普通挖掘机反铲装置的结构设计与研究大学论文.doc

全套设计（图纸）加扣扣 194535455普通挖掘机反铲装置的结构设计与研究摘要 挖掘机在建设的时候有着不可动摇的地位，它能帮助我们节省劳动力，能在较短的时间里完成我们不能完成的事。 普通的挖掘机主要是通过液压缸来完成反铲工作装置的运动，由于挖掘机使用时的受力很大，所以其寿命不是很长，我这次设计的是先对挖掘机进行一些简单的计算，用PRO/E绘制挖掘机的图，再通过ADAMS软件和ANSYS软件进行分析，并运用ANSYS软件对挖掘机中变形量大的零件进行优化改进和对应力集中的地方进行优化改进，对比未进行改进与改进后的变形量、应力、应变的大小后发现优化改进非常的成功,达到优化的效果。关键词： 挖掘机 工作装置 铲斗 动臂 斗杆 Structure design and research general Excavator Backhoe device Abstract:Excavator in construction of time have an unshakable position. It can help us save labor, can finish what we cannot finish in a short time.Ordinary excavator is mainly through the hydraulic cylinder to complete the motion of the backhoe working device, due to the excavator using the force is very big, so the life is not very long, I the design is first, some simple calculations of the excavator, excavator drawing using pro/e graph, by Adams and ANSYS software were analyzed, and the use of ANSYS software of excavator deformation of parts for improvement and Optimization on the stress concentration of the local optimization and improvement were comparison of improvement and improved after deformation, the magnitude of the stress and strain after found improved very successful and achieve the optimization effect.Keywords :excavator Working device bucket Movable arm The bucket rod目录第一章 前言4 1.1课题背景5 1.2挖掘机现状5 1.3研究的目的和内容5 1.4设计方法6第二章 反铲工作装置结构设计7 2.1、总体设计方案7 2.1.1、设计依据7 2.2、动力的选择7 2.3、工作装置的结构确定7 2.3.1.