CN110589468B - 一种并列式双涡旋非接触真空吸盘的切向喷嘴分布方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种并列式双涡旋非接触真空吸盘的喷嘴分布方法，在吸盘上设置两个并列布置的环流腔；两个环流腔的外壁相互连接；每个环流腔上均布多个切向喷嘴；位于同一个环流腔上切向喷嘴旋向相同；两个环流腔之间的切向喷嘴旋向相反；每个喷嘴直径相同，且都与环流腔壁面相切；采用左右对称、旋向相反的双涡旋式喷嘴分布方法，在通入相同压力、相同流量的压缩空气后，产生大小相等、旋向相反的旋流，抵消吸取过程中旋转气流对于工件的旋转作用，提高非接触真空吸取的稳定性。

Description

一种并列式双涡旋非接触真空吸盘的切向喷嘴分布方法
技术领域
本发明属于非接触自动搬运领域，特别是一种并列式双涡旋非接触真空吸盘的喷嘴分布方法。
背景技术
非接触式真空吸盘可以分为伯努利式非接触真空吸盘与涡旋式非接触真空吸盘，由于涡旋式非接触真空吸盘比伯努利式真空吸盘具有耗气量小、吸取力大的优点，故而该种结构更被看好，在倡导环保节能的当今社会更具有工业应用价值。但是涡旋式非接触真空吸取过程中，由于旋转气流的存在，工件会出现旋转的情况，导致吸取过程的不稳定，使得工件可能与吸盘底部发生接触从而破坏了非接触吸取，严重时更会破坏非接触吸取时的动态平衡。
目前工业上对于工件会旋转的情况，对于较大的工件可以采用成对使用、对称安装的方式，在对称安装的吸盘中通入旋向相反的气体，从而相互抵消工件受到的旋转力矩。但是对于吸取几何尺寸较小的工件，由于空间方面的限制，并不能成对使用、对称安装，这就导致了在吸取过程中工件会旋转的情况，极大地影响了非接触真空吸取的可靠性，所以可研究一并列式双涡旋非接触真空吸盘，但由于并列式双涡旋非接触吸盘中并列涡旋的存在，其尺寸较大，因此需要研究一种并列式双涡旋非接触真空吸盘喷嘴的分布方法，以减小其尺寸大小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种并列式双涡旋非接触真空吸盘的喷嘴分布方法，以平衡非接触真空吸取过程中工件受到的摩擦力矩，且最小化并列式双涡旋非接触真空吸盘的尺寸大小。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种并列式双涡旋非接触真空吸盘的喷嘴分布方法，在吸盘上设置两个并列布置的环流腔；两个环流腔的外壁相互连接；每个环流腔上均布多个切向喷嘴；位于同一个环流腔上切向喷嘴旋向相同；两个环流腔之间的切向喷嘴旋向相反；每个喷嘴直径相同，且都与环流腔壁面相切
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)本发明采用左右对称、旋向相反的双涡旋式喷嘴分布方法，在通入相同压力、相同流量的压缩空气后，产生大小相等、旋向相反的旋流，抵消吸取过程中旋转气流对于工件的旋转作用，提高非接触真空吸取的稳定性。
(2)每个喷嘴中心线与水平线成特定范围内的角度，易于喷嘴孔的加工，并可在环流腔直径相同的情况下减小并列式双涡旋非接触真空吸盘的尺寸大小。
附图说明
图1为本发明并列式双涡旋非接触真空吸盘喷嘴分布方法示意图。
图2为本发明并列式双涡旋非接触真空吸盘喷嘴分布方法工作时的旋流、受力示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1，本发明的一种并列式双涡旋非接触真空吸盘的喷嘴分布方法，在吸盘上设置两个并列布置的环流腔2；两个环流腔2的外壁相互连接，使得吸盘呈腰圆形结构；每个环流腔2上均布多个切向喷嘴1；位于同一个环流腔2上切向喷嘴1旋向相同；两个环流腔2之间的切向喷嘴1旋向相反；每个喷嘴1直径相同，且都与环流腔2壁面相切。压缩空气从喷嘴1射出后在环流腔2中高速旋转，产生旋向相反的两个旋流，从而产生真空，吸取工件，并且抵消工件受到的摩擦力矩。
作为一种实施方式，每个环流腔2上设有四个切向喷嘴1；四个切向喷嘴1分别沿环流腔2中心对称，两个环流腔2的八个喷嘴1沿两个环流腔2的中心连接对称，且位于同一水平截面。
图1为喷嘴所在横截面示意图，八个切向喷嘴所在位置并不可随意设计，在每四个喷嘴中心对称、旋向相反的前提下，还得考虑孔靠近两个环流腔2外壁连接处的喷嘴的加工难易程度，即图1中孔①～④。
