基于真空吸附的微器件受力分析研究
无源真空吸盘爬壁机器人动力学分析
图2
吸盘受力图和力学特性曲线
4
力学模型
无源真空吸盘爬壁机器人与有源真空吸盘爬壁机器人
mg 移f＞
i
最大的区别就是前者没有真空发生源。因此， 证明在没有 真空发生源的情况下，机器人能够连续爬行是设计这种爬 壁机器人的理论基础。 图3 所示为无源真空吸盘爬壁机器人单侧履带的受力简 图。设两带轮之间共有n个吸盘。机器人沿壁面向上爬行。
f 1
曲线得f =3. 5kgf 5kgf =40m m ， ，T=6. ，此时若取n=3，m =4kg，t
d=60m m ，按照该尺寸设计的机器人即可满足要求。
f 2 L a
f i ： 壁面对单个吸盘的摩擦力；Ti：单个吸盘对车体的拉力； h：吸盘被提升滑轨拉起的高度；d：邻近两吸盘之间的中心距 L：两带轮之间的中心距；t ：吸盘重心距壁面的距离； a：运动的加速度。
引
言
一侧的履带由两套传动组、压缩轮、 提升滑轨及固联在传 动组上的一组吸盘组成。
爬壁机器人作为机器人的一个分支 ，在国防工业和民
无源真空吸附方式
机器人在垂直壁面或天花板上作业 ，必须具备两个主
3 4
8 7
2. 提升圆 片 6. 驱动 电机 7. 吸盘
6 5 9
3. 压缩轮 4. 驱动轮 5. 基 板 8. 同 步带 9. 连轴 器
军民两 用技术 与产品
2007 ・2
学术论文
X U E SH U LU N W EN
器人中的塑料滑轨实现的。
T（ kgf ） f（ kgf ）
在B 点力矩平衡：
L=0 移T・id-m gt-N ・
i A
3 （ ）
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 10 12 14 16
真空拉脱力
真空拉脱力真空拉脱力是指在真空环境中，由于气体分子的稀薄程度，会对物体产生的一种力。
这种力是由于气体分子与物体表面之间的碰撞产生的。
真空拉脱力在许多领域都有重要的应用，特别是在微电子技术、半导体制造和航天航空等领域。
本文将介绍真空拉脱力的原理、应用以及相关的研究进展。
我们来了解一下真空的概念。
真空是指在一定的空间范围内，气体分子的密度非常低，接近于零。
在真空中，气体分子之间的碰撞非常少，几乎可以忽略不计。
由于气体分子的稀薄程度，真空中的气体分子对物体的作用力也较小。
而真空拉脱力就是由于气体分子与物体表面之间的碰撞产生的。
真空拉脱力的原理可以通过分子运动论来解释。
根据分子运动论，气体分子在空间中以高速无规则运动，与物体表面碰撞后会产生一个向内的压力。
这个压力会使物体受到一个向内的力，即真空拉脱力。
当物体表面积变大或者真空度增加时，真空拉脱力也会增加。
真空拉脱力在微电子技术中有重要的应用。
在芯片制造过程中，为了避免杂质的污染，通常需要在真空环境中进行加工。
在这种情况下，真空拉脱力可以帮助将芯片固定在加工台上，以保证加工的精度和质量。
此外，在半导体制造过程中，真空拉脱力也可以用来固定半导体材料，以便进行切割和加工。
航天航空领域也是真空拉脱力的重要应用领域之一。
在航天器的发射过程中，为了减小飞行阻力，通常会在外表面涂覆一层特殊材料，如热防护层。
这些材料在真空环境中能够产生较大的真空拉脱力，从而减小飞行阻力，提高航天器的飞行速度和效率。
近年来，随着纳米技术的发展，研究人员开始对纳米尺度下的真空拉脱力进行深入研究。
他们发现，在纳米尺度下，由于表面积的增大和量子效应的影响，真空拉脱力会显著增强。
这种增强的真空拉脱力可以用来设计新型的纳米材料和纳米器件，为纳米科技的发展提供新的可能性。
总的来说，真空拉脱力是在真空环境中由于气体分子与物体表面之间的碰撞产生的一种力。
