機械臂工作裝置的Ansys有限元分析

2016-08-23 by:CAE仿真在線來源:互聯網

裝載機動臂工作裝置的有限元分析

根據以上對工作裝置的有限元分析,其中預處理模塊主要工作為設定單元類型、實常數、材質、構建結構實體模型并進行網格劃分等,求解模塊中定義分析類型及相應選項,施加載荷,確定載荷步選項等并求解,求解參數。主要選擇4節點殼單元對工作裝置動臂進行離散。采用APDL方式與從下到上的建模方法相結合的方式建立模型。因此在動臂建模時充分利用動臂結構的某些相似性、對稱性和一致性,先構建單側模型,再通過復制、旋轉、移動、合成等方法得到動臂的整體模型。對于均勻應力區域,采用自由網格劃分。下面簡要說明一下建模步驟:

(1)初始化ANSYS環境

(2)有限元網格的劃分

在ANSYS環境下,根據動臂的結構特點,結合該軟件提供的單元類型,選擇3維8節點單元Solid45。該單元類型能夠用于不規則形狀,而且不會在精度上有任何損失。本文首先對動臂進行整體自由網格劃分,然后對油缸軸孔和圓角處進行網格細化,以提高計算精度,防止畸變網格的產生。共生成16591個節點,55736個單元(劃分結果略)。

(3)施加約束

由于是靜力分析,必須限制模型的剛體位移,因而在鏟斗鏟土轉動時,可認為:動臂與車架鉸接處,動臂與動臂油缸鉸接處,翻斗油缸與搖臂鉸接處都不發生相對運動,因此在這3個鉸接點處施加相應約束。

(4)施加載荷

裝載機的最大牽引力為185 kN,自重58.8 kN,工作裝置的材料為16Mn鋼,ZL60裝載機的操作質量為20.2 t。本研究是在對稱水平插入力作用工況時進行計算的,在裝載機聯合鏟取時受力最大,水平力(即插入阻力)由裝載機的牽引力確Ry=202.790kN。根據整機縱向穩定性條件,作用于鏟斗上最大的垂直載荷Rx=181.8 kN。進入ANSYS后處理階段,對模型求解分析。

結果分析

應用APDL參數化三維建模和求解分析,得到工作裝置動臂在對稱水平插入力作用工況下的應力分布云圖和變形云圖,由應力分布云圖可知,在正載對稱水平插入力作用工況下動臂的危險點在搖臂和動臂橫梁銷孔鉸接附近,危險點處應力值為20.889MPa,應考慮在動臂橫梁銷孔鉸接周圍采取加強措施。梁的危險點在橫梁與動臂的鉸接處,應力值為11.339 MPa。由變形分布云圖可知,動臂右側板的最大變形為59·946 mm,變形較大,應增加材料的剛度。內側動臂板上表面受拉,下表面受壓,應在改進設計中予以重視。動臂其余部分應力值較小,符合設計要求且有足夠的強度儲備?？傊?該動臂具有良好的剛性,橫梁面積較大足以承受極限偏載所產生的扭矩,應用這種設計方法能較好地解決復雜的空間力學問題,經裝載機靜強度試驗,驗證了本次建模的正確性和計算結果的可靠性。

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