机械手电磁吸盘的设计

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1、机械手电磁吸盘的设计一、工作原理电磁吸盘是安装在手腕的前端，通过电磁吸力把工件吸住。其工作原理如图1所示，当线圈1通入电流后，在铁芯2内外激起磁场，由线圈出来的磁力经过铁芯、空气隙和被磁化的衔铁3而形成闭合回路。根据线圈中电流I的方向，可用右手螺旋法则来确定线圈的磁力线的方向，凡磁力线出来的那个磁极为N极，而磁力线进入的那个磁极为S极，同时衔铁3被磁化，其极性与铁芯线圈产生的磁场极性相反，根据异极性相吸的特性，衔铁受到电磁力F的作用，被吸向铁芯。有的电磁铁中衔铁是固定的，由靠近它的铁磁物质（即工件）被磁化形成对应的异性磁极，因而受到电磁吸力的作用被吸住。若切断电流时，铁芯内外的磁场随即消

2、失，衔铁将被释放或放下工件。图1电磁铁工作原理图2电磁铁形式电磁铁主要由铁芯、绕在铁芯上的线圈及原来不显磁性的铁磁物质制成的衔铁所组成，其结构型式如图2所示。图(a)为螺管式的电磁铁，在交流和直流电路上均有应用，这种电磁铁的气隙全部在激磁线圈中间，吸力较大。如带有电磁铁的挤压气吸式吸盘即属于此类型。图(b)为盘式电磁铁，其整个磁路结构像一个圆盘，磁通经过一个几乎密合的气隙，能产生很大的吸力，它的结构简单，动作快，控制功率小，在自动控制中得到广泛的应用。图3为盘式电磁吸盘的结构图，铁芯l和磁盘3之间用黄铜焊料焊接并构成隔磁环2，既焊为一体又将铁芯和磁盘分隔，这样使铁芯1成为内磁极，磁盘3成

3、为外磁极。其磁路由壳体6的外圈，经磁盘3、工件和铁芯1，再到壳体内圈形成闭合回路，以此吸附工件。铁芯、磁盘和壳体均采用8～10号低碳钢制成，可减少剩磁，并在断电时不吸或少吸铁屑。盖5为隔磁材料用黄铜或铝板制成，用以压住线圈11防止工作过程中线圈的活动。挡板7、8用以调整铁芯与壳体的轴向间隙，即磁路气隙，在保证铁芯正常转动情况下，气隙越小越好，气隙越大电磁吸力会显著地减小，因此，一般取毫米。在机械手手臂上连接着螺钉12，螺钉12的端部与壳体6上的键槽相配合，使壳体在手臂的孔内可做轴向微量的移动但不能转动。铁芯l和磁盘3一起装在轴承上，用以满足在不停车的情况下自动上下科。图3盘式电磁吸盘结构

4、如果采用永久磁铁来制作电磁式吸盘，则必须是强迫性的取下工件，因此这种电磁吸盘应用很少。电磁吸盘只能吸住铁磁性物质如钢铁件，其缺点是被吸附的工件留有剩磁，另外吸盘上常会吸附铁屑，而妨碍工作。它适用于吸附有剩磁而无妨的场合和带网孔的钢铁板料等。对于不准有剩磁的工件如钟表和仪表类零件，不能选用电磁式吸盘。另外钢、铁等铁磁材料在温度723℃以上时磁性将会消失，故高温条件下不宜使用电磁式吸盘。图4所示为几种电磁式吸盘吸料的示意图。图(a)为吸附滚动轴承座圈的电磁式吸盘；图(b)为吸取钢板用的；图(c)为吸取齿轮用的，图(d)吸取多孔钢板用的。图4几种电磁式吸盘吸料示意图二、电磁式吸盘的选用要素1．

5、应有足够的电磁吸力电磁吸力由所吸附工件的重量来确定，当电磁式吸盘的形状、尺寸以及线圈确定后，则电磁吸力也就固定，此时可改变电压来微调吸力大小。线圈的温度应保持在额定范围之内。2．应根据被吸附对象的要求来确定电磁式吸盘的形状。电磁铁吸取工件的表面，一般为平面，但也有弧形曲面，如图5所示的电磁铁1吸附灯壳废边料2的吸头为弧形曲面，它与料边弯曲形状相似。因此电磁吸盘的形状和尺寸应根据工件表面形状与尺寸的要求而设计。图5曲线形电磁铁结构图电磁式和气吸式吸盘各有优缺点，下面列表说明：电磁式吸盘气吸式吸盘1、适用于磁性材料，有沟槽或穿孔的工件吸住。对于不准有剩磁的工件不能选用。1、适用于表面相当平整

6、和光滑的材料，但材质不受限制。2、单位面积有较大的吸力2、单位面积的吸力有限3、在磁盘上有余磁，因而会铁质碎屑，造成划伤工件和吸不平的可能。3、要求吸附边缘和工件表面不允许有碎屑堆积，否则就吸不住工件。4、可以快速吸附工件4、达到所要求的压力后才能吸附工件，因而需要一定时间。5、结构简单5、结构较复杂6、使用寿命较长6、使用寿命有限三、电磁吸力的计算作用在被磁化的铁磁物质(如电磁铁的衔铁或电磁吸盘上的被吸工件)上的电磁吸力大小与磁力线穿过磁极的总面积及气隙中磁感应强度的平方成正比。如果磁感应强度B沿磁极表面为均匀分布的，则计算电磁吸力的基本公式为式中F----电磁吸力(焦尔／厘米)；B-

7、---空气隙中的磁感应强度又称磁通密度(韦伯／厘米)；S----空气隙的横截面积即铁芯柱横截面积(厘米)；----空气导磁系数，是常数，其值为亨／厘米H/m(亨/米)。如果B以高斯(1高斯＝)计量，则经换算可得：（Kg）因为所以（Kg）式中----气隙中的磁通(麦克斯韦),1麦克斯韦=韦伯.图1所示由两个气隙共同作用产生的总吸力，故电磁吸力公式应乘以2即（Kg）上述公式是在假定磁极端面下的磁通分布均匀的条件下得出来的，因此，它适用于