閥體等真空吸取技術(shù)設(shè)計(jì)說明書

1、目次1 緒論11.1 課題的研究背景和意義11.2 國內(nèi)外在真空失效遮斷方面的研究現(xiàn)狀11.3 本課題的研究內(nèi)容42 真空失效遮斷技術(shù)機(jī)理研究52.1 真空失效遮斷器的功能需求分析52.2 真空失效遮斷方案的確定52.3 流動(dòng)壓差失效遮斷原理52.4 小結(jié)93 樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)103.1 結(jié)構(gòu)原理方案選擇103.2 真空失效遮斷器的總體結(jié)構(gòu)113.3 失效遮斷器的工作過程分析123.4 真空失效遮斷器的主要性能參數(shù)134 真空失效遮斷器的建模和仿真研究144.1 數(shù)學(xué)模型的建立144.1.1 能量方程式154.1.2 壓力方程式154.1.3 流量方程174.1.4 膜片變形方程174.2 失效過

2、程的仿真研究185 真空失效遮斷器試驗(yàn)研究205.1 真空失效遮斷閥的可行性試驗(yàn)205.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置205.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析205.2 真空失效遮斷閥基本性能測試235.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置235.2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析235.3 小結(jié)32結(jié)論34致謝35參考文獻(xiàn)36附錄1 緒論1.1 課題的研究背景和意義目前，真空吸取技術(shù)已愈來愈廣泛地應(yīng)用于電子、鍛壓機(jī)械、輕工、印刷、塑料、建筑、食品機(jī)械、醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域。任何具有較光滑表面的物體，都可以使用真空吸取技術(shù)進(jìn)行搬運(yùn)，尤其在搬運(yùn)非金屬且不適合夾緊的物體諸如薄的柔軟的紙張、塑料膜、鋁箔、易碎的玻璃及其制品、集成電路芯片等微型精密零件時(shí)，真

3、空吸取技術(shù)顯示了其獨(dú)特的優(yōu)勢。實(shí)際工程應(yīng)用中，出于成本和結(jié)構(gòu)等因素的考慮，一個(gè)真空發(fā)生器常配備多個(gè)真空吸盤使用。此時(shí)，由于多個(gè)吸頭之間是相互連通的，只要有一個(gè)或者幾個(gè)吸頭出現(xiàn)漏氣，就會(huì)使整個(gè)真空吸取系統(tǒng)達(dá)不到預(yù)定的真空度，而導(dǎo)致整個(gè)真空系統(tǒng)失效。吸取系統(tǒng)一旦失效，不僅會(huì)導(dǎo)致作業(yè)失敗，甚至可能引發(fā)安全事故，造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。此時(shí)，如果能夠及時(shí)檢測到失效的吸頭，并且快速遮斷失效吸頭的支路，則可以消除失效吸頭的影響，維持未失效吸頭的正常真空度，使整個(gè)系統(tǒng)繼續(xù)正常工作，從而能夠很好地解決前述的單真空發(fā)生器吸取系統(tǒng)中多個(gè)吸頭間相互干擾的問題，提高真空吸取系統(tǒng)的安全性。因此，一種適合于工程應(yīng)用的多吸

4、頭失效遮斷技術(shù)，即在吸頭發(fā)生失效時(shí)能迅速可靠地隔離、封閉失效吸頭，維持其他吸頭正常真空度的遮斷技術(shù)越來越引起國內(nèi)外學(xué)者的重視。本課題擬研究開發(fā)一種適合于工程應(yīng)用的低成本、快速響應(yīng)的多吸頭失效遮斷裝置，使用該裝置能夠在吸頭發(fā)生失效時(shí)迅速可靠地遮斷、封閉失效吸頭，從而保護(hù)系統(tǒng)中其他吸頭的正常真空度，保證整個(gè)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，這樣對(duì)提高多吸頭真空發(fā)生器系統(tǒng)的工作安全性具有十分重大的意義。1.2 國內(nèi)外在真空失效遮斷方面的研究現(xiàn)狀目前，在真空吸附研究領(lǐng)域中，針對(duì)真空泄漏失效這一工程問題的研究主要包括以下幾個(gè)方面：(1)檢測回路的泄露在吸附領(lǐng)域中，為保證吸附的可靠性，最直接的方法就是在每個(gè)吸盤上增加

5、一個(gè)真空壓力開關(guān)，如圖1.1所示。當(dāng)真空壓力未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，開關(guān)處于斷開狀態(tài)。當(dāng)真空壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，開關(guān)處于接通狀態(tài)，發(fā)出電信號(hào)，控制真空吸附機(jī)構(gòu)動(dòng)作。利用這種系統(tǒng)，一方面壓力開關(guān)僅僅能夠檢測到系統(tǒng)是否失效，由于氣路的連通性，該方案無法消除單吸頭失效對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，另一方面，由于壓力開關(guān)價(jià)格比較昂貴，當(dāng)系統(tǒng)中的吸盤數(shù)較多時(shí)，系統(tǒng)的成本較高。1氣源 2真空發(fā)生器 3消聲器 4過濾器 5節(jié)流閥6真空壓力開關(guān) 7真空吸盤 8工件圖1.1 真空系統(tǒng)管路配置圖四川的蒲如平利用波紋管作為檢測元件設(shè)計(jì)了真空?qǐng)?bào)警裝置。這種儀器通過位移傳感器來監(jiān)視腔內(nèi)的真空度變化，并能給出安全工作信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。但該裝置只

6、能夠檢測到真空吸盤是否泄漏，同樣也不能夠提供遮斷功能，而且該真空?qǐng)?bào)警裝置的價(jià)格昂貴。(2)保持系統(tǒng)真空度的穩(wěn)定吸盤吸著工件時(shí)，如果壓縮空氣發(fā)生故障停止供氣，可以在回路中加入單向閥。真空腔在單向閥的隔離作用下會(huì)保持真空管暫時(shí)不下降。真空度保持時(shí)間與真空腔的密封程度有關(guān)。對(duì)密封性優(yōu)良的吸盤而言，操作者有足夠的時(shí)間避免因制件脫落而造成傷害事故。日本的smc公司研制出了帶單向閥的真空吸盤，當(dāng)吸盤沒有吸著工件時(shí)，吸盤閥芯是關(guān)閉的，真空支路封閉；當(dāng)吸盤接觸工件表面時(shí)，柱銷被上推，閥芯打開，則真空吸盤便吸著工件，從而提高了系統(tǒng)工作的安全可靠性并減少了耗氣量，適用于一個(gè)真空發(fā)生器帶多個(gè)吸盤、吸著面積不規(guī)則的工