它在微电子技术、半导体制造和航天航空等领域有重要的应用。
一种新型真空吸附装置的研究
压Ｐ
１ 型 真 空 吸 附 装 置 原 理 新
如 图 ｌ 示 ，新 型 真 空 吸 附 装 置 主要 由真 空 所 吸 附装 置 １ 、偏 心 轮 ２ 、微 型高 速 电机 ３ （ 或微 型
１ ． 真空吸附装置 ４振动杆 ．
２偏心轮 ．
３微型高速电机 ．
５橡胶吸盘 ．
６ 片 闾
图 １ 新 型真 空吸附装置原理 图
广东省 教育部产学研合作专项 资金 资助项 目 （ 编号 ：２ １Ｂ ８ ７２ ３ ） ０ ０ ０ ０ ０ ０ ５ ，广东工业大学 校青 年基金 （ 编号 ：０ ２ ３ ） ７ ０ ８
收 叭 稿
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与开 发
冲击 力 使 与 圆片 ６ 帖 在 一起 的其 它 圆片 迅 速分 粘 离 ，实现 单片 圆片 的提取 。
单 个新 型 真 空 吸 附装 置 在垂 直 方 向所 产 生 的
最 大振 动力 为 ：
／ ＾ 、２
抽 真 空 装 置 连 接 ，吸 盘 １ 装 安
在 真 空 吸 杆 ２的
３ 动杆 ． 振
端盖
４轴承 ．
５偏心杆 ．
６ 母 ． 螺
７密封胶 ．
１． ２密封圈 ｌ． ３回位
弹簧 ｌ ． 型气 动高速涡轮机 ｌ． ４ 微 ５ 涡
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ａ ｒｐ ｏ ｓ ｓａ ｎ ｗ ａ ｕ ｍ ｄ ｏ ｐｔ ｎ ｄ ｖ ｃ ｔ ｉ ｒ ｔｏ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ｆ ｎ ｔ ｎ， ｗ ｏ ｅ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｉ ｏ ｍａ ｅ ｃ ｒ ｕ ａ ｅ ｐ ｐｅ ｒ ｐｏ ｅ ｅ ｖ ｃ ｕ ａ ｓ ｒ ｉ ｅ ｉ ｅ ｗｉｈ ｖｂ ａ ｉ ｎ ｓ ｐ ｒ ｔｏ ｕ ｃ ｉ ｏ ｏ ｈ ｓ ｄ ａ ｔ ｇ ｓｔ ｋ ｉ ｌｒ ｃ
真空环境中硅胶-水工质对吸附平衡实验研究
窑942窑
李思姚袁等 真空环境中硅胶-水工质对吸附平衡实验研究
收稿日期院 2018-06-15遥 基金项目院 国 家 自 然 科 学 基 金 渊51276005冤曰国 家 野973冶计 划 项 目 渊2015CB251303冤遥 通讯作者院 杜 春 旭 渊1972-冤袁男 袁博 士 袁助 理 研 究 员 袁主 要 从 事 太 阳 能 发 电 方 面 的 研 究 工 作 遥 E-mail院duchunxu@
第 37 卷 第 6 期 2019 年 6 月
可再生能源
真空吸附技术
真空吸附技术真空吸附技术是一种利用真空状态下产生的吸力将物体固定在表面上的技术。
它被广泛应用于工业生产、医疗设备、航空航天等领域。
本文将从真空吸附技术的原理、应用和发展趋势等方面进行阐述。
一、真空吸附技术的原理真空吸附技术是通过创建一种低压环境，使得大气压力下的物体受到巨大的压力差，从而产生吸附力。
其原理主要包括两个方面：一是通过泵将容器内的气体抽出，使容器内的压力降低至真空状态；二是利用真空状态下的低压差来产生吸附力，将物体牢固地固定在表面上。
1. 工业生产：真空吸附技术在工业生产中有着广泛的应用。
例如，在半导体制造过程中，真空吸附技术可以用来固定和定位半导体芯片，确保其精确的位置和方向。
同时，在汽车制造中，真空吸附技术可以用来固定零部件，提高生产效率和产品质量。
2. 医疗设备：真空吸附技术在医疗设备中也起到了重要的作用。
例如，在手术中，医生可以利用真空吸附技术将器械固定在手术区域，确保手术的精确性和安全性。
