¿Cómo calcular la fuerza de succión del vacío para encontrar las ventosas adecuadas?
El uso de ventosas industriales en líneas de producción automatizadas se ha generalizado debido a su comodidad. Para encontrar las ventosas más adecuadas para un mejor rendimiento, es imprescindible saber cómo calcular la fuerza de succión del vacío.
¿Cómo calcular la fuerza de succión del vacío?
La fórmula básica F=PxA se utiliza para calcular la fuerza de la ventosa con:
- F es la fuerza de retención (o la fuerza de vacío de la ventosa)
- P es la presión
- A es el área de contacto (el tamaño de la superficie de la ventosa)
Esto se deriva de la definición de presión, que es P = F / A.
Explicación de la ecuación de la fuerza de vacío F=PxA
¿Cómo funciona la fuerza de succión del vacío?
La gravedad y la fricción son las dos fuerzas principales que hacen que funcione la succión por vacío. Mientras que la gravedad tira de las moléculas del aire hacia la tierra, creando una presión atmosférica, la ventosa y la bomba de vacío provocan una diferencia de presión, uniendo ambas superficies.
La ventosa entra en contacto con la superficie de la pieza, creando un espacio sellado. La eyección de vacío o la bomba de vacío extraen el aire del interior de la ventosa.
Al eliminar la presión del aire dentro de la ventosa, se crea la presión de vacío en la superficie de la pieza. La diferencia de presión del aire se utiliza para calcular la fuerza de retención de la ventosa.
El cálculo de la fuerza de sujeción
Teóricamente, el cálculo de la fuerza de sujeción se ve afectado por estos factores:
- Tipo de material de la pieza (acero, vidrio o madera...)
- Propiedades de la superficie (lisa, uniforme, rugosa o aceitosa...)
- Dimensiones de la pieza
- Masa de la pieza m (multiplicando la longitud, la anchura, la altura y la densidad)
- Aceleración del sistema (m/s²)
- Aceleración debida a la gravedad (9,81 m/s²)
Calcular la masa, la fuerza de sujeción y la fuerza de rotura es el primer paso para ayudar a diseñar ventosas industriales de vacío adecuadas.
El cálculo de la fuerza también requiere prestar atención al coeficiente de fricción μ, el factor de seguridad S, la posición de la pinza y las direcciones de movimiento (vertical u horizontal).
Factor de seguridad S
En la fórmula de desglose para calcular la fuerza de vacío, se añade un factor de seguridad S o un valor de seguridad S para evitar posibles accidentes durante el funcionamiento del equipo de vacío.
El valor de seguridad S se regula según las características de la superficie de las piezas y la posición de la ventosa, como se detalla a continuación:
- El valor mínimo es 1.5, aplicable a piezas de sustancias lisas y compactas.
- Entre 1.5 y 2.0 para una posición horizontal de la ventosa, donde la carga aplicada actúa verticalmente sobre la ventosa.
- Al menos 2.0 para piezas heterogéneas, materiales porosos o superficies rugosas.
El valor de seguridad S para piezas aceitadas, posición vertical de la ventosa o movimiento giratorio también debe ser de 2.0 o superior.
Coeficiente de fricción μ
Otro factor crítico que debe tenerse en cuenta al calcular la fuerza de vacío es la fricción, que define las fuerzas tangenciales.
La fórmula de cálculo de la presión de vacío utiliza el coeficiente de fricción μ para describir la resistencia entre la superficie de la pieza y la ventosa.
A diferencia del factor de seguridad S, las especificaciones precisas del coeficiente de fricción μ solo pueden determinarse mediante experimentos adecuados.
Este valor se altera en función del material del que está hecha la pieza y de las propiedades de su superficie.
Los siguientes son valores teóricos orientativos para su referencia:
- Para superficies aceitosas: μ es igual a 0.1
- Para superficies húmedas: μ varía de 0.2 hasta 0.3
- Para la mayoría de los materiales (por ejemplo, metal, madera, piedra, vidrio): μ es igual a 0.5
- Para superficies rugosas: μ es igual a 0.6
Caso de carga
Continuando con el tutorial sobre cómo calcular la fuerza de succión del vacío para seleccionar las ventosas de vacío adecuadas, la mejor manera es dividirlo en tres casos específicos en los que la posición de la ventosa y las direcciones de movimiento son diferentes.
Ventosa horizontal, dirección vertical de la fuerza
Este es el caso más sencillo, cuando la ventosa se coloca horizontalmente sobre la superficie de una pieza. Excepto para levantar la pieza hacia arriba y hacia abajo, no hay otro movimiento. Entonces, la fórmula para el cálculo de la fuerza es la siguiente:
Fuerza F = m x (g + a) x S
Donde:
- m es la masa de la pieza
- g es la gravedad (9.81 m/s²)
- a es la aceleración del sistema (m/s²)
- s es el valor de seguridad
Por ejemplo: m = 0.314 kg; a = 5 m/s²; S = 1.5
Fuerza F = 0.314 x (9.81 + 5) x 1.5 = 6.97551 ≈ 7 N
Ventosa horizontal, dirección horizontal de la fuerza
El siguiente caso es cuando la ventosa se coloca horizontalmente sobre la superficie de una pieza de trabajo.
Excepto para levantar la pieza de trabajo hacia arriba y hacia abajo, hay movimiento transversal. Entonces, la fórmula para el cálculo de la fuerza de sujeción es la siguiente:
Fuerza F = m × (g + a ⁄ μ) × S
Donde:
- m es la masa de la pieza
- g es la gravedad (9.81 m/s²)
- a es la aceleración del sistema (m/s²)
- μ es el coeficiente de fricción
- s es el valor de seguridad
Por ejemplo: m = 0.314 kg; a = 5 m/s²; μ = 0.1; S = 1.5
Fuerza F = 0.314 x (9.81 + 5/0.1) x 1.5 = 28.17051 ≈ 28 N
Ventosa vertical, dirección vertical de la fuerza
El caso final es cuando la ventosa se coloca verticalmente en la superficie lateral de una pieza de trabajo y la pieza se levanta hacia arriba y hacia abajo. Entonces, la fórmula para el cálculo de la fuerza de sujeción es la siguiente:
Fuerza F = (m ⁄ μ) × (g + a) × S
Donde:
- m es la masa de la pieza
- μ es el coeficiente de fricción
- g es la gravedad (9.81 m/s²)
- a es la aceleración del sistema (m/s²)
- s es el valor de seguridad
Por ejemplo: m = 0.314 kg; a = 5 m/s²; μ = 0.1; S = 2
Fuerza F = (0.314/0.1) x (9.81 + 5) x 2 = 93.0068 ≈ 93 N
Seleccionar las ventosas adecuadas puede ser complicado debido a las diversas categorías y requisitos de calidad. Si su empresa se enfrenta a esto, después de calcular correctamente la fuerza de succión de vacío, el siguiente paso que puede dar es ponerse en contacto con EUROTECH para que le ayude a su empresa a elegir las ventosas más adecuadas para la instalación.
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