、斗杆和斗杆液压缸的位置确定8 2.3.2、铲斗结构参数的确定8 2.3.3、动臂机构的设计11 2.3.4、反铲斗杆参数的确定12 2.3.5、铲斗连杆结构的设计13 2.3.6、反铲工作装置设计的混合法14 2.3.7、最大挖掘阻力的计算18 2.3.8、物料重力加载18第三章 基于PRO/E的液压挖掘机建模19 3.1、对动臂建模19 3.2、对斗杆的建模20 3.3、对铲斗建模21 3.4、对整体进行装配23第四章 对挖掘机分析25 4.1、用ADAMS进行分析25 4.1.1、用ADAMS的目的25 4.1.2、对ADAMS软件进行介绍25 4.1.3、用ADAMS软件对挖掘机工作装置进行分析25 4.2、用ANSYS进行分析32 4.2.1、用ANSYS的目的32 4.2.2、对ANSYS软件进行介绍32 4.2.3、ANSYS对挖掘机工作装置进行分析32 4.2.3.1、分析的主要路线32第五章 挖掘机反铲装在优化39 5.1、针对反铲的齿尖进行优化39 5.2、对零件进行倒圆角优化40 5.3、其他的优化方法41第六章 改良后的挖掘机的静力学验证43第七章 总结46致谢47第一章 前言1.1课题背景 随着我国的快速发展，人们的生活水平在不断的提高，人们对生活质量的要求也变得越来越高，致使现在的高速路、铁道、高楼大厦、隧道、河坝的修建越来越多，挖掘机也在快速的发展。在我选择这个课题之前虽然已经有一部分的学长、学姐选择相关与这个的题目，但他们大多数都是选着纯计算的方式进行设计与校核验证，或只用单个的ANSYS软件或单个的ADAMS软件对挖掘机整体或动臂进行设计与研究，从而使他们设计的也现实的相差很大；所以我选择的普通挖掘机的设计是结合ANSYS软件和ADAMS软件对普通挖掘机进行设计和优化使其模拟现实挖掘机的情况，使其设计更接近于实际设计。1.2挖掘机现状 挖掘机是一款省劳动力的工具，自从有了挖掘机以后人们不用再一点一点地搬运石头或泥土，我国机械式挖掘机是在20世纪60年代初期开始设计开发的。我国挖掘机销售主要是国外独资和合资公司所占领，而我国的挖掘机也是借着与国外公司合资而快速从无发展到有的。 国内的挖掘机市场越来越大，我国的西部大开发、西气东输的计划加快了我过挖掘机的发展，从1994年的2150台，到现在的月销售8278台。虽然挖掘机的数目在快速的增长，但是我国挖掘机在整体结构方面以及管道的布局等方面还是存在许许多多的不足，致使我国自己生产的挖掘机的销售远远的落后于国外挖掘机的销售情况，具不完全体统计：我国自己生产的挖掘机在全行业的占有不到10%。 面对我国目前的状况，我国应该大力的发展我国在挖掘机方面的技术，我国的挖掘机生产商一点都不缺钱，何不用这些钱去发展自己的技术，让自己的挖掘机在国际市场上去占一席之地。除了技术发展以外，我们还要注意进行市场调查，结合实际，开发出更能满足市场需要的产品；生产商也应注意自己的服务态度，学习国外先进的销售手段和管理理念，提升自己的信誉，从而深入人心。1.3研究的目的和内容 1.3.1、研究目的：通过ADAMS软件和ANSYS软件对挖掘机进行模拟分析，用这两个软件分析得到相关数据，进行优化改进，使设计的挖掘机受到的的力减弱，延长挖掘机的寿命。1.3.2、研究方法：明确题目要求和目的，通过互联网及图书馆相关书籍和数据库查找普通挖掘机的相关结构参数，查找有关机型，选择其中一些数据，进行简单计算得到画图所需的数据，用ADAMS软件对其分析，观察挖掘机的情况（每两个零件间的力、零件位子、零件的角速度、角速度），在用ADAMS软件制作视频；用ANSYS软件对设计的反铲部分进行模拟分析，找出变形量大的以及应力应变集中的地方，进行具体的优化设计。在此过程中可以利用proe、auto cad ADAMS、ANSYS等计算机辅助设计工具进行结构设计及运动分析和受力分析，并在导师指导下完善改进以获得最优结果。1.3.3、技术路线：1.分析原工作结构：挖掘机的工作装置就是挖掘时所用的部分。它包含动臂、斗杆、铲斗三部分。由于挖掘机的工作装置拥有各种形状不同，所以它能够胜任很多不同的作业工作。2. 