机械臂设计毕设计说明书 - 图文(10)

中南林业科技大学本科毕业设计 基于Solidworks集材机机械臂的设计

图6-6 副臂总成应力分析图解

副臂总成应力分析结果：通过分析图解可知，证实了在两级副臂连接处所受应力最大的情况，此处的应变也是最大的，最大处为0.00118，最小处为1.07e-011。再结合主臂的分析结果可以肯定，应力与应变的作用效果点是相同的，两者在同一点处反映效果也相同，因此在设计时采用的措施也相同，彼此之间是相互证明的关系。

6.2.4 主臂结构优化

根据以上分析结果可知，主臂的受力变化主要集中在两端连接处，特别是主臂与旋转基座的连接处，主臂中间部位变化较小，考虑到这一情况，提出如下优化建议：

（1） 减薄主臂的中间部分，以减轻主臂的重量； （2） 加厚主臂的两端，提高其承载能力。 优化设计后的效果如图6-7所示：

图6-7 主臂优化设计效果

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优化后主臂的基本特征参数为：质量926.53kg，体积0.119m3。可见，基本参数都发生了较明显的变化，尤其是重量减轻了112.25kg，体积减少了0.013m3。根据优化后的设计重新进行分析，结果如图6-8所示。

图6-8 优化后的主臂有限元模型

优化后应力、应变、位移分析结果分别如图6-9、6-10、6-11所示。

图6-9 主臂优化后应力分析图解 图6-10 主臂优化后应变分析图解

图6-11 主臂优化后位移分析图解

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根据结果可看到，主臂受到的应力为1.0×103～3.08×108Pa，其中主臂与副臂的连接处应力较小，主臂与旋转基座接触处的应力较大。可见优化后，主臂与副臂连接处的应力有了明显的减小，证实了优化的合理效果。

位移分析效果显示位移较明显的主臂与副臂连接处的位移为6.659e+000mm，稍微增大一点，但参照尺寸基本符合实际应用要求。

应变分析结果显示主臂后端的应变为2.341e-009～1.024e-003。较优化前变化明显。

6.2.5 副臂结构优化

利用以上分析结果对副臂采取了如下优化措施：

（1）对副臂后部分根据应力分布和应变分布分析结果进行了结构减薄设计处理；

（2）对承载要求高的地方采用加固处理。 优化设计后的效果如图6-12所示。

图6-12 副臂优化设计效果

优化后的副臂基本特征参数为：质量943.33kg，体积0.119m3，质量减少了33.596kg，体积减少了0.005m3。可见在基本特征参数上优化效果比较明显，起到了减轻质量，节省材料的作用。根据优化后的设计重新进行分析，结果如图6-13所示。

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图6-13 优化后的副臂有限元模型

优化后应变、位移、应力分析结果分别如图6-14、6-15、6-16所示。

图6-14 副臂优化后应变分析图解 图6-15 副臂优化后位移分析图解

图6-16 副臂优化后应力分析图解

根据分析结果可以看到，副臂受到的应力、应变以及位移较优化前都有很好的改善，基本达到了设计的理论要求。

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以上分析结果表明，经过优化设计后，机械臂的质量、体积都发生了较明显的变化，有利于整个装置功率的合理设置，节省材料，提高作业装置（液压抓具）的承载力。通过计算机虚拟设计和对机械臂进行的有限元分析，直观的验证了利用公开资料进行虚拟设计的结构特性和结果，再现了在虚拟状态下机械臂模型受力后的应力、应变、位移分布情况。同时结合实际的作业要求，对部分设计进行了优化，以提高实际样机的可生产性。也为进行物理样机的试制提供试验依据，显著地缩短了研发周期，降低了设计与制造的成本。为今后同类型的林业机械设计提供了一种便捷、可靠的设计方法，对其他相似的工程机械设计也具有一定的参考意义。

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