龙门式真空吸附机械手的设计与主梁结构优化

发布时间：2017-10-20 02:29

  本文关键词：龙门式真空吸附机械手的设计与主梁结构优化

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【摘要】：龙门式真空吸附机械手的设计大多采用经验法设计,这将导致生产出来的整机安全系数太大,最终浪费了大量材料,以及提高了制造成本。因此,如何在确保安全性能的前提下,设计出综合性能较高的机械手,是一个值得深入研究的重要课题。本文研究的重点内容如下:(1)从成本,工作速度,精度,稳定性,安装及维护,设计灵活性比较直线单元方案,最后选出了较合适的设计方案;对真空吸盘直径、真空发生器最大吸入量和直线导轨基本额定动载荷都进行计算,并运用材料力学对真空吸盘进行布局计算,最后对各模块的结构进行设计。(2)一、根据龙门式真空吸附机械手的运动过程,找出主梁的6种典型工况,对这6种典型的工况进行静态分析,通过对比得到的静态参数,发现主梁材料性能余量较多,可进行拓扑优化,并找出了理论上最不稳定的工况。二、参考拓扑优化的概念云图,再次对主梁进行建模和静态分析,通过对比优化前后的静态参数,发现优化后提高了结构静强度,但静刚度几乎保持不变。三、通过对齿轮齿条之间的接触分析,得到接触应力值和变形值,符合所用材料的要求。通过齿轮的疲劳分析分别得出了寿命、损伤、安全系数、双轴指示、疲劳敏感曲线,发现其最小寿命为232260循环次数;齿轮的最小安全系数为1.0474,满足齿轮的设计要求。通过对龙门式机械手主梁的模态分析,得到了前6阶模态参数,分析了各振型产生的主要原因。结合谐响应分析确定了第4阶固有频率对机械手主梁动刚度影响最大。工件在最不稳定工况下离地起升时,冲击载荷将对主梁结构产生重大影响,因此,对其做进一步的瞬态动力学分析,得到了主梁跨中节点的动位移响应。(3)选取合适的设计变量、约束条件和目标函数,对选取的设计变量进行灵敏度分析,筛选出灵敏度绝对值较大的设计变量来进行尺寸优化。优化后重新对主梁进行有限元建模并进行动态分析,对比优化前后的具体参数,得出了机械手在优化后性能有了一定的提升。(4)运用多点激励法采集信号数据,并利用STAR6.0模态分析软件对数据进行平均处理,得到了机械手的动态特性试验数据,并与ANSYS仿真结果进行对比,验证了运用ANSYS软件进行辅助设计的可行性。
【关键词】：龙门式真空吸附机械手 静态分析 拓扑优化 动态分析 优化设计
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 龙门式机械手的研究背景12-13
• 1.2 龙门式机械手的优点13
• 1.3 龙门式机械手的国内外研究现状13-14
• 1.4 优化设计和ANSYS软件介绍14-15
• 1.4.1 优化设计14-15
• 1.4.2 有限元分析软件ANSYS Workbench简介15
• 1.5 论文研究目的和意义15-16
• 1.6 论文的研究内容16-17
• 1.7 本章小结17-18
• 第二章 龙门式真空吸附机械手设计18-42
• 2.1 龙门式真空吸附机械手的实现方案选择18-22
• 2.1.1 龙门式结构的特点18
• 2.1.2 直线运动单元概述及选取18-20
• 2.1.3 龙门式机械手的总体动作流程20
• 2.1.4 龙门式机械手总体布置方案、比较及选取20-22
• 2.2 龙门式机械手真空吸盘吸附系统设计22-33
• 2.2.1 真空吸附系统重要参数计算22-28
• 2.2.2 真空吸盘矩阵布局设计28-33
• 2.3 龙门式机械手线性滑轨基本额定动载荷计算33-36
• 2.4 龙门式真空吸附机械手的主要技术参数36-37
• 2.5 龙门式真空吸附机械手的结构设计37-40
• 2.5.1 龙门架结构设计37
• 2.5.2 Y轴水平传送机构结构设计37-38
• 2.5.3 Z轴垂直升降机构结构设计38-39
• 2.5.4 真空吸盘吸取机构结构设计39-40
