性表面:μ 等于 0.1
  • 对于潮湿的表面:μ 从 0.2 到 0.3 不等
  • 对于大多数材料(例如金属、木材、石头、玻璃):μ 等于 0.5
  • 对于粗糙表面:μ 等于 0.6

负载情况

继续上关于如何计算真空吸力以选择合适的真空吸盘的教程,最好的方法是将其分解为三种具体情况,其中夹具的位置和运动方向不同。

水平吸盘,垂直受力方向

当吸盘水平放置在工件表面时,这是最简单的情况。除了上下提升工件外,没有其他动作。那么力的计算公式如下:

力 F = mx (g + a) x S

在哪里:

  • m 是工件的质量
  • g 是重力 (9.81 m/s²)
  • a 是系统的加速度 (m/s²)
  • s 是安全值

例如:m = 0.314 公斤;a = 5 m/s²;S = 1.5

力 F = 0.314 x (9.81 + 5) x 1.5 = 6.97551 ≈ 7 N

水平吸盘,水平受力方向

下一种情况是吸盘水平放置在工件表面上。 

除上下提升工件外,还有横向运动。那么保持力计算公式如下:

力 F = m × (g + a ⁄ μ) × S

在哪里:

  • m 是工件的质量
  • g 是重力 (9.81 m/s²)
  • a 是系统的加速度 (m/s²)
  • μ是摩擦系数 
  • s 是安全值

例如:m = 0.314 公斤;a = 5 m/s²;μ = 0.1;S = 1.5

力 F = 0.314 x (9.81 + 5/0.1) x 1.5 = 28.17051 ≈ 28 N

垂直吸盘,垂直受力方向

最后一种情况是吸盘垂直放置在工件的侧面上,工件上下升降。那么保持力计算公式如下:

力 F = (m ⁄ μ) × (g + a) × S

在哪里:

  • m 是工件的质量
  • μ是摩擦系数 
  • g 是重力 (9.81 m/s²)
  • a 是系统的加速度 (m/s²)
  • s 是安全值

例如:m = 0.314 公斤;a = 5 m/s²;μ = 0.1;S = 2

力 F = (0.314/0.1) x (9.81 + 5) x 2 = 93.0068 ≈ 93 N

选择合适的吸盘可能会因各种类别和质量要求而变得棘手。如果您的企业面临一个问题,那么在正确计算真空吸力之后,您可以做的下一步是联系 GRABO 以支持您的企业选择最合适的吸盘进行安装。

作为世界一流的真空吸盘配件和组件供应商,GRABO 有知识和能力向其商业客户推荐最适合其应用的吸盘,不会有任何偏见。

此外,如果来自不同行业的客户不确定如何计算真空吸力,公司还可以提供专业服务,大规模定制真空解决方案以满足需求或任何组合。

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GRABO 适用于表面粗糙的建材

传统吸盘只能在玻璃等表面平坦、干净且气密性好的材料上形成稳定的密封状态。相比而言,GRABO 电动吸盘采用了独特的密封设计,可以吸附表面粗糙、凹凸不平的物材。GRABO 所能吸附的物体表面的最大粗糙程度取决于“粗糙度参数”(即材料几何曲线的最大值和最小值),其振幅通常在2.5mm(0.1英寸)以内。因此,GRABO 能在大部分表面有图案的瓷砖、铺路材料以及建筑用料上进行密封。

GRABO 适用于多孔材料密封

多孔材料指任何表面允许气流通过的材料。建筑材料具有不同程度的多孔性,最常见的多孔建筑材料有:木材,混凝土,岩石,石膏板,以及部分陶瓷和瓷砖。即使物体表面足够平坦适合形成密闭状态,普通“吸盘”在多孔材料上所能维持的吸附时间也不超过几秒钟。由于多孔材料表面容许空气通过,吸盘在其表面形成的真空环境会迅速被破坏。

GRABO 解决了这一难题。本系列产品以大于空气扩散率的速度持续抽取大量空气,确保吸盘能够牢固的吸附在这类材料表面。

如何计算真空吸力以找到合适的吸盘?

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