基于机械手悬臂的静力学分析

材料属性

对划分好网格的悬臂部分需要赋予一定的材料属性，由于对悬臂进行静力分析时，各个零件所受到的变形仅为弹性形变。因此根据弹性力学的相关知识可知，仅需要赋予悬臂各零件弹性模量、泊松比和密度即可。本文中悬臂所使用的材料主要为两种，悬臂和光杆采用铝合金6063，电机固定座和光杆固定座采用普通碳素钢Q235，具体的材料属性见表1。

4 添加约束关系与载荷

完成材料属性赋予后的悬臂需要采用多种连接方式以使悬臂结构成统一的整体。零件之间的连接方式有很多种，不同连接方式的选用对模型的计算时间和计算结果的准确性具有重要的影响。大量分析计算和实验结果表明，关键部位的连接位置和类型往往对计算结果的可靠性具有决定性的影响，因此在用有限元方法进行模拟时必须考虑实际情况和特点，严格按照结构设计时确定的连接位置和类型进行连接。本文主要采用的是螺栓连接，连接方式如图3所示。

对添加好约束关系的有限元模型添加载荷，根据悬臂受力情况的分析，在悬臂右侧端部中点位置施加一个竖直向下的轴向载荷，载荷的大小为20N，继续对该点加载，采用间隔40N方式加载，最大载荷加至140N。

5 仿真分析

完成好上述步驟之后，选用HyperMesh中OptiStruct后处理模块进行有限元分析，分析结构如图4所示，图中（a）～（d）分别为载荷为

20N、60N、100N、140N状态下的位移云图。从图4中可以看到，最大位移与载荷成正比关系，当最大载荷为140N时，最大的位移量为0.6823mm。

6 结束语

通过对悬臂部分的简化，导入至HyperMesh中，对其进行离散化处理，然后添加约束与载荷，得到了在相应载荷下的位移云图。分析云图，得知最大的位移量为0.6823mm，满足设计要求，验证了设计的合理性，缩短了样机的研制周期。

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