设计构思：1）了解知道研究对象普通挖掘机的反铲装置； 2）总体的分析与选择；3）进行参数选择及计算； 4）用PROE画挖掘机工作装置的三维图；5）用ADAMS软件与ANSYS软件对挖掘机进行模拟分析； 6）进行优化设计；7）制作运动仿真和CAD图纸；1.4设计方法 初步计算出工作装置：动臂、斗杆以及铲斗，用PROE画挖掘机的实物图，应用ANSYS软件对其进行模拟分析，通过软件ADAMS对其进行运动分析，找出其中的不足，进行优化改进；本文研究的难点在于ADAMS软件和ANSYS软件的学习与运用。第二章 反铲工作装置结构设计反铲工作装置的工作原理，是动臂与斗杆、斗杆与铲斗通过互相连在一起，动臂、斗杆和铲斗在平面坐标系内移动（尤其是铲斗）都是由各自的油缸进行带动，从而使挖掘装置运动起来进行挖掘。2.1、总体设计方案2.1.1、设计依据 由于要绘制挖掘机的三维图，但在网上及查阅的资料中无法找到具体绘制三维图时所用的参数，所以只能借鉴一部分的数据，设计一部分的数据；我设计时所借鉴的参数大多是从WY200中找到的，而其外形情况也是通过WY200的外形来绘制的。 设计参数有：铲斗容量：1.0 ， 油缸一般取其伸缩比为=1.6-1.7 ，液压缸的D=140mm,d=90mm。2.1.2、总体设计原则 1、应使设计的尺寸达到工作时的要求。在设计的时候尽可能的考虑国家的要求，尽量少出现或不会出现机构的碰撞。2、尽量是挖掘机的挖掘力分布均匀，满足工作装置应有的要求。3、把挖掘机挖掘时的的效率增大，把挖掘所用的时间降低。4、定铰点的位置和其形状、大小设计时尽可能让它受到的力差不多大，在满足工作要求的条件下尽量减轻自身重量。5、由于作业有时要求很高，有时要求很低，使用时尽量考虑各个零件的通用性，用铰点或配套机构时，一定要应注意他们主次。在满足使用要求的前提下，尽可能使让其零件不要替换；让要替换的结构简单，互换的时候比较容易。6、尽量让所用的液压缸相同，选择材料是尽量选择能承受较大压强的材料。2.2、动力的选择 为了使挖掘机行驶方便，具有较大的动力，所以选取柴油机作为挖掘机的动力。2.3、工作装置的结构确定 动臂的结构有整体式与组合式两种，整体式的结构比较的好设计与制造但用到的地方不多，组合式的结构复杂但适合大多数的工作环境要求，所以组合式是大多数设计者的首选，动臂与机身的铰接点一般会布置在回转平台的前部，动臂油缸和机身的连接点的地方与动机(动臂与机身）的连接点地方有密切联系，一般设计在动臂与机身铰接点前下方、回转平台的最前方，并不能低于平台底部，以满足动臂的提升力矩与闭锁力矩的要求。2.3.1.、斗杆和斗杆液压缸的位置确定斗杆油缸布置于斗杆的上部位，要考虑反铲挖掘机的挖掘方式为向下向后挖掘方式，这时斗杆油缸大腔为工作腔，有较大的挖掘力。在只有斗杆油缸及斗杆在运动时，斗杆油缸的大腔闭锁，它有满足要求的闭锁压力。 2.3.1.1、动臂与斗杆长度比的确定动臂的长度与斗杆的长度的比值K1=L1/L2大小能够反应挖掘机的挖掘能力。看了一下关于挖掘机设计的书发现，当K12时，动臂就会比较长而斗杆相比一下就会比较短；当K11.5时,动臂就会比较短而斗杆就会相对比较长；当K1在1.5-2之间时，适合很多多挖掘机，但由于工作作业条件和要求配置的原因，而改变其取值。 根据反铲工作装置的特点及其工作范围，在工作尺寸相同的条件下，K1越大，斗杆越短，作业范围窄；同理，K1越小，斗杆越长，作业范围宽；当K1越大时，其起到作用的主要是斗杆，其特点能产生较大的额定斗杆挖掘力；反之，以铲斗挖掘为主，其铲斗能够承受较大额定挖掘力。从实用范围来讲，一般选用铲斗的最大挖掘力作为设计的标准。 2.3.1.2、确定各液压缸的数目、缸径及伸缩比 按参考文献1，对动臂油缸一般取其伸缩比为=1.6-1.7；特殊情况下，可将其增大到1.75；斗杆油缸，其伸缩比为=1.6-1.7；而铲斗油缸，取其为1.5-1.7。油缸的选择原则是要满足部件的运动范围，并尽量在使用时利用油缸的全部行程，同时应避免出现受压失稳和机构的干涉。