装载机动臂机构结构设计及有限元分析.ppt

1、毕业论文答辩 姓名：论文题目：装载机动臂机构结构设计及有限元分析 2 1 3 4 5 绪 论 研究方法与思路 装载机工作装置的三维绘制 装载机动臂的有限元分析 结论 6 致谢 时代的发展对机械结构的要求是越来越高，不只要求施工机械有较高的承载作用。而且人们还期望机械有高的使用寿命，并且少使用材料少花钱，减少开支。最终达到可靠的强度之外还能拥有更可靠地结构。1、绪论 轮式的装载机是施工场地中里最常见的用来铲运材料的工具。装载机的产品在国民基础建设如公路、水利、矿山、码头、铁路等的施工中使用的相当普及。例如进行一些并不复杂的整理工作，大多数时候都是用来运送散体材料。不但转场灵活，操作也方便，是施工

2、机械设备中实用的产品。大臂是这个机械的关键构件，大臂设计坏对工作装置的性能和寿命有直接的影响。在装运材料的时候，如果结构不可靠很容易被破坏，故而很多设计人员对动臂的问题都很重视。该课题用装载机的动臂为例子进行分析和设计，先对动臂进行结构的设计，然后再进行有限元分析，得出结果然后再改进并作出了改进以后的分析。研究方法与思路 文中用ANSYS Workbench软件对装载机动臂进行有限元分析，并且根据求解结果得出了结构的应力和变形分析结果，分析了动臂工作时的危险点和集中应力危险区域，并根据分析结果得出结论。在分析结果的基础上，对装载机动臂进行改进，从而得到更加可靠的结构。3、装载机工作装置的三维绘

3、制 大臂 铲斗 摇臂 连杆 车架 车轮 爆炸图 组装图 对动臂进行有限元分析需要使用有限元分析软件，我们使用ANSYS Workbench软件，这里使用的是静力学分析模块。打开ANSYS Workbench工作界面以后，选择静力学分析项目，然后导入三维模型。在导入三维模型时需要把三维模型重新保存为IGS格式，后再导入。对导入的三维零件进行有限元分析需要进行网格划分，添加材料，施加约束和载荷，求解等步骤。装载机动臂的有限元分析 从左侧区域选中需要的模块拖拽到项目视图里，就会出行图中的项目条框 导入三维图形，操作如下左图所示，然后双击打开Mold，弹出的窗口如右图，如此便完成图形的导入。在线性静力

4、结构分析当中，材料属性只需要定义杨氏模量和泊松比，16Mn的杨氏模量和泊松比为=0.31，E=2.121011Pa，密度7.85Kg/m3，屈服强345MPa，添加到材料库中。材料添加完成以后，大臂就会变成这种颜色 然后就是对动臂进行网格的划分，点击左侧的Mesh，下方会弹出网格设置选项，对相应的选项进行设置，一般只需要设Relevance和Element Size两项。然后选择Mesh Control中的Method，选中需要划分网格的实体，模型就会颜色变化，点击更新按钮网格划分完成。根据偏载一侧的受力的结果，对动臂各个铰点进行约束，并对偏载一侧的铰点施加载荷,施加约束和载荷时施加到铰孔的内

5、表面。用Remote Displacement进行约束，可以设置不同方向的自由度。铰孔的约束只设置约束X、Y方向的自由度，并释放绕着Z方向轴转动的自由度。求解，得到位移云图，应力云图，安全因数图，左图为位移图。左图为应力云图，图中浅蓝色区域所处的应力区间超过了材料的屈服强度，可能会出现变形和破坏。左图为安全因数图，图中红色的部分安全因数小于1，是可能发生破坏的地方。改进后的动臂结构 改进后动臂的最大位移与改进前的相比降低了4.79mm。红色区域的面积大部分消失。改进后浅蓝色区域基本消失，应力都小于屈服强度(1)在进行设计时，了解了工作装置的基本结构、作业方式还有工作的工况。(2)用CATIA创

6、建了装载机的三维几何模型。(3)在用ANSYS Workbench对初次设计的动臂进行有限元的静力学分析后，得到了该部件的应力云、位移云图、安全因数图。结 论(4)通过对分析后得到的各种云图的解读，找到了在偏载工况下动臂一侧最大应力集中区域，位移变形最大的区域和结构容易发生破坏的地方。尤其是在各铰点及靠近铰点的支撑附近变形最大。而通过应力图及安全因数图也可以发现，在动臂的下半部分以及各铰点铰接位置时危险区域，其数值已经超过了材料的应力极限，容易发生疲劳破坏和断裂现象。(5)改进后的大臂应力和变形明显减小。两年中还得到众多老师关心支持和帮助，在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！感谢各位老师百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与论文答辩。致 谢