侧取机械手的结构设计与分析

摘要

近几年，我国注塑制品行业迅速发展，企业对注塑机械手的需求逐渐增大，带动国内生产注塑机械手的企业也越来越多，主要是生产针对卧式注塑机的气动类型机械手和三轴伺服及以下类型机械手。立式注塑机由于自身重心较高，人工取件操作不方便，更加需要有专门配备的机械手用以辅助取件，同时企业也需要不断研发新机型、新技术，提高自身在注塑机械手市场的竞争力。
　　本次课题任务就是针对性的设计开发一种应用在立式注塑机上的侧取机械手。课题在结合企业多年设计开发经验的基础上提出了结构方案，确定了设计要求的性能参数，利用SolidWorks软件完成结构设计并完成侧取机械手模型，对设备上用到的主要外购件分别进行了选型计算。
　　运用ANSYS软件对侧取机械手简化模型进行静力学分析，得到侧取机械手应力图与变形图。从图中可知节点最大应力为4.65Mpa，最大位移变形量为0.44mm，两个值均满足设计参数要求。对侧取机械手简化模型再进行动力学分析，得到侧取机械手低阶固有频率与振型图。分析其前6阶模态振型图。可知手臂振动振幅的大小对侧取机械手振动影响最大。利用拓扑优化的方法对手臂结构梁进行优化，再根据优化结果改进模型，对改进后的模型进行静力学分析与动力学分析，优化后其所受应力与最大变形基本保持不变，固有频率值与优化前相比均有所提高，优化结果一定程度上提高了结构的稳定性，最后将不同优化方式的效果进行比较，选择最佳的优化方式。论文后期进行了振动测试验证，手臂振动振幅在要求精度范围以内。
　　运用ADAMS软件对侧取机械手模型进行运动学分析。选择手臂末端一点作为参考点，通过仿真分析得到手臂各方向运动的位移-速度曲线图与角速度-角加速度曲线图。分析曲线图中的数据，侧取机械手运动规律与实际情况基本一致，运行平稳。最后，经过反复仿真分析，提出了侧取机械手最快的全循环时间，明显提高侧取机械手工作中的生产效率。同时为企业设计开发新系列提供数据依据，缩短开发周期。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的来源、研究背景及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题的研究背景与意义

1．2 注塑机械手概述

1．3 注塑机械手国内外研究现状与发展趋势

1．4 课题的研究内容与目标

1．5 本文的组织结构

1．6 本章小结

第二章 侧取机械手的设计要求

2．1 侧取机械手结构设计原则

2．2 侧取机械手结构方案

2．3 侧取机械手驱动方式的选择

2．4 侧取机械手的性能参数

2．5 本章小结

第三章 侧取机械手的结构设计

3．1 侧取机械手结构设计

3．1．1 手臂

3．1．2 引拔

3．1．3 吸盘与夹具组

3．1．4 底座

3．2 侧取机械手的装配

3．2．1 装配体的结构

3．2．2 侧取机械手装配体的干涉检查

3．3 侧取机械手外购件选型计算

3．3．1 导轨

3．3．2 伺服电机

3．3．3 气缸

3．3．4 油压缓冲器

3．4 本章小结

第四章 侧取机械手的力学分析

4．1 有限元方法与软件

4．1．1 有限元方法

4．1．2 有限元软件

4．2 有限元建模

4．2．1 模型的简化处理

4．2．2 Workbench环境中网格的划分

4．2．3 载荷与约束的设置原则

4．3 静力学分析

4．3．1 分析过程

4．3．2 结果分析

4．4 动力学分析

4．4．1 动态特性

4．4．2 模态分析

4．5 手臂梁结构优化

4．5．1 拓扑优化

4．5．2 优化结果分析

4．6 本章小结

第五章 侧取机械手的运动学分析

5．1 仿真软件介绍

5．1．1 虚拟样机技术

5．1．2 ADAMS仿真软件

5．2 虚拟样机模型的分析过程

5．2．1 虚拟样机模型的建立

5．2．2 零件属性设置

5．2．3 添加约束与驱动

5．3 仿真结果

5．3．1 手臂伸缩运动的仿真曲线

5．3．2 手臂上下运动的仿真曲线

5．3．3 手臂旋转运动的仿真曲线

5．4 调整后侧取机械手运动学仿真

5．5 本章小结

第六章 侧取机械手测试与应用

6．1 课题项目验收

6．2 振动测试验证

6．3 应用前景

6．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

声明

致谢