2.3.2、铲斗结构参数的确定2.3.2.1、铲斗主要参数确定如图2-1所示，下面是设计铲斗时的主要参数:铲斗的容量q，铲斗挖掘半径和平均斗宽b，它们与铲斗挖掘装满转角2之间存在数学关系如下： 图2-1 铲斗主要参数q=0.5b(2-sin2) (2-1)-土壤松散系数，取其范围1.22-1.3之间（三级土壤）挖掘装满转角2一般去- 铲斗的主要参数的合理选择还要依据其转斗挖掘能量来判断，该参数指的是转斗挖掘单位体积土壤所耗费的能量，数学表达式如下：E=（2+100R） （2-2）K-挖掘机在挖掘过程中受到其他影响时的影响因素系数；-函数，当q=0.15-1.2时，=1.5；-函数，当q=0.15-1.2时，=0.07； 根据式（2-1）、（2-2）知道，铲斗宽度b对挖掘能容的影响远远大于转斗挖掘回转半径R的影响，因此从能容量的角度考虑，铲斗宽度不宜太大。表2-1 各种挖掘机参数斗容量q/0.40.50.60.811.62斗宽b/m欧美120种0.780.880.941.181.261.51.65日本50种0.8511.061.121.271.61.77前苏联6种0.780.841.161.56中国12种0.890.911.18其他0.91.11.41.8推荐上线1.01.21.41.8推荐下线0.81.01.21.6根据表2-1及公式2-1/2-2选择反铲斗平均斗宽b=1.16-1.4m，我的设计选着b=1.2m，得到1.258m2.3.2.2、铲斗其他结构参数的确定 在前面已经确定一些参数，下面进行其他参数的确定。 如图2-2，对于取其值为（0.3-0.38），该值小时有利于扩大铲斗的转角范围，但增大了该处的受力，对铲斗的结构强度和刚度不利，所以选值要求 图2-2 铲斗结构参数 时不仅要满足铲斗有足够大的转角范围，同时还应尽量减小此处的受力，保证此处的强度、硬度要求；对于KQV，一般取其在-，过小不利于挖掘机在挖掘过程中物料向铲斗中的流动；太大又不利铲斗挖掘力的正常发挥，并太大还会导致铲斗的斗容量过大。 对于铲斗的结构形状：铲斗的内壁、外壁要光滑；一般铲斗的前部比后部略宽，斗口比斗底，其倾角一般在2-5度；为了使铲斗内的物料不掉出，设计时应尽量让铲斗的弯曲弧度大一些。2.3.3、动臂机构的设计2.3.3.1、动臂的结构形状及动臂机构上铰接点位置的设计如图2-3所示，根据查阅资料知动臂弯角的取值范围一般在110-140度，小的动臂弯角有利于增大挖掘深度，但挖掘高度会降低且对结构不利，因为弯曲部位会产生应力集中；越小造成的应力集中现象就会越容易出现并且应力的值也会比较大；图中的比值能够确定B点的位置。U、B一般不重合，取值范围为1.1-1.3；/=1.1-1.3。前面已经知道选择的动臂油缸的伸缩比为1.6-1.7。 图2-3 动臂上各位置示意图 通过观察各种型号的挖掘机我们知道动臂与回转平台的铰接点C一般设置在位于A的后面并且低于高于A的水平面，从挖掘机的设计手册我发现的取值是取动臂油缸最短长度的0.5-0.6长。B点一般选择取在动臂弯曲部位的下方。2.3.3.2、动臂的几何参数的确定 参考WY200型号的挖掘机和设计手册初选=，伸缩比为1.65，动臂油缸数目为2，缸径D1=140mm,活塞杆直径d1=90mm,确定U点的位置：= （2-3）根据=UF/UC得： （2-4）取=2175mm，则=3864mm 2.3.4、反铲斗杆参数的确定2.3.4.1、斗杆的结构形状及斗杆结构上各铰接点位置的布置如图2-4中为斗杆油缸在此种情况下产生最大挖掘力所在的姿态；此时，斗刃与斗齿的运动曲线相切，相切后角度为零，则阻力臂按数学公式如下：图2-4 斗杆油缸产生最大挖掘机 （2-5）式中-平面内斗刃与QV连线的夹角，一般在左右。