工业机器人机械臂的结构优化

以ER20-C10六自由度工业机器人的大臂为研究对象,针对其质量轻、强度高、动态特性好的需求现状,采用solidThingking Inspire软件对大臂进行静力学分析,采用ANSYS Workbench软件对大臂进行模态分析,以确定大臂模型是否合理并为最后的效果验证提供依据。采用solidThingking Inspire软件对大臂进行拓扑优化,采用ANSA软件对优化后的大臂进行几何清理和网格划分;最后对优化后的大臂进行模态分析和静力学分析。通过对比优化前后的分析结果,发现优化后的大臂在提高强度、刚度和最小安全系数的同时实现了轻量化,为工业机器人机械结构的研发提供了参考。     

基于正交试验的工业机器人机械臂的结构优化和轻量化

以ER20-C10六自由度工业机器人的大臂为研究对象,针对其质量轻、强度高、动态特性好的需求现状,在保证大臂现有功能的基础上,采用正交试验设计对大臂的最优结构进行研究,通过多次正交试验,将各个影响因素的取值范围不断缩小,最终确认最优的大臂结构。采用ANSA软件对优化后的大臂进行几何清理和网格划分;采用solidThinking Inspire软件对优化后的大臂进行静力学分析,采用ANSYS Workbench软件对优化后的大臂进行模态分析,最后将分析结果与原模型的分析结果进行对比,发现优化后的大臂在提高强度、刚度和最小安全系数的同时减轻了质量。对大臂进行轻量化研究,大幅度减轻大臂质量的同时,最大应力比结构优化后的大臂更小,为工业机器人机械结构研发提供了参考。     

焊接机器人大臂有限元分析及拓扑优化

采用有限元分析软件ANSYS对焊接机器人大臂进行静力学和模态分析,得到大臂在最危险工况下的应力变化特性和固有频率及其对应振型,了解了大臂结构的薄弱环节,并对大臂进行拓扑优化设计,根据拓扑优化结果建立新的大臂结构,对最优结构的强度校核证明了设计方案的可用性与有效性。     

基于ANSYS的拆楼机结构设计及优化

建立拆楼机械臂的模型,确定机械臂的危险工况,并针对此工况进行静力学分析。根据分析结果,以轻量化为目标对机械臂进行拓扑优化;基于拓扑优化结果,结合实际制造工艺,对机械臂结构进行优化。优化结果表明:机械臂的质量减少了31.9%;与此同时,机械臂的强度刚度均满足要求,为拆楼机的研发提供了参考。     

重载物流AGV机器人悬架结构优化设计

为提高重载物流AGV机器人的路面适应能力,设计适合物流仓储车间的AGV移动系统。为该系统构建纵臂式独立悬架,具有调节机构以改变减振器角度和纵臂长度。基于简化的悬架系统支架模型,进行静力学特性分析;构建以支架不同尺寸参数为变量,以结构质量为目标函数,以最大变形量和最大等效应力为约束条件的优化数学模型,采用受控精英多目标遗传算法对设计变量进行优化。校核优化后结构强度和刚度满足使用要求,证明了结构优化的合理性,实现了构件精益制造,提高了材料的利用率。     

基于变密度法深孔钻床主轴箱可靠性拓扑优化

以TBT-ML500深孔钻床主轴箱为研究对象,考虑随机因素的影响,通过基于变密度法的可靠性拓扑优化设计方法,进行了考虑可靠性和稳定性要求的结构轻量化设计。在传统拓扑优化的基础上增加概率约束,建立了应力和位移约束下的可靠性拓扑优化模型;以可靠性指标为约束条件,使用一阶可靠性法和Roenblatt逆变换将可靠性拓扑优化问题解耦为可靠性分析和确定性拓扑优化,最后进行变密度拓扑优化。算例分析结果表明：此方法在实现轻量化的同时更好地满足了实际应用中的安全要求,同时为深孔钻床其他基础件的可靠性拓扑优化提供了参考。     

基于ANSYS和神经网络的液压挖掘机动臂轻量化设计方法研究

以挖掘机的动臂结构为研究对象,构建考虑静态强度、刚度、轻量化等性能的优化设计数学模型,以ANSYS软件为工具,对挖掘机动臂进行了轻量化设计计算,针对轻量化设计过程中设计变量非线性的特点,建立了人工神经网络的模型,对ANSYS软件优化设计的结果进行了验证,有效地降低了动臂的质量。结果表明,用两种方法结合起来进行轻量化设计的方法合理可行,对其他的机械进行轻量化设计具有一定的指导意义。     

