文档介绍：《装备制造技术》2011 年第 1 期
基于 ANSYS 的挖掘机械臂设计及有限元分析
陈涛
(南京理工大学泰州科技学院,江苏泰州 225300)
摘要:用慧鱼创意组合模型对多功能履带式机器人的挖掘机械臂进行了结构设计,应用 Pro/ E 软件建立了三维实体模型,利用 AN-
SYS 软件进行有限元分析,得出了机械臂的应力位移分析图,并分析了应力集中对结构的影响及优化方法,为后续研究奠定了基础。
关键词:机械臂;结构;设计;有限元分析;ANSYS
中图分类号:TH164 文献标识码:A 文章编号:1672- 545X(2011)01- 0069- 02
随着科学技术的发展,机械手已经广泛应用于各个领域, 臂结构。
将操作人员从繁重、单调和重复的体力劳动中解放出来。特别
是在高温、危险及有害的作业环境中,可用机械手臂代替人的 2 机械臂结构的有限元分析
部分操作[1]。因此对机械手臂的分析研究,是非常有意义的。笔
者利用慧鱼创意组合模型,对挖掘机械臂进行了结构设计,并建立受力模型和约束模型,机械臂旋转盘完全约束在地
利用软件进行有限元分析,为后续研究奠定了基础[2]
ANSYS 。面上,如图 2 和图 3 所示。
1 挖掘机械臂结构设计
挖掘机械臂由动臂、动臂驱动电机、斗臂、斗臂驱动电机
等组成。采用的是螺杆式连接的摆动结构。采用该设计的优点
有二:
(1)可使螺母平稳移动,从而带动动臂与斗臂一起摆动, 图 2 受力模型图 3 约束模型
使机械臂到达预定位置,方便简洁[3]
、。利用 ANSYS 软件进行有限元分析,结果如图 4 所示。图
(2)螺杆传动比高,可实现较大的力的输出,在越障时可中机械臂的手抓前端部分为应力(位移)最大的区域,其余部
以模拟挖掘机的越障功能,利用机械手臂把车身前端翘起,越
分应力(位移)逐渐减小,经过分析最大应力为 MPa,最大
上障碍物,机械手旋转,利用机械手撑起车身,履带行进
180° 位移为 mm,可以看出变形比较大。在机器人进行越障时,
可轻松越过障碍物。结构简图如图 1 所示。经常会在应力大的地方断裂,因为在弯动臂连接处的凸起物
的横截面积很小,应力最大,所以是最容易断裂的地方
螺杆斗臂电机。
螺母 M5 减速器
斗臂
次斗臂电机动臂
动臂电机
减速器
6
M M4
M7
手抓手抓电机蜗杆
图机械臂简图
1 图 4 机械臂结构的应力和位移分析
动臂是反铲工作装置的主要部件,本设计采用整体式动
臂,结构简单,质量小而刚度大,适用于长期作业[4]。整体式动 3 结束语
臂又可分为直动臂和弯动臂两种,其中的直动臂结构简单、质
量小、制造方便,主要用于悬挂式液压挖掘机,但不能使挖掘通过上述分析,掌握了挖掘机械臂的应力位移分布,通过
机获得较大的挖掘深度,不适用于通用挖掘机;弯动臂与同长改变机械臂材料,可优化其性能,减小位移量,提高刚性,为今
度的直动臂相比,可以使挖掘机有较大的挖掘深度,但降低了
后机械臂的设计研究奠定了基础[5]。
卸土高度,这正符合挖掘机反铲作业的要求,本设计采用弯动
收稿日期:2010- 10- 21
作者简介:陈涛(1981