高效连杆机构设计研究

高效连杆机构设计研究 摘要:本文基于当前高效连杆机构设计与相关理论，对工厂机械臂需求的高效连杆机构进行研究和开发，通过软件来模拟出连杆机构运行的最优方式，以此来让连杆机构运行得更加高效。关键词:UG；高效连杆机构；机械臂1绪论伴随着我国制造行业的飞速发展，我国制造行业的整体技术水平也在不断进步。同时公众对于各类设备的各项要求也随之提高，所以针对当前公众的需求对设备的相关技术进行针对性的优化和调整十分有必要。连杆机构是机械设备的基础结构，针对连杆机构进行相应的研究与优化，相当于从结构上提升了各类设备的运转效率。本文基于UG软件对高校连杆机构进行相应的设计，通过软件来模拟出连杆机构运行的最优方式，以此来让连杆机构运行得更加高效。2连杆机构运动模拟2.1建立模型本次研究基于UG的运动仿真模块，对工厂机器臂的运动进行相应的仿真和分析。针对与UG的强大功能，本次建模的主要途径是利用特征添加来完成建模零件的主体，同时基于实际的用途情况对三维模型进行修正。同时，在建立好工厂机器臂的连杆机构主体后，需要对参数特征进行优化。本次工厂机器臂的两岸主题有限元模型的单元大小为1mm，利用网格来对单元进行相应的划分，最后得出节点数目为78619个，单元数目为27686个。该机械臂的优势首先是可以直接对运动轨迹进行调整，对电焊的位置进行修正，而不需要对原动件的位置进行改动，其次在于能够根据实际情况调整相应的部件，对机械臂的连杆曲线和构件尺寸就行修改，第三是承载能力较强，屈服强度和抗拉强度相较同类型产品都有较大的进步，第四是可拆卸性，方便检修人员进行调整或者检修，第五是针对较远距离的作业能够进行距离的调整。但其缺点也同样明显，首先是机械臂的精度较高，如果在安装过程中不够规范就很容易造成精确上的失误，其次是机械臂的几何锁合会出现相应的间隙，如果使用的时间过长或者不够规范就会造成自锁，同时因为设计问题会出现冲击、噪音和振动现象。本次研究主要是针对该机械臂的此类缺点进行改进。2.2分析准备运动分析的第一步是对该连杆进行定义，本次模型为工厂机器臂的实体模型，实体质量为5kg，其上臂可承受19kg的负载，臂展1440mm，主体为连杆机构，主要用途是钢板材料进行电焊切割，被很多制造业工厂所采用的。其力学特性如下，机械臂外壳的密度为6740kg•m-3，屈服强度为270MPa，抗拉强度为544MPa，伸长率为12%，收缩率为34%。连杆的连接处通过螺栓和预紧力进行结合，同时连杆的小头设置了尺寸较小的活塞销润滑油孔，具备前后结构对称和左右对称的特点。在进行有限元分析计算时忽略较小的圆角和相关的圆滑过渡。第二步是针对该连杆机构进行运动副的定义，运动副能够决定机械运动的准确性，基于连杆机构的运动特性，我们可以确定连杆机构的运动副为旋转副，能够经过转动中心，在方向选择上针对杆件的转动平面垂直。同时该机械臂为连杆机构中的啮合连杆机构，它的两个连杆转动副原点相同，在进行相对转动的情况下所完成的转动矢量有所不同。该机械臂所涉及的其他运动副并非机械臂的主要运动副，所以在此不多作赘述。第三步是针对该机械臂的驱动进行定义，该机械臂的连杆构件为机械臂的主动件，在运动副定义的同时将驱动进行定义，该机械臂的具体特征为往复运动。整体属于欠驱动机器人，在机械臂上各安装一个电机，具备了能耗少、负载少、方便调整和补足全驱动方案等优势。最后是针对该机械臂进行应力分析，连杆优化边界的条件基本可以分为荷载边界条件和约束边界条件两种。