高效連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計研究

《高效連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計研究》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高效連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計研究（4頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、高效連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計研究 摘要:本文基于當(dāng)前高效連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計與相關(guān)理論，對工廠機(jī)械臂需求的高效連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究和開發(fā)，通過軟件來模擬出連桿機(jī)構(gòu)運行的最優(yōu)方式，以此來讓連桿機(jī)構(gòu)運行得更加高效。 關(guān)鍵詞:UG；高效連桿機(jī)構(gòu)；機(jī)械臂 1緒論 伴隨著我國制造行業(yè)的飛速發(fā)展，我國制造行業(yè)的整體技術(shù)水平也在不斷進(jìn)步。同時公眾對于各類設(shè)備的各項要求也隨之提高，所以針對當(dāng)前公眾的需求對設(shè)備的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行針對性的優(yōu)化和調(diào)整十分有必要。連桿機(jī)構(gòu)是機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，針對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的研究與優(yōu)化，相當(dāng)于從結(jié)構(gòu)上提升了各類設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率。本文基于UG軟件對高校連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行

2、相應(yīng)的設(shè)計，通過軟件來模擬出連桿機(jī)構(gòu)運行的最優(yōu)方式，以此來讓連桿機(jī)構(gòu)運行得更加高效。 2連桿機(jī)構(gòu)運動模擬 2.1建立模型 本次研究基于UG的運動仿真模塊，對工廠機(jī)器臂的運動進(jìn)行相應(yīng)的仿真和分析。針對與UG的強(qiáng)大功能，本次建模的主要途徑是利用特征添加來完成建模零件的主體，同時基于實際的用途情況對三維模型進(jìn)行修正。同時，在建立好工廠機(jī)器臂的連桿機(jī)構(gòu)主體后，需要對參數(shù)特征進(jìn)行優(yōu)化。本次工廠機(jī)器臂的兩岸主題有限元模型的單元大小為1mm，利用網(wǎng)格來對單元進(jìn)行相應(yīng)的劃分，最后得出節(jié)點數(shù)目為78619個，單元數(shù)目為27686個。該機(jī)械臂的優(yōu)勢首先是可以直接對運動軌跡進(jìn)行調(diào)

3、整，對電焊的位置進(jìn)行修正，而不需要對原動件的位置進(jìn)行改動，其次在于能夠根據(jù)實際情況調(diào)整相應(yīng)的部件，對機(jī)械臂的連桿曲線和構(gòu)件尺寸就行修改，第三是承載能力較強(qiáng)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相較同類型產(chǎn)品都有較大的進(jìn)步，第四是可拆卸性，方便檢修人員進(jìn)行調(diào)整或者檢修，第五是針對較遠(yuǎn)距離的作業(yè)能夠進(jìn)行距離的調(diào)整。但其缺點也同樣明顯，首先是機(jī)械臂的精度較高，如果在安裝過程中不夠規(guī)范就很容易造成精確上的失誤，其次是機(jī)械臂的幾何鎖合會出現(xiàn)相應(yīng)的間隙，如果使用的時間過長或者不夠規(guī)范就會造成自鎖，同時因為設(shè)計問題會出現(xiàn)沖擊、噪音和振動現(xiàn)象。本次研究主要是針對該機(jī)械臂的此類缺點進(jìn)行改進(jìn)。 2.2分析準(zhǔn)備

4、 運動分析的第一步是對該連桿進(jìn)行定義，本次模型為工廠機(jī)器臂的實體模型，實體質(zhì)量為5kg，其上臂可承受19kg的負(fù)載，臂展1440mm，主體為連桿機(jī)構(gòu)，主要用途是鋼板材料進(jìn)行電焊切割，被很多制造業(yè)工廠所采用的。其力學(xué)特性如下，機(jī)械臂外殼的密度為6740kg•m-3，屈服強(qiáng)度為270MPa，抗拉強(qiáng)度為544MPa，伸長率為12%，收縮率為34%。連桿的連接處通過螺栓和預(yù)緊力進(jìn)行結(jié)合，同時連桿的小頭設(shè)置了尺寸較小的活塞銷潤滑油孔，具備前后結(jié)構(gòu)對稱和左右對稱的特點。在進(jìn)行有限元分析計算時忽略較小的圓角和相關(guān)的圓滑過渡。第二步是針對該連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動副的定義，運動副能夠決定機(jī)械運動的準(zhǔn)確性，

5、基于連桿機(jī)構(gòu)的運動特性，我們可以確定連桿機(jī)構(gòu)的運動副為旋轉(zhuǎn)副，能夠經(jīng)過轉(zhuǎn)動中心，在方向選擇上針對桿件的轉(zhuǎn)動平面垂直。同時該機(jī)械臂為連桿機(jī)構(gòu)中的嚙合連桿機(jī)構(gòu)，它的兩個連桿轉(zhuǎn)動副原點相同，在進(jìn)行相對轉(zhuǎn)動的情況下所完成的轉(zhuǎn)動矢量有所不同。該機(jī)械臂所涉及的其他運動副并非機(jī)械臂的主要運動副，所以在此不多作贅述。第三步是針對該機(jī)械臂的驅(qū)動進(jìn)行定義，該機(jī)械臂的連桿構(gòu)件為機(jī)械臂的主動件，在運動副定義的同時將驅(qū)動進(jìn)行定義，該機(jī)械臂的具體特征為往復(fù)運動。整體屬于欠驅(qū)動機(jī)器人，在機(jī)械臂上各安裝一個電機(jī)，具備了能耗少、負(fù)載少、方便調(diào)整和補(bǔ)足全驅(qū)動方案等優(yōu)勢。最后是針對該機(jī)械臂進(jìn)行應(yīng)力分析，連桿優(yōu)化邊界的條件基本可以分