基于ANSYS Workbench的棉桶更换机器人整机静力学分析与优化

以棉桶更换机器人为研究对象,采用Solidworks对机器人进行建模与装配,获得了总体设计模型;采用ANSYS Workbench软件,分析了棉桶更换机器人整机在最大载荷情况下最远端位姿的静力学特征,得到整机在工作空间内的应力云图和位移云图;综合研究机器人强度和刚度分布特性,指出腰部的回转支架是其薄弱环节所在;提出通过加厚回转支架底部的加强筋,可以在一定程度上减小机器人最大等效应力和最大等效位移,从而进一步提高机器人的结构性能。     

短应力线轧机端盖分析与优化设计

对短应力线轧机轴承座外侧静迷宫端盖的结构进行优化分析,以减轻端盖的质量、提高端盖的强度与刚度。以减少静迷宫端盖质量和最大应力应变作为优化目标,使用Creo建立端盖的参数化模型,通过ANSYS Workbench进行静力学分析,构建响应曲面模型并进行敏感度分析,最后通过MOGA算法对端盖设计参数进行最优求解。优化后与初始值相比,端盖质量减少了16.58%,等效应力降低了22.10%,等效弹性应变下降了20.39%。优化后实现了端盖的轻量化,提高了设计强度和刚度,为以后短应力线轧机的设计优化提供了参考。     

六自由度机器人结构设计及关键件有限元分析

文章介绍了50 kg六自由度机器人的设计方法,包括机器人构型方式、各轴机构传动方式以及电机、减速机的选型。创建了三维模型,利用Ansys WorkBench建立了腰部与大臂有限元模型,分析了危险工况下的应力、形变等性能,确保铸件结构符合设计刚度。该机器人本体结构设计合理,动力传递可靠,关键件强度、刚度满足使用要求,整机设计达到了最终的设计目标。     

码垛机器人小臂结构轻量化设计

以码垛机器人小臂为研究对象,对其进行轻量化结构设计。首先,利用ANSYS Workbench对其进行静力分析和模态分析,得到机器人小臂在最危险工况下的静、动态特性;在此基础上,基于变密度优化方法进行结构拓扑优化,利用Rhino Grasshopper,设计了一种内部填充蜂窝骨架的小臂模型;根据设计后的模型结合经验法,对小臂原模型进行了模型的优化重构,并对优化后的模型进行了强度验证,在满足力学性能的条件下,重量减轻了48.048kg,达到了轻量化的目的。并通过增材制造对机器人小臂模型进行打印,证明了设计方案的可行性,为码垛机器人的设计和加工提供了理论依据。     

基于HyperMesh铣床夹具的静态和模态有限元分析

以一种铣床夹具的结构设计为研究对象,建立了其本体结构的有限元计算模型,在具体工况下对其进行静力学分析,得到其应力、位移云图和静刚度;通过模态分析,得到铣床夹具前5阶模态固有频率和主振型,证明该夹具设计合理,能够满足工作需要。同时找出本体的薄弱环节,为该夹具结构优化提供了依据。     

下肢外骨骼机器人大腿板模态分析与拓扑优化

为提高下肢外骨骼机器人的性能,需对下肢外骨骼机器人部分零件进行结构优化。针对下肢外骨骼机器人大腿板,利用拓扑优化方法,将零件的模态数据作为优化依据。首先建立零件的三维模型,将其导入到Workbench软件中进行静力学分析和模态分析,得到大腿板在最大工作载荷处的最大应力和最大应变以及大腿板前4阶固有频率和最大振幅。然后进行开槽处理,将槽宽设为变量,求解出不同槽宽下的模态参数。最后根据固有频率和振幅参数,在满足减重需求和零件强度需求的情况下,选定槽宽的最优值。经开槽处理后大腿板质量减少明显,固有频率有所减小,抗振性能有所下降,但依然能够满足工况需求,且零件的静力学分析也能够满足要求,故验证了拓扑优化的可行性,对下肢外骨骼机器人结构优化具有参考价值。     