7、件等場合。但是如果吸盤在接觸工件表面之后，也就是閥芯處于打開狀態(tài)時(shí)，仍然存在泄漏，則它就無能為力了。(3)泄漏吸盤的遮斷哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所的昌先國等人設(shè)計(jì)了一種可用于溝槽壁面的“自適應(yīng)式多真空室吸盤”。如圖1.2所示。這種吸盤起吸附作用的吸附面由密封材料分割一組小真空室，小真空室和公共真空腔相連。每個(gè)小真空室都有一個(gè)控制開關(guān)，當(dāng)部分真空室出現(xiàn)空氣泄漏時(shí)，會(huì)自行封閉，而其他真空室仍正常工作，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。控制開關(guān)為一個(gè)圓盤形閥門，起自控節(jié)流作用，閥片上涂覆一層密封材料。但這種裝置只能用在某些特定的環(huán)境，通用性不太好，而且該裝置的尺寸較大，價(jià)格較昂貴。1小真空室 2公共腔 3

8、控制開關(guān) 4吸附壁面圖1.2 自適應(yīng)式吸盤原理示意圖德國的festo公司研制的真空安全閥以流量作為檢測對(duì)象，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)失效吸頭的封閉隔離，并且和吸盤合為一體，集成了過濾功能，尺寸也較小。圖1.3為真空安全閥的結(jié)構(gòu)原理圖。當(dāng)吸盤與大氣相通時(shí)，浮子被吸回殼體，在這個(gè)位置上氣體只1 彈簧 2浮子 3過濾器 4保持螺釘 5吸盤圖1.3 真空安全閥結(jié)構(gòu)原理圖能通過浮子末端小孔流動(dòng)；當(dāng)吸盤接觸工件后，流量減小，浮子彈簧力向上，這樣一來，密封被打開，真空得以在吸盤中快速產(chǎn)生。但是，由于結(jié)構(gòu)上的原因，吸頭在被隔離之后還是存在一定程度的泄漏，不能實(shí)現(xiàn)完全的遮斷。1.3 本課題的研究內(nèi)容由上面的介紹可以看出，目前

9、針對(duì)真空泄漏失效問題的研究主要集中在對(duì)真空泄漏的檢測上，而對(duì)失效遮斷技術(shù)的研究仍處于起步階段，至今仍沒有一種能適合于工程應(yīng)用的、簡單快捷的進(jìn)行真空失效遮斷的技術(shù)。本課題擬研究一種適合于工程應(yīng)用的、低成本、快響應(yīng)的失效遮斷裝置，要求該裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便。為此要進(jìn)行如下的研究：(1)機(jī)理分析根據(jù)對(duì)真空失效遮斷器功能需求的分析，研究真空失效遮斷器的機(jī)理，為真空失效遮斷器的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。(2)樣機(jī)設(shè)計(jì)在真空失效遮斷器的原理分析和功能需求分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出真空失效遮斷器的結(jié)構(gòu)。(3)建模和仿真研究分析真空失效遮斷器工作的物理過程，建立其數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行仿真研究。(4)真空失

10、效遮斷器的性能測試對(duì)失效遮斷器試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)測試，研究該真空失效遮斷器的原理可行性和性能指標(biāo)。2 真空失效遮斷技術(shù)機(jī)理研究2.1 真空失效遮斷器的功能需求分析應(yīng)用于單一真空發(fā)生器多吸頭真空系統(tǒng)中的真空失效遮斷器應(yīng)具有以下的功能：(1)檢測功能：自動(dòng)化生產(chǎn)中生產(chǎn)的節(jié)拍比較快，因此要求能夠迅速及時(shí)的檢測到失效的吸頭，并且要求檢測方式簡單方便，可靠易行。(2)遮斷功能：遮斷的目的是為了切斷失效的吸頭和真空發(fā)生器之間的氣路，自動(dòng)停止空氣的流入。同時(shí)，當(dāng)吸頭處于正常工作狀態(tài)時(shí)，要求真空失效器不影響系統(tǒng)的工作性能。(3)適合工程應(yīng)用：要求所設(shè)計(jì)的真空失效遮斷器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，便于安裝，成本低。2.2

11、真空失效遮斷方案的確定在吸頭泄漏時(shí)，正常工作的吸盤和泄漏的吸盤在建立真空的過程中，真空度的差異不是很明顯，而流量的差異明顯且方便易求。真空發(fā)生器的真空度和泄漏量成線性關(guān)系，一般而言，在設(shè)計(jì)吸取系統(tǒng)時(shí)，都已經(jīng)給出了真空度要求，從而允許的泄漏流量也是已知的。因此把通過吸頭支路的流量作為檢測的參數(shù)較真空度差而言，更加合理。檢測的功能實(shí)現(xiàn)方案有多種，諸如：流動(dòng)差壓法、容積法、速度法、流體振動(dòng)法、流體阻力法、電磁感應(yīng)法、超聲波法等等。相比較其他的流量檢測方法，流動(dòng)差壓法的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)檢測方式簡單，可靠易行。只要使流體流經(jīng)節(jié)流件就能產(chǎn)生流動(dòng)壓差，根據(jù)節(jié)流件兩側(cè)的壓力差就可以檢測出相應(yīng)的流量。(2)節(jié)流

12、作用會(huì)在節(jié)流件的兩側(cè)產(chǎn)生壓差，藉此可以作為遮斷功能的動(dòng)力源。相比較電磁力驅(qū)動(dòng)而言，氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的方式更加經(jīng)濟(jì)。這是因?yàn)椴煌墓ぷ鹘橘|(zhì)信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換常需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上和硬件上進(jìn)行投資，這也將大大增加設(shè)備成本。(3)結(jié)構(gòu)簡單，便于集成化和小型化。以上已經(jīng)確定了使用流量壓差法檢測吸盤是否失效，因此考慮使用壓差產(chǎn)生的力作為遮斷的動(dòng)力源。使用一個(gè)閥板，在能夠產(chǎn)生流動(dòng)壓差的同時(shí)，又能感受流體流動(dòng)的壓差，并且在特定的壓差下閥板能夠產(chǎn)生相應(yīng)的位移量封堵住通路，實(shí)現(xiàn)遮斷功能。2.3 流動(dòng)壓差失效遮斷原理本課題利用流動(dòng)壓差原理的遮斷技術(shù)方案，其實(shí)質(zhì)是利用平板縫隙的流動(dòng)氣體在平板正反兩面產(chǎn)生壓力差的原理來工作的，可實(shí)

