畢業(yè)答辯-裝載機(jī)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析

畢業(yè)論文答辯姓名：學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化論文題目：裝載機(jī)動(dòng)臂機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析21345緒

論研究方法與思路裝載機(jī)工作裝置的三維繪制

裝載機(jī)動(dòng)臂的有限元分析結(jié)論6致謝時(shí)代的發(fā)展對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求是越來(lái)越高，不只要求施工機(jī)械有較高的承載作用。而且人們還期望機(jī)械有高的使用壽命，并且少使用材料少花錢，減少開(kāi)支。最終達(dá)到可靠的強(qiáng)度之外還能擁有更可靠地結(jié)構(gòu)。1、緒論輪式的裝載機(jī)是施工場(chǎng)地中里最常見(jiàn)的用來(lái)鏟運(yùn)材料的工具。裝載機(jī)的產(chǎn)品在國(guó)民基礎(chǔ)建設(shè)如公路、水利、礦山、碼頭、鐵路等的施工中使用的相當(dāng)普及。例如進(jìn)行一些并不復(fù)雜的整理工作，大多數(shù)時(shí)候都是用來(lái)運(yùn)送散體材料。不但轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活，操作也方便，是施工機(jī)械設(shè)備中實(shí)用的產(chǎn)品。大臂是這個(gè)機(jī)械的關(guān)鍵構(gòu)件，大臂設(shè)計(jì)壞對(duì)工作裝置的性能和壽命有直接的影響。在裝運(yùn)材料的時(shí)候，如果結(jié)構(gòu)不可靠很容易被破壞，故而很多設(shè)計(jì)人員對(duì)動(dòng)臂的問(wèn)題都很重視。該課題用裝載機(jī)的動(dòng)臂為例子進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，先對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行有限元分析，得出結(jié)果然后再改進(jìn)并作出了改進(jìn)以后的分析。研究方法與思路

文中用ANSYSWorkbench軟件對(duì)裝載機(jī)動(dòng)臂進(jìn)行有限元分析，并且根據(jù)求解結(jié)果得出了結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形分析結(jié)果，分析了動(dòng)臂工作時(shí)的危險(xiǎn)點(diǎn)和集中應(yīng)力危險(xiǎn)區(qū)域，并根據(jù)分析結(jié)果得出結(jié)論。在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)裝載機(jī)動(dòng)臂進(jìn)行改進(jìn)，從而得到更加可靠的結(jié)構(gòu)。3、裝載機(jī)工作裝置的三維繪制大臂鏟斗搖臂連桿車架車輪爆炸圖組裝圖對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行有限元分析需要使用有限元分析軟件，我們使用ANSYSWorkbench軟件，這里使用的是靜力學(xué)分析模塊。打開(kāi)ANSYSWorkbench工作界面以后，選擇靜力學(xué)分析項(xiàng)目，然后導(dǎo)入三維模型。在導(dǎo)入三維模型時(shí)需要把三維模型重新保存為IGS格式，后再導(dǎo)入。對(duì)導(dǎo)入的三維零件進(jìn)行有限元分析需要進(jìn)行網(wǎng)格劃分，添加材料，施加約束和載荷，求解等步驟。裝載機(jī)動(dòng)臂的有限元分析從左側(cè)區(qū)域選中需要的模塊拖拽到項(xiàng)目視圖里，就會(huì)出行圖中的項(xiàng)目條框?qū)肴S圖形，操作如下左圖所示，然后雙擊打開(kāi)Mold，彈出的窗口如右圖，如此便完成圖形的導(dǎo)入。在線性靜力結(jié)構(gòu)分析當(dāng)中，材料屬性只需要定義楊氏模量和泊松比，16Mn的楊氏模量和泊松比為μ=0.31，E=2.12×1011Pa

，密度7.85Kg/m3，屈服強(qiáng)345MPa，添加到材料庫(kù)中。材料添加完成以后，大臂就會(huì)變成這種顏色然后就是對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，點(diǎn)擊左側(cè)的Mesh，下方會(huì)彈出網(wǎng)格設(shè)置選項(xiàng)，對(duì)相應(yīng)的選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，一般只需要設(shè)Relevance和ElementSize兩項(xiàng)。然后選擇MeshControl中的Method，選中需要?jiǎng)澐志W(wǎng)格的實(shí)體，模型就會(huì)顏色變化，點(diǎn)擊更新按鈕網(wǎng)格劃分完成。根據(jù)偏載一側(cè)的受力的結(jié)果，對(duì)動(dòng)臂各個(gè)鉸點(diǎn)進(jìn)行約束，并對(duì)偏載一側(cè)的鉸點(diǎn)施加載荷,施加約束和載荷時(shí)施加到鉸孔的內(nèi)表面。用RemoteDisplacement進(jìn)行約束，可以設(shè)置不同方向的自由度。鉸孔的約束只設(shè)置約束X、Y方向的自由度，并釋放繞著Z方向軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。求解，得到位移云圖，應(yīng)力云圖，安全因數(shù)圖，左圖為位移圖。左圖為應(yīng)力云圖，圖中淺藍(lán)色區(qū)域所處的應(yīng)力區(qū)間超過(guò)了材料的屈服強(qiáng)度，可能會(huì)出現(xiàn)變形和破壞。左圖為安全因數(shù)圖，圖中紅色的部分安全因數(shù)小于1，是可能發(fā)生破壞的地方。改進(jìn)后的動(dòng)臂結(jié)構(gòu)改進(jìn)后動(dòng)臂的最大位移與改進(jìn)前的相比降低了4.79mm。紅色區(qū)域的面積大部分消失。改進(jìn)后淺藍(lán)色區(qū)域基本消失，應(yīng)力都小于屈服強(qiáng)度(1)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，了解了工作裝置的基本結(jié)構(gòu)、作業(yè)方式還有工作的工況。(2)用CATIA創(chuàng)建了裝載機(jī)的三維幾何模型。(3)在用ANSYSWorkbench對(duì)初次設(shè)計(jì)的動(dòng)臂進(jìn)行有限元的靜力學(xué)分析后，得到了該部件的應(yīng)力云、位移云圖、安全因數(shù)圖。結(jié)論(4)通過(guò)對(duì)分析后得到的各種云圖的解讀，找到了在偏載工況下動(dòng)臂一側(cè)最大應(yīng)力集中區(qū)域，位移變形最大的區(qū)域和結(jié)構(gòu)容易發(fā)生破壞的地方。尤其是在各鉸點(diǎn)及靠近鉸點(diǎn)的支撐附近變形最大。而通過(guò)應(yīng)力圖及安全因數(shù)圖也可以發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)臂的下半部分以及各鉸點(diǎn)鉸接位置時(shí)危險(xiǎn)區(qū)域，其數(shù)值已經(jīng)超過(guò)了材料的應(yīng)力極限，容易發(fā)生疲勞破壞和斷裂現(xiàn)象。(5)改進(jìn)后的大臂應(yīng)力和變形明