龙门式机械手关键零件的动静态特性及接触分析

＼士业日　ＤＯＩ：１０．３９６９，ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１６．０３．０１９　龙门式机械手关键零件的动静态特性及接触分析　谢占功。，朱建国　，陈贤帅　，周　文　，肖　纳　（１－广州中国科学院先进技术研究所精密工程研究中心，广东广州　５１１４５８；　２．广州大学机械与电气工程学院，广东广州　５１０００６）　摘要：通过ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件建立机架的几何模型，导入ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ中，选取机架在最不稳定工况下进行静力学和模态分　析，得出应力图、位移图和前６阶模态振型图，从而了解机架在最不稳定工状下的静强度性能和刚度性能。参考前６阶模态振　型图，选取机架在最大振幅情况下的振幅值，重新对导轨、滑块进行建模，并进行接触分析，了解了导轨、滑块在变形下的接　触应力图和位移图。　关键词：机械手；静力学分析；模态分析；接触分析　中图分类号：ＴＰ２４１．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９４９２（２０１６）０３—００７２—０５　Ｇａｎｔｒｙ　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　Ｄｙｎａｍｉｃ　ａｎｄ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔａｃｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　０ｆ　Ｋｅｖ　Ｐａｒｔｓ　ＸＩＥ　Ｚｈａｎ—ｇｏｎｇ。，ＺＨＵ　Ｊｉａｎ－ｇｕｏ。，ＣＨＥＮ　Ｘｉａｎ－ｓｈｕａｉ‘，ＺＨＯＵ　Ｗｅｎ　，ＸＩＡＯ　Ｎａ２　（１．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ，　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５　１　１４５８．Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０００６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｍｍｅ　ｇｅｏｍｅｔｒｙ　ｍｏｄｅ１．ｉｍｐｏｒｔ　ｔｈｅ　ＡＮＳＹＳ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ，ｓｅｌｅｃｔ　ｆ　ａｍｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｕｎｓｔａｂｌｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｓｔａｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｍｏｄａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｃ］ｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉａｇｒａｍ，ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｄｉａｇｒａｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　６　ｏｒｄｅｒ　ｍｏｄａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｉｇｕｒｅ，ｔｆｏ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｒａｍｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｕｎｓｔａｂｌｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｓｈａｐｅ　ｏｆ　ｓｔａｔｉｃ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｓｔｉｆｎｅｓｓ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅ￣ｒｅ　６　ｏｒｄｅｒ　ｍｏｄａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｆｉｇｕｒｅ，ｓｅｌｅｃｔ　ｆｒａｍｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｘｉｍｕｍ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｏｆ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ＶａｌＵｅｓ，ｂａｃｋ　ｔｏ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｇｕｉｄｅ　ｒａｉｌ，ｓｌｉｄｅｒ，ａｎｄ　ｃｏｎｔａｃｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｕｉｄｅ　ｒａｉｌ，ｓｌｉｄｅｒ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉａｇｒａｍ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｄｉａｇｒａｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｓｔａｔｉｃｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｏｄａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｎｔａｃｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　对于传统的劳动密集型企业，使用工业机械　手可以减轻工厂对用工的依赖性，降低人力成　本，这是企业实现可持续发展的必由之届各【”。企业　机架如图２所示。机架和　轴横梁上安装的线性　滑轨是整个结构最重要的零件，它们直接影响着　机械手的研制成败。为了保证机械手的定位精　度、较高的运动速度、线性滑轨的接触刚度、齿　轮齿条的啮合度以及导轨、齿条的直线度、平行度　等要求，都需要对机架的静、动态特性进行分析。　更多地使用机器人对其工业生产产量的提升是立　竿见影的，例如工业机械手在板料搬运、码垛等　工业行业中被广泛使用后，很多企业的生产效率　都有了更进一步地提高。工业机械手对现代生产　工业的影响是非常深远的，不仅推动了传统行业　的新一轮发展，而且其市场竞争力同样不亚于现　代化的朝阳产业１２　。　１静力分析　因上料过程中机械手在ｚ轴横梁上有很多种　不同的工况，现只对应力值和位移值最大的工况　进行分析，即为理论上结构最不稳定的状态。由　龙门式工业机械手是当前国内外工业生产中　大量使用的一种自动化设备，总体结构如图１、　收稿日期：２０１５—０９—０８　材料力学知识可知，当升降机构处于横梁中心　时，其应力值和位移值均达到最大，故选取该工　区　丑羹