適切な吸着パッドを見つけるために、真空吸着力を計算する方法

自動生産ラインでの産業用真空パッドの使用は、その利便性から普及しています。最高の性能を得るために最適な吸着パッドを見つけるには、真空吸着力の計算方法を知っておく必要があります。

真空吸着力の計算方法

基本的な公式F=PxAは、吸着パッドの力を計算するために使用されます。

• Fは保持力（または吸着パッドの真空力）です。
• Pは圧力です。
• Aは接触面積（吸着パッド表面のサイズ）です。

これは、圧力の定義P = F / Aから導き出されます。

真空力の方程式 F=PxA について説明します。

真空吸着力はどのように機能しますか？

重力と摩擦は、真空吸着を機能させる2つの主要な力です。重力は大気中の分子を地球に向かって引き寄せ、大気圧を発生させますが、吸着パッドと真空ポンプは圧力差を生じさせ、両方の表面を吸着させます。 

吸着パッドがワークの表面に接触し、密閉された空間を作ります。真空エジェクタまたは真空ポンプがカップ内の空気を取り除きます。 

吸着パッド内の空気圧を取り除くことで、ワーク表面に真空圧が発生します。この空気圧の差を利用して、吸着パッドの保持力を計算します。

保持力の計算

理論的には、保持力の計算は以下の要因の影響を受けます。

• ワークの材質の種類（鋼、ガラス、木材など）
• 表面の特性（滑らか、均一、粗い、油っぽいなど）
• ワークの寸法 
• ワークの質量 m （長さ、幅、高さ、密度を乗算）
• システムの加速度（m/s²）
• 重力加速度（9.81 m/s²）

質量、保持力、破壊力を計算することは、適切な産業用真空吸着パッドを設計するための最初のステップです。

力の計算では、摩擦係数μ、安全率S、グリッパーの位置、および移動方向（垂直または水平）にも注意が必要です。

安全率S

真空力を計算する破壊式では、真空装置の動作中の事故を防止するために、安全率Sまたは安全値Sが追加されます。 

安全値Sは、ワーク表面の特性と吸着グリッパーの位置に応じて規定されており、詳細は以下のとおりです。

• 最小値は1.5で、滑らかで緻密な物質のワークに適用されます。
• 水平吸着グリッパーの位置では1.5〜2.0で、加えられる荷重が吸着パッドに垂直に作用します。
• 異種ワーク、多孔質材料、または粗い表面の場合は、少なくとも2.0です。

油を塗布したワーク、垂直吸着グリッパの位置、または旋回動作での移動の場合、安全率Sは2.0以上にする必要があります。

摩擦係数 μ

真空力を計算する際に考慮すべきもう1つの重要な要素は、接線力を定義する摩擦です。 

真空圧力の計算式では、ワーク表面と吸着パッド間の抵抗を表すために摩擦係数μを使用します。

安全率Sとは異なり、摩擦係数μの正確な仕様は、適切な実験によってのみ決定できます。

この値は、ワークの材質とその表面の特性によって変化します。

以下は、参考となる理論上のガイド値です。

• 油面の場合：μは0.1に等しい
• 湿潤面の場合：μは0.2から0.3まで変化する
• ほとんどの材料（例：金属、木材、石材、ガラス）の場合：μは0.5に等しい
• 粗面の場合：μは0.6に等しい

負荷ケース

適切な真空吸着パッドを選択するための真空吸着力の計算方法に関するチュートリアルの続きとして、グリッパの位置と移動方向が異なる3つの特定のケースに分類するのが最良の方法です。

水平吸着パッド、垂直方向の力

これは、吸着パッドがワークの表面に水平に配置されている場合の最も単純なケースです。 ワークの上下方向への持ち上げを除いて、他の動きはありません。力の計算式は次のとおりです。

力F = m x (g + a) x S

ここで：

• mはワークの質量
• gは重力（9.81 m/s²）
• aはシステムの加速度（m/s²）
• sは安全率

例：m =  0.314 kg、a = 5 m/s²、S = 1.5

力F = 0.314 x (9.81 + 5) x 1.5 = 6.97551 ≈ 7 N

水平吸着パッド、水平方向の力

次のケースは、吸着パッドがワークの表面に水平に配置されている場合です。 

ワークを上下させるだけでなく、横方向への移動がある場合、保持力計算の式は次のようになります。

力 F = m × (g + a ⁄ μ) × S

ここで：

• mはワークの質量
• gは重力（9.81 m/s²）
• aはシステムの加速度（m/s²）
• μ は摩擦係数 
• sは安全率

例：m = 0.314 kg、a = 5 m/s²、μ = 0.1、S = 1.5

力 F = 0.314 x (9.81 + 5/0.1) x 1.5 = 28.17051 ≈ 28 N

垂直吸着パッド、力の垂直方向

最後のケースは、吸着パッドがワークの側面に対して垂直に配置され、ワークが上下に持ち上げられる場合です。保持力計算の式は次のようになります。

力 F = (m ⁄ μ) × (g + a) × S

ここで：

• mはワークの質量
• μ は摩擦係数 
• gは重力（9.81 m/s²）
• aはシステムの加速度（m/s²）
• sは安全率

例：m = 0.314 kg、a = 5 m/s²、μ = 0.1、S = 2

力 F = (0.314/0.1) x (9.81 + 5) x 2 = 93.0068 ≈ 93 N

適切な吸着パッドの選択は、さまざまなカテゴリや品質要件によって難しい場合があります。もしお客様のビジネスがそのような状況に直面している場合は、真空吸着力を正しく計算した後、EUROTECHにご連絡いただければ、設置に最適な吸着パッドの選択をサポートいたします。

世界クラスの真空吸着パッドのスペアパーツおよびコンポーネントのプロバイダーとして、EUROTECH Vacuum Technologiesは、偏りのない最適なカップをお客様のビジネスに推奨する知識と能力を備えています。

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