【《某自动打磨装置的机械臂方案设计分析案例》2600字（论文）】

某自动打磨装置的机械臂方案设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u25481某自动打磨装置的机械臂方案设计分析案例 1253991.1构建机械手整体模型 1137051.1.1底座部分 236291.1.2腰部回转部分 326651.1.3大手臂部分 3257121.1.4肘关节部分 416861.1.5小手臂部分 4312681.1.6手腕部分 544591.2机械手结构分析与优化 5138071.2.1静应力分析 522491.2.2有限元分析与结构优化 71.1构建机械手整体模型装配示意图如图4-1所示，其中0~6分别对应图3-2中的连杆。各连杆的尺寸如表4-1所示。图4-1六轴机械手装配图序号0表示底座部分，序号1表示腰部回转部分，序号2表示大手臂部分，序号3表示小手臂部分，序号4表示手腕部分，序号5表示末端执行器。表4-1连杆构件组成等效连杆序号等效连杆组成部件0底座、底盘旋转涡轮箱1驱动臂座2大手臂3肘关节部分4小手臂5手腕6末端夹手1.1.1底座部分底座部分共有16个零件，核心部件是涡轮蜗杆。关于蜗轮蜗杆，如图4-2所示，本文采用圆柱蜗杆，齿顶高系数取1，模数选为5.0，顶隙系数取0.2，传动比为6，涡杆Z1=15，涡轮选用Z2=60。该机构可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑。两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构。蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小。机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。其反向自锁性可起安全保护作用。但是传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，所以为了提高效率，采用有色金属做涡轮，蜗杆则采用较硬的材料，比如青铜制造。底座是可旋转的。其特征在于，包含旋转座和固定设置在旋转座中间的齿轮，所述齿轮的上下位置均设有与齿轮相啮合的齿条，为第一齿条和第二齿条，第一齿条和第二齿条相互平行，所述第一齿条由设置在第一齿条两端的第一油缸组带动，所述第二齿条由设置在第二齿条两端的第二油缸组带动。底座的外壳设计简单，主要起到支撑和保护作用，在各个连接处有需要设置密封防尘，以便提高使用寿命。为了满足工作需要和经济效益，本文选择珠光体灰铸铁，其性能好，可以满足设计需要，工艺简单，方便生产，可以节约成本。图4-2底盘蜗轮蜗杆1.1.2腰部回转部分腰部回转部分就是大臂臂座，上端连接大臂。主要通过安转法兰进行组装。因为是传动链的起始部位，所以对机械手末端的影响较大。因此，该部分的材料必须耐用且强度够高。本文选择高强度铸铁铸造臂座。并且为了保险起见，在臂座的两耳部位焊接加强筋。驱动臂座如图4-3所示。图4-3驱动臂座1.1.3大手臂部分大手臂部分主要包括手臂、安装法兰等。位于传动链中部，其上端连接小臂，也要受到来自工作时的负载，所以也要求一定的强度。本文选择合金钢作为制造大臂和相关法兰的材料。大手臂工作时会受到小臂和打磨机的重量等外力，为了保险起见，设计加强筋提高抗形变能力，加强筋通过焊接完成，如图4-4所示的。图4-4大手臂1.1.4肘关节部分肘关节部分如图4-5所示。该部分零件部分拥有标准件，所以直接选购。图4-5肘关节部分1.1.5小手臂部分小手臂部分可以说成大手臂的缩小简化版，但由于小手臂要与腕部连接，所以在腕部侧的结构要稍许复杂一些，如图4-6所示。图4-6小手臂部分1.1.6手腕部分手腕部分设计了不同的末端部分执行器，这样它就具有拾取不同形状的物体的功能，在实现抓取功能时，在爪子指尖处会贴上传感器片，就可以实现对力的实时监控，并进行对力大小的控制。1.2机械手结构分析与优化机械臂的工作属于简单的机械动作，但是工作强度高，动作反复次数多，工作时间久，很容易产生疲劳，严重时可能会造成机器损害，造成事故。所以对机器做力学分析至关重要。本文选择系统中重要的大手臂和小手臂作为研究对象。确定它们的受力情况，做受力分析计算扭矩。然后再在ANSYS软件中虚拟仿真，施加约束和受力来模仿大小臂工作时的载荷，然后根据软件得出的各个云图来分析论证，完成对机器的优化设计。1.2.1静应力分析首先对大臂做受力分析，类似电机的设计，选择大手臂所受载荷最大的情况做受力分析。根据分析，大臂受力最大的情况如图4-7所示。此时的第三关节的转角为-20°。图4-7大手臂静力分析图根据上图中的数据代号对大手臂及上端部分受力分析并计算，计算如下。；；；.因此，得出大手臂上端受力990牛，下端受力1490牛，手臂上部分扭矩为262N*m，下部分扭矩为1065N*m图4-8小手臂静力分析图依据同样的方法，根据上图中的数据代号对小手臂上端部分受力分析并计算，计算如下。；；；得出小手臂上端受力750牛，下端受力990牛，手臂上部分扭矩为91N*m，下部分扭矩为562N*m1.2.2有限元分析与结构优化ANSYS软件可以导入模型，设置约束、选择材料、加载作用力、划分网格，然后进行有限元分析,直观的反映出零件的应力、应变、总位移。从而方便我们对材质进行选择和对模型进行优化。对于本次设计，大臂和小臂是至关重要的部件，两者的形变直接影响到打磨系统的工作精度。所以本次有限元分析选择大臂和小臂。在大臂两关节处设置重力和扭矩，仿真大手臂在工作时的受力情况，然后选择好材料，并且开始划分网格。网格如图4-9所示.图4-9大手臂网格化等待电脑计算完毕，就可以得到大臂工作状态的应力云图，应变云图，位移云图。在云图右侧是各种颜色区域对应的应力应变大小。应力云图见图4-10。云图中直观的显示了大臂的最大应力为34MPA，位置在大臂上关节处。应力反映了内部受压情况，应变量和位移反映了材料发生了形变。云图中直观的显示了大臂的应变最大值为1.29*10-4，如图4-11，其变化是经过放大后出图的，方便我们观察，位移云图中显示最大综合位移为0.068mm，如图4-12。最大应力值34mpa远远低于所选材料的屈服力，所以可以满足设计要求。图4-10大手臂应力云图图4-11大手臂应变云图图4-12大手臂总位移云图小手臂的有限元分析与大手臂相同，经过选材，画网格，加载荷之后计算出图。根据云图可以直观的看到，小手臂工作时最大应力为14551393PA，如图4-13所示,应变云图中直观表示最大应变为1.179*10-5，如图4-14所示,位移云图中显示最大综合位移0.14mm，如图4-15所示。同样，小手臂工作时最大应力值远远低于本次设计中所选材料的屈服力,明显设计满足要求。图4