混凝土泵车新型双油缸臂架连杆机构有限元分析.pdf

混凝土泵车新型双油缸臂架连杆机构有限元分析 口郭承志 口缪雄辉 口李建涛 口夏益民 口刘石坚 三一重工股份有 限公司 长沙4 1 0 1 0 0 摘要 ： 分析 了混凝 土泵车传统臂 架连杆机构的运动链 ， 提 出了一种双 油缸连杆机构 。对该种连杆机 构进行 了几何 建模 ， 并把模 型导入 了有限元软件 中进行 了分析 。 分析结果显示 ： 新型双油缸连杆机 构与传统连杆机构相 比， 具有重量轻 、 受力简单 以及油缸力 小的特点。该连杆机构设计对混凝土泵车设计具有一定的参考价值。 关键词 ： 混凝土泵车运动链双油缸臂架连杆 机构有 限元分析 中图分类号： T Hl 2 2 文献标 识码： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 9 9 8 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 1 1 - 0 3 混 凝 土 泵 车 臂 架 属 于 悬 臂 梁 结 构 一 般 由 4 7 节 臂 架 和 其 相 邻 的 连 杆 机 构 组 成 图 1所 示 为 5节 臂 架 系 统 完 全 水 平 展 开 的 情 况 臂 架 之 间 的 连 杆 机 产 了 连 杆 构1 连 杆 构2 连 杆 机 构3 l 连 杆 机 构 4 连 杆 机 构 5 骨挈1 骨架2 骨 3 骨雒4 骨 5 二生二 = = ： -二 一 = = =l 一 一一 构 皆 为 平 面 连 杆 机 构 ， 一 般 采 用 液 压 油 缸 驱 动 。 臂 架 系 统 相 当 于 一 个 巨 型 机 械 手 臂 由 5个 自 F 1 度 为 l的平 面 闭 式 链 通 过 臂 架 串联 成 一 个 自 由 度 为 5的 平 面 开 式 链 机 构 臂 架 系 统 的 最 大 优 点 是 动 作 灵 活 在 其 工 作 范 围 内 ( 除 臂 架 完 全 伸 长 的 情 况 外 ) ， 臂 架 末 端 在 某 一 点 上 工 作 时 臂 架 系 统 有 无 穷 种 姿 态 可 以 实 现 。 实 现 这 一 点 需 要 臂 架 之 间 的 转 角 要 很 大 一 般 要 求 转 角 超 过 1 8 O 。 有 的 甚 至 超 过 2 7 0 o 。 臂 架 之 间 的 连 杆 机 构 一 般 根 据 空 间 限 制 、 转 角 需 求 选 用 不 同 类 型 的 连 杆 机 构 。 对 于 泵 车 臂 架 的 设 计 来 说 重 量 是 一 个 十 分 重 要 的参 数 如 何 设 计 优 化 连 杆 机 构 并 使 之 符 合 空 间 限 制 的 要 求 成 为 关 键 本 文 基 于 6杆 机 构 提 出 了 双 油 缸 驱 动 的 7杆 机 构 ， 与 传 统 6杆 机 构 性 能 相 比 ， 具 有 更 多 优 点 ， 对 混 凝 土 泵 车 设 计 具 有 一 定 的 参 考 价 值 1 新型双油缸 连杆 机构 对 现 有 混 凝 土 泵 车 臂 架 系 统 连 杆 机 构 进 行 一 般 化 处 理 1 - 2 ， 归 纳 出 3种 运 动 链 型 ， 如 图 2 ( a ) ( c ) 所 示 ， 它 们 均 属 于 自 由 度 为 1的 6杆 机 构 ， 只 是 结 构 型 式 不 同 。 由 图 2 ( a ) ( c ) 可 看 出 ： 6杆 机 构 特 点 是 具 有 两 个 相 互 关 联 的 环 在 实 际 应 用 于 泵 车 臂 架 连 杆 机 构 时 ， 由 于 具 有 机 构 参 数 较 多 、 边 界 条 件 较 复 杂 、 受 力 情 况 复 杂 等 特 性 因此 很 难 得 到 最 优 的 解 以 图 1中 的 连 杆 机 构 2为 例 打 破 两 个 相 互 关 联 收稿 日期 ： 2 0 1 2年 8月 机械制造 5 l 卷 第 5 8 1 期 图 1 泵车臂架结构简图 ( a ) ( b ) ( c ) F E D 图 2 臂架连杆机构一般化运动链 图 3新 型 臂 架 连 杆 机 构 的 环 ， 将 图 2( a ) 中 3副 件 1变 成 2个 2副 件 ， 自 由 度 增 加1的 6杆 机 构 变 成 自由 度 为 2的 7杆 机 构 产 生 了 两 个 独 立 的 环 ( 如 图 2( d ) 所 示 ) 这 两 个 独 立 环 有 一 个 共 用 铰 接 点 。因 为 此 时 机 构 的 自由 度 为 2 需 要 有 两 个 驱 动 机 构 。选 取 构 件 2和 3、构 件 5和 6为 两 个 油 缸 构 件1和 1 为 相 邻 连 接 的 两 节 臂 架 构 件 4为 连 杆 可 以 得 到 一 种 新 型 臂 架 连 杆 机 构 结 构 简 图 如 图 3 所 示 。 从 机 构 的 角 度 看 两 自 由度 7杆 机 构 比 单 自 由度 2 0 1 3 1 回 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基 于 AD A MS 的 轮 边 减 速 器 动 力 学 分 析 口张彦烨 口朱广辉 1 湖南科技大学 机电工程学院湖南湘潭4 1 1 2 0 1 2 湘电集 团股份有 限公 司 湖南湘潭4 1 1 1 0 1 摘要 ：应 用 S o l i d Wo r k s对某轮 边减速器的二级行 星齿轮 建模 ，通过 S o l i d Wo r k s 与 A D A MS软件接 口将模 型导入 A D A M S中， 建立行星齿轮虚拟样机 ， 根 据 He r t z弹性撞击理论 ， 确定接触刚度 系数 ， 并在 额定转速下仿 真齿轮 所受切 向力 的 变化 曲线和太 阳轮的浮动轨迹 ， 可 为轮边减速器设计和优 化提供参 考。 