基于静态试验的直线七轴接合部刚度优化研究

杨琴琴+朱亦晨+徐强+余慧杰

摘 要：为描述直线七轴导轨和滑块的接触刚度特性，该文在直线七轴的主要结合部嵌入弹簧单元，并用静态试验优化弹簧刚度。通过不同工况下的静态位移值测试结果比较，证明该优化所得两组弹簧刚度值能够描述结合部的刚度特性，为实际工程解决该类结合部建模问题提供了一种有效的方法。

关键词：直线七轴 弹簧单元 有限元 刚度优化

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0071-02

在六自由度机器人上安装直线七轴装置，可实现工件在前后工序间的快速平移，这既可解决运动轨迹复杂问题，还可提高搬运效率。直线七轴的导轨与滑块之间的连接方式对有限元建模的准确性有着重要的影响。目前，有限元分析中通常采用接触单元和耦合节点位移两种方法处理组合体问题[1]，对于明显存在相对滑动的组合结构，采用节点耦合的计算方法已不再适用，必须采用接触单元来处理此类问题[2]。

该文给出用弹簧单元模拟结合部刚度的方法，通过静力学实验来确定弹簧的刚度，并用不同工况下的载荷-变形对其加以验证。

1 有限元模型的建立

直线七轴结构主要由七轴主梁、电机支架、导轨副、滑块等组成。电机支架通过高强度螺栓安装在机器人的端部法兰上，通过电机驱动带动导轨与滑块的相对运动，从而实现七轴的运动。

电机支架为厚壁铸件，可以用三维实体单元划分网格[3]。七轴主梁结构为薄壁拉模成型件，可以用壳单元模拟。……