13、現(xiàn)檢測和遮斷。圖2.1所示的是圓盤形開關(guān)閥板的模型，就所研究的模型的流道而言，可把它看成環(huán)形匯流通道。(a) (b) 圖2.1 圓盤形開關(guān)閥板流體流動(dòng)模型分析簡圖圖中：吸頭側(cè)的壓力 ，mpa；縫隙內(nèi)的壓力 ，mpa；真空發(fā)生器側(cè)的壓力 ，mpa；閥板上小孔的直徑 ，mm； 真空發(fā)生器側(cè)節(jié)流口直徑 ，mm；閥板的直徑 ，mm；開關(guān)閥板與壁面間的間隙 ，mm；假設(shè)開關(guān)閥板上均勻地分布有四個(gè)小孔。由于四個(gè)小孔是對(duì)稱分布的，因此可以把它們等效為一截面積為的小孔，以此來計(jì)算流體流經(jīng)小孔時(shí)氣流量和產(chǎn)生的壓差之間的關(guān)系。在工程應(yīng)用中，當(dāng)馬赫數(shù)m0.3時(shí)，可以忽略密度變化的影響，即把密度看成是不變的9。本文中

14、，由于小孔兩側(cè)的壓差較小(小于0.1mpa)，所以把流動(dòng)近似為不可壓縮流動(dòng)。不可壓縮流體流經(jīng)短孔的流量為10： 由上式可得小孔節(jié)流后的壓力：(2.1)式中：流道中的體積流量，l/min；流量系數(shù)；開關(guān)閥板上小孔的有效面積，m2； 氣體的密度，kg/ m3。氣流體通過環(huán)形流道縫隙的流量為7：(2.2)而縫隙中的氣體壓力為：(2.3)圖2.2描述的是縫隙內(nèi)的壓力分布。可見，從到的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，縫隙內(nèi)的氣壓力的分布是逐漸從上升到的。圖2.2 縫隙中壓力分布圖由式(2.3)，縫隙中的氣流對(duì)圓盤形開關(guān)閥板的作用力為：那么由，和縫隙的壓力共同作用在圓盤形開關(guān)閥板上的總作用力為：(2.4)式中：縫隙流動(dòng)壓差對(duì)

15、開關(guān)閥板的作用力，n；壓力對(duì)開關(guān)閥板的作用力，n；壓力對(duì)開關(guān)閥板的作用力，n；縫隙中氣流對(duì)開關(guān)閥板的作用力，n；小孔半徑，mm；開關(guān)閥板半徑，mm；開關(guān)閥板與壁面間的間隙，mm； 流道中的體積流量，l/min；空氣的動(dòng)力粘度，pas；在作用下，開關(guān)閥板就會(huì)產(chǎn)生向上的運(yùn)動(dòng)，使間隙值h減小直至為零，實(shí)現(xiàn)流道關(guān)閉。式(2.4)中，,都是隨時(shí)間變化的，故壓差對(duì)開關(guān)閥板的作用力也是時(shí)間的函數(shù)，即，式(2.4)是開關(guān)閥板的工作方程式。下面討論開關(guān)閥板工作的各種狀態(tài):設(shè)在工作中的工作阻力為()時(shí)，開關(guān)閥板逐漸合上,失效的吸頭被遮斷。()時(shí)，開關(guān)閥板逐漸打開，整個(gè)真空系統(tǒng)處于一種動(dòng)態(tài)過程。()時(shí)，則開關(guān)閥板總

16、是打開的。如果吸頭沒有發(fā)生失效，開關(guān)經(jīng)歷()()的狀態(tài)，在吸頭處很快地建立起正常所需的真空度。而當(dāng)吸頭發(fā)生失效時(shí)，存在一定的泄漏流量。由式(2.4)可知，一定的泄漏流量對(duì)應(yīng)一定的總作用力，因此在設(shè)計(jì)時(shí)考慮合適的工作阻力f1，使閥板逐漸向上運(yùn)動(dòng)直至關(guān)閉流道。當(dāng)流道完全關(guān)閉后，縫隙中的氣壓力為0，總作用力，而此時(shí)(一個(gè)大氣壓)，(為正常真空度)，可見此時(shí)總壓力，依靠此力的作用可以可靠地使開關(guān)閥板封堵住吸頭和真空發(fā)生器間的氣路，停止空氣的流入，失效的吸頭被遮斷，從而消除失效的吸頭對(duì)系統(tǒng)的影響。由式(2.4)可知，存在一個(gè)最小流量值使得開關(guān)閥板剛好將氣路切斷。稱為最小遮斷流量。只要泄漏流量，就能實(shí)現(xiàn)失

17、效吸頭的遮斷，從而能維持未失效吸頭內(nèi)的真空度。2.4 小結(jié)本章對(duì)真空失效遮斷技術(shù)的功能需求進(jìn)行了分析，提出利用流動(dòng)壓差原理的方案解決失效泄漏的問題，通過分析得到參數(shù),以及工作阻力對(duì)開關(guān)的性能有著直接的影響，協(xié)調(diào)相互之間的關(guān)系，就可以遮斷泄漏的回路。3 樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 結(jié)構(gòu)原理方案選擇根據(jù)流動(dòng)壓差原理，設(shè)計(jì)如圖3.1所示的結(jié)構(gòu)。 (a) 縫隙截流結(jié)構(gòu)原理圖 （b）小孔截流結(jié)構(gòu)原理圖圖3.1 利用流動(dòng)壓差原理設(shè)計(jì)的裝置簡圖圖3.1(a)所示的是縫隙截流結(jié)構(gòu)的簡圖。它是利用一加工精度較高的圓盤形閥板作為控制開關(guān)。真空發(fā)生器抽取真空時(shí)，空氣從下端蓋流入閥內(nèi)，經(jīng)過圓盤形閥板與閥體之間的縫隙產(chǎn)生流動(dòng)

18、壓差，并由閥板機(jī)構(gòu)來感受此壓差，產(chǎn)生遮斷動(dòng)作。其中，彈簧一方面用于復(fù)位，另一方面可以通過預(yù)壓縮的辦法來提供更大的彈簧力。這樣，即使在間隙值不變時(shí)也可以獲得較大的最小遮斷流量。圖3.1(b)所示的是小孔截流結(jié)構(gòu)的簡圖。它是利用膜片作為開關(guān)閥板，并利用其上開有的小孔來產(chǎn)生流動(dòng)壓差，依靠膜片自身的變形完成遮斷動(dòng)作，而復(fù)位也是靠膜片自身的彈性來完成的。仔細(xì)比較和分析縫隙截流結(jié)構(gòu)和小孔截流結(jié)構(gòu)，縫隙截流結(jié)構(gòu)主要是通過縫隙流動(dòng)壓差實(shí)現(xiàn)失效遮斷，而小孔截流則主要通過小孔流動(dòng)壓差實(shí)現(xiàn)失效遮斷。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，縫隙截流結(jié)構(gòu)的工作效果不理想。究其原因，在于很難找到合適的彈簧，使其彈簧力與氣壓力相配。而且，縫隙截流結(jié)