根据力矩平衡公式推导出得： （2-6） 斗杆油缸的行程与斗杆的摆角范围及有关，其中摆角可按参照同类机型初选，其参考范围在。减小其值会减小挖掘机在挖掘过程中的作业范围；增大其值会增加斗杆的结构条件限制，使平均挖掘力减小。斗杆的实际挖掘转角（1/2-2/3）之间，查阅资料得到D=140mm，d=90mm的斗杆可获得的最大挖掘力为82kN得到=1.3m。 2.3.4.2、确定D点的位置 按图2-5所示的几何关系，推导斗杆油缸和动臂的铰接点D与斗杆和动臂的铰接点F的距离的数学表达式如下： 图2-5 斗杆结构参数 （2-7）参阅资料的得到公式： （2-8）其中，为伸缩比为1.6-1.7，得到=2756mm 参考WY200型号的挖掘机和挖掘机设计手册，斗杆油缸伸缩比为1.6-1.7与前面选择的一样，为的是便于更换，斗杆数目为1，缸径为D1=140mm，活塞杆直径d1=90mm,摆角。2.3.5、铲斗连杆结构的设计2.3.5.1、铲斗连杆机构的设计要求：（1） 要让铲斗在挖掘的过程中有足够转角。（2） 能够让挖掘机铲斗上的斗齿产生满足挖掘时所需的挖掘力，并且其力在挖掘时的变化曲线尽量跟挖掘阻力的变化曲线一致。（3） 机构不能发生干涉。2.3.5.2、铲斗连杆机构的设计 根据前面铲斗的主要结构参数：如铲斗挖掘回转半径（）、铲斗平均宽度b、铲斗上两铰点距离KQ、KQV以及转斗挖掘装满转角2，从而初选反铲铲斗连杆机构的尺寸参数。 根据前面除了铲斗的结构参数外，确定铲斗连杆结构还有其他结构主要参数如下：根据WY200机型和挖掘机设计手册知道，铲斗油缸的油缸直径D3=140mm,d3=90mm，铲斗油缸的伸缩比为1.6-1.7，如图2-6，根据相关文献，按以下数学公式关系选则铲斗连杆机构的主要尺寸参数：图2-6 铲斗连杆结构等的示意图 KQ=1/3或KQ=（0.3-0.38） （2-9） MNKQ，HN（1-1.5）MN，HKHN，NQ(0.7-0.8)MN， 根据式2-1、2-2、2-9以及同类机型与设计手册得KQ=476mm，MNH=，NQ=573mm，MN=577mm，HK=577mm2.3.6、反铲工作装置设计的混合法 如图2-7所示，根据前面所选的参数，绘制机体外形尺寸、整机坐标系，标出主要工作尺寸（最大挖掘深度H1，最大挖掘高度H2，最大卸料高度H3，最大挖掘半径R1）、回转中心位置、回转底盘G1重心位置、平台重心G2位置及回转平台个高度h1。 图2-7 普通反铲工作工作装置设计基准参数 根据前面得到的的铲斗回转半径、铲斗平均斗宽b和铲斗挖掘转角（），在最大卸料高度H3之上标出铲斗与斗杆铰接点Q的最高位置水平线，最大挖掘深度H1之上标出铲斗与斗杆铰接点Q的最低位置水平线，如图2-8所示。图2-8 工作装置的作图法 初选动臂油缸全缩时的动臂俯角（参考WY200号机型在），在动臂与机身铰接点C处画出动臂最低方位CC1，如图2-8所示。选取不同的动臂长度，把其作为半径，C点为圆心画弧，在CC1线上得到多处交点，如图2-8中的、，然后分别过以上各交点作为垂直于停机面的直线上，这些线段与相交得出斗杆与铲斗的相应铰接点了，这些对应点之间的垂直距离即代表不同方案是的斗杆长度，则： (2-10)-动臂俯角（代负值）-最大挖掘深度（代负值）根据文献参考=1.1-2.0之间，根据以上结果在选定的同时在图2-8中标出的动臂与斗杆的铰接点位置，如图2-8中的点。初选动臂与斗杆的最大夹角（），在图中的动臂最低点位置处选定，作出斗杆方位线，如图2-8中的，并在其延长线上标出斗齿尖位置点，则。以为圆心，为半径作弧交延长线与点，斗齿尖距C的最远距离为，其数学表达式如下： （2-11） （2-12）以C为圆心、为半径作圆交于，交延长线与点，弧段应是包络线的其中一部分，并通过最大挖掘半径时的斗齿尖位置点，该点作为斗杆与铲斗铰接点的最高位置；以为圆心，为半径作弧与最大挖掘高度相交得到斗齿尖的最高位置。