基于ANSYS的户外AGV车辆结构设计及疲劳寿命分析

发布时间：2017-03-30 04:06

  本文关键词：基于ANSYS的户外AGV车辆结构设计及疲劳寿命分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：户外AGV(Automated Guided Vehicle)是一种用于户外物料运输的自动运送装置,它具有承载能力强、能适应路径多变、能自动装卸物料、行走速度快且稳定的优点,在国外广泛应用于中长距离的物料配送当中。然而,我国的各大港口物料配送中心、物流园区,户外AGV的使用量并不大,且使用的AGV大都存在成本高、功能不全、速度慢、承载量小及使用寿命不长的缺点,本课题立足于改善国内现有户外AGV存在的以上缺点,结合轻量化设计、结构优化设计与疲劳寿命设计的方法,设计一种低成本、额定承载量1t、最高时速15km/h、转弯半径小、使用寿命长的AGV以满足企业的需要。本课题的主要研究内容及成果总结如下:(1)对现役户外AGV的结构形式、驱动转向模式、移载装置类型进行研究,提出参照AGV现有结构并结合小型载货汽车的结构去设计一种新型的AGV的方法,提出四轮转向的转向模式,提出将辊道式移载用于户外AGV的物料自动装卸中。(2)根据给定的AGV参数与设计要求,确定AGV整个结构的尺寸大小,对安装在AGV上的各大总成进行总体布置,并通过运动校核验证布置的合理性。(3)利用Pro/E建立了AGV车架、悬架系统、车轮总成及移载装置的三维实体模型,基于ANSYS对车架进行了刚度分析、强度分析、模态分析及拓扑优化,并对优化前后车架的性能进行了比较,对后悬架钢板弹簧进行刚度、强度验算,最后完成了车体总的装配模型。(4)设计一种通过四个轮毂电机直接驱动车轮的驱动系统,通过电子差速四轮联动转向的转向系统,建立了四轮联动转向系统的数学模型,基于MATLAB/Simulink对AGV转向运行轨迹与转向横摆角速度响应进行了仿真分析。(5)以车架结构为研究对象,在ADAMS中模拟车架的受载情况,获取了车架的载荷-时间历程,通过雨流计数法得到车架的应力-时间历程,结合疲劳累积损伤理论,在ANSYS/FE-SAFE中建立了疲劳分析模型,对车架进行疲劳寿命分析。在开展本课题的过程中完成了对车体结构的三维建模;通过对车体结构进行拓扑优化设计,实现了车体结构的轻量化,减少了AGV的生产成本;设计了四轮驱动的驱动系统,解决了可能存在的驱动力不足的问题;通过对转向系统进行动力学仿真研究,得到了参考点运行轨迹与横摆角速度响应特性图,解决了转弯半径大、转向稳定性不足的问题;通过对车架结构进行疲劳寿命分析,发现了车架结构的薄弱环节,解决了户外AGV疲劳寿命不足的问题,为后续的改进提供参考。
【关键词】：户外AGV 车体结构 拓扑优化设计 驱动转向系统 疲劳寿命分析
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH22
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 选题背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外AGV的发展与研究状况13-14
• 1.2.2 国内AGV的发展与研究状况14-15
• 1.3 疲劳寿命分析在车体结构设计中的应用15-17
• 1.4 课题主要研究内容及方法17-19
• 1.4.1 课题主要研究内容17
• 1.4.2 本课题的技术难点及拟采取的解决方法17-19
• 2 AGV总体设计19-27
• 2.1 总体设计的要求及产品开发流程19-20
• 2.2 AGV的基本组成20-21
• 2.3 AGV主要参数的选择21-23
• 2.4 AGV设计的基本要求23-24
• 2.5 AGV总体布置24-26
• 2.6 运动校核26
• 2.7 本章小结26-27
• 3 车体结构设计27-53
• 3.1 车架的设计与分析28-40
• 3.1.1 车架的设计28-29
• 3.1.2 建立有限元模型29-31
• 3.1.3 刚度分析31-33
• 3.1.4 模态分析33-37
• 3.1.5 拓扑优化设计37-40
• 3.2 悬架的设计40-47
• 3.2.1 悬架系统简介40-41
• 3.2.2 麦弗逊式悬架41-44
• 3.2.3 钢板弹簧式悬架44-47
• 3.3 车轮总成的设计47-51
• 3.3.1 车轮48-50
• 3.3.2 轮胎50-51
• 3.3.3 车轮总成51
• 3.4 整车设计51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 4 驱动转向系统设计53-67
• 4.1 驱动系统设计53-55
• 4.2 转向系统设计55-60
• 4.2.1 电子差速转向概述56-57
• 4.2.2 四轮转向的控制策略57-59
• 4.2.3 转向的实现59-60
• 4.3 转向系统数学模型60-63
• 4.4 动力学仿真研究63-65
• 4.5 本章小结65-67
• 5 疲劳寿命分析67-83
• 5.1 疲劳破坏及疲劳寿命影响因素67-69
• 5.1.1 疲劳破坏简介67-68
• 5.1.2 疲劳寿命的影响因素68-69
• 5.2 疲劳寿命预测方法69-75
• 5.2.1 疲劳预测简介69-70
• 5.2.2 疲劳累积损伤理论70-72
• 5.2.3 疲劳裂纹形成寿命预测72-74
• 5.2.4 疲劳裂纹扩展寿命预测74-75
• 5.3 分析车体疲劳寿命的流程75-77
• 5.4 基于ANSYS的疲劳寿命分析与结构改进77-82
• 5.4.1 FE-SAFE软件介绍77-78
• 5.4.2 疲劳寿命分析78-80
• 5.4.3 结构优化80-82
• 5.5 本章小结82-83
• 6 总结与展望83-85
• 6.1 总结83
• 6.2 课题工作展望83-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-93
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文93-95

【参考文献】

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