19、構(gòu)要求要有較高的加工和裝配精度，否則由于裝置泄漏影響工作效果。另外，通過試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)只有在很小的間隙下才能獲得較大的流動(dòng)壓差，這無疑對(duì)加工和裝配提出了更高的要求。與縫隙截流結(jié)構(gòu)相比較而言，小孔截流結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)只用一個(gè)膜片就可以實(shí)現(xiàn)檢測功能和完成遮斷動(dòng)作。在膜片上開適當(dāng)大小的小孔，以及調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)拈g隙，就可以實(shí)現(xiàn)流動(dòng)壓差檢測流量，檢測方式簡單易行。另外，小孔與間隙的雙重節(jié)流作用更有利于開關(guān)閥板兩側(cè)壓差的形成。(2)具有信號(hào)放大作用：可將作用在膜片兩面的壓力差信號(hào)放大,提高閥對(duì)微小壓差的敏感性,從而提高閥的響應(yīng)速度，滿足自動(dòng)化生產(chǎn)節(jié)拍快的要求。(3)膜片本身柔軟而具有彈性，在流動(dòng)壓差的作用下

20、發(fā)生彈性變形直至堵住通氣口，它本身就具有良好的密封作用。而當(dāng)真空解除后，在彈力作用下膜片復(fù)位，保證新一輪工作的順利進(jìn)行。(4)整體構(gòu)造簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，非常適合集成在狹小空間內(nèi)，對(duì)加工、裝配精度的要求較縫隙截流結(jié)構(gòu)低?？梢姡】捉亓鹘Y(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)和功能上都比縫隙截流結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢，所以采用小孔截流結(jié)構(gòu)更合適。根據(jù)小孔截流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了失效遮斷閥樣機(jī)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)。3.2 真空失效遮斷器的總體結(jié)構(gòu)真空失效遮斷器的外形設(shè)計(jì)尺寸要求直徑為20mm，高為20mm；根據(jù)對(duì)真空失效遮斷器功能需求的分析，利用流動(dòng)壓差失效遮斷原理，所設(shè)計(jì)的真空失效遮斷器的具體結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。本文中采用solidworks軟件進(jìn)行三維

21、設(shè)計(jì)14,15。1調(diào)節(jié)件 2壓緊圈 3閥體 4墊圈 5膜片圖3.2 利用小孔截流原理設(shè)計(jì)的真空失效遮斷器的結(jié)構(gòu)圖該樣機(jī)有兩個(gè)管螺紋機(jī)械接口，便于和吸頭以及快換接頭的連接。調(diào)節(jié)件用來調(diào)節(jié)膜片和壁面的間隙。壓緊件和墊圈用來固定膜片。流動(dòng)壓差遮斷工作原理要求在設(shè)計(jì)時(shí)要協(xié)調(diào)初始間隙、膜片的彈性模量k以及小孔直徑(對(duì)應(yīng)于流動(dòng)壓差)之間的關(guān)系。為了便于能夠得到不同的最小遮斷流量，需要初始間隙h能夠在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。初始間隙可調(diào)節(jié)的功能是通過調(diào)節(jié)件實(shí)現(xiàn)的，如圖3.2中1所示。調(diào)節(jié)件頭部加工有外螺紋，通過與閥體上的內(nèi)螺紋相互配合可旋入或旋出閥體，從而實(shí)現(xiàn)初始間隙h 連續(xù)可調(diào)。樣機(jī)的檢測功能和遮斷功能是通過

22、膜片兩側(cè)的壓差來實(shí)現(xiàn)的。樣機(jī)本身的泄漏會(huì)影響壓差的形成。因此，保證樣機(jī)良好的氣密性是樣機(jī)可靠工作的重要方面。如圖3.3所示，樣機(jī)中可能發(fā)生漏氣的地方有c、d、e三處。實(shí)際上，我們選擇的橡膠平膜片，本身就是一種很好的密封材料。因此，在e處，設(shè)計(jì)時(shí)就省略了其它密封裝置，直接用膜片本身密封。通過壓緊圈2和墊圈4的旋緊作用壓縮膜片保證樣機(jī)氣密性。設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)這個(gè)壓縮距離進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)，既保證密封的可靠性，又不至于壓縮量太大，使膜片老化。d處也是可能發(fā)生漏氣的地方，此處是膜片卡圈與墊圈連接的地方，通過在墊圈表面粘貼一環(huán)狀密封墊加以密封。調(diào)節(jié)件與壓緊圈內(nèi)壁的連接處，也是可能發(fā)生漏氣的地方(圖中c處)。這個(gè)

23、位置的氣密性是靠機(jī)械加工精度和密封圈保證的。在設(shè)計(jì)時(shí)，與密封圈配合的軸和腔都給予了較高的精度要求，以保證密封的可靠性。圖3.3所示的是真空失效遮斷器的實(shí)物圖。圖3.3 真空失效遮斷器的實(shí)物圖真空失效遮斷器的裝配圖及各零件圖見附錄。3.3 失效遮斷器的工作過程分析當(dāng)給真空發(fā)生器供給壓縮空氣后，真空發(fā)生器開始抽取真空，使得真空發(fā)生器真空口處壓力降低。真空失效遮斷器上腔中的氣體在此壓差作用下形成了向擴(kuò)展口的流動(dòng)，腔中壓力逐漸降低。當(dāng)上腔中氣體的壓力小于下腔氣體的壓力時(shí)，下腔中氣體經(jīng)過膜片向上腔流動(dòng)。同時(shí)，膜片在上、下腔壓力差作用下產(chǎn)生變形，隨著壓力差的增大，膜片的變形相應(yīng)的增大。如果泄漏流量沒有超出

