桁架機(jī)械手動(dòng)態(tài)特性有限元分析-模態(tài)分析法
發(fā)布者:暢馨精工 發(fā)布時(shí)間:2019-7-15 14:40:48
桁架機(jī)械手是發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋柔性生產(chǎn)線中物流輸送系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分,其在高空中把被加工零件從一臺機(jī)床運(yùn)送到另一臺機(jī)床上,并執(zhí)行機(jī)床的自動(dòng)上下料。如下圖所示,桁架機(jī)械手采用龍門式結(jié)構(gòu),由Y向橫梁與導(dǎo)軌、Z向滑枕、十字滑座、立柱、過渡連接板和基座等部分組成,Y軸和Z軸皆采用滾輪導(dǎo)軌和齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng),并安裝在高強(qiáng)度的鋁型材基礎(chǔ)上。該桁架機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)如下:
(1)行程: Y軸: 8000mm; Z軸: 1000mm
(2)最大移動(dòng)速度: Y軸:120m/min; Z軸: 60m/min
(3)最大加速度: Y軸: 4m/s2 ; Z軸: 2.6m/s2
(4)抓取質(zhì)量: 105kg
桁架機(jī)械手的工作狀態(tài)和使用壽命同其結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性有很大的關(guān)系,因此有必要對其進(jìn)行詳細(xì)的動(dòng)態(tài)特性分析。動(dòng)態(tài)特性的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,采用的主要方法是模態(tài)分析法,包含如下三大部分:
一:靜剛度分析
靜剛度是衡量桁架機(jī)械手性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)上圖中的桁架機(jī)械手的結(jié)構(gòu)來判斷,當(dāng)滑枕沿豎直方向移動(dòng)到最下端時(shí),其伸出量最大,此時(shí)變形也最大,所以整機(jī)的靜剛度分析選擇此時(shí)機(jī)械手的位置來計(jì)算,可計(jì)算出滑枕最下端沿各個(gè)軸向的靜位移量:
X軸向:0.210mm
Y軸向:0.190mm
Z軸向:0.010mm
由計(jì)算結(jié)果可知,整個(gè)機(jī)構(gòu)在X方向的變形量最大,剛度較弱,這是由于滑枕承載時(shí),橫梁產(chǎn)生了扭曲變形所致。同時(shí)滑枕也是該機(jī)械手靜剛度的薄弱環(huán)節(jié),可以采用加強(qiáng)筋或增加滑枕鋁型材的壁厚等措施來提高靜剛度。
二:模態(tài)分析
模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型,其作用不僅是為了避免各機(jī)械零件和結(jié)構(gòu)在工作時(shí)發(fā)生共振,而且是分析結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和其它動(dòng)力特性的基礎(chǔ)。比如橫梁水平方向的彎曲振動(dòng)和橫梁的扭矩變形的模態(tài)分析:
根據(jù)上述模態(tài)分析圖可進(jìn)行分析,橫梁較低的彎曲剛度給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性帶來的影響大。由于十字滑座和滑枕隨著橫梁一起振動(dòng)和扭曲,將影響安裝在滑枕下端機(jī)械手部的定位精度,導(dǎo)致機(jī)械手在上下料時(shí)產(chǎn)生較大的偏差,從而影響工件在機(jī)床上的準(zhǔn)確定位。此外,橫梁的彎曲變形和扭曲變形直接影響固定在橫梁上的導(dǎo)軌的直線度和平行度,也對機(jī)械手的定位精度產(chǎn)生影響。
三:頻響應(yīng)分析
模態(tài)分析可得到桁架機(jī)械手的模態(tài)振型,但這僅表示機(jī)械手各部位的相對振動(dòng)情況,如果把外力激勵(lì)再考慮進(jìn)去,就可確認(rèn)各階模態(tài)振型對整機(jī)振動(dòng)作用的大小,因此對桁架機(jī)械手進(jìn)行頻響應(yīng)特性分析就能更清楚的看出機(jī)械手在動(dòng)態(tài)載荷下的抗振性能:移動(dòng)部件沿橫梁導(dǎo)軌的頻繁啟停以及滑枕的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)都容易引起共振,因而整個(gè)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免共振的發(fā)生,防止由于機(jī)械手的滑枕振動(dòng)過大而導(dǎo)致裝卸工件時(shí)定位不準(zhǔn)確。
