一种多用真空吸具的设计

　　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)、真空阀门及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。

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。

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

(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.