24、允許的范圍，由于上下腔中的氣體被不斷的抽走，而外界的氣體又來不及補(bǔ)充，這樣就使得上下腔的壓力差不足以使膜片發(fā)生遮斷所需的變形。真空失效遮斷器正常工作。如果泄漏流量超過允許的范圍，在真空失效遮斷器遮斷之前，外界的大氣通過下腔、膜片、上腔，流至真空口處，形成泄漏流量。由于泄漏流量較大，雖然下腔的氣體被抽走，但是由于下腔的氣體可以得到快速的補(bǔ)充，因此上下腔的壓差較大，膜片變形較大，膜片遮斷。這樣上腔又逐漸的建立起合適的真空度，而下腔的壓力則保持大氣壓。3.4 真空失效遮斷器的主要性能參數(shù)根據(jù)失效遮斷閥的功能需求，其主要性能參數(shù)有：(1) 響應(yīng)時(shí)間在相同供給壓力下，以從供給閥動(dòng)作后到吸頭內(nèi)的真空度達(dá)到

25、極限真空度63的時(shí)間作為系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，即=。(2) 最小遮斷流量根據(jù)2.3節(jié)中流動(dòng)壓差失效遮斷工作原理的分析可知，失效遮斷閥樣機(jī)存在一個(gè)臨界的總作用力f使得剛好能夠遮斷，此時(shí)通過膜片的流量稱為最小遮斷流量。(3) 遮斷響應(yīng)時(shí)間從失效吸頭開始泄漏到系統(tǒng)的真空度上升到極限真空度時(shí)的時(shí)間為遮斷響應(yīng)時(shí)間。4 真空失效遮斷器的建模和仿真研究4.1 數(shù)學(xué)模型的建立對(duì)所設(shè)計(jì)的真空失效遮斷器進(jìn)行建模時(shí)，為簡化模型，特作如下假定9,16,17：（1） 氣體為理想氣體,滿足理想氣體狀態(tài)方程；（2） 氣體流動(dòng)過程為等熵過程；（3） 氣源壓力恒定，氣源溫度為環(huán)境溫度；（4） 各腔室中的氣體熱力過程為準(zhǔn)靜態(tài)過程；（5

26、） 不計(jì)吸、排氣管中的壓力波動(dòng)。鑒于失效遮斷閥的安裝位置(處于吸頭和真空發(fā)生器之間)及其結(jié)構(gòu)形式，可以把在真空發(fā)生器開始工作抽取真空后，等效為如圖4.1所示的模型。模型中，將吸頭至失效遮斷閥膜片間的被抽容積等效為相同容積的開口真空容器(稱為下腔)，其開口等效截面積等于吸頭側(cè)的總有效截面積(包括泄漏開口)。將帶有小孔的膜片等效為一節(jié)流孔口，其有效截面積隨著膜片的運(yùn)動(dòng)情況而變化。同樣地，將失效遮斷閥膜片間至真空發(fā)生器吸入口間的被抽容積等效為相同容積的開口真空容器(稱為上腔)，其開口等效截面積等于真空發(fā)生器側(cè)的總有效截面積。 (a)真空失效遮斷器簡圖 （b）真空失效遮斷器等效模型1閥上腔 2膜片 3

27、閥下腔 4吸頭側(cè)等效節(jié)流孔口5膜片等效節(jié)流孔口 6真空發(fā)生器側(cè)等效節(jié)流孔口圖4.1 真空失效遮斷器等效模型原理圖4.1.1 能量方程式把上腔和下腔分別看成是一變質(zhì)量開口系統(tǒng)，其過程為變?nèi)莘e容器充排氣過程：具有恒定滯止參數(shù)、的大氣經(jīng)下腔節(jié)流口流至下腔，再通過小孔流至上腔，然后經(jīng)過上腔節(jié)流口流至具有恒定參數(shù)，容積無限大的容器中。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，有方程式： 式中：從氣源流進(jìn)腔室1kg氣體所帶進(jìn)的能量（即氣源氣體的比焓）；從腔室流出1kg氣體所帶出的能量（即腔室內(nèi)氣體的比焓）；從氣源流進(jìn)腔室的氣體的質(zhì)量；同一時(shí)間內(nèi)從腔室流出的氣體的質(zhì)量；腔室內(nèi)氣體的內(nèi)能變量；腔室內(nèi)氣體所做的膨脹功；室內(nèi)氣體通過器

28、壁與外界交換的熱量；若氣體充放氣的時(shí)間很短，室內(nèi)氣體來不及與外界進(jìn)行熱交換，其過程可以看成是絕熱的過程。在絕熱過程中，交換的熱量 ，帶進(jìn)能量，內(nèi)能，容積變化功，帶出能量。將，聯(lián)立以上各式，則有(4.1)即為絕熱充排氣過程的能量方程式。4.1.2 壓力方程式(1)容器下腔的壓力方程式設(shè)定大氣源的溫度為，腔內(nèi)氣體的溫度；排氣的質(zhì)量為充氣的質(zhì)量；將上式帶入絕熱充排氣過程的能量方程式，得到(4.2)式中：下腔內(nèi)氣體絕對(duì)壓力，pa；膜片等效作用面積，m2；吸頭至失效遮斷閥膜片間(吸頭側(cè))等效初始容積，m3；膜片的相當(dāng)變形量，m；氣體比熱比；氣體常數(shù)，對(duì)空氣n.m/(kg./k)；大氣溫度，k；下腔中氣體

29、溫度，k； 大氣從吸頭側(cè)進(jìn)入下腔的質(zhì)量流量，kg/s；下腔流出氣體的質(zhì)量流量，kg/s。(2)容器上腔的壓力變化方程式同理可得到容器上腔的壓力變化方程式 (4.3)式中：上腔內(nèi)氣體絕對(duì)壓力，pa；膜片等效作用面積，m2；吸頭至失效遮斷閥膜片間(吸頭側(cè))等效初始容積，m3 ；膜片的變形量，m；氣體比熱比；氣體常數(shù)，對(duì)空氣n.m/(kg./k)；下腔中氣體溫度，k； 上腔中氣體溫度，k； 從下腔流入上腔的質(zhì)量流量，kg/s；從上腔流出的質(zhì)量流量，kg/s。4.1.3 流量方程(4.4)其中： (4.5 )式中：節(jié)流孔口1，2，3的有效流通面積，mm2；臨界壓力比；各截流孔口上游壓力和下游壓力，mp

30、a。4.1.4 膜片變形方程當(dāng)膜片的變形較小時(shí)，對(duì)于固定方式為四周緊固式的平膜片，彈性力f1為： (4.6)式中：膜片的彈性力，n；彈性模數(shù)，mpa；膜片半徑，mm；膜片厚度，mm；泊松比膜片中心位移，mm。圖4.2是膜片變形分析圖。當(dāng)真空發(fā)生器開始工作后，在和的作用下，膜片產(chǎn)生弧形變形。由于初始間隙較小(小于2mm)，因此可以把膜片的變形看成是一直徑為d1的圓盤沿x方向的移動(dòng)。當(dāng)膜片變形到如圖(a)中虛線所示位置時(shí)，上通口被堵住。此時(shí)氣壓等效作用面積的直徑由原來的d1減小到d2，而隨著膜片的變形量(a) 膜片變形示意圖 (b) 膜片受力分析圖圖4.2 膜片變形分析圖的增大而增大，膜片可能出現(xiàn)

