拆除机器人整机的模态分析
发表时间:2008-8-8  作者: 王玉飞 岑豫皖 罗铭 包家汉    来源: 万方数据
关键字: 模态分析 有限元法 ANSYS 拆除机器人 

拆除机器人是为了适应高温、高辐射、高噪声等恶劣工作环境而开发的一种遥控多功能作业机器人,广泛应用于水泥行业和冶金行业中的拆除工作以及在抢险救援工作中对剧毒化学物质泄漏、核物质泄漏的搬运与处理。对予这样复杂的机械设备,仅仅研究其中单个零部件的机械性能已经不能满足要求,有必要深入地研究其整机的动力学性能。以某型号的拆除机器人为研究对象,首先利用Pro/E软件建立了其三维实体模型,通过Pro/E与ANSYS的接口将其导入ANSYS中,并通过节点耦合的方式处理机构连接,从而建立起了整机的有限元模型,运用lanczos法对该有限元模型进行了求解,获得了整机的前lO阶固有振动频率和模态振型,为进一步进行动力学分析奠定了基础。

    工程实际中,几乎所有的设备都处在振动环境中,并以各自特有的形态进行着振动,这不仅有碍产品功能的发挥,而且还会损害操作者的身心健康,污染环境。同时,随着科学技术的发展,产品结构也日趋复杂,对其工作性能的要求也越来越高,为使产品能够安全可靠地工作,必须保证结构系统具有良好的动态特性。因此,必须对机械产品和设备进行动态分析、设计,以满足机械结构静、动态特性要求与低振动、低噪声的要求。

    拆除机器人是由许多结构形状复杂的零部件组成的系统,欲研究其整栅眭能,需要分析装配部件的动态特性。同时,拆除机器人工作在强振动环境下,其工作装置为液压冲击器,为确保拆除机器人工作时具有足够的强度和刚度,并确保其激振源频率避开整机的一阶固有频率,同时做到各部件变形最小、振动最小、辐射噪声最小,就需要研究其动态特性,通过抑制振动、优化结构来提高机器人结构的动刚度和动强度,因此有必要对其整机进行模态分析。模态分析属于动态分析的范畴,一般用于确定设计中的结构或部件的振动特性(频率响应和模态),也是其它动力学分析的起点。

    1 模态分析理论

    一个N自由度的线性系统,其运动微分方程为:

  

    式中:[M]为系统的质量;[c]为系统的阻尼;[K]为系统的刚度矩阵;[%]为系统各点的位移响应向量;[F]为系统各点的激励力向量。

    式(1)是一组耦合方程,当系统自由度很大时,求解十分困难。将耦合方程变化为非耦合的独立方程组,是模态分析必须解决的问题。模态分析方法就是以无阻尼的各阶主振型所对应的模态坐标来代替物理坐标,使微分方程解耦,变成各个独立的微分方程。对式(1)两边进行拉氏变换,得:

 



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责任编辑:赵蔓