基于SolidWorks Simulation的重载机械手主梁有限元分析

1 引言

    重载机械手是主要用于各种较重物料的取件、搬运、自动码堆、机床上下料，板材上下料等自动化机械中，目前国内的机械手主要以注塑机械手为主，重载机械手较少，完全满足不了市场对重载机械手的需求，因此研制重载机械手是非常必要的，研制中对主梁的强度和刚度进行校核特别重要，是必不可少的环节。

2 主要承载梁有限元模型的建立

    如图1所示，重载机械手X主梁和Y主梁为主要承载梁，需要对这两个梁进行强度和刚度校核，从结构中可以看出，X主梁不是简支梁或悬臂梁受力方式，可以近似看作两端固定梁，但是会忽略支撑立柱的变形，Y主梁可以看作是简支梁，但是会忽略支撑箱的支撑效果。如果按照传统的材料力学公式计算，则不仅计算繁杂而且结果不能准确反映实际受力情况。

    运用有限元分析可以准确建立梁的三维模型和受力方式，简化设计分析难度，实现了对主梁的强度、刚度、重量的全程监控，缩短设计周期，降低开发成本。

    2.1 主要承载梁的实体模型的建立

    建立实体模型是进行有限元分析前的重要步骤之一。本文采用的是三维造型软件建立重载机械手主梁模型，如图1所示。使用 Simulation进行有限元分析，实现了CAD-CAE的一体化设计，实现了设计和仿真的同步协同。X梁模型如图2所示，Y梁模型如图3所示。

图1 重载机械手三维结构示意图

图2 X梁三维模型

图3 Y梁三维模型

    2.2 网格划分

    网格划分是有限元分析前处理中的重要工作， Simulation先进的网格处理功能可对复杂的几何模型进行高质量的网格处理。

    Simulation中有几种单元类型，一阶实体四面体单元，二阶实体四面体单元，一阶三角形壳单元，二阶三角形壳单元和两个节点的横梁单元。对于一个方向尺寸较长的梁，用实体单元划分会使网格单元的宽高比很大，这样的网格是不可取的。按照各零件的尺寸特性，我们将主梁和支柱用梁单元划分网格，将其他连接法兰板用实体单元划分网格，这样划分的网格精度高，如图4和图5。

图4 X梁网格划分，载荷和约束示意