机械臂的有限元建模与振动特性分析

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1、学校化码：１０８５６中图分类呼：ＴＨ１１３Ｍ０１０３１３１０２学号：硕＋学位论义，ＭａｓｔｅｒｓＴｈｅｓｉｓ化械臂的有限元建模与振动轉性分析目＇机械设计及理论＾＾—作者姓名—指导教师完成日期２０１５年１２月中图分类号：ＴＨ１１３学校代巧：１０８５６学号ＳＭ０１０３１３１０２上海工程技术大学巧±学位论文机械臂的有限元建模与振动特性分析作者姓名：洪品指导教师：潘颖专业：机械设计及理论学院：机械学院申请学位：工学硕：ｔ完成巧巧：２０巧年１２月评阅

2、人：赵巧肿盛￣尹答辩委员会主席：＾—＾成员：：＾苗ＵｎｉｖｅｒｓｉｔＣｏｄｅ：１０８５６ｙＳｔｕｄｅｎｔＩＤ；Ｍ０１０３；１３１０２？ＦＩＮＩＴＥＥＬＥＭＥＮＴＭＯＤＥＬＩＮＧＡＮＤＶＩＢＲＡＴＩＯＮＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＡＲＭＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＨｏｎｉｎｇＰＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＰａｎＹｉｎｇＭａｏｒ：ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＤｅｓｉｎａｎｄＴｈｅｏｒｊｇｙＣｏｌｌｅｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｇ

3、ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅＳｈａｎｇｈａｉ，Ｐ？化ＣｈｉｎａＤｅｃｅｍｂ化２０１５上海工程技术大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所递交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论支不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中１＾明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名；／曰期；Ｘ？八＊年月文曰＾上海工程技术

4、大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海工程技术大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检。索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文保密□，在适用本授权书。＿年解密盾本学位论文属于不保密弘＂＂（请在Ｗ上方框内打Ｖ）’￣心学位论文作者签名：指导教师签名：乎咸＿点＾＇化曰期：年月１主曰曰期；ｘＶｂ年＾月曰＾／１＾机械臂的有限元建模与振动特性分析摘

5、要车辆在行驶时会受到地面不平度、发动机运行产生的振动等引起的载荷，因此载用低压电器所处的振动环境也很恶劣，会影响低压电器的使用寿命和精度，极有可能造成重大人身伤亡事故和经济损失。所以，对车载低压电器可靠性进行研究，开展高速、变载荷下的载用低压电器可靠性测试具有十分重要的理论和现实意义。本文研究的三坐标定位机械臂就是用于对振动环境中低压电器可靠性进行检测，因此会经常处于模拟车辆行驶的振动环境中，运行环境的复杂化导致结构的失效因素随之增多，尤其是设备所承受的振动以及由此产生的振动疲劳破坏会严重影响结构的安全性能。因此，很有必要对三坐标定位机械臂进行振动特性分析，

6、了解机械臂在振动环境下的响应，这为开展载用低压电器可靠性测试的关键技术研究，制定载用低压电器可靠性测试标准提供了重要的实际工程意义。（1）阐述了有限元方法的基本内容和应用，介绍了所使用的有限元软件ANSYSWorkbench的功能模块及其进行有限元分析的流程。（2）利用Solidworks建立三坐标定位机械臂的三维实体模型，导入通用有限元软件ANSYSWorkbench中，对模型进行适当简化修改；利用多种网格划分方法对有限元模型进行网格划分，得到较高质量的网格；分析计算机械臂在所有典型工况下的应力值和位移值，根据分析结果得出应力值和位移值最大的工况，即为理论

7、上结构的最不稳定工况，并校核了机械臂的强度。（3）对结构的最不稳定工况进行模态分析、谐响应分析以及随机振动分析，通过模态分析，获得了三坐标定位机械臂前10阶的固有频率与相应振型，并结合工程实际，发现机械臂的前3阶振型与实际相符；通过谐响应分析模拟安装抓取机构位置的受力，获得机械臂在受外界简谐激励时的动态响应；同时对机械臂施加车载设备可能受到的垂向、横向、纵向随机载荷进行随机振动分析，获得机械臂应力和机械臂在x、y、z方向的变形云图，提取了安装抓取机构位置处在x、y、z方向变形的功率谱密度响应。I（4）根据机械臂整机的振动特性分析，发现机械臂框架和z轴丝杠的振

8、幅较大，因此，分别对机械臂框架和z轴丝杠进行振动特性