导轨式机器人桁架的强度设计方案

1、导轨式机器人桁架的强度设计- 企业管理论文导轨式机器人桁架的强度设计李江 1 曾宪杰2 曾宪任1 （ 1.淮安中科科创精密机械科技有限公司； 2.井冈山市大陇镇农业综合服务站）摘要院本文针对漆包线生产线的实际工程问题，设计导轨式机器人桁架结构，采用有限元分析方法对桁架衡梁强度进行校核，完善了桁架强度设计。对初始衡梁设计进行修正，在衡梁中间文章增加一短、小型号矩形钢，增强了结构的强度，提高了结构的刚度，使得新桁架结构在中间位置的最大扰度为0.4mm ，符合设计要求标准（小于0.5mm ），保证伸缩臂在衡梁上滑行顺畅。 关键词院衡梁有限元强度设计1 概述某公司漆包线生产的收线位置目前采用人工收线，

2、生产效率低下。漆包线盘规格多种多样，最重规格200公斤 /个。为了提高生产效率，特设计一导轨式机器人，取代人工收线工艺，实现自动更换线盘作业。对导轨式机器人的机械结构件中，最主要的是机器人的桁架强度，桁架强度设计集中体现在桁架的衡梁强度设计。2 机器人桁架衡梁的设计根据漆包线作业现场，设计机器人的作业范围，衡梁跨度7m左右。整体初步设计如图1所示。衡梁采用空心矩形钢型材截面尺寸为200 × 300 × 10(mm) ，总长7.36m 。结构材料选用结构钢Q345B ，强度较高，以保障结构强度。 Q345B与 Q235A价格相差不大，强度上要高很多，焊接性能也适当。3 衡梁强

3、度校核与修正衡梁设计好后，需要对衡梁机械结构强度和刚度进行校核。从图 1 中可以看出，上升臂安装在衡量上，并通过直线导轨导向运动。因此衡梁刚度要求较高，否则直线导轨上滑块运动困难，要求衡梁上最大扰度小于 0.5mm ，可确保导轨滑块滑行顺畅。本文采用有限元分析方法对衡梁建模并进行有限元分析，得到衡梁上各节点的位移分布及应力分布。实际设计2 跟衡梁并行安置，考虑到运动过程的偏载，对1 根衡梁加全载分析，提高结构的安全性。首先对衡梁进行三维建模，图2 为衡梁的三维模型。建立衡梁的三维模型后，对衡梁进行网格划分，施加约束及载荷后，进行有限元计算。由于漆包线盘负载约180kg ，上升臂约为 320kg

4、 ，得到总负载为500kg 。对衡梁模型两端施加约束，中间位置施加总负载，得到衡梁的位移分布及应力分布云图，如图 3 所示。从图中的应力云图可以看出，衡梁的最大应力为9.24MPa ，远小于材料的屈服 强度345MPa ，衡 梁的 强度 可靠 。 但衡 梁受 载后 的最 大位移为0.769mm ，发生在衡量的中间位置，超出了预计的设计要求0.5mm 。因此，衡梁结构的刚度欠佳，需要提高衡梁的刚度，减少变形，确保导轨滑块运行顺畅。由于最大位移出现在中间位置，因此在衡量中间位置下方增焊一短衡梁，以提高结构的刚度。并对横梁建立有限元模型，再次进行强度计算和校核。图4 为修正横梁的几何尺寸图。横梁采用

5、两矩形钢焊接而成，1# 矩形钢为 300*200*10（mm ）， 2# 矩形钢为 200*150*8(mm)。由于跨度较大，为了减少1# 型钢的变形，特在1#型钢中间下方添加2# 型钢。材料均为Q345 。同样通过加载中间位置，两端设置支撑点，进行了有限元计算。图5 为修正后衡梁在同样载荷下的位移和应力云图。从图中可以看出：中间位置最大位移0.4mm 0.5mm ，确保直线导轨正常滑行。结构最大应力为9.68MPa ，满足材料强度要求。4 结论本文对漆包线生产的一工程实际问题，进行了分析研究。为了提高漆包线生产效率，根据生产现场实际设计一导轨式机器人，并对机器人的核心机构件，即桁架衡梁进行了有限元建模和强度计算，对初始设计方案进行了修正。同时对修正后的衡梁进行校核，结果表明强度和刚度可靠，满足设计要求。参考文献1 陈树勋，杨照刚，汤勇等 .后装式压缩垃圾车结构有限元分析 J.机械设计， 2007(03).2 沈振辉，杨拴强 .自动化挖掘机动臂结构有限元分析策略研究 J.价值工程， 2013(30).3 王林，方欣 .结构有限元分析实用方法及技巧J. 建筑技术开发，2008(11).4 张元坤，李