此外，真空吸附技术还可以用于医疗器械的生产和组装过程中，提高生产效率和产品质量。
3. 航空航天：真空吸附技术在航空航天领域也有着广泛的应用。
例如，在卫星制造中，真空吸附技术可以用来固定和定位卫星组件，确保其在太空环境下的稳定性和可靠性。
同时，在航天器的发射过程中，真空吸附技术可以用来固定航天器，防止其在发射过程中的晃动和损坏。
三、真空吸附技术的发展趋势随着科技的不断进步，真空吸附技术也在不断发展和改进。
未来，真空吸附技术将朝着以下几个方向发展：1. 精密化：随着对产品精度要求的提高，真空吸附技术将进一步精密化，以满足更高的精度要求。
2. 自动化：真空吸附技术将更加自动化，减少人工操作，提高生产效率和产品质量。
3. 环保化：真空吸附技术将更加注重环境保护，减少对环境的污染和资源的浪费。
4. 多功能化：真空吸附技术将发展出更多的功能，以满足不同领域的需求。
真空吸附技术是一种利用真空状态下产生的吸力将物体固定在表面上的技术。
真空吸附解决方案(3篇)
第1篇随着科技的不断进步和工业生产技术的不断提高，真空吸附技术在各个领域中的应用越来越广泛。
真空吸附技术是一种利用真空泵产生真空环境，通过吸附力将物料吸附在吸附器表面，实现物料的分离、提纯、干燥等目的的技术。
本文将详细介绍真空吸附解决方案，包括其原理、应用领域、设备选型及维护保养等方面。
一、真空吸附原理真空吸附技术是利用真空泵产生真空环境，使吸附剂与物料之间产生吸附作用，从而实现物料分离、提纯、干燥等目的。
其基本原理如下：1. 吸附剂选择：根据物料特性，选择合适的吸附剂。
吸附剂具有较大的比表面积和较强的吸附能力，能够有效地吸附物料。
2. 吸附过程：将吸附剂与物料混合，在真空环境下，物料中的气体被抽出，吸附剂表面产生吸附力，将物料吸附在吸附剂表面。
3. 分离过程：将吸附剂与物料分离，实现物料的提纯。
4. 干燥过程：在真空环境下，物料中的水分被抽出，实现物料的干燥。
二、真空吸附应用领域真空吸附技术在各个领域都有广泛的应用，以下列举部分应用领域：1. 化工行业：用于精馏、萃取、结晶等过程，提高产品质量，降低能耗。
2. 食品行业：用于分离、提纯、干燥等过程，保证食品安全，提高产品品质。
3. 环保行业：用于废气、废水处理，实现有害物质的分离和回收。
4. 药品行业：用于中药提取、合成、干燥等过程，提高药品质量和生产效率。
5. 材料行业：用于纳米材料、复合材料等制备，提高材料性能。
6. 纺织行业：用于纤维分离、提纯、干燥等过程，提高纤维质量和生产效率。
三、真空吸附设备选型1. 真空泵：根据真空度要求，选择合适的真空泵。
常用真空泵有罗茨泵、水环泵、旋片泵等。
2. 吸附器：根据物料特性和吸附剂种类，选择合适的吸附器。
常用吸附器有板框式吸附器、固定床吸附器、旋转床吸附器等。
3. 真空系统：包括管道、阀门、压力表等，保证真空系统正常运行。
4. 辅助设备：如搅拌器、加热器、冷却器等，提高吸附效果。
四、真空吸附维护保养1. 定期检查真空泵、吸附器等设备，确保设备正常运行。
真空吸盘吸力计算
真空吸盘吸力计算公式计算吸盘的吸力：吸力=S * P / μ其中：S--吸盘面积（cm2），P 为气压（kg/cm2），μ为安全系数>=2.5例：真空度-750mbar，吸盘直径∮80mm时,单个吸盘的吸力为12.56KG。
