機(jī)械臂工作裝置的Ansys有限元分析

2016-08-23 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

裝載機(jī)動臂工作裝置的有限元分析

根據(jù)以上對工作裝置的有限元分析,其中預(yù)處理模塊主要工作為設(shè)定單元類型、實常數(shù)、材質(zhì)、構(gòu)建結(jié)構(gòu)實體模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分等,求解模塊中定義分析類型及相應(yīng)選項,施加載荷,確定載荷步選項等并求解,求解參數(shù)。主要選擇4節(jié)點殼單元對工作裝置動臂進(jìn)行離散。采用APDL方式與從下到上的建模方法相結(jié)合的方式建立模型。因此在動臂建模時充分利用動臂結(jié)構(gòu)的某些相似性、對稱性和一致性,先構(gòu)建單側(cè)模型,再通過復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、移動、合成等方法得到動臂的整體模型。對于均勻應(yīng)力區(qū)域,采用自由網(wǎng)格劃分。下面簡要說明一下建模步驟:

(1)初始化ANSYS環(huán)境

(2)有限元網(wǎng)格的劃分

在ANSYS環(huán)境下,根據(jù)動臂的結(jié)構(gòu)特點,結(jié)合該軟件提供的單元類型,選擇3維8節(jié)點單元Solid45。該單元類型能夠用于不規(guī)則形狀,而且不會在精度上有任何損失。本文首先對動臂進(jìn)行整體自由網(wǎng)格劃分,然后對油缸軸孔和圓角處進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化,以提高計算精度,防止畸變網(wǎng)格的產(chǎn)生。共生成16591個節(jié)點,55736個單元(劃分結(jié)果略)。

(3)施加約束

由于是靜力分析,必須限制模型的剛體位移,因而在鏟斗鏟土轉(zhuǎn)動時,可認(rèn)為:動臂與車架鉸接處,動臂與動臂油缸鉸接處,翻斗油缸與搖臂鉸接處都不發(fā)生相對運動,因此在這3個鉸接點處施加相應(yīng)約束。

(4)施加載荷

裝載機(jī)的最大牽引力為185 kN,自重58.8 kN,工作裝置的材料為16Mn鋼,ZL60裝載機(jī)的操作質(zhì)量為20.2 t。本研究是在對稱水平插入力作用工況時進(jìn)行計算的,在裝載機(jī)聯(lián)合鏟取時受力最大,水平力(即插入阻力)由裝載機(jī)的牽引力確Ry=202.790kN。根據(jù)整機(jī)縱向穩(wěn)定性條件,作用于鏟斗上最大的垂直載荷Rx=181.8 kN。進(jìn)入ANSYS后處理階段,對模型求解分析。

結(jié)果分析

應(yīng)用APDL參數(shù)化三維建模和求解分析,得到工作裝置動臂在對稱水平插入力作用工況下的應(yīng)力分布云圖和變形云圖,由應(yīng)力分布云圖可知,在正載對稱水平插入力作用工況下動臂的危險點在搖臂和動臂橫梁銷孔鉸接附近,危險點處應(yīng)力值為20.889MPa,應(yīng)考慮在動臂橫梁銷孔鉸接周圍采取加強(qiáng)措施。梁的危險點在橫梁與動臂的鉸接處,應(yīng)力值為11.339 MPa。由變形分布云圖可知,動臂右側(cè)板的最大變形為59·946 mm,變形較大,應(yīng)增加材料的剛度。內(nèi)側(cè)動臂板上表面受拉,下表面受壓,應(yīng)在改進(jìn)設(shè)計中予以重視。動臂其余部分應(yīng)力值較小,符合設(shè)計要求且有足夠的強(qiáng)度儲備。總之,該動臂具有良好的剛性,橫梁面積較大足以承受極限偏載所產(chǎn)生的扭矩,應(yīng)用這種設(shè)計方法能較好地解決復(fù)雜的空間力學(xué)問題,經(jīng)裝載機(jī)靜強(qiáng)度試驗,驗證了本次建模的正確性和計算結(jié)果的可靠性。

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