机械臂设计毕设计说明书 - 图文(6)

?4732.413N?m （4-3）

式中：Mi—各级机械臂左端点弯矩值；

G1，G2，G3—各级机械臂的自重，为简单计，以集中载荷看待； G4—机械臂末端连接的液压抓具自重； L1，L2，L3—各级机械臂的长度尺寸。

其中，G1=10124.9 N，G2=7484.04 N，G3=1760.59 N，G4=2500 N L1=3100 mm， L2=2200 mm， L3=1400 mm 4.2.2 抓举活立木时各级臂架所受弯矩

M1?G1?0.5L1?G2?L1?0.5L2??G3?L1?L2?0.5L3??G4?L1?L2?L3?

? = 10124.9?0.5?3100?7484.04??3100?0.5?2200??17500??3100?2200?1400? ?1760.59??3100?2200?0.5?1400?174940.103N?m （4-4）

M2?G2?0.5L2?G3?L2?0.5L3??G4?L2?L3?

? =7484.04?0.5?2200?1760.59??2200?0.5?1400? ?17500??2200?1400?76338.155N?m （4-5）

M3?G3?0.5L3?G4?L3

=1760.59?0.5?1400?17500?1400

?25732.413N?m （4-6）

式中：Mi—各级机械臂左端点弯矩值；

G1，G2，G3—各级机械臂的自重，为简单计，以集中载荷看待； G4—机械臂末端连接的液压抓具和活立木的重量（活立木重15000N）； L1，L2，L3—各级机械臂的长度尺寸。

其中，G1=10124.9 N，G2=7484.04 N，G3=1760.59 N，G4=17500 N

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L1=3100 mm， L2=2200 mm， L3=1400 mm

4.3 机械臂连接处的受力分析

4.3.1 主臂铰接处分析

已知：G1，G2，G3 ，G4为各级臂架的自重以及液压抓具的自重；L1 ，L2 ，L3为各级臂架的长度尺寸。 对主臂末端点A点求矩：

F1Y?300?G1?0.5L1?G2?L1?0.5L2??G3?L1?L2?0.5L3??G4?L1?L2?L3?

F1Y?300?74440103 （4-7）

得 F1Y?248.134KN

由垂直方向力平衡： F1Y?FAY?G1?G2?G3?G4 （4-8）

FAY?226.264KN

由臂架的几何关系有，臂架水平时，旋转基座液压缸与主臂架夹角约为750。 故有：

F1YF 1Y?sin750 （4-9）?tan750 ，

F1XF1得 F1X?F1Ytan750?66.487KN ， F1?F1Ysin750?256.887KN A点的轴向力 FAX?F1X?66.487KN 4.3.2 副臂铰接处分析 对副臂末端点B点求矩：

F2Y?680?G2?0.5L2?G3?L2?0.5L3??G4?L2?L3? （4-10）

F2Y?680?22338155得 F2Y?32.850KN

由垂直方向力平衡： F2Y?FBY?G2?G3?G4 （4-11）

FBY?21.105KN

由臂架的几何关系有，副臂水平时，连杆二与臂架夹角为300，连杆一与油缸二夹角为450。

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故有：

F2YF 2Y?sin300 （4-12）?tan300 ，

F2XF2得 F2X?F2Ytan300?56.898KN ， F2?F2Ysin300?65.710KN B点的轴向力 FBX?F2X?56.898KN第16页

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

5 基于SolidWorks集材机机械臂的造型

5.1 参数化设计与SolidWorks软件

5.1.1 参数化设计

参数化设计的主要特点是实体模型代替传统的线性模型的使用，实体模型具有真实的，直观的及与实际产品接近的特点，同时实体模型也有体积、质量、质心等物理特性，因此可以方便的进行分析和制造等后续处理。参数化设计的另一个主要特征是尺寸驱动，所谓尺寸驱动就是以模型尺寸来决定模型形状，由一组具有一定相互关联的尺寸来定义一个模型。设计者修改尺寸参数后，经过再生处理即可获得新模型的形状。生产中工程人员对结构形状比较定型的产品系列化、标准化就是典型的参数化设计思想应用。

参数化设计的建模过程采用的方法是特征造型建模。基于建模对象的结构、形状以及装配关系进行合理的抽象，获得不同类型的特征。例如实体特征、基准特征、曲面特征等等。一个模型可以看作是一个在一定程度上多个不同种类的特征的组合。特征建模只需要在绘制出平面草图后通过拉伸、旋转、放样、扫描等方法就可以创建出多种基础特征，然后再在基础特征之上添加诸如圆孔、倒角等特征，使整个设计过程简洁、直观。 5.1.2 SolidWorks软件介绍

世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统就是SolidWorks软件，SolidWorks软件现在是全球装机量最大、最好用的软件。因为它使用了先进的parasolid内核、Windows OLE技术、直观式的设计技术以及良好的与第三方软件的集成技术。有关资料表明，现在全球发放的SolidWorks软件使用许可大约是28万，涉及到机车、离散制造、国防、电子通讯、交通、机械、模具、日用品、娱乐工业、食品、医疗器械、消费品、航空航天等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。在强大的设计功能和易学易用的操作协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。

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由于SolidWorks软件的易学易用、功能强大及技术创新这三大特点，使得SolidWorks 成为主流的、领先的三维CAD设计软件。其能够提供很多种设计方案，以便减少设计过程中的错误以及提高产品的质量。SolidWorks 不仅功能强大，而且对于最初的设计者来说，比较容易上手且操作起来简单方便。对于用惯了微软的Windows系统的用户而言，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks的拖拽功能可以让设计者花费较少的时间就能完成大型设计的装配。SolidWorks具有同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，可以方便地用它管理CAD文件。

本文采用三维机械设计软件为SolidWorks2012版本。

5.2 集材机机械臂零部件造型

集材机机械臂主要由以下零部件组成：旋转基座、旋转支杆、主臂液压油缸、主臂、连杆、副臂液压油缸、副臂、伸缩臂等。由于三维特征造型能够全面、准确的反映零件的真实属性，因此应用SolidWorks软件分别建立机械臂各零件的三维实体模型，下面以旋转基座为例，介绍其实体建模的主要过程，其它零部件的建模过程不再赘述。 5.2.1 旋转基座的造型

图5-1 旋转基座

从图5-1中可以看到旋转基座为一个圆形凸台拉伸体，主要造型方式为凸台拉伸和切除拉伸，可以按照以下的顺序进行建模。

1．首先启动SolidWorks三维设计软件后，新建一个零件文件，首先是绘制

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