31、振蕩現(xiàn)象。根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律以及式(2.4)，膜片的受力方程為：(4.7)式中：初始間隙，mm；閥上通孔直徑，mm；膜片等效直徑，mm；膜片的剛度，n/mm；膜片中心的變形量，mm。4.2 失效過程的仿真研究根據(jù)以上的數(shù)學(xué)模型，建立仿真模型。設(shè)定仿真參數(shù)=1.013kpa，=6.325kpa，=0.8mm，=3.42n/mm，=1.5mm，=14mm，=4mm，=293k。如圖4.3所示的是真空失效遮斷器剛好遮斷過程的上腔真空度曲線、膜片變形量曲線以及泄漏流量曲線。從圖4.3中的膜片變形量曲線可以看出，真空發(fā)生器工作后，膜片的變形量逐漸增大。當(dāng)膜片變形量初次等于時(shí)，膜片開始振蕩。隨著時(shí)間的推

32、移，膜片振蕩的頻率和幅度都由所減小，在0.53s時(shí)振蕩結(jié)束，變形量。從上腔真空度曲線來看，上腔內(nèi)的真空度逐漸上升達(dá)到最大真空度，過程中存在振蕩現(xiàn)象。而從上腔流量曲線來看，上腔流量是逐漸上升至最大值，在0.53s流量開始下降。膜片之所以在變形量初次等于時(shí)開始振蕩，這是因?yàn)榇藭r(shí)膜片瞬時(shí)封堵住閥上通孔(直徑為的孔)，如圖4.2中虛線所示。在膜片封堵住上通孔(稱為遮斷)后，膜片的受壓面積突然減小，膜片受力失去平衡，在彈性力作用下，膜片變形減小。當(dāng)膜片不再封堵時(shí)，受壓面積再次增大，膜片所受的壓差作用力變大，使得膜片變形又增大，如此反復(fù)，膜片產(chǎn)生振蕩。由于膜片的振蕩，造成上腔入口的時(shí)大時(shí)小，導(dǎo)致上腔的真空

33、度在上升過程中存在振蕩現(xiàn)象。隨著膜片兩側(cè)壓差的不斷增大，膜片振蕩的頻率和幅度越來越小，當(dāng)壓差增大到某值時(shí)，膜片可靠地遮斷，變形量等于初始間隙，且振蕩現(xiàn)象消失。在膜片遮斷后，上腔的真空度繼續(xù)上升達(dá)到最大真空度，而流量則開始下降到0。圖4.3 失效遮斷過程仿真曲線按照最小遮斷流量及遮斷響應(yīng)時(shí)間的定義，從圖4.3可知，=9.4l/min，=0.71s。5 真空失效遮斷器試驗(yàn)研究5.1 真空失效遮斷閥的可行性試驗(yàn)為了驗(yàn)證真空失效遮斷器的原理可行性，即能否快速的檢測并遮斷失效的吸盤以保證其他吸盤的正常真空度，首先進(jìn)行真空失效遮斷閥的原理可行性實(shí)驗(yàn)，即在吸頭失效時(shí)可以快速的遮斷。5.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置圖5.

34、1所示的是機(jī)理實(shí)驗(yàn)的裝置圖。1干燥器 2空氣過濾器 3油霧分離器 4減壓閥 5電磁閥 6真空發(fā)生器7消聲器 8真空過濾器 9流量計(jì) 10、13真空壓力傳感器 11真空吸盤12、16節(jié)流閥 14分析儀 15真空解除閥圖5.1 機(jī)理試驗(yàn)裝置原理圖實(shí)驗(yàn)時(shí)供給壓力為0.53mpa，真空發(fā)生器的極限真空度為95kpa。在失效遮斷閥的前后分別安裝有一個(gè)真空壓力傳感器，用以測量失效遮斷閥樣機(jī)上、下腔的壓力。通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥口大小，可調(diào)節(jié)泄漏流量的大小。5.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析5.1.2.1 正常工作時(shí)，真空失效遮斷器的壓力變化圖5.2是在常溫常壓下，采用硅橡膠膜片，初始間隙為1.1mm，吸頭無泄漏情況下得到

35、的真空失效遮斷器上、下腔真空度曲線。圖5.2 閥正常工作時(shí)上下腔的真空度曲線從圖5.2看出，真空失效遮斷器上、下腔的真空度曲線基本重合，真空度較快的從0上升到極限真空度95kpa。這說明此時(shí)真空失效遮斷器沒有遮斷，吸頭內(nèi)能產(chǎn)生正常的真空度。5.1.2.2 吸盤泄漏，真空失效遮斷器的壓力變化 (1)通氣之初，系統(tǒng)泄漏圖5.3所示的是在常溫常壓下，真空失效遮斷器通氣之初泄漏流量大于允許值，上、下腔真空度曲線以及泄漏流量曲線。從圖5.3中可以看出，真空失效遮斷器在這種情況下的遮斷過程可以分為三個(gè)階段:(1)第階段：真空發(fā)生器工作，上、下腔真空度都迅速上升，上腔中流量也從0不斷增大，同時(shí)泄漏氣體進(jìn)入下

36、腔，使得閥上、下腔內(nèi)真空度上升的趨勢減緩，這說明泄漏氣體的流入，導(dǎo)致真空發(fā)生器的真空度的上升受到影響。在上、下壓差作用下，膜片開始變形。(2)第段：上腔真空度上升，而下腔的真空度則迅速下降，膜片出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，泄漏流量仍繼續(xù)增大至最大值。這說明在這個(gè)階段，膜片已遮斷，但由于膜片瞬間封堵住流道時(shí)，膜片的受力面積突然減小，而壓差變化不大，因此力減小到小于膜片的彈性力，膜片反向運(yùn)動(dòng)，然后又正向運(yùn)動(dòng)。如此反復(fù)導(dǎo)致膜片發(fā)生振蕩，最終實(shí)現(xiàn)遮斷。(3)第段：此時(shí)真空失效遮斷器已經(jīng)遮斷，上腔真空度又迅速上升達(dá)到極限真空度，下腔真空度則迅速減小到0。上腔流量也逐漸減小到0。這說明真空失效遮斷器完全遮斷泄漏氣路。圖

