基于ansys的挖掘机械臂设计及有限元分析

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1、基于ANSYS的挖掘机械臂设计及有限元分析《装备制造技术》2011年第1期随着科学技术的发展，机械手已经广泛应用于各个领域，将操作人员从繁重、单调和重复的体力劳动中解放出来。特别是在高温、危险及有害的作业环境中，可用机械手臂代替人的部分操作[1]。因此对机械手臂的分析研究，是非常有意义的。笔者利用慧鱼创意组合模型，对挖掘机械臂进行了结构设计，并利用ANSYS软件进行有限元分析，为后续研究奠定了基础[2]。1挖掘机械臂结构设计挖掘机械臂由动臂、动臂驱动电机、斗臂、斗臂驱动电机等组成。采用的是螺杆式连接的摆

2、动结构。采用该设计的优点有二：（1）可使螺母平稳移动，从而带动动臂与斗臂一起摆动，使机械臂到达预定位置，方便、简洁[3]。（2）螺杆传动比高，可实现较大的力的输出，在越障时可以模拟挖掘机的越障功能，利用机械手臂把车身前端翘起，越上障碍物，机械手旋转180°，利用机械手撑起车身，履带行进可轻松越过障碍物。结构简图如图1所示。动臂是反铲工作装置的主要部件，本设计采用整体式动臂，结构简单，质量小而刚度大，适用于长期作业[4]。整体式动臂又可分为直动臂和弯动臂两种，其中的直动臂结构简单、质量小、制造方便，主要用

3、于悬挂式液压挖掘机，但不能使挖掘机获得较大的挖掘深度，不适用于通用挖掘机；弯动臂与同长度的直动臂相比，可以使挖掘机有较大的挖掘深度，但降低了卸土高度，这正符合挖掘机反铲作业的要求，本设计采用弯动臂结构。2机械臂结构的有限元分析建立受力模型和约束模型，机械臂旋转盘完全约束在地面上，如图2和图3所示。利用ANSYS软件进行有限元分析，结果如图4所示。图中机械臂的手抓前端部分为应力（位移）最大的区域，其余部分应力（位移）逐渐减小，经过分析最大应力为2.66MPa，最大位移为1.1mm，可以看出变形比较大。在机

4、器人进行越障时，经常会在应力大的地方断裂，因为在弯动臂连接处的凸起物的横截面积很小，应力最大，所以是最容易断裂的地方。3结束语通过上述分析，掌握了挖掘机械臂的应力位移分布，通过改变机械臂材料，可优化其性能，减小位移量，提高刚性，为今后机械臂的设计研究奠定了基础[5]。基于ANSYS的挖掘机械臂设计及有限元分析陈涛（南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州225300）摘要：用慧鱼创意组合模型对多功能履带式机器人的挖掘机械臂进行了结构设计，应用Pro/E软件建立了三维实体模型，利用AN-SYS软件进行有限元分析

5、，得出了机械臂的应力位移分析图，并分析了应力集中对结构的影响及优化方法，为后续研究奠定了基础。关键词：机械臂；结构；设计；有限元分析；ANSYS中图分类号：TH164文献标识码：A文章编号：1672-545X（2011）01-0069-02收稿日期：2010-10-21作者简介：陈涛（1981—），男，江苏南通人，讲师，研究方向为数控技术。图2受力模型图3约束模型图4机械臂结构的应力和位移分析图1机械臂简图螺杆螺母斗臂次斗臂电机手抓手抓电机斗臂电机减速器动臂动臂电机减速器蜗杆M5M6M7M469Equi

6、pmentManufactringTechnologyNo.1，2011参考文献：[1]罗庆生，韩宝玲.现代仿生机器人设计[M].北京：电子工业出版社，2008.[2]曲凌．慧鱼创意机器人设计与实践教程[M].上海：上海交通大学大学出版社，2007.[3]张建民.工业机器人[M].北京：北京理工大学出版社，1992.[4]刘宏伟．基于ADAMS的五自由度机器人运动学仿真[J]．机电产品开发与创新，2008，6（21）：42-44.[5]王霞，李占军，王平.基于ADAMS的六自由度机械手的运动仿真分析[J

7、]．矿山机械，2010，（8）：28-30．DesignandFiniteElementAnalysisforaKindofMiningMechanicalArmbasedonANSYSCHENTao(TaizhouInstituteofScienceandTechnology,NJUST,TaizhouJiangsu225300，China)Abstract：Thepaperdesignsthestructureofakindofminingmechanicalarmofmoretrackedrobo

8、tusingfischertechnik.Italsobuildsthethree-dimensionalentitymodeloftheminingmechanicalarmwithPro/Esoftware.FiniteelementanalysishasbeenaccomplishedusingtheANSYSsoftware.Stressanddisplacementwereofthemechanicalarmhasbeenobta