HR50折弯机器人结构分析与优化设计

论文总字数：26557字

摘 要

Abstract： Ⅰ

1．绪论 1

1.1 研究背景和课题来源 1

1.2 折弯机以及折弯机械手的发展现状与趋势 2

1.2.1 折弯机的发展历程及现状 2

1.2.2 折弯机器人的发展历程及现状 4

1.3 有限元分析与CAE 6

1.3.1 有限元分析 6

1.3.2 CAE 6

1.4 本课题研究的主要目的 7

2．机身结构模型与有限元模型 8

2.1 HR50折弯机器人简介 8

2.2 优化对象的选择 8

2.3 建模方法的选择 10

2.4 Y杆有限元模型 10

2.4.1 Y杆实体模型简化 10

2.4.2 单元、材料选择 11

2.4.3 网格划分 12

2.4.4 边界约束 12

3．Y杆静力分析 14

3.1 典型工况 14

3.2 加载荷载 15

3.3 Y杆多工况静力分析 16

3.3.1工况一静力分析 16

3.3.2工况二静力分析 17

3.3.3工况三静力分析 17

3.3.4工况四静力分析 18

3.3.5工况五静力分析 19

3.4 分析结论 20

4．Y杆动力学分析 21

4.1 典型工况 21

4.2 添加负载 21

4.3 模态分析 22

4.4 瞬态动力学分析 26

4.4.1 工况一瞬态动力学结果 27

4.4.2 工况二瞬态动力学结果 28

4.4.3 工况三瞬态动力学结果 30

4.5 结果分析 33

5．Y杆优化设计 34

5.1 Y杆优化设计方法及优化模型 34

5.2 优化后Y杆有限元模型 36

5.2.1 单元选择 36

5.2.2 网格划分 36

5.3 优化后Y杆静力学分析 37

5.4 优化后Y杆模态分析 38

5.5 优化结果分析 39

6．总结与展望 40

致谢 41

参考文献： 42

HR50折弯机器人结构分析与优化设计

学号 02011315 姓名 周李真辉

指导教师 汤文成

摘要：

近20年来，我国GDP以10%左右的速度快速发展，特别是从2001年中国加入世界贸易组织以来，我国的制造业发展极为迅速。而由于80年代我国实行计划生育政策的影响，我国经济发展的人口红利也逐步消逝，用工荒的现象逐渐从广东、浙江等沿海省市向全国蔓延。尤其是在劳动强度大、劳动环境恶劣、产品利润低的行业，这更加降低了企业的利润和发展空间。因此，钣金加工企业急需一系列自动化加工设备来改变这一格局。在这一前提下，扬州恒佳自动化公司自主研发了HR系列折弯机器人，实现了钣金机器人的“邗江造”

本文主要围绕扬州恒佳自动化公司的HR50折弯机器人，运用Ansys Workbench对HR50折弯机器人的运动部件Y杆实现静力学和动力学分析以及优化设计。通过移动Y杆导轨上的滑块实现不同工位的模拟，并加载约束和静荷载，求得Y杆静态下的应力和位移云图，找出关键部件的薄弱环节并验证关键部件的静刚度是否满足使用要求。此外，运用Ansys Workbench对Y杆进行模态分析以及瞬态动力学分析，求出Y杆的前六阶固有频率以及振型，再对Y杆添加约束以及动荷载，求出Y杆动态的位移云图。最后针对Y杆的结构进行优化设计，通过改变截面形式和尺寸参数，在保证机床性能和质量变化不大的情况下，Y杆的刚度有一定的提高。

本文对于HR50折弯机器人的结构分析与优化设计方法具有一定的普适性，对于企业进一步提高产品性能以及开发新机型都有一定的指导作用。

关键词：HR50折弯机器人；Ansys Workbench;静力学分析；模态分析；形状优化

HR50 bending robot structure analysis and optimization design

S.E.U.I.D.:02011315 Name Lizhenhui Zhou

Supervised by Wencheng Tang

Abstract：

Over the past 20 years, the rapid development at the rate of about 10% of GDP, especially since China joined the World Trade Organization (wto) in 2001, China's manufacturing industry development is especially rapid.Due to our country executed family planning policy in the 80 s, the influence on the economic development of our country's demographic dividend is also gradually faded, the phenomenon of labor shortage gradually spread across the country from Guangdong, Zhejiang and other coastal provinces and cities . Especially in industry with labor intensity , bad labor conditions and low product profit ,it causes the enterprise profit and development space less.Therefore, sheet metal processing enterprises urgently need a series of automated processing equipment to change this pattern.Under this premise, YangZhou HENGA automation company independently research and development the HR series bending robot, implements the sheet metal of the robot "HanJiang made"

This article mainly about Yangzhou HENGA automation company HR50 bending robot, using the Ansys Workbench to realize the statics and dynamics analysis and optimization design forthe robot movement part Y rod of HR50 bending robot. By moving the slider on the guide rail Y to realize the simulation of different location, loading constraints and static loads,obtaining Y rod’s static stress and displacement nephogram , finding out the weak points of the key components and verifying whether the static stiffness of the key components meets the requirements.In addition, using the Ansys Workbench to implement modal analysis and transient dynamic analysis for Y rod, obtaining the first six order natural frequency and vibration mode, then add constraints and dynamic loads and gain the dynamic displacement nephogram of Y stem. At last, the stiffness of the Y rod is improved by changing the section form and the dimension parameters under the condition of ensuring the quality of machine tool performance and mass unchanged.

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