畢業(yè)答辯-裝載機動臂機構結構設計及有限元分析

畢業(yè)論文答辯姓名：學院：機械工程學院專業(yè)：機械設計制造及自動化論文題目：裝載機動臂機構結構設計及有限元分析21345緒

論研究方法與思路裝載機工作裝置的三維繪制

裝載機動臂的有限元分析結論6致謝時代的發(fā)展對機械結構的要求是越來越高，不只要求施工機械有較高的承載作用。而且人們還期望機械有高的使用壽命，并且少使用材料少花錢，減少開支。最終達到可靠的強度之外還能擁有更可靠地結構。1、緒論輪式的裝載機是施工場地中里最常見的用來鏟運材料的工具。裝載機的產品在國民基礎建設如公路、水利、礦山、碼頭、鐵路等的施工中使用的相當普及。例如進行一些并不復雜的整理工作，大多數時候都是用來運送散體材料。不但轉場靈活，操作也方便，是施工機械設備中實用的產品。大臂是這個機械的關鍵構件，大臂設計壞對工作裝置的性能和壽命有直接的影響。在裝運材料的時候，如果結構不可靠很容易被破壞，故而很多設計人員對動臂的問題都很重視。該課題用裝載機的動臂為例子進行分析和設計，先對動臂進行結構的設計，然后再進行有限元分析，得出結果然后再改進并作出了改進以后的分析。研究方法與思路

文中用ANSYSWorkbench軟件對裝載機動臂進行有限元分析，并且根據求解結果得出了結構的應力和變形分析結果，分析了動臂工作時的危險點和集中應力危險區(qū)域，并根據分析結果得出結論。在分析結果的基礎上，對裝載機動臂進行改進，從而得到更加可靠的結構。3、裝載機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動臂進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分析模塊。打開ANSYSWorkbench工作界面以后，選擇靜力學分析項目，然后導入三維模型。在導入三維模型時需要把三維模型重新保存為IGS格式，后再導入。對導入的三維零件進行有限元分析需要進行網格劃分，添加材料，施加約束和載荷，求解等步驟。裝載機動臂的有限元分析從左側區(qū)域選中需要的模塊拖拽到項目視圖里，就會出行圖中的項目條框導入三維圖形，操作如下左圖所示，然后雙擊打開Mold，彈出的窗口如右圖，如此便完成圖形的導入。在線性靜力結構分析當中，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345MPa，添加到材料庫中。材料添加完成以后，大臂就會變成這種顏色然后就是對動臂進行網格的劃分，點擊左側的Mesh，下方會彈出網格設置選項，對相應的選項進行設置，一般只需要設Relevance和ElementSize兩項。然后選擇MeshControl中的Method，選中需要劃分網格的實體，模型就會顏色變化，點擊更新按鈕網格劃分完成。根據偏載一側的受力的結果，對動臂各個鉸點進行約束，并對偏載一側的鉸點施加載荷,施加約束和載荷時施加到鉸孔的內表面。用RemoteDisplacement進行約束，可以設置不同方向的自由度。鉸孔的約束只設置約束X、Y方向的自由度，并釋放繞著Z方向軸轉動的自由度。求解，得到位移云圖，應力云圖，安全因數圖，左圖為位移圖。左圖為應力云圖，圖中淺藍色區(qū)域所處的應力區(qū)間超過了材料的屈服強度，可能會出現變形和破壞。左圖為安全因數圖，圖中紅色的部分安全因數小于1，是可能發(fā)生破壞的地方。改進后的動臂結構改進后動臂的最大位移與改進前的相比降低了4.79mm。紅色區(qū)域的面積大部分消失。改進后淺藍色區(qū)域基本消失，應力都小于屈服強度(1)在進行設計時，了解了工作裝置的基本結構、作業(yè)方式還有工作的工況。(2)用CATIA創(chuàng)建了裝載機的三維幾何模型。(3)在用ANSYSWorkbench對初次設計的動臂進行有限元的靜力學分析后，得到了該部件的應力云、位移云圖、安全因數圖。結論(4)通過對分析后得到的各種云圖的解讀，找到了在偏載工況下動臂一側最大應力集中區(qū)域，位移變形最大的區(qū)域和結構容易發(fā)生破壞的地方。尤其是在各鉸點及靠近鉸點的支撐附近變形最大。而通過應力圖及安全因數圖也可以發(fā)現，在動臂的下半部分以及各鉸點鉸接位置時危險區(qū)域，其數值已經超過了材料的應力極限，容易發(fā)生疲勞破壞和斷裂現象。(5)改進后的大臂應力和變形明