自点作垂线交线于点P，则： (2-14) (2-15) 初选斗杆的摆角在之间，铲斗的转角在之间，如图2-9所示。 图2-9 工作装置的作图法动臂的弯角的根据资料的到其范围在，把B点布置在动臂弯曲的中间部分，这样不至于影响挖掘深度，对于上下动臂的比值，其取值范围在1.1-1.3，动臂油缸的长度比在1.6-1.7之间。2.3.7、最大挖掘阻力的计算铲斗挖掘时，其法向的值很小，几乎忽略不计，则其受到的挖掘阻力主要在切向方向上，其数学表达式如下： (2-16)K-挖掘比阻力，取20N/b-斗宽，cm，取120cmH-挖掘深度，一般取H=（0.10.33）b，cm则=95.04KN2.3.8、物料重力加载 物料重力是根据挖掘机斗容量为1.0m3 的情况进行计算,一般选取土壤密度最大的，即是三级土壤，它的密度为1. 8 kg/ m3 ,则挖掘机的物料质量为2.16 kg ,物料重力为21.17kN。第三章 基于PRO/E的液压挖掘机建模Pro/ENGINEER是一款功能比较强大的三维软件，它包含了从开始的草绘的绘制到三维图完成和工程图的导出，它包含许多的使用模块，使用期模块对三维造型进行全方位的设计，使我们机械专业使用比较多、应用比较多的三维软件。3.1、对动臂建模 绘制动臂主要使用拉伸、打孔、倒圆角、镜像等指令来完成，先草绘出侧面的轮廓进行拉伸出大概的主体，再通过镜像、拔模与打孔等指令完成其他的部分从而得到： 图3-1 动臂的侧面 图3-2 动臂-斗杆连接处 图3-3 动臂上耳座支座3.2、对斗杆的建模 斗杆的建模与动臂的建模的步骤差不多，都是用拉伸、打孔、倒圆角、镜像等指令来完成，先草绘出侧面的轮廓进行拉伸出大概的主体，再通过镜像、拔模与打孔等指令完成其他的部分从而得到： 图3-4 斗杆侧面 图3-5 斗杆-油缸连接出 图3-6 斗杆上耳座支座3.3、对铲斗建模铲斗建模所用的指令与上面相同，得到的图： 图3-7 铲斗上部分加外框 图3-8 与连杆、斗杆的连接部分 图3-9 斗齿绘绘制 图3-10 挖齿沿挖斗边方向阵列，距离290，阵列数目5 图3-11 铲斗最终模型3.4、对整体进行装配 图3-12 挖掘机总装配图 在装配时，首先选的是机身下部分，并定义成；旋转台与机身下底部的连接定义为；机身上部分与旋转台的连接定义为；动臂于旋转台的连接定义为；其他零件的链接都是，除了油缸中两杆件的连接定义为，如图3-12。第四章 对挖掘机分析4.1、用ADAMS进行分析4.1.1、用ADAMS的目的 由于ADAMS能很好的模仿实际情况，从而更好的了解到各个铰接点的受力情况，知道受力最大的具体位置，轨迹路线，使数据更加的接近于实际。 通过使用ADAMS软件分析，我们能够得到的结果是各个零件每个时间的角速度，各个零件每个时间所在的位移以及各个铰接点随时间变化时的受力情况，模拟挖掘机的挖掘过程。制作仿真视频。4.1.2、对ADAMS软件进行介绍 ADAMS软件是是一种功能强大的、针对于机械方面的动态模拟软件。它在机械系统动力分析方面占有重要的指导地位，深受机械设计者的喜爱。在国外很多大学都开设了有关的课程，并对其进行相关的开发应用，ADAMS能够通过动态仿真分析得到速度、位移、铰接点的力以及力矩的时间曲线；ADAMS能够很好的模拟实际情况，使得到得结果更加的理性化，使得到得数据更加的接近实际。4.1.3、用ADAMS软件对挖掘机工作装置进行分析4.1.3.1、分析的主要路线 首先用Pro/E对其进行建模，从pro/e保存副本中选择Parasolid(*.x_t)格式，打开ADAMS,选择文件导入（文本类型x-t,读取文件后再输入一个新的模型名称）视图（选择模型）-物体（点击最后一个零件，把其中的PSMAR1删除）工具（验证模型，没有错误后进行以下操作）点击每个零件对其添加质量点击底座，把其设为大地选择连接，添加每两个两件间的约束选着驱动，添加所需的驱动函数选着要添加力的零件，对其添加力并在其中添加力随时间变化的阶跃函数。