该计算条件为：真空度为-750mbar，等于0.75kg/cm2.，μ安全系数=3 吸盘水平吸持物体，物体表面平整粗略经验公式：半径（cm）平方值即吸力（Kg）单位换算：1MPa=10bar=10 kg/cm2，（1 bar=0.1MPa= 1 kg/cm2）1Kpa=10 mbar=0.01 kg/cm2= 1 0g/cm2，1 mbar =0.1Kpa=0.001 kg/cm2= 1 g/cm2，理论起吊力（吸附力）1)水平起吊时，根据真空压力计算起吊力：F＝0.1×A×PF：理论起吊力（N）A：吸盘的吸附面积（cm2）P：真空压力（-kPa）2)垂直起吊时真空压力的吸附力与吸附物和吸盘的吸附面的摩擦力即为维持物体的力（吸附力）F＝μ×0.1×A×PF：理论起吊力（N）μ：摩擦系数A：吸盘的吸附面积（cm2）P：真空压力（-kPa）摩擦力根据吸附物，吸盘的材质，吸附物的表面的粗糙程度等会有很大变化。
实际使用时建议通过实验测试。
静摩擦f=F 作用力与反作用力动摩擦f=μ Fn μ动摩擦因素由两个物体本身属性决定Fn正压力就是垂直与f的力F=摩擦系数X重直于接触面的压力滑动摩擦力公式f=u N其中N是压力，在水平地面的时候N=mg u是滑动摩擦因数，与材料有关。
真空吸盘形状和类型的说明，真空吸盘的理论吸力计算方法：利用真空吸盘面积和使用该吸盘时可产生的真空度求力理论吸力：W=PxC/760W=理论吸力（KG）C=吸盘面积（CM2）P=真空度（-MMHG）柔软吸盘的理论吸力和用公式计算的不同海绵吸盘的理论吸力，在计算时，应用吸盘内径进行计算。
真空技术及真空技术在电子材料与器件方面的应用
真空技术及真空技术在电子材料与器件方面的应用真空技术及在电子材料与器件方面的应用真空的含义及特点在真空科学中，真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态。
人们通常把这种稀薄的气体状态称为真空状况。
这种特定的真空状态与人类赖以生存的大气在状态相比较，主要有如下几个基本特点：（ 1 ）真空状态下的气体压力低于一个大气压，因此，处于地球表面上的各种真空容器中，必将受到大气压力的作用，其压强差的大小由容器内外的压差值而定。
由于作用在地球表面上的一个大气压约为 10135N/m2，因此当容器内压力很小时，则容器所承受的大气压力可达到一个大气压。
不同压强下单位面积上的作用力，如表 1 所示。
（ 2 ）真空状态下由于气体稀薄，单位体积内的气体分子数，即气体的分子密度小于大气压力的气体分子密度。
因此，分子之间、分子与其他质点（如电子、离子等）之间以及分子与各种表面（如器壁）之间相互碰撞次数相对减少，使气体的分子自由程增大。
(3) 真空状态下由于分子密度的减小，因此做为组成大气组分的氧、氢等气体含量 ( 也包括水分的含量 ) 也将相对减少。
真空的这些特点、已被人们在丰富的生产与科学实验中加以利用不同真空状态下的真空工艺技术随着气态空间中气体分子密度的减小，气体的物理性质发生了明显的变化，人们就是基于气体性质的这一变化，在不同的真空状态下、应用各种不同的真空工艺、达到为生产及科学研究服务的目的。
目前，可以说，从每平方厘米表面上有上百个电子元件的超大规模集成电路的制造，到几公里长的大型加速器的运转，从民用装饰品的生产到受控核聚变、人造卫星、航天飞机的问世，都与真空工艺技术密切相关。
不同真空状态下所引发出来的各种真空工艺技术的应用概况如下所示。
不同真空状态下各种真空工艺技术的应用概况真空状态气体性质应用原理应用概况105 ~103（Pa）760~10（Torr）气体状态与常压相比较只有分子数目由多变少的变化，而无气体分子空间特性的变化．分子相互间碰撞频繁利用真空与大气的压力差产生的力及感差力均匀的原理实现真空的力学应用1. 真空吸引和输运固体、液体、胶体和微粒；2. 真空吸盘起重、真空医疗器械；3. 真空成型，复制浮雕；4. 真空过滤；5. 真空浸渍。
真空吸附力计算
