基于ANSYS Workbench的噴涂機器人的模態(tài)分析.pdf

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1、·44·基于ANSYSWorkbench的噴涂機器人的模態(tài)分析陳勇武(鎮(zhèn)江機電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇鎮(zhèn)江212016)摘要：分別利用Pro／E和ANSYSWorkbench軟件對6自由度噴涂機器人進行三維實體建模與模態(tài)分析，并獲取了相應(yīng)的j6階固有特性參數(shù)，找到了結(jié)構(gòu)的振動薄弱部位。避免了共振的產(chǎn)生，為結(jié)構(gòu)的改進提供了可靠的參考依據(jù)。0_0_0關(guān)鍵詞：6自由度噴涂機器人ANsYSWorkbench模態(tài)分析有限元法一0。lli00囊中國分類號：THtI5文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1002—6886(2o“)一0044-03。?！邸猨ModelAna

2、lysisofa6-DOFPaintingRobotBasedOnANSYSWorkbenchCHENYongwuAbstract：The3Dsolidmodelof6-DOFManipulatorisbuiltbyPro／Es0fhⅣare，andthenthemodalanalysischaracteristics；tiecalculatedbyANSYSWorkbenchsoftware．Thennaturalvibratoryfrequenciesandmodalvibratorymodelsofthelowersixordersare

3、ob-tained，andthevibrationweaknessofthestructurehasalsobeenfoundout．Thisprovidesreliablereferenceforthestructuralimproveof6-DOFSprayingRobot．Keywords：6一DOFsprayingrobot；ANSYSWorkbench；modalanalysis；finiteelementmethod{}={}(3)0引言其中，{X}的元素代表各點的振幅，代入(2)，即得：結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析涉及模態(tài)分析、瞬態(tài)動力學(xué)分析

4、、([K]一60[M]){X}={0}(4)簡諧響應(yīng)分析、隨機譜分析、隨機振動、疲勞與沖擊分析等此方程具有非零解的唯一條件是其位移阻抗矩陣方面的內(nèi)容。而以固有頻率和振型分析為對象的模態(tài)分[Z]=[K]一甜[]的行列式等于零，即：析是其他振動分析的基礎(chǔ)，通過結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析可以有效f[K]一09[]l=0(5)地選擇合理的設(shè)計方案，對結(jié)構(gòu)進行有效的驗證。噴涂機當(dāng)[]和[]皆為正定矩陣時，將上式展開后，可器人的模態(tài)分析是其結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容之一，也是結(jié)構(gòu)求Ⅳ個特征值：(r：1，2，?，Ⅳ)，其平方根，即為系靜力試驗和動力分析的前提。統(tǒng)的固有頻率，按大

5、小順序排列09。

6、質(zhì)量矩陣；{譬}為加速度矢量；[c]為阻言，低階固有頻率對系統(tǒng)的動力響應(yīng)貢獻大，而高階固尼矩陣；{}及{F}分別為系統(tǒng)各點的位移響應(yīng)向量有頻率影響小。所以對多自由度系統(tǒng)，只要提取其低和激勵力向量。公式(1)是結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的基本方階固有頻率就能較好地反映系統(tǒng)的動力特性。所以在程。在求解自由振動的固有頻率和振型時，阻尼的影響進行噴涂機器人模態(tài)分析時只需要提取前6階的模不大，可以忽略。在無阻尼以及無外載荷狀態(tài)下求解自型。由振動的模態(tài)矢量時，公式(1)中的阻尼和外載荷均1三維模型的建立為零，即可導(dǎo)出系統(tǒng)的無阻尼自由振動方程：[M]{}+[K]{}={

7、0}(2)Pro／E軟件中建立模型，簡化模型如圖1所示。該方程的解具有簡諧運動形式，即：其主要有6個部件和6個關(guān)節(jié)組成?！?5·在結(jié)構(gòu)分析中，假定材料符合虎克定律。整個結(jié)構(gòu)的有限元模型參數(shù)如表1。表1模型參數(shù)2．2結(jié)構(gòu)整體分析利用BlockLanczos法，對底部約束的機械臂進行了模態(tài)分析，得到了機械臂的前6階頻率和相應(yīng)的振圖1噴涂機器人構(gòu)件組成型。其中圖4是噴涂機器人的三維圖，圖5為劃化分2模態(tài)分析的網(wǎng)格圖?？紤]到噴涂機器人的結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜、單元多、自由度數(shù)目大，因此模態(tài)分析采用了子問迭代法提取模態(tài)。其進行模態(tài)分析過程如圖2所示。維建模圖4機械

8、臂三維圖圖5網(wǎng)格圖從表格2可知主機械臂的前六階固有頻率分別為15．3155Hz、21．2628Hz、57．0885Hz、68．1461Hz、150．7