4.1.3.2、分析时的主要步骤导入模型图4-1后进行质量的添加，由于动臂处的油缸和铲斗处的连接杆是一幅一幅的，所以在之前一点要对动臂处的油缸和连接杆进行布尔操作，挖掘机设计时选择的是钢，添加质量如下图4-1。图4-1 导入后的模型图 图4-2 质量特性 图4-1是对大臂（动臂）添加质量特性，其中表示出材料的类型以及、密度、杨氏模量、泊松比等，点击应用确定从而对动臂添加质量，同理其他的每个零件也是依次对其添加质量。添加质量后对其添加重力，如下图4-2。 图4-2 重力设置 图4-1中表示挖掘机的重力是沿Y的负方向，选其方向的原因是本人在导出其图时选择底座的外表面是X-Y面且向上是+Y，向右是+X，所以重力竖直向下的方向即是-Y。添加质量、重力后对挖掘机中的零件添加约束让零件连接起来，其约束如表4-1表：表4-1零件1零件2约束机身大地固定副动臂机身转动副连接杆连接杆球副动臂液压缸机身转动副动臂活塞杆动臂液压缸移动副斗杆活塞杆斗杆液压缸移动副铲斗活塞杆铲斗液压缸移动副斗杆动臂转动副斗杆液压缸动臂转动副动臂液压缸动臂转动副斗杆液压缸动臂转动副斗杆液压缸斗杆转动副斗杆铲斗油缸转动副铲斗两对连杆转动副斗杆铲斗转动副铲斗连杆转动副连杆斗杆转动副 添加约束过后进行施加载荷，首先选着零件铲斗，选择的力为作用力，点击齿尖，把其力摄制在沿齿尖向铲斗内，在选择铲斗下表面，点击其质心从而设置其竖直向下的物料重力（由于本人选择是重力的方向设置竖直向上所以其解约函数的值先为负值）。 力设置完成后，对所有的油缸位移添加驱动函数和对力添加所需的阶跃函数，目的是为了能够真实实际的了解到其运动规律，其中的时间是参考大多数网上挖掘机运动时间数据。对动臂处添加的驱动函数如下： step(time,4.48,0,8.21-0.589)+step(time,8.21,0,13.38,0)+step(time,13.38,0,14.94,0.951)对斗杆处添加的驱动函数如下：step(time,0,0,3.37,-0.873)+step(time,3.37,0,8.21,0)+step(time,8.21,0,11.74,0.321)对铲斗添处加的驱动函数如下：step(time,2,0,4.48,-0.873)+step(time,4.48,0,11.39,0)+step(time,11.39,0,13.38,0.6)对齿尖的切向力的阶跃函数如下： step(time,11.39,0,11.74,-95040)+step(time,11.74,0,14.94,95040)对物料重力的阶跃函数如下：step(time,11.39,0,13.38,21170)4.1.3.3、分析结果 铲斗位移图、角加速度图以及铰接点的受力图，如图图4-3、图4-4、图4-5、图4-6。 图4-3表示的是铲斗的位移情况，其中红色的线条表示的是铲斗在X方向位移随时间的变化情况；蓝色的线条表示铲斗在Y方向位移随时间的变化情况；粉红色的线条表示铲斗在Z方向位移随时间的变化情况；黑色的线条表示的是铲斗的总位移随时间的变化情况。图4-4中的线条颜色表示与图4-3在X、Y、Z的是一样的，都是红-X、蓝-Y、粉-Z、黑-总的，只是图4-4表示的是铲斗的角速度随时间的变化。图4-3 铲斗位移曲线 图4-4 铲斗角速度图4-5、图4-6中的红色线条都是表示的是铲斗上的铰接点受到在X、Y、Z合力随时间的变化情况。图4-5 铲斗与小臂的连接处图4-6 铲斗与小臂的连接处 通过图4-3我们能清晰的了解到铲斗在X、Y相对于原点的位子图，明确的知道相对原点其距离的大小，而结合图4-4我们能根据角速度得到其角度的大小从而确定铲斗的具体位置，再结合图4-5、图4-6知道什么时候受到的力达到最大，从找出受力最大的位置。 