佛山市暢馨精工科技有限公司 專業(yè)生產(chǎn)銷售梯形絲桿、齒輪齒條、渦輪蝸桿、滾珠絲桿、坐標(biāo)機(jī)械手、直線模組等產(chǎn)品
(1)行程: Y軸: 8000mm; Z軸: 1000mm
(2)最大移動(dòng)速度: Y軸:120m/min; Z軸: 60m/min
(3)最大加速度: Y軸: 4m/s2 ; Z軸: 2.6m/s2
(4)抓取質(zhì)量: 105kg
桁架機(jī)械手的工作狀態(tài)和使用壽命同其結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性有很大的關(guān)系,因此有必要對其進(jìn)行詳細(xì)的動(dòng)態(tài)特性分析。動(dòng)態(tài)特性的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,采用的主要方法是模態(tài)分析法,包含如下三大部分:
一:靜剛度分析
靜剛度是衡量桁架機(jī)械手性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)上圖中的桁架機(jī)械手的結(jié)構(gòu)來判斷,當(dāng)滑枕沿豎直方向移動(dòng)到最下端時(shí),其伸出量最大,此時(shí)變形也最大,所以整機(jī)的靜剛度分析選擇此時(shí)機(jī)械手的位置來計(jì)算,可計(jì)算出滑枕最下端沿各個(gè)軸向的靜位移量:
X軸向:0.210mm
Y軸向:0.190mm
Z軸向:0.010mm
由計(jì)算結(jié)果可知,整個(gè)機(jī)構(gòu)在X方向的變形量最大,剛度較弱,這是由于滑枕承載時(shí),橫梁產(chǎn)生了扭曲變形所致。同時(shí)滑枕也是該機(jī)械手靜剛度的薄弱環(huán)節(jié),可以采用加強(qiáng)筋或增加滑枕鋁型材的壁厚等措施來提高靜剛度。
二:模態(tài)分析
模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型,其作用不僅是為了避免各機(jī)械零件和結(jié)構(gòu)在工作時(shí)發(fā)生共振,而且是分析結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和其它動(dòng)力特性的基礎(chǔ)。比如橫梁水平方向的彎曲振動(dòng)和橫梁的扭矩變形的模態(tài)分析:
根據(jù)上述模態(tài)分析圖可進(jìn)行分析,橫梁較低的彎曲剛度給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性帶來的影響大。由于十字滑座和滑枕隨著橫梁一起振動(dòng)和扭曲,將影響安裝在滑枕下端機(jī)械手部的定位精度,導(dǎo)致機(jī)械手在上下料時(shí)產(chǎn)生較大的偏差,從而影響工件在機(jī)床上的準(zhǔn)確定位。此外,橫梁的彎曲變形和扭曲變形直接影響固定在橫梁上的導(dǎo)軌的直線度和平行度,也對機(jī)械手的定位精度產(chǎn)生影響。
三:頻響應(yīng)分析
模態(tài)分析可得到桁架機(jī)械手的模態(tài)振型,但這僅表示機(jī)械手各部位的相對振動(dòng)情況,如果把外力激勵(lì)再考慮進(jìn)去,就可確認(rèn)各階模態(tài)振型對整機(jī)振動(dòng)作用的大小,因此對桁架機(jī)械手進(jìn)行頻響應(yīng)特性分析就能更清楚的看出機(jī)械手在動(dòng)態(tài)載荷下的抗振性能:移動(dòng)部件沿橫梁導(dǎo)軌的頻繁啟停以及滑枕的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)都容易引起共振,因而整個(gè)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免共振的發(fā)生,防止由于機(jī)械手的滑枕振動(dòng)過大而導(dǎo)致裝卸工件時(shí)定位不準(zhǔn)確。
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