约束边界条件包括杆身、大头、小偷、连杆盖的约束，荷载边界条件主要是针对连杆的实际转速和转化的角速度，进而计算出连杆的最大拉力。通过带入荷载边界条件和约束边界条件，就能够针对该机械臂进行分析。3基于UG的高效连杆机构的设计优化首先，建模模块是UG软件的基础，也就是默认初始模块。要执行相关的编程，必须把标准建模模块转换为处理模块，这就是CAM输入初始化。CAM初始化后需创造UG处理模块的任务视图对象的链接，用户收到属于程序的进程视图机视图工件的几何形状的观看和处理方法查看相关画面视图。这些视图也被也称为编辑操作的四个节点组。其次，操作的四个视图节点组对象的创建完成就可以创建加工操作。处理操作被添加到每个视图的节点组以继承节点中相关几何物理类型的参数。同时这些节点组仍然可以通过参数设置方法设置加工操作中的其他工艺参数。第三，生成的相关文件主要是位置文件和连杆轨迹，而对这些连杆进行控制包含数控加工工艺的全部信息，是整个机械臂加工模块的主要部分。这就需要可以单独设置操作中的参数，也可以从几何节点组或处理方法节点组直接继承相关数据。而系统可以根据这些数据进行分析，从而判断出加工的难度，如果加工偏难，就可能需要复杂的操作和繁多的连杆，利用多种多样的加工方式进行加工；如果加工简单，有可能只需要一个操作就能实现全部的加工过程。所以说UG的数控加工编程过程，本质上来说就是一种系统对于数据的分类和排序。第四，当使用UG的加工模块进行相关的编程，无论是在那一个步骤内，都需要对相关对象进行类型和子类型的选择。例如，如果要创建连杆，首先在连杆视图中选择相应的类型。这些默认类型和子类型是UGCNC处理模块提供的处理模板。处理模板本质上是预先设置的组件文件，并存储四个视图节点的信息。第五，驱动方式。完成上述的步骤就相当于定义了驱动点，之后驱动连杆就可以进行加工。当机械臂加工复杂的空间表面时，驱动点通常由弯曲的驱动方法形成。表面驱动器是表面网格上的一系列均匀行和列的驱动点阵列的定义。驱动表面可以是平坦表面或曲面，但是驱动表面必须满足恒定平滑度的要求。最后，生成优化后的连杆机构位置文件。创建连杆位置文件的过程主要分为两步骤：第一步计算相关的运动路径，第二步创建并保存相关的位置文件。在计算工具的路径之前，需要调用对象。该工具在程序的主目录中创建，之后创建的操作对象。然后浏览它的大致内容，了解要生成工具的运动轨迹，之后就可以调用函数UF_PARAM_generate（.），并且可以直接在编辑的形状上显示运动轨迹。如果运动轨迹满足处理要求，则不会发生干涉并生成工具位置文件，进而完成机械臂高效连杆机构的设计优化。4总结总而言之，高效连杆机构的研究还需要结合当地的科学技术的更新、实际的应用情况、人员操作能力等条件进行调整，才能更好的因地制宜制定出相应的高效连杆机构设计方案。本次所设计的相关方案还需要结合更多的变量进行调整，笔者在以后的工作生活中也将继续深入此方面的研究，共同为我国当前的高效连杆机构发展做出贡献。参考文献1刘秀清,杨彬彬,王雪强.基于UG/NXNastran的发动机连杆三维设计及优化J.山东理工大学学报(自然科学版),2019,33(05):10-13.2齐小剑,巩朝冬,崔齐佳.基于UG的平面连杆运动分析J.机械工程师,2015(02):82-83.3张铁异,雷发兵,方宇,张琦,陶思源,肖玉凤,陈俊昌.基于UG的多功能变尺寸连杆机构实验台设计J.轻工科技,2014,30(11):55-56.