各个铰接点的受力的情况情况如下表4-2： 表4-2动臂与机座连接时连接处的受力情况机座与动臂油缸连接时连接处的受力情况动臂与动臂油缸连接时连接处的受力情况动臂与斗杆油缸连接时连接处的受力情况斗杆与斗杆油缸连接时连接处的受力情况连杆与铲斗连接时连接处的受力情况动臂与斗杆连接时连接处的受力情况斗杆与铲斗油缸连接时连接处的受力情况连杆与斗杆连接时连接处的受力情况铲斗与斗杆连接时连接处的受力情况连杆1与斗杆油缸连接时连接处的受力情况连杆2与斗杆油缸连接时连接处的受力情况 通过各个铰接点随时间变化受到的总力对比发现，动臂的几个铰接点受到的总力远远大于其他铰接点处的总力，但是动臂油缸与机身、动臂油缸与动臂处的受到的力是两对油缸的合力，所以只有动臂与机身的铰接处受到的力最大，动臂与机身铰接的地方必须要足够的厚。在设计的时候，动臂与机身连接的地方比较厚，所以下面我们同过ANSYS软件分析看看动臂与机身的铰接处是否会出现危险截面。 4.2、用ANSYS进行分析4.2.1、用ANSYS的目的 用ANSYS软件对挖掘机的工作装置进行分析，模拟真实的受力情况，观察各个零件的变形情况以及应力、应变的变化情况；对变形较大的地方进行优化改进，对应力、应变集中的地方进行优化改进；通过改进减小变形量，通过改进，减小应力、应变的大小，消除应力集中的现象。 4.2.2、对ANSYS软件进行介绍 ANSYS是一款很多人都在使用的有限元分析软件，它能帮助我们对设计好的产品进行模拟分析受力，能通过分析图和其他人进行交流沟通；在分析的时候我们能发现其中的不足，并对其进行优化改进，使设计的产品能变得更加的好。我们能通过ANSYS软件找到其中的危险截面和应力集中的部位，使我们优化改进的时候能通过改变其外形或结构再进行优化分析而得到改善，而不是通过计算进行优化。4.2.3、ANSYS对挖掘机工作装置进行分析 分析的基本过程：初步确定（分析类型、单元类型、模型类型）前处理（建立导入几何模型、定义材料属性、划分网格）求解（施加载荷、求解）后处理（查看结果得出结论、检验结果的正确性）4.2.3.1、分析的主要路线 首先用Pro/E对其进行建模，从pro/e保存副本中导出igs的文件，打开ANSYS Workbench 在Component Systems中选择 Static Structural的项目模块导入模型(点击Geometry选择其中的Import GeometryBrowse选择你所存的IGS图)选择Model从而导入模型。 导入模型后对材料和网格等进行处理：设置单位系统（选择主菜单中的UnitsMetric中的mm,kg,N,s,Mv,mA设置单位为米制）选择部件位置设置材料（点击Project schematic选Engineering Data）打开材料特性应用（点击Engineering Data Sources点击左上角的Engineering Data Sources选择其中的General Materials）点击Outline of General Materials选择其中的Gray Gast Iron(选择+)返回Project选择model(点击Refresh)选择Geometry下的Part1并选择Material(选steel)进行网格划分（选择Mesh中的Sizing设置其为50mm）施加载荷点击Remote Force（对铲斗添加一个竖直向下的物料重力和一个沿着齿尖的切力）分析得出结果。4.2.3.2、分析时的主要步骤首先打开ANSYS Workbench软件（大概等2-3分钟）出现的界面如图4-7、图4-8。4-7 主工作界面图4-8 分析工作界