现设α为靠近两个环流腔2外壁连接处的喷嘴与两个环流腔2中心连线夹角的余角，下面根据图1推导出α的取值范围：
(1)求α最小值
对于孔①、②，当B点为右外圆Ⅱ与直线l1的切点时，α具有最小值。建立直角坐标系如图1所示，则左内圆Ⅰ与右外圆Ⅱ方程分别为：
Figure BDA0002172918410000031
Figure BDA0002172918410000032
切线l2与左内圆Ⅰ切点坐标为(-L/2-R1sinα，R1cosα)，切线l1与右外圆Ⅱ切点坐标为 (L/2-R2sinα，R2cosα)，则切线l1与l2方程分别为：
xsinα-ycosα+L/2·sinα+R1＝0；
xsinα-ycosα+R2-L/2·sinα＝0，
而切线l1与l2之间的距离为喷嘴直径b，则有：b＝|Lsinα+R1-R2|，此时α具有最小值，则
Figure BDA0002172918410000033
(2)求α最大值
对于孔③、④，当A点为右外圆Ⅱ与切线l3的切点时，α具有最大值，左内圆Ⅰ与右外圆Ⅱ方程分别为：
Figure BDA0002172918410000034
Figure BDA0002172918410000035
切线l3与左内圆Ⅰ切点坐标为(-L/2+R1cosα，R1sinα)，切线l3与右外圆Ⅱ切点坐标为 (L/2-R2cosα，-R2sinα)，则切线l3方程可分别为：
xcosα+ysinα+L/2·cosα-R1＝0；
xcosα+ysinα+R2-L/2·cosα＝0，
两切线重合，所以有L/2·cosα-R1＝R2-L/2·cosα，解得
Figure BDA0002172918410000036
此时α具有最大值，则
Figure BDA0002172918410000037
综上所述，α的取值范围为
Figure BDA0002172918410000038
因此，当α满足
Figure BDA0002172918410000041
孔①～④可顺利加工。
其中：L为环流腔中心距离，R1为环流腔内壁半径，R2为环流腔外壁半径，b为喷嘴直径。
由于本发明的并列式双涡旋非接触真空吸盘喷嘴分布方法，通过设计并列式的双涡旋结构，两个涡旋的方向相反，其示意图如图2所示(圈内箭头表示旋流方向，圈外箭头表示旋流产生的摩擦力方向)。并列式双涡旋吸盘工作时，由于每个涡旋的四个切向喷嘴都是中心对称的，旋流对工件产生的摩擦力可以等效为①～⑧所示，这样，摩擦力①与②互相平衡，③与④互相平衡，⑤、⑥与⑦、⑧互相平衡，从而两个旋流产生的摩擦力互相抵消，保证了非接触真空吸取过程的稳定性。
通过上述方法获得的吸盘，在吸取过程中产生两个旋向相反的旋流，在通入相同压力、相同流量的空气后，两个旋流大小、强度相等，方向相反，所以对工件产生两个大小相等、方向相反的摩擦力矩，两个摩擦力矩之间相互平衡，从而抑制了非接触真空吸取过程中工件的旋转，为并列式双涡旋非接触真空吸盘的喷嘴分布提供了合理的方案，减小了并列式双涡旋非接触真空吸盘的尺寸大小，保证了吸取过程的稳定性。

Claims (2)

1.一种并列式双涡旋非接触真空吸盘的切向喷嘴分布方法，其特征在于，在吸盘上设置两个并列布置的环流腔(2)；两个环流腔(2)的外壁相互连接；每个环流腔(2)上均布多个切向喷嘴(1)；位于同一个环流腔(2)上切向喷嘴(1)旋向相同；两个环流腔(2)之间的切向喷嘴(1)旋向相反；每个切向喷嘴(1)直径相同，且都与环流腔(2)壁面相切；靠近两个环流腔(2)外壁连接处的切向喷嘴与两个环流腔(2)中心连线夹角的余角α满足以下关系式：
Figure FDA0002969124110000011
其中b为切向喷嘴直径，R1为环流腔内壁半径，R2为环流腔外壁半径，L为两个环流腔中心距离。
2.根据权利要求1所述的切向喷嘴分布方法，其特征在于，每个环流腔(2)上设有四个切向喷嘴(1)；四个切向喷嘴(1)分别沿环流腔(2)中心对称，两个环流腔(2)的八个切向喷嘴(1)沿两个环流腔(2)的中心连接对称，且位于同一水平截面。
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