毕业答辩-装载机动臂机构结构设计及有限元分析

毕业论文答辩姓名：学院：机械工程学院专业：机械设计制造及自动化论文题目：装载机动臂机构结构设计及有限元分析21345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ANSYSWorkbench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ANSYSWorkbench软件，这里使用的是静力学分析模块。打开ANSYSWorkbench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μ=0.31，E=2.12×1011Pa

，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ElementSize两项。然后选择MeshControl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表面。用RemoteDisplacement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创建了装载机的三维几何模型。(3)在用ANSYSWorkbench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