文档介绍：机械臂臂座有限元分析及结构改进
[ 摘要 ] 采用有限元方法对机械臂臂座进行了分析；对初始产生屈服变形的机械臂臂座分析了在给定静载荷下的应力及位移量。根据分析结果针对不合理结构的机械臂臂座进行了改进设计，通过有限元分析方法验证了改进使机械臂正常动作，电机驱动扭矩必须满足：
二、机械臂臂座的有限元分析
机械臂臂座作为机械臂的关键零部件，需要进行有限元分析，以确保其工作可靠
（一）有限元分析流程
如图3 所示机械臂臂座结构改进流程。
（二）臂座选材及有限元网格划分
由于整个机械臂工作过程中要尽可能减小惯性影响，做到轻量化设计，因此，臂座选材用 2A12硬铝，弹性模量E为70Gpa，屈服强度为325MPa。首先在设计软件solidwork里面完成对臂座的建模。利用 solidwork 软件的有限元分析模块，对模型进行有限元四面体网格自动划分，如图4所示，共划分出单元体2 1 3 09个，网格节点3 5 190个。
（三）臂座有限元分析
加载在臂座上的总重量，折算出正压力为1289N,扭矩依据前面的计算结果为869N・m。在边界条件加载时，由于臂座与电机之间是用 12 个螺栓均匀固定，因此，正压力和扭矩沿接触固定面均匀分布。图5中左侧a）图环状区域为固定区域，完全约束。
由图5分析数据显示，a），b）图中箭头所示为最大综合位移处，，这个位移经过臂长的累加，机械臂的末端 ,误差较大。
，因此必须对臂座的结构进行改进设计。
三、关节臂座结构改进及有限元分析
（一）臂座结构改进
针对图中臂座受力最大的区域为右侧环状区域。对环状区域部分进行加强，将壁厚由17mm 改成 27mm。
另外，对拐角处的多余部分材料加以去除，，改进后体积为 mm3，，对机械臂影响不大。
（二）改进后臂座有限元网格划分
对改进以后的臂座进行有限元建模，如图7所示。共划分出单元体13810个，网格节点 23813 个。
（三）改进后臂座有限元分析
假设机械臂除关节外其余部分不变，加载在臂座上的正压力和扭矩不变。如图6所示，臂座左侧固定，正压力和扭矩沿接触固定面均匀分布。
如图8所示，改进后，臂座承受的最大应力处如图a）箭头所示，，远小于材料的屈服极限325Mpa。改进后臂座最大综合位移处如图b）箭头所示，, 已经缩小 30%以上。
四、结论
对机械臂臂座进行了力学计算和有限元分析，得出了初始臂座设计无法满足机械臂负载下的力学性能要求，对有限元分析得出的薄弱环节进行改进设计。对改进后的臂座结构再次建模，验证了改进后臂座的结构强度满足了要求，证明了改进设计的有效性。
主要参考文献：
1•徐燕申,张学玲•基于FEM的机械结构静、动态性能优化设计[J].西南交通大学学报,2003,38（5）:517-520.
2•徐超，余绍荣,郑小亚，张铎•机械螺栓法兰连接的有限元力学模型比较研究[J].机械设计与制造,2009,(6