37、5.3真空失效遮斷器初始泄漏時(shí)真空度曲線和泄漏流量曲線圖按照遮斷響應(yīng)時(shí)間定義可知這段響應(yīng)時(shí)間為0.91s。按照遮斷流量的定義由圖中可以看出當(dāng)流量達(dá)到15.7l/min時(shí)實(shí)現(xiàn)遮斷。通過與仿真曲線的比較，發(fā)現(xiàn)在初始泄漏的情況下，真空失效遮斷器的實(shí)際壓力曲線以及流量曲線與仿真曲線的趨勢相同。在泄漏一段時(shí)間以后，壓力曲線都出現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象。(2)系統(tǒng)在工作過程中有泄漏圖5.4所示的是真空失效遮斷器遮斷過程中上、下腔真空度曲線以及泄漏流量曲線。從圖中可以看出，真空失效遮斷器的工作過程也分為三個(gè)階段。(1)第 階段：吸頭處突然發(fā)生泄漏，大氣流入閥上、下腔，腔中真空度下降，上腔流量增大。這說明真空失效遮斷器未

38、遮斷，泄漏導(dǎo)致真空發(fā)生器的真空度上升受到影響。(2) 第階段：在閥上、下腔的壓力差作用下，膜片變形至瞬間封堵住流道，膜片出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。隨著間隙的減小，使得氣流流動(dòng)的阻尼增大，閥上腔的真空度在真空發(fā)生器的抽吸作用下，真空度下降的趨勢變緩，甚至還有所上升。而下腔中真空度在真空發(fā)生器的抽吸和外界大氣不斷涌入的共同作用下，下降的趨勢也變緩。不斷增大的壓差使得上腔流量在閥遮斷時(shí)達(dá)到最大值。圖5.4 系統(tǒng)在工作中有泄漏的真空度曲線（3）第段：此時(shí)閥已經(jīng)遮斷，上腔真空度繼續(xù)上升達(dá)到最大真空度，下腔真空度則迅速減小到0。作用在膜片上的壓力差達(dá)到最大值(等于極限真空度)，可以保證可靠地遮斷。按照遮斷響應(yīng)時(shí)間的定

39、義，由圖中可以看出，此時(shí)遮斷響應(yīng)時(shí)間為0.4s，最小遮斷為1.84l/min。5.2 真空失效遮斷閥基本性能測試5.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖5.1所示。實(shí)驗(yàn)中，更換不同的膜片，調(diào)節(jié)膜片上小孔的直徑和初始間隙值。真空發(fā)生器的供給壓力設(shè)定為0.53mpa。5.2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析5.2.2.1 影響真空失效遮斷器響應(yīng)時(shí)間的因素(1)小孔直徑對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響圖5.5是在常溫常壓下，采用膜片a，初始間隙為1.1mm時(shí)，改變小孔直徑得到的真空發(fā)生器響應(yīng)時(shí)間曲線。圖5.5 不同小孔直徑下吸頭處真空度變化曲線按照響應(yīng)時(shí)間的定義，可以求得采用膜片a，初始間隙為1.1mm時(shí)，不同的小孔直徑下的響應(yīng)時(shí)間。從

40、圖5.5可以看出，沒有真空失效遮斷器時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為0.152s。在安裝了真空失效遮斷器之后，響應(yīng)時(shí)間分別為0.225，0.177，0.156，0.152s,響應(yīng)時(shí)間有所增長，同時(shí)吸頭處所能達(dá)到的最大真空度有稍微的下降。隨著小孔直徑的增大，響應(yīng)時(shí)間差值減小。當(dāng)小孔直徑增大到1.5mm時(shí)，有、無真空失效遮斷器時(shí)的響應(yīng)時(shí)間相差已經(jīng)很小(相對(duì)差值約為3%)，兩條曲線基本重合。這是因?yàn)榘惭b失效遮斷器后，與沒有安裝失效遮斷器時(shí)相比，吸頭處的氣流要流經(jīng)膜片上小孔。當(dāng)小孔的直徑越小時(shí)，氣流流經(jīng)小孔受到的阻力越大。這樣就使得響應(yīng)時(shí)間有所增長，最大真空度有稍微的下降。小孔直徑越小，響應(yīng)時(shí)間越長，穩(wěn)態(tài)時(shí)最大真空

41、度下降的幅度也越大。(2)初始間隙對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響圖5.6是在常溫常壓下采用膜片a，小孔直徑為1mm時(shí)，改變初始間隙得到的真空遮斷器的響應(yīng)時(shí)間曲線。從圖5.6可以看出，在初始容積不遮斷的情況下，四個(gè)初始間隙下對(duì)應(yīng)的真空度曲線基本上重合，響應(yīng)時(shí)間約為0.18s，初始間隙的大小對(duì)響應(yīng)時(shí)間增長的影響程度較小。圖5.6 不同初始間隙下的吸頭處真空度變化曲線(3)膜片剛度對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響從圖5.7可以看出，三種膜片下的真空度曲線基本上重合，響應(yīng)時(shí)間也比較接近，約為0.183s。也就是說，在保證初始容積不遮斷情況下，膜片剛度的大小對(duì)響應(yīng)時(shí)間增長的影響程度較小。圖5.7不同膜片下的吸頭處真空度變化曲線5.2

42、.2.2 影響真空失效遮斷器最小遮斷流量的因素(1)小孔直徑對(duì)最小遮斷流量的影響圖5.8表示分別使用膜片a、b、c的情況下，不同初始間隙值下，最下遮斷流量隨小孔直徑的變化關(guān)系。由圖5.8(a)可以看出，對(duì)膜片a ,當(dāng)初始間隙大于0.8mm時(shí)，隨著小孔直徑的增加，最小遮斷流量增加。當(dāng)初始間隙小于0.8mm時(shí)，膜片的最小遮斷流量隨著小孔直徑的增加先增大后減小。分析其原因，主要是增加小孔直徑，膜片的等效彈性模量在減小。在小孔直徑較小時(shí)，增加小孔直徑，膜片的等效彈性模量只是有很微小的減少。當(dāng)小孔直徑較大時(shí)，增加小孔直徑，膜片的等效彈性模量減小很大。由式4.6知膜片的彈性力正比于彈性模量，所以在小孔直徑