• 2.5.5 龙门式机械手的总体结构40
• 2.6 本章小结40-42
• 第三章 龙门式真空吸附机械手主梁的拓扑优化与静态性能分析42-62
• 3.1 龙门式机械手主梁的有限元模型的建立42-46
• 3.1.1 模型的简化42-43
• 3.1.2 几何模型的建立43
• 3.1.3 设置材料特性43-44
• 3.1.4 定义组件接触区域44
• 3.1.5 网格划分44-45
• 3.1.6 龙门式机械手主梁的有限元模型45-46
• 3.2 龙门式机械手主梁的拓扑优化和静态性能分析46-51
• 3.2.1 静态分析与拓扑优化的理论46-47
• 3.2.2 龙门式机械手主梁在典型工况下的静态计算结果与分析47-49
• 3.2.3 龙门式机械手主梁在最不稳定工况下的拓扑优化49
• 3.2.4 龙门式机械手主梁的拓扑优化结果分析与二次结构设计49-50
• 3.2.5 龙门式机械手主梁拓扑优化前后的静态分析结果对比50-51
• 3.3 龙门式机械手齿轮齿条接触分析51-55
• 3.3.1 接触问题的基本理论51-52
• 3.3.2 接触迭代法52-53
• 3.3.3 接触单元53
• 3.3.4 接触面与目标面的确定53
• 3.3.5 齿轮齿条副的接触结果分析53-55
• 3.4 龙门式机械手齿轮疲劳寿命分析55-60
• 3.4.1 疲劳分析理论56-59
• 3.4.2 齿轮疲劳寿命结果分析59-60
• 3.5 本章小结60-62
• 第四章 龙门式真空吸附机械手主梁的动态分析62-78
• 4.1 龙门式机械手主梁的模态分析62-66
• 4.1.1 模态分析理论62-64
• 4.1.2 龙门式机械手主梁的模态分析64-65
• 4.1.3 龙门式机械手主梁的模态结果分析65-66
• 4.2 龙门式机械手主梁的谐响应分析66-69
• 4.2.1 谐响应分析理论66-68
• 4.2.2 龙门式机械手主梁的谐响应分析68
• 4.2.3 龙门式机械手主梁的谐响应结果分析68-69
• 4.3 龙门式机械手主梁的瞬态动力学分析69-75
• 4.3.1 瞬态动力学分析理论69-71
• 4.3.2 载荷力的添加71
• 4.3.3 阻尼的选取71-74
• 4.3.4 龙门式机械手主梁的瞬态动力学结果分析74-75
• 4.4 本章小结75-78
• 第五章 龙门式真空吸附机械手主梁的优化设计78-94
• 5.1 优化设计78-81
• 5.1.1 优化设计的数学模型78
• 5.1.2 动态优化设计的内容78-79
• 5.1.3 优化设计的数学模型79-80
• 5.1.4 ANSYS优化设计80-81
• 5.2 灵敏度分析81-83
• 5.2.1 灵敏度分析的概述81-82
• 5.2.2 灵敏度计算的数学意义82-83
• 5.3 龙门式机械手主梁的优化设计变量选取83-86
• 5.3.1 尺寸优化的一般流程83-84
• 5.3.2 优化变量的选取84-86
• 5.4 龙门式机械手中主梁的尺寸灵敏度计算86-88
• 5.5 龙门式机械手主梁的动态优化设计的结果分析88-92
• 5.6 本章小结92-94
• 第六章 龙门式真空吸附机械手主梁的模态试验94-102
• 6.1 龙门式机械手主梁模态实验94-96
• 6.2 龙门式机械手主梁模态试验方案的设计96-98
• 6.3 龙门式机械手主梁模态试验的测试过程98-99
• 6.4 模态参数识别99-100
• 6.5 模态试验结果分析100-101
• 6.6 本章小结101-102
• 第七章 结论与展望102-104
• 7.1 结论102-103
• 7.2 展望103-104
• 参考文献104-108
• 致谢108

【参考文献】

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1 王淼;李娟;;轮边减速机驻车制动器初始压力场的研究[J];装备制造技术;2015年09期

2 蔡履忠;赵p，

本文编号：1064747