6、為荷載邊界條件和約束邊界條件兩種。約束邊界條件包括桿身、大頭、小偷、連桿蓋的約束，荷載邊界條件主要是針對連桿的實際轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)化的角速度，進(jìn)而計算出連桿的最大拉力。通過帶入荷載邊界條件和約束邊界條件，就能夠針對該機(jī)械臂進(jìn)行分析。 3基于UG的高效連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化 首先，建模模塊是UG軟件的基礎(chǔ)，也就是默認(rèn)初始模塊。要執(zhí)行相關(guān)的編程，必須把標(biāo)準(zhǔn)建模模塊轉(zhuǎn)換為處理模塊，這就是CAM輸入初始化。CAM初始化后需創(chuàng)造UG處理模塊的任務(wù)視圖對象的鏈接，用戶收到屬于程序的進(jìn)程視圖機(jī)視圖工件的幾何形狀的觀看和處理方法查看相關(guān)畫面視圖。這些視圖也被也稱為編輯操作的四個節(jié)點組。其次，操作的

7、四個視圖節(jié)點組對象的創(chuàng)建完成就可以創(chuàng)建加工操作。處理操作被添加到每個視圖的節(jié)點組以繼承節(jié)點中相關(guān)幾何物理類型的參數(shù)。同時這些節(jié)點組仍然可以通過參數(shù)設(shè)置方法設(shè)置加工操作中的其他工藝參數(shù)。第三，生成的相關(guān)文件主要是位置文件和連桿軌跡，而對這些連桿進(jìn)行控制包含數(shù)控加工工藝的全部信息，是整個機(jī)械臂加工模塊的主要部分。這就需要可以單獨設(shè)置操作中的參數(shù)，也可以從幾何節(jié)點組或處理方法節(jié)點組直接繼承相關(guān)數(shù)據(jù)。而系統(tǒng)可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷出加工的難度，如果加工偏難，就可能需要復(fù)雜的操作和繁多的連桿，利用多種多樣的加工方式進(jìn)行加工；如果加工簡單，有可能只需要一個操作就能實現(xiàn)全部的加工過程。所以說UG的

8、數(shù)控加工編程過程，本質(zhì)上來說就是一種系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的分類和排序。第四，當(dāng)使用UG的加工模塊進(jìn)行相關(guān)的編程，無論是在那一個步驟內(nèi)，都需要對相關(guān)對象進(jìn)行類型和子類型的選擇。例如，如果要創(chuàng)建連桿，首先在連桿視圖中選擇相應(yīng)的類型。這些默認(rèn)類型和子類型是UGCNC處理模塊提供的處理模板。處理模板本質(zhì)上是預(yù)先設(shè)置的組件文件，并存儲四個視圖節(jié)點的信息。第五，驅(qū)動方式。完成上述的步驟就相當(dāng)于定義了驅(qū)動點，之后驅(qū)動連桿就可以進(jìn)行加工。當(dāng)機(jī)械臂加工復(fù)雜的空間表面時，驅(qū)動點通常由彎曲的驅(qū)動方法形成。表面驅(qū)動器是表面網(wǎng)格上的一系列均勻行和列的驅(qū)動點陣列的定義。驅(qū)動表面可以是平坦表面或曲面，但是驅(qū)動表面必須滿足恒定平滑度

9、的要求。最后，生成優(yōu)化后的連桿機(jī)構(gòu)位置文件。創(chuàng)建連桿位置文件的過程主要分為兩步驟：第一步計算相關(guān)的運動路徑，第二步創(chuàng)建并保存相關(guān)的位置文件。在計算工具的路徑之前，需要調(diào)用對象。該工具在程序的主目錄中創(chuàng)建，之后創(chuàng)建的操作對象。然后瀏覽它的大致內(nèi)容，了解要生成工具的運動軌跡，之后就可以調(diào)用函數(shù)UF_PARAM_generate（...），并且可以直接在編輯的形狀上顯示運動軌跡。如果運動軌跡滿足處理要求，則不會發(fā)生干涉并生成工具位置文件，進(jìn)而完成機(jī)械臂高效連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化。 4總結(jié) 總而言之，高效連桿機(jī)構(gòu)的研究還需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐目茖W(xué)技術(shù)的更新、實際的應(yīng)用情況、人員操作能力等條

10、件進(jìn)行調(diào)整，才能更好的因地制宜制定出相應(yīng)的高效連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計方案。本次所設(shè)計的相關(guān)方案還需要結(jié)合更多的變量進(jìn)行調(diào)整，筆者在以后的工作生活中也將繼續(xù)深入此方面的研究，共同為我國當(dāng)前的高效連桿機(jī)構(gòu)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。 參考文獻(xiàn) [1]劉秀清,楊彬彬,王雪強(qiáng).基于UG/NXNastran的發(fā)動機(jī)連桿三維設(shè)計及優(yōu)化[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2019,33(05):10-13. [2]齊小劍,鞏朝冬,崔齊佳.基于UG的平面連桿運動分析[J].機(jī)械工程師,2015(02):82-83. [3]張鐵異,雷發(fā)兵,方宇,張琦,陶思源,肖玉鳳,陳俊昌.基于UG的多功能變尺寸連桿機(jī)構(gòu)實驗臺設(shè)計[J].輕工科技,2014,30(11):55-56.