43、較小時(shí)，由等效彈性模量減小而導(dǎo)致遮斷需要的力減小很小，在小孔直徑較大時(shí)，由等效彈性模量減小而導(dǎo)致遮斷需要的力減小較大。又由式2.4知一定的力對(duì)應(yīng)于一定的流量，所以由等效彈性模量而導(dǎo)致的遮斷流量減小的趨勢在增大。綜合考慮等效彈性模量和小孔直徑的影響，可知最小遮斷流量在初始間隙較小時(shí)先增大后減小。當(dāng)初始間隙大于某一個(gè)值時(shí)，遮斷需要的流量隨著小孔直徑的增加而增加。圖5.8(c)也有相同的情況。當(dāng)小孔直徑為0.5mm時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在這種情況下，當(dāng)初始間隙較小時(shí)(如0.5mm，0.8mm)，最小遮斷流量很小(可近似看為0)，僅在初始容積下就已經(jīng)遮斷，不能滿足初始容積不遮斷的要求。當(dāng)小孔直徑為2mm時(shí)，

44、膜片的等效彈性模量被大為削弱，造成的影響較為明顯，如膜片(a)在初始間隙為0.5mm時(shí)，初始容積就遮斷。因(a) 膜片a(b) 膜片b(c) 膜片c圖5.8 小孔直徑對(duì)最小遮斷流量的影響此，小孔直徑小于0.5mm和大于2.0mm時(shí)，不能滿足要求。當(dāng)小孔直徑為在1mm到1.5mm之間時(shí)，在相同的初始間隙、膜片下，最小遮斷流量基本上都是隨著孔徑的增大而增大。這是由于此時(shí)，膜片的等效剛度被削弱的程度較小的緣故。（2）初始間隙對(duì)最小遮斷流量的影響圖5.9表示分別使用膜片a、b、c的情況下，不同直徑下，最下遮斷流量隨初始間隙變化關(guān)系。由圖5.9(b)可以看出，對(duì)膜片b ,直徑分別為1.0mm和1.5mm

45、時(shí)，隨著小孔直徑的增加，最小遮斷流量隨著初始間隙的增加而變大。膜片a、c也有相同的規(guī)律。分析其原因主要由于膜片的初始間隙增加，遮斷時(shí)膜片的彈性力增加，所以遮斷需要的流量增加。(3) 膜片彈性模量對(duì)最小遮斷流量的影響實(shí)驗(yàn)中，膜片b剛度最大，膜片c次之，膜片a剛度最小。在相同的小孔直徑和初始間隙下，由圖5.8和圖5.9可以看出可知，較大的膜片等效彈性模量對(duì)應(yīng)的最小遮斷流量也較大。當(dāng)小孔直徑或初始間隙變大時(shí)，在較大的膜片等效彈性模量下，最小遮斷流量增加的幅度比較小的膜片等效彈性模量而言要大。但是膜片等效彈性模量又不能過大，否則難以得到較小的遮斷流量。如果膜片的彈性模量過小，則有可能使得吸頭初始就遮斷

46、。從上述的試驗(yàn)結(jié)果及分析來看，結(jié)構(gòu)參數(shù)小孔直徑、初始間隙、膜片等效剛度對(duì)最小遮斷流量的影響是相互作用的。通過它們之間的相互協(xié)調(diào)可以得到不同的最小遮斷流量，可以滿足不同的使用需求。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮它們之間的相互協(xié)調(diào)。5.2.2.3 遮斷響應(yīng)時(shí)間的影響影響因素（1）小孔直徑對(duì)遮斷響應(yīng)時(shí)間的影響圖5.10表示分別使用膜片a、b、c的情況下，不同初始間隙下，遮斷響應(yīng)時(shí)間隨小孔直徑的變化關(guān)系。由圖5.10(b)可以看出，對(duì)膜片b ,隨著小孔直徑的增加，遮斷響應(yīng)時(shí)間隨著初始間隙的增加先增大后減小。分析其原因主要是當(dāng)小孔直徑過大時(shí)，由于膜片的剛度被削弱的原因?qū)е抡跀囗憫?yīng)時(shí)間反而減小。膜片a、c也有相同

47、的規(guī)律。另外，從圖中還可以看出，通過協(xié)調(diào)小孔直徑、初始間隙、膜片等效剛度之間的關(guān)系可以獲得不同的遮斷響應(yīng)時(shí)間。試驗(yàn)中所獲得的遮斷響應(yīng)時(shí)間處于2s之內(nèi)。 (a) 膜片a(b) 膜片b(c) 膜片c圖5.9 初始間隙對(duì)最小遮斷流量的影響(a) 膜片a(b) 膜片b(c) 膜片c圖5.10 小孔直徑對(duì)遮斷響應(yīng)時(shí)間的影響（2）初始間隙對(duì)遮斷響應(yīng)時(shí)間的影響圖5.11表示分別使用膜片a、b、c的情況下，不同小孔直徑下，遮斷響應(yīng)時(shí)間隨著初始間隙的變化關(guān)系。 (a)膜片a(b)膜片b(c)膜片c圖5.11 初始間隙對(duì)遮斷響應(yīng)時(shí)間的影響由圖5.11(a)可以看出，對(duì)膜片a ,在小孔直徑分別為1.0mm和1.5m

48、m時(shí)，隨著初始間隙的增加，遮斷響應(yīng)時(shí)間變大。分析其原因主要是由于初始間隙的增加，遮斷時(shí)膜片運(yùn)動(dòng)的距離增加，從而使遮斷響應(yīng)時(shí)間增加。對(duì)于膜片b和c也有相同的規(guī)律。(3) 膜片剛度對(duì)遮斷響應(yīng)時(shí)間的影響由圖5.10和5.11可知，遮斷響應(yīng)時(shí)間隨著膜片剛度的增加而增加。剛度增加，膜片變形困難，所以遮斷響應(yīng)時(shí)間會(huì)增加。(4) 泄漏流量對(duì)遮斷響應(yīng)時(shí)間的影響圖5.12是在常溫常壓下，采用膜片b、初始間隙為1.1mm、小孔直徑為1.5mm的情況下，對(duì)工作過程中泄漏給定不同的泄漏流量得到的真空失效遮斷器上腔真空度試驗(yàn)曲線。圖5.12 不同泄漏流量下閥上腔真空度變化曲線按照遮斷響應(yīng)時(shí)間的定義，可以得到圖中各種情況下的遮斷時(shí)間以及遮斷響應(yīng)時(shí)間，如圖5.12所示。從圖5.12可以看出，在泄漏流量大于最小遮斷流量的情況下，隨著泄漏流量的增加，遮斷響應(yīng)時(shí)間減小。另外，隨著泄漏流量的增加，臨界遮斷過程變短，振蕩幅值也減小。這是因?yàn)樾孤┝髁看?，則膜片兩側(cè)壓差建立就快，達(dá)到遮斷所需的壓