学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

齿轮热模锻机械手设计及有限元分析

作　者: 吴光明
导　师: 朱瑞祥
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 齿轮热模锻机械手机构设计虚拟样机有限元分析
分类号: TP241
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 106次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

齿轮热模锻压是机械制造业的重要组成部分，并且随着国内工业的迅速发展，相关行业对齿轮的需求量日益增大，而传统的齿轮热模锻靠人工完成上下料越来越满足不了生产要求。为了提高齿轮加工生产效率，同时降低工人劳动强度和保障生产安全，有必要针对齿轮热模锻自动作业进行研究。本文结合齿轮热模锻压工艺流程，提出了齿轮热模锻机械手的总体方案，并对机械手各机构进行设计，运用Pro/E进行三维实体建模，导入ADAMS中建立虚拟样机进行理论和特性研究，并以此为依据利用ANSYS对手指座、底座联轴器等关键部件进行有限元分析来验证设计方案。主要研究内容及结论如下：（1）提出了一种满足齿轮热模锻工艺要求的机械手机械系统总体方案，采用多方案比较法分别对手部、腕部、伸缩及升降臂、底座回转机构等五大机构的方案进行了设计；（2）根据选定的方案和具体作业要求，分别对机械手机械系统五大机构传动及驱动部分进行设计计算，确定了手爪夹紧缸、腕部摆动缸、伸缩及升降缸等四个液压缸和底座电机的参数，初步绘制了结构装配图，为后续零部件及整机三维建模奠定了基础；对机械手液压系统进行了初步设计，确定了换向及调速方案，利用Auto/CAD软件绘制整机液压系统图，为机械手控制系统的设计提供参考；（3）以机构设计得到的尺寸参数为依据，运用Pro/E软件对齿轮热模锻机械手零部件进行三维建模和实体装配，并导入ADAMS仿真平台建立虚拟样机，严格按照作业流程设计step函数进行动态仿真，输出运行动画。ADAMS后处理结果表明机械手的运动性能满足齿轮热模锻加工要求，即机械手能够完成对齿轮工件的抓取、搬运、翻转及卸料；得到的相关构件及铰接点受力、位移特性曲线为下一步对手指座、底座联轴器等关键部件的有限元结构静力学分析提供了依据；（4）将机械手的手指座、底座联轴器等关键部件实体模型导入ANSYS软件进行分析，分别获得了米赛斯等效应力云图和变形位移图。经分析，在设计的作业工况下，手指座最大应力值为169MPa，最大变形量为0.306mm；底座联轴器最大应力值为297MPa，最大变形量为0.311mm。手指座和底座联轴器均没有明显应力集中和大范围变形，再次验证了结构设计的合理性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-15
  1.1 研究的目的和意义  10
  1.2 工业机械手的应用与分类  10-11
    1.2.1 应用  10-11
    1.2.2 分类  11
  1.3 工业机械手研究现状  11-13
    1.3.1 国外研究现状  11-13
    1.3.2 国内研究现状  13
  1.4 主要研究内容  13-14
  1.5 技术路线  14-15
第二章齿轮热模锻机械手总体方案设计  15-26
  2.1 齿轮热模锻造工艺  15
  2.2 锻压现场布置方案  15-18
    2.2.1 机械手的坐标形式与自由度  16-17
    2.2.2 机械手的技术参数  17-18
  2.3 机械手总体方案的确定  18-25
    2.3.1 手爪方案设计  18-22
    2.3.2 腕部方案设计  22
    2.3.3 伸缩臂及升降臂方案设计  22-24
    2.3.4 底座回转机构方案设计  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章齿轮热模锻机械手的机构设计  26-37
  3.1 手部机构设计  26-28
    3.1.1 手爪夹紧力计算  26
    3.1.2 驱动计算及夹紧油缸确定  26-28
    3.1.3 手爪的夹持范围  28
    3.1.4 手部结构  28
  3.2 腕部机构设计  28-31
    3.2.1 回转驱动力矩的计算  28-29
    3.2.2 摆动缸参数的确定  29-30
    3.2.3 腕部及手部结构图  30-31
  3.3 伸缩臂及升降臂机构设计  31-33
    3.3.1 伸缩臂设计考虑的参数  31
    3.3.2 伸缩臂结构方案  31-32
    3.3.3 伸缩油缸结构尺寸的确定  32-33
  3.4 底座回转机构设计  33-35
    3.4.1 设计考虑的参数  33-34
    3.4.2 回转驱动力矩计算  34
    3.4.3 减速机构及电机参数的确定  34-35
  3.5 机械手液压系统的初步设计  35-36
    3.5.1 设计原则  35
    3.5.2 系统方案  35-36
    3.5.3 液压系统图  36
  3.6 本章小结  36-37
第四章机械手三维建模与动态仿真  37-48
  4.1 机械手三维建模  37-40
    4.1.1 CAD软件的选择  37
    4.1.2 机械手整体结构阐述  37
    4.1.3 机械手零部件及整机建模  37-40
  4.2 机械手动态仿真分析  40-47
    4.2.1 仿真软件的确定  40
    4.2.2 机械手作业过程分析  40-41
    4.2.3 机械手虚拟样机的建立  41-45
    4.2.4 仿真结果分析  45-47
  4.3 本章小结  47-48
第五章机械手关键部件的有限元分析  48-55
  5.1 有限元理论及分析软件的选择  48-49
    5.1.1 有限元理论  48-49
    5.1.2 分析软件的选择  49
  5.2 手指座有限元分析  49-52
    5.2.1 手指座受力情况  49
    5.2.2 手指座结构静力分析  49-52
  5.3 底座联轴器有限元分析  52-54
    5.3.1 底座联轴器受力情况  52
    5.3.2 联轴器结构静力分析  52-54
  5.4 本章小结  54-55
第六章结论与展望  55-57
  6.1 结论  55
  6.2 创新点  55
  6.3 展望  55-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
作者简介  61

齿轮热模锻机械手设计及有限元分析

内容摘要

全文目录

相似论文