搬物机械手及其强度特性分析技术研究

发布时间：2017-10-02 02:17

  本文关键词：搬物机械手及其强度特性分析技术研究

  更多相关文章： 机械手 有限元分析 静态分析 模态分析 瞬态动力学分析 疲劳寿命计算

【摘要】：随着物流行业的快速发展,对物流效率方面的要求变得越来越高,而在各个物流环节中,装卸搬运是最重要的环节之一。要提高物流效率,提高装卸搬运这一环节的效率变得尤其重要,本文探讨的搬物机械手它的作用就是用来装卸和搬运,提高物流装卸环节的效率,但是跟所有的承载构件一样,搬物机械手也是处在高强度的交变载荷作用下,因此它也是会发生疲劳破坏的,所以对于搬物机械手在设计上强度、刚度都要满足设计要求,而且还应满足疲劳强度设计要求,以防止疲劳断裂事故的发生。搬物机械手整体结构的强度直接决定整套设备使用效率和寿命,并且是安全性保障的重要一环,因此,对搬物机械手进行静态分析、动态分析以及疲劳寿命研究是非常有必要的。以前传统的对结构的力学研究方法,一般是必须对构件进行简化和估算部分参数的,很显然这样做的结果就会导致计算结果出现偏差。因此,本文采用有限元分析软件ABAQUS对搬物机械手相应的结构进行静力学和动力学分析,希望这种方法能够为以后类似搬物机械手结构的构件提供一些有价值的参考。通过对搬物机械手静态分析,其结果表明采用拆分部件来分别计算每个构件的强度和刚度是一种行之有效的方法,并且其每个部件的分析结果也是在允许范围之内的。插取机构的静态分析表明应力最大的位置为插杆的根部,但应变最大的位置确是插杆的尖端,但是都是在强度和刚度的允许范围之内。X轴行走梁的静态分析表明,虽然行走梁中间为应力、位移较大位置,但是也是符合其基本强度和刚度要求的。本文在ABAQUS中利用模态分析模块分别对机械手抓手插取机构以及X轴行走梁进行前6阶的模态分析,模态分析的结果让我们看到了插取机构和X轴行走梁在不同类型或者不同方向上的载荷对其所产生的影响作用,其实我们进行模态分析的作用无外乎就是为了避免发生共振或出现有害振型,同时还可以依据分析结果优化结构。本文利用ABAQUS中显式动力学分析模块对该搬物机械手行走梁进行了瞬态动力学分析,其分析结果表明结构的位移、速度、加速度响应趋势和结构所受的起升冲击载荷的作用方式基本相符,符合搬物机械手实际工作情况。由于阻尼的作用所造成的能量消耗,随着时间的推移,整个振动系统转换为振幅不断递减的衰减振动,符合设计规范要求。本文采用损伤容限设计来计算搬物机械手的疲劳寿命,此方法其实是目前应用最为广泛的一种计算疲劳寿命的方法,因为它不仅可以计算构件的疲劳寿命,还可以计算正在使用结构的剩余寿命
【关键词】：机械手 有限元分析 静态分析 模态分析 瞬态动力学分析 疲劳寿命计算
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-19
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国内外搬物机械手研究现状13-14
• 1.2.2 机械结构静动态特性研究现状14-16
• 1.3 课题研究的目的和意义16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 2 搬物机械手结构静态分析19-36
• 2.1 有限元方法的基本原理19
• 2.2 有限元软件ABAQUS简介19-21
• 2.2.1 ABAQUS的优势及功能19-20
• 2.2.2 ABAQUS的产品模块以及相互关系20-21
• 2.3 机械手结构及工作原理21-23
• 2.3.1 抓取系统22
• 2.3.2 装卸机器人22-23
• 2.3.3 产品托盘23
• 2.3.4 输送系统及整体布局23
• 2.4 搬物机械手有限元模型的建立23-30
• 2.4.1 有限元建模形式23-24
• 2.4.2 实体模型的简化24-25
• 2.4.3 单元类型的选择25
• 2.4.4 网格的划分25-26
• 2.4.5 主要受力部件有限元模型的建立26-30
• 2.5 搬物机械手结构静态分析30-36
• 2.5.1 结构静态分析理论基础30-31
• 2.5.2 插取机构的静态分析31-34
• 2.5.3 X轴行走梁的静态分析34-36
• 3 搬物机械手模态分析36-46
• 3.1 模态分析方法简介36-37
• 3.2 模态分析理论基础37-39
• 3.2.1 模态分析基本方程37-38
• 3.2.2 模态提取方法38-39
• 3.3 模态分析结果39-46
• 3.3.1 插取机构的模态分析结果39-42
• 3.3.2 X轴行走梁的模态分析结果42-46
• 4 搬物机械手瞬态动力学分析46-55
• 4.1 瞬态动力学分析理论46-49
• 4.1.1 瞬态动力学的基本方程46-47
• 4.1.2 瞬态动力学的分析方法47-48
• 4.1.3 瞬态动力学分析的关键技术48-49
• 4.2 搬物机械手起升过程动力响应分析49-52
• 4.2.1 货物离地过程分析49-50
• 4.2.2 起升过程激励曲线50-51
• 4.2.3 预张紧阶段作用时间t1的确定51-52
• 4.3 瞬态动力学结果分析52-55
• 5 搬物机械手行走梁的疲劳寿命分析55-65
• 5.1 金属疲劳破坏的机理55-57
• 5.1.1 疲劳裂纹的萌生55-56
• 5.1.2 疲劳裂纹的扩展56-57
• 5.1.3 疲劳失稳断裂57
• 5.2 疲劳破坏的主要影响因素57-58
• 5.2.1 应力循环次数57-58
• 5.2.2 应力幅58
• 5.2.3 较大的应力集中58
• 5.2.4 加工制作缺陷58
• 5.3 疲劳寿命的分析方法58-61
• 5.3.1 应力比法59
• 5.3.2 名义应力设计法59-60
• 5.3.3 损伤容限设计60-61
• 5.3.4 疲劳可靠性设计61
• 5.4 行走梁的疲劳寿命计算61-65
• 5.4.1 其他参数的确定61-62
• 5.4.2 疲劳寿命计算62-63
• 5.4.3 计算结果分析63-65
• 6 总结与展望65-67
• 6.1 全文总结65
• 6.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-69

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本文编号：956992