【《弧面凸轮机构换刀机械手弧面凸轮的有限元分析案例》1900字】

弧面凸轮机构换刀机械手弧面凸轮的有限元分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u16534弧面凸轮机构换刀机械手弧面凸轮的有限元分析案例 1263561.1有限元法介绍 1310631.2AnsysWorkbench简介 1139931.3弧面凸轮的有限元分析 2211081.3.1弧面凸轮有限元分析的具体思想 2123541.3.2弧面凸轮材料的设定 2158661.3.3弧面凸轮网格划分 3121221.3.4弧面凸轮添加约束 371271.3.5弧面凸轮施加载荷 492081.3.6运行结果 5134361.3.7结果分析 91.1有限元法介绍有限元法（FEM）最初的使用是从航空方面开始的，用它来计算一些用于航空的飞行器强度的计算，最终随着工业革命的发展与计算机科学的发展，有限元法越来越被人们需要，特别是加工制造业领域，几乎所设计的产品都离不开有限元最后的分析。有限元法是将一个连续的实体进行有限个单元的分离化，将有限个单元进行很多的分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法[25]，它与其它求解一些边界最大值与最小值的方法不同的地方在于他的相似性仅仅限于相对比较小的子区域中，所以可以使计算出的结果各位精确，它一般将函数定义到简单的三角形中或是四边形中，并且可以不用多分析整个实体（实体边界）的条件，这也是它的优势。1.2AnsysWorkbench简介Workbench主要应用于结构仿真，其仿真的平台可以对比较复杂的机械结、构件进行静力学，一系列的动力学、电磁场等进行模拟。分析类型如表5-1所示；表5-1Workbench分析类型结构分析（静态与瞬态）线性与非线性结构分析；动态能力模态、谐波、随机振动、柔体与刚体的动力学热传递（稳态与瞬态）求解温度场与热流磁场执行三维静磁场分析形状优化使用拓扑优化技术显示可能发生体积减少的区域1.3弧面凸轮的有限元分析1.3.1弧面凸轮有限元分析的具体思想凸轮机构换刀装置的其他构件现阶段已经研究的比较成熟了，没有必要继续对其进行更深刻的研究，对弧面凸轮的性能改变也没有太得意义，所以大多数的研究者也主要是设计弧面凸轮，并且弧面凸轮结构换刀机械手中最容易被损害的部分就是弧面凸轮了，只要是弧面凸轮没有较大的应力变形，承受够足够大的应力即可保证该机构动作的顺利完成。所以本次毕业设计我们只对弧面凸轮进行有限元分析。1.3.2弧面凸轮材料的设定本次毕业设计我们采用的是多头弧面凸轮，多头弧面凸轮与单头弧面凸轮的区别于多头螺纹与单头螺纹的区别差不多，优势就是多头的要比单头弧面凸轮传递传递平稳且准确，并且传递的效率高。但与此同时结构比单头弧面凸轮复杂的多，所以加工工艺就比较难，那么我们在选择材料的时候就应该充分的考虑材料的应变、强度、安全系数等，要使弧面凸轮在相同的工作载荷下使用寿面较长，能够减少凸轮的更换次数，从而减少凸轮换刀机械手的设备维护费用。在本次毕业设计中，经过前人们的研究成果，我们选用的材料为热锻模具钢X38CrMoV5-1[27]，在有限元分析的过程中，我们选用一种普通的结构钢与一种热模锻钢来做对比，可以突出材料的重要性。现选两种材料如表5-2所示；表5-2材料参数密度/(Kg/m3)弹性模量/Pa泊松比结构钢7.85×1032×10110.3X38CrMoV5-17.80×1032.15×10110.281.3.3弧面凸轮网格划分由于我们对弧面凸轮进行的是单个零件的静态分析，所以我们划分网格的时候比较简单，采用自动网格划分即可，弧面凸轮模型会被分割成有限个单元，ElementSize即网格的大小尺寸，这里我们需要输入的数值合理，太大可能会使划分网格后得出的数据精度不够，而划分的太小则有可能使划分网格不成功，所以需要我们在尽量保证可以划分网格的情况下保证数值较小，在此我们将数值定10mm，划分网格之后如图5-1。图5-1凸轮网格划分1.3.4弧面凸轮添加约束弧面凸轮进行的是静态分析，弧面凸轮的原动力是通过轴传递过来的，所以在分析的过程中，我们应该对配合轴的地方进行完全固定，使其六个自由度（X、Y、Z方向的移动，绕X轴、Y轴、Z轴的转动）被固定；如图5-2：图5-2固定约束1.3.5弧面凸轮施加载荷建立好的弧面凸轮三维模型，我们可以发现弧面凸轮最薄弱的地方在分度期的这时候，在于分度盘配合运动的过程中，由于某些特殊情况的急停，会使凸脊与分度盘上的滚子发生碰撞挤压，所以我们施加力的地方应该定为分度期凸脊的弧面上。前面学者的研究将施加的力定为10000N,如图5-3所示：图5-3施加的载荷1.3.6运行结果1、两种材料的变形位移结果如图5—4所示：a）结构钢的变形位移b）X38CrMoV5-1的变形位移图5-4两种材料变形位移2、两种材料的应力结果如图5—5示：a）结构钢的应力图b）X38CrMoV5-1的应力图图5-5两种材料应力图3、两种材料的应变如图5-6所示：a）结构钢的应变图b）X38CrMoV5-1的应变图图5-6两种材料应变图1.3.7结果分析从上面Ansys运行的分析结果可以知道应力与应变结构钢与X38CrMoV5-1两种材料都差不多，与先前的研究者所得出的弧面凸轮