一种多用真空吸具的设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 作者:叶鹏

  本文介绍了普通真空吸具的结构组成,针对使用同一个吸具吸取不同曲率半径外球面工件的设计需求,分析了实现途径,设计了一种采用球头密封结构的可摆动型真空吸盘。在此基础上,对普通真空吸具进行了改进设计,介绍了多用真空吸具的结构组成、工作原理,并介绍了真空吸取力的计算方法,以及关键参数的选用建议。

  真空吸具是一种特殊的真空装置,当与工件贴合时,能形成封闭的真空腔,通过对真空腔抽真空而形成内外气压差,从而达到吸住工件和吊运工件的目的。在起吊搬运光滑外形面的工件时,多采用真空吸具。针对不同曲率外形面的工件,过去往往需要使用多个真空吸具进行吊装,更换频繁,使用不便。本文介绍了一种多用真空吸具的结构及工作原理,并介绍了关键参数的计算方法。

1、真空吸具结构设计

1.1、普通真空吸具结构

  真空吸具结构组成一般分为吸具壳体、密封圈(真空吸盘)、真空阀门真空计等真空辅助元器件。壳体上装密封圈的部位称为接口,接口装上密封圈后称为吸口,吸取工件的形状决定了吸口的形状。某球形工件,其外表面有多处通孔及沟槽,不能使用大吸口进行吸取,设计为采用三个吸盘密封吸取的结构,如图1 所示。当使用同一个吸具吸取不同曲率半径的外球面工件时,吸口所形成的曲率半径不相同,吸口的尺寸将随外球面的形状发生变化。因此,针对不同曲率外形面的工件,过去需设计同类结构不同尺寸参数的系列吸具,在使用时相应的更换,造成使用不便。

普通真空吸具结构及吸取示意图

图1 普通真空吸具结构及吸取示意图

1.2、球头摆动型吸盘结构及工作原理

  要实现一个吸具能吸取不同曲率半径的外球面工件,必须实现吸具的吸口尺寸和角度可以调节。针对此需求,设计了一种采用球头密封结构的可摆动真空吸盘,其结构如图2 所示,主要由球头螺杆、压盖、O 形密封圈、密封连接座及吸盘组成。工作时,其球头结构可自由转动,并与O形密封圈压紧形成密封。设计的关键在于适当控制O 形密封圈的压缩量,以实现良好密封的同时能较好的自由转动。

球头摆动型吸盘的结构

1.球头螺杆 2.压盖 3.O 形密封圈 4.密封连接座 5.吸盘

图2 球头摆动型吸盘的结构

多用吸具吸取示意图

(a)最大摆动角度状态 (b)最小摆动角度状态

图3 多用吸具吸取示意图

1.3、多用吸具结构设计

  采用球头摆动型吸盘的多用吸具,主要由起吊杆、吸具焊接体、真空阀门、球头摆动型真空吸盘、真空表等部件组成。工作时,球头摆动型吸盘摆动一定角度,与工件的外形面自适应贴合,从而实现一种真空吸具吸取一定尺寸范围内多种外形面的工件。图3 所示为吸盘摆动不同角度时的吸取状态。

2、真空吸取力的计算

  真空吸附技术是以大气压为作用力。在吸盘与工件形成的密封容积内,通过真空源抽出一定量的气体分子来使压力降低,使吸盘的内外形成压力差。在这个压力差的作用下把吸盘压向工件,从而把工件吸起,吸盘产生的吸取力为:

Q = K × C × P × A/n

  K———有效吸取力系数,一般取值0.9;C———换算系数,在各参数单位为Pa、m2、N 时,取值为1;P———真空表压值A=nπr2k', 为吸盘的有效工作面积,其中n为吸盘数量;r 为吸盘半径;k' 为吸取力方向的投影面积系数。

  n 为安全系数,水平吸取时n≥4,垂直吸取时n≥8,考虑工件吸取表面的粗糙度,是否有油粉附着等实际情况,可再增加1~2 倍。

3、结束语

  本文介绍的真空吸具结构简单,通用性强,经过试验验证,安全可靠、使用方便,能够很好满足使用要求。近年来,真空吸取技术在起重、吊运、装配、固定产品等方面的应用越来越广泛。多功能吸取器的应用前景十分广阔,它既可以应用于吸取不同曲率半径的球面,也可以应用于吸取具有特殊型面的平面。

参考文献

  [1] 达道安. 真空设计手册[M]. 北京:国防工业出版社,1991.

  [2] 单景德.真空吸取器设计及应用技术[M]. 北京:国防工业出版社,2000.

  [3] SMC(中国)有限公司.现代实用气动技术[M]. 北京:机械工业出版社,1999.

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