科研、医疗、实验室、仪器仪表等行业常常要采用微型气泵来进行物体吸附，但微型气泵有微型真空泵、气体取样泵、微型气体循环泵、微型抽气打气两用泵等多种形式，具体该怎么选型呢？把微型真空泵用于物体吸附时，实际上是用泵对吸盘抽真空后吸住物体，因此，必须选择真正意义上的微型真空泵，如VAA、PK、PC、VCA、VCH、PH等系列产品，而不能选用气体取样泵。
从理论上可以计算吸附力的大小。
公式如下：F≈10-2（101－P绝对压力）S吸盘面积上式中，F：理论吸附力大小，单位：Kgf（公斤力）P：绝对压力：为微型真空泵的绝对真空度，单位取：KPa（千帕）S：吸盘面积：为吸盘有效面积，单位取：cm2（平方厘米）例如：有种微型高负压泵VCH(/VCH.htm)，它的绝对压力(真空度)为：10KPa，假设吸盘有效面积为：1平方厘米，则理论上能提供的抽吸力压强就是：0.01× (101－10) × 1＝0.11 Kgf/ cm2即用这个吸盘，VCH理论上能在垂直方向吸附住0.91公斤重的物体！如果吸盘有效面积为：2平方厘米，则可以吸附住0.91×2公斤重的物体；……如果换成PH(/PH.htm)，则理论上能提供的抽吸力压强就是：0.01× (101－25) × 1＝0.76 Kgf/ cm2实际使用中，常常有人用微型真空泵来吸附纸片等轻薄物体，则可以用VM(/VM.htm)、VAA(/VAA.htm)等真空度低一些的。
另外，从上式可以看到，吸附力的大小理论上与泵的流量无关，但在实际使用中与流量参数是相关的。
原因如下：因为气路系统不可能做到理论密封，总有一定的泄漏。
在这种情况下，微型真空泵的流量越大，泄漏量所占的比例越小，越有利于泵维持较高的真空度，从而得到更大的吸附力。
比如，有2台极限真空度相同的泵，A泵流量为1 L/min，B泵流量为20 L/min，同样在0.1 L/min的泄漏情况下，A泵的真空度会降低很多，因为0.1 L/min的泄漏对它而言太大了。
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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
基于真空吸附的微器件受力分析研究
微装配的对象主要是微米级或亚毫米级尺寸的微器件，这些微器件的
轻、小、薄、软的特征对微夹持器的夹持方式和夹持力的控制提出了非常严格
的要求和限制。本文针对平板类微器件设计了一种真空吸附式微夹持系统，不
仅可以吸附不同形状和尺寸的零件，而且可以实现零件位姿的调整和接触力的
检测。在只考虑范德华力的情况下，本文重点建立了微器件的吸附力学模型，
为实现稳定吸附与释放提供了计算依据。最后完成了精度要求为平行度误差不
大于 8 μm 的微组件装配实验，装配效果良好。
微机电系统(MEMS) 的概念自 20 世纪 60 年代提出以来，发展速度非常
迅速，对微装配技术提出了很高很严格的要求。我国的 MEMS 技术研究虽然起
步晚，但到目前为止也已经有 40 多个单位的 50 多个研究小组在各方面取得了
显著进展。MEMS 产品通常都由较多的微小功能元件组成，因而其装配技术是
MEMS 应用研究的关键技术。
目前越来越多的 MEMS 产品由平板类微器件构成，怎样实现此类零件的
高效率装配，如何保证稳定可靠的吸附与释放，这些已经成为制约此类零件装
配的瓶颈。目前已经有很多研究机构及学者进行了平板类微器件的拾取技术研
究，并取得了诸多相关的研究成果。如：应用 MEMS 体硅工艺将静电梳齿驱动
与真空吸附结合构成复合式驱动，研制出一种复合式微夹持器；针对平板类零
件的特点，设计了真空吸附微夹持器，按照装配对象的不同，采用不同孔径的
吸嘴进行吸附，通过理论计算和实验获得吸附力理论数据。针对球形或表面质
量要求
较高的微目标设计了一种真空微夹钳，对球形微目标进行了吸附与释放