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基于疲劳分析的静电粉末喷涂机器人的反求设计

作　者: 边浩
导　师: 陈永亮
学　校: 天津大学
专　业: 机械工程
关键词: 静电粉末喷涂喷涂机器人反求工程有限元分析结构优化
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 88次
引　用: 1次
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内容摘要

本文首先简要介绍了静电喷涂的应用及发展现状,阐述了喷涂机器人的结构、用途和原理,以及其在实际使用中存在的问题,从而提出了本课题的研究重点。然后,详细介绍了静电粉末喷涂的工作原理、生产工艺和生产设备。在实际研究中,本文主要在以下几个方面对静电喷涂机器人进行了研究与改进:针对传统失效分析中存在的分析周期长、计算工作量大、分析成本高等缺陷,在静电喷涂机器人失效分析中引入了有限元分析方法,通过有限元分析结果和零件失效照片的对比,得出了机械失效的原因。运用反求工程的理论改进原方案,提出一些新方案,并设计出新的立柱及立柱连接方式,根据理论计算,证实了新方案的可行性。新方案较原方案比较,在抗弯曲强度方面明显改善,解决了其强度不够的问题。在静电喷涂机器人机械部分设计中,不仅仅局限于简单的仿造,通过对其失效的分析,提出了改进方案,并设计出了新的立柱和喷枪支架。本设计利用ANSYS软件对该喷涂机器人进行实体建模,完成整机结构设计;根据机械装备理论以及对实体模型的参数分析进行结构改进;运用改进模型的参数选择相应的支撑件、加强筋、滚动导轨、滚珠丝杠、交流进给伺服电机,并进行了主要零部件的计算。由此,在本文中,结合了有限元分析、CAD/CAE结构优化、以及Pro/engineer机械结构设计等多种技术,来对静电喷涂机器人进行失效分析、改进方案选择、结构改进等方面的研究结合以上各种技术的优点,综合提高了静电喷涂机器人的性能。目前,已经投入实际运行,使用寿命提高了3倍以上。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章概述  7-19
  1.1 静电粉末喷涂应用及发展现状  7-8
  1.2 自动化喷涂机器人的应用介绍  8-9
  1.3 反求工程的应用介绍  9-11
  1.4 有限元分析方法与应用介绍  11-15
    1.4.1 有限元疲劳分析方法  11-13
    1.4.2 有限元疲劳分析过程  13
    1.4.3 有限元在疲劳分析中的应用  13-14
    1.4.4 基于有限元和疲劳分析软件的零件疲劳分析过程  14-15
  1.5 有限元分析软件ANSYS 介绍  15-17
    1.5.1 ANSYS 的应用范围  15
    1.5.2 ANSYS 软件的使用方法  15-17
  1.6 课题提出的背景、本文研究的内容与意义  17-19
第二章喷涂生产线工艺、设备及其布局  19-26
  2.1 静电粉末喷涂工作原理  19-20
  2.2 静电粉末喷涂生产工艺  20
  2.3 粉末静电喷涂设备布局、种类及功能  20-23
  2.4 自动喷涂机器人简介  23-26
第三章有限元疲劳分析与总体方案的提出  26-33
  3.1 基于有限元ANSYS 软件对喷涂机器人主体的疲劳分析  26-30
    3.1.1 静电喷涂机器人实体建模  26
    3.1.2 静电喷涂机器人实体建模的有限元模型  26-27
    3.1.3 静电喷涂机器人的加载边界条件  27-30
  3.2 总体方案提出  30-33
    3.2.1 各种具体改进方案与原方案性能对比  31
    3.2.2 修改方案4 的立柱静态分析结果  31-33
第四章喷涂机器人总体方案改进设计  33-42
  4.1 自动喷涂机器人功能分析建模  33
  4.2 喷涂机器人模块划分  33-37
    4.2.1 模块化设计  33-35
    4.2.2 基于可适应平台的箱体喷涂机系列化设计  35-36
    4.2.3 方案改进设计的提出  36-37
  4.3 基于CAD/CAE 的箱体喷涂机结构分析评价  37-42
    4.3.1 有限元网格模型  37-38
    4.3.2 结构分析  38-39
    4.3.3 结构优化  39-42
第五章各零部件的改进设计  42-64
  5.1 支撑件设计计算  42-46
    5.1.1 截面形状设计  42-44
    5.1.2 壁厚设计  44-46
  5.2 加强筋设计计算  46-49
    5.2.1 加强筋基本类型  46
    5.2.2 加强筋的经济特性  46-47
    5.2.3 加强筋对刚度的影响  47-48
    5.2.4 喷涂机器人加强筋的选择  48-49
  5.3 传动系统设计计算  49-59
    5.3.1 滚动螺旋的选用  49-52
    5.3.2 滚动导轨的选用  52-59
  5.4 伺服电机的选择  59-62
  5.5 新零件的设计  62-64
第六章总结与展望  64-66
  6.1 完成的主要工作和结论  64-65
  6.2 工作展望  65-66
参考文献  66-68
致谢  68

基于疲劳分析的静电粉末喷涂机器人的反求设计

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