压剪试验机机架拓扑优化及仿真分析

以实现压剪试验机机架的轻量化为目标，分析压剪试验机机架在极限工况下的受力情况，通过Abaqus软件对压剪试验机机架进行静力分析；通过变密度拓扑优化方法对压剪试验机机架进行拓扑优化，并据此进行模型重建；不仅对比分析优化前后机架的静力特性，还对比分析优化前后机架自身的模态特性与突然卸载后的动力特性。结果表明：优化后的压剪试验机机架质量比优化前减轻了14.5%;最大静应力小于材料的屈服强度，最大位移小于允许最大位移量，满足静强度与静刚度要求；各阶模态的固有频率远大于工作频率，满足动刚度要求；突然卸载后，机架上横梁、立柱、底座的最大动应力均小于材料的屈服强度，满足动强度要求。     

基于响应面分析法的开式预弯机轻量化设计

针对一款公称力为22000 kN的开式液压预弯机,在生产前检测其机身结构设计是否满足变形与应力的要求,并且在此基础上降低安全系数以优化结构和进行轻量化设计,将其三维模型进行一定简化。在有限元分析软件ANSYS-Workbench中对预弯机进行静力学分析,确定最大变形量和应力集中分布的结构位置。将对预弯机最大应力影响较大的上横梁焊件和基座焊件的侧板及筋板等4个结构尺寸设为参数,以质量最小为优化目标,约束最大应力和最大变形以及结构尺寸,建立目标函数的优化数学模型。以响应面分析法对预弯机进行轻量化设计,通过中心复合设计产生49组实验数据,筛选和优化后结果显示预弯机质量减轻8330 kg,应力与变形满足设计和材料要求。     

基于虚拟样机技术的转鼓有限元仿真研究

利用Pro/Engineer建立了离心机转鼓的实体模型和虚拟样机模型,在MSC.VisualNastran环境下,采用有限元方法进行了运动学分析、模态分析和静力学分析,得到了转鼓两端轴承的力学状态、系统的多阶固有振动频率、振型以及应力、应变、位移等参数值.根据仿真结果,进行了强度和刚度的校核,分析了转鼓的主要破坏形式和危险位置以及液池深度的变化对转鼓强度和刚度产生的影响.结果表明:现有结构基本满足设计要求,同时给出了的优化方案,为离心机结构设计提供有价值的理论参考.     

动臂式塔机起重臂结构轻量化设计

针对动臂式塔机起重臂金属结构自重大、计算模型复杂等特点,借助APDL语言在ANSYS中建立起重臂结构的有限元优化分析模型,选择起重臂中应力相对集中的弦杆和连接杆作为优化对象,以起重臂重量最轻为优化目标,进行起重臂轻量化设计。优化后大部分杆件的截面尺寸较以前有所减小,起重臂质量减轻了15 699. 6 N,占原起重臂重量的15. 6%。优化后的起重臂最大应力由原来的206. 33 MPa降低到174. 63 MPa,垂向挠度由185. 14 mm降到127. 51 mm,结构应力分布比以前分布更加均匀,且在各种载荷工况下均满足强度、刚度约束条件,有效改进了起重臂设计,达到了轻量化的目标。     

封头自动取料装置关键结构件的有限元分析及改进

封头自动取料装置是专为解决封头液压机上、下料问题而设计制造的专用设备,其关键结构件是用于取料的机械臂。利用有限元分析软件ANSYS建立机械臂模型,在正常工况下对其进行静力学分析,得到应力分析结果。依据分析结果对该机械臂进行改进,为同类结构优化设计提供了理论基础。     

卧式加工中心立柱的轻量化设计研究

针对传统机床立柱设计中存在材料浪费、刚度不足与设计周期长等缺陷,以某卧式加工中心立柱为研究对象,运用有限元法对立柱进行静力学和模态分析,研究立柱的薄弱环节;然后利用Hyper Mesh软件,在保证立柱性能的前提下,以质量最小化为目标对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布结果设计了新的立柱结构,通过对新立柱进行有限元分析,结果表明,立柱的质量减轻了7.88%,刚度和固有频率均有不同程度的提高,达到了立柱轻量化设计的目标。     

基于ANSYS Workbench的数控折弯机的优化设计

文章利用有限元方法,借助Ansys workbench 14.0,以减重为优化目标,在保证结构具有足够强度和刚度的基础上,对原有某折弯机结构分别进行了尺寸优化和拓扑优化,给出了结构的优化模型。同时,对结构中不满足强度和刚度要求的部位进行了改进。尺寸优化后,滑块的最大位移降低19%,最大等效应力降低44%;机架的危险部位最大等效应力降低56%,机架的质量降低了12.7%。拓扑优化后,机架的质量减轻了19.1%。折弯机的综合性能得到大幅提升。