关键词 ： A D A MS齿轮仿真切向力 中图分类号 ： T H1 3 2 4 ； T P 3 9 1 9 文献标识码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 0 4 9 9 8 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 1 3 0 3 行 星 齿 轮 装 置 广 泛 应 用 于 汽 车 工 业 和 航 天 工 业 中 典 型 的 应 用 包 括 喷 气 推 进 系 统 、 旋 翼 变 速 箱 、 客 运 车 辆 自动 变 速 箱 、 分 动 箱 和 低 速 变 速 箱 。 它 们 的 高 功 率 密 度 设 计 与 运 动 学 相 结 合 可 以 获 得 不 同 的 速 比 使 行 星 齿 轮 装 置 比副 轴 齿 轮 减 速 系 统 更 可 取 根 据 汽 车 工 业 的 研 究 不 必 要 的 振 动 和 噪 声 在 汽 车 的 齿 轮 箱 中 产 生 。 而 汽 车 的设 计 要 求 是 振 动 小 、 舒 适 性 高 这 就 需 要 设 计 者 在 设 计 中 建 立 精 准 的 模 型 来 分 析 齿 轮 的 动 态 特 性 。 行 星 齿 轮 在 传 动 中通 常 采 用 均 载 机 构 来 补 偿 不 可 避 免 的 制 造 误 差 以 均 衡 各 行 星 轮 传 递 的 载 荷 行 星 齿 轮 的 均 载 机 构 分 为 基 本 构 件 浮 动 的 均 载 机 构 、 弹 性 件 均 载 机 构 、行 星 轮 自动 调 位 均 载 机 构 和 杠 杆 联 动 均 载 机 构 等 。在 传 动 扭 矩 比较 大 的 情 况 下 ， NW 型 行 星 传 动 通 常 采 用 太 阳 轮 进 行 浮 动 。 ADAMS 2 是 虚 拟 样 机 分 析 软 件 它 具 有 强 大 的 动 力 学 仿 真 和 后 处 理 功 能 对 模 型 进 行 动 力 学 仿 真 。得 到 其 冲 击 力 变 化 曲 线 并 对 其 进 行 分 析 为 动 态 特 性 优 化 提 供 理 论 指 导 1 三维实体建模 行 星 齿 轮 减 速 器 工 作 原 理 如 图 1所 示 行 星 架 6 固 定 在 车 架 上 动 力 由 1输 入 经 过 两 级 减 速 后 由 内 齿 收稿 日期 ： 2 0 1 2年 8月 轮 4带 动 车 轮 5运 行 由 于 二 级 行 星 齿 轮 减 速 器 的 动 力 学 分 析 是 研 究 重 点 因 此 对 该 减 速 器 的 模 型 进 行 简 化 省 略 支 撑 行 星 轮 的 轴 承 、 隔 套 及 孔 用 挡 圈 等 零 件 这 种 简 化 对 行 星 齿 轮 减 速 器 的 动 力 学 仿 真 的 影 响 较 小 运 用 三 维 设 计 软 件 S o l i d Wo r k s对 系 统 进 行 建 模 。 2 数据转换 在 S o l i d Wo r k s中装 配 好 三 维 实 体 模 型 后 将 模 型 定 义 为 P a r a s o l i d文 件 格 式 在 ADAMS 中 通 过 F i l e I mp o r t 选 项 输 入 C AD 几 何 模 型 。齿 轮 材 料 选 用 的 是 合 金 钢 ： 弹 性 模 量 1 9 0 GP a ， 泊 松 比 0 2 6； 密 度 7 _ 3 t m3 。 根 据 齿 轮 传 动 的 运 动 规 律 。 本 系 统 加 入 的 约 束 和 载 荷 为 ： ( 1 )大 小 行 星 轮 固 连 。 所 有 齿 轮 施 加 旋 转 副 ， 在 齿 轮 啮 合 处 添 加 齿 轮 副 机 架 为 地 ； ( 2 )在 齿 轮 副 之 间 施 加 接 触 碰 撞 力 ，以仿 真 齿 轮 啮 合 传 动 ； ( 3 )在 太 阳 轮 的 转 动 副 上 施 加 恒 定 的转 速 驱 动 内 齿 圈 转 动 副 上 加 一 个 恒 定 负 载 转 矩 ，以 模 拟 工 作 机 负 载 ： ( 4)对 系 统 施 加 重 力 载 荷 2 3 版 社 2 0 0 6 王玉新 机械创新设计方法学 M 天津 ： 天津大学 出版社 ， 1 99 6 周焕林 M S C P A T R A N&MS C N A S T R A N入 门和实例 M 合肥 ： 合肥 工业 大学 出版社 。 2 0 0 6 机械制造5 1 卷 第5 8 1 期 4 5 王斌华 五节臂混凝土泵 车的有限元建模与模 态分析 J 广西大学学报( 自然科学版 ) ， 2 0 1 1 ( 5 ) 张思献 基于 A D A MS的泵 车臂架运动 学分析 J 建筑 机 械 ， 2 0 1 1 ( 2 1 ) ( 编 辑 凌 云 ) 2 0 1 3 1 回 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m