1.2 非接触式真空搬运技术的研究现状

1.2.1 伯努利式非接触吸盘

1.2.2 气旋式非接触真空吸盘

1.3 课题主要研究内容

本论文主要针对气旋式真空吸取的工作原理、吸盘的整体结构、动态特性等方面进行研究，以便设计出一个能实际应用于CD搬运的真空搬运系统。论文的具体内容如下：

（1） 分析气旋式非接触吸盘的工作原理，并且确定吸盘结构设计的总体方案；

（2） 对吸盘建立数学模型，初步获得吸盘的主要特性；

（3） 基于吸盘设计的基础上设计真空搬运系统，包括总体框架、机械结构、气动回路及PLC程序设计等内容。

2. 非接触式真空吸盘的原理及结构设计文献综述

2.1   气旋式非接触真空吸取装置的原理

气旋式真空吸盘的主要构成部分为气旋吸盘，吸盘内通入高压回旋气体产生吸力。吸盘工作时，高压气体从切向喷嘴射出，沿切向进入回旋流腔，然后在腔体内做强回旋运动。由于离心力的作用，腔内气体被甩向四周，吸盘中心产生负压，当将工件置于吸盘下方时，工件背部受到大气压力，从而产生吸力。当吸力大于工件重力的时候，工件将被提起。吸盘内部回旋气流对上浮的工件有一定向下的压力，在吸取力、重力以及气体逸出产生压力三者的平衡下，工件将保持在离吸盘底部一定间隙处悬浮，从而实现吸取与搬运。

但也是由于这个原因，使得吸盘在搬运工件时，有可能对工件产生一个旋转力矩，使工件发生自转。在本例中，由于工件为CD光盘，自身质量较小，较容易发生偏转，所以在实际使用时要将吸盘成对使用，以使旋转力矩相互抵消，从而防止CD的偏转。

设吸取面上沿半径方向的压力为p，则工件受到的吸取力大小为 。若工件重力为G，则当F=G时，工件稳定。图2.1为气旋式非接触真空吸取装置原理图。

 气旋式非接触真空吸取装置原理图

2.2 气旋式非接触吸盘的总体技术方案

由于目前非接触吸盘大多吸取力较小，并且存在着空气消耗量大的问题，因此本文针对这两个问题对非接触真空吸盘进行研究。

在气源压力不变的情况下，吸盘的空气消耗量和吸盘内部流道的形状尺寸有很大关系，流道直径等形状尺寸参数的变化可能会对旋回流的流场产生影响，进而影响吸盘的工作性能。根据以上分析，本文设计非接触真空吸盘总体方案如图2.2所示。

非接触真空吸盘总体方案

本文所设计的真空吸盘直径为60mm，旋回流直径约为36mm。另外，为了减小气流旋转时的能量损失，所设计的吸盘有4个均布的喷流口喷射气流，这样，可以近似地看作气体在做回旋流动时的速度不变，工作效率高，在减小空气消耗量的同时提高了吸持力。另外，压缩空气通过吸盘上部进入吸盘内部，通过4个横向直孔流道流到吸盘侧面，然后经过和吸盘内壁相切的斜孔从吸盘底部喷出，从而形成高速气旋，该气旋带动周围的空气一起高速旋转，依靠离心力使吸盘底部中心位置产生真空吸力吸持工件，同时吸盘底部外围为喷流部分，压力为正压，阻止工件和吸盘相接触，达到非接触吸取的目的。源[自[优尔^`论`文]网·www.youerw.com/

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