汽車中冷器焊接變位機的設計與研究.pdf

1、在汽車中冷器制造的過程中，對氣室與散熱芯子進行焊接是必不可少的一道重要工序。在我國大部分的汽車零部件制造業(yè)中，焊接這一道工序還處于傳統(tǒng)的手工焊作業(yè)狀態(tài)，極不利于企業(yè)在同行業(yè)內(nèi)的市場競爭，因此企業(yè)引入焊接機器人來完成這一道工序迫在眉睫；那么開發(fā)一款與機器人配合并適用于汽車中冷器的焊接變位機就顯得尤為重要。
　　本課題在分析確定設備的功能需求以及工作原理后，根據(jù)中冷器焊接變位機的設計要求，提出焊接變位機整機的設計方案，根據(jù)提出的設計方

2、案計算各零部件的尺寸以及完成外購件的選型計算，最后運用三維軟件Solidworks對整個中冷器焊接變位機的結構進行實體建模、裝配。
　　在MATLAB軟件中運用五項多項式差值方法擬合中冷器焊接變位機的驅(qū)動函數(shù)，將得到的平穩(wěn)驅(qū)動函數(shù)作為虛擬樣機的驅(qū)動條件；應用仿真軟件ADAMS對構建的中冷器焊接變位機簡化模型進行模擬焊接變位機在實際工作中的運動狀況，亦即運動學與動力學的分析；通過仿真分析得出焊接變位機在工作過程中對應的角速度與角加速

3、度、約束力與約束力矩、驅(qū)動力與驅(qū)動力矩的變化曲線。通過輸出的角速度及角加速度曲線可知中冷器焊接變位機在工作時處于平穩(wěn)狀態(tài)，無沖擊現(xiàn)象；通過輸出的驅(qū)動力、約束力以及力矩，驗證設計時選取的電機、減速器是否滿足，同時可以知道中冷器焊接變位機在何種工況下處于最大的約束力并將此載荷導出，為后續(xù)的靜力學分析提供依據(jù)。
　　為了分析中冷器焊接變位機在實際運行中自身的固有頻率是否會發(fā)生共振現(xiàn)象以及在不同位置出現(xiàn)的最大應力和最大形變，本文運用ANS

4、YS軟件對簡化模型的焊接變位機在4種不同位置下（0°，90°，180°以及約束力最大時）進行分析，可得到各自不同的應力以及形變，得出中冷器焊接變位機存在最危險的位置以及最大的形變量，通過結果的對比分析可以得到最大應力出現(xiàn)在中空芯軸上，且最大的應力為51.71MPa；最大型變量出現(xiàn)在支撐臂端部，最大形變量為0.579mm，二者均符合中冷器焊接變位機的設計要求，這也為下一章的拓撲優(yōu)化作鋪墊。
　　根據(jù)上一章的計算結果，對中冷器焊接變位

5、機的支撐臂進行拓撲優(yōu)化分析，旨在改善焊接變位機整機的性能。在ANSYS中應用功能密度法對支撐臂剔除20％、40%的體積進行對比，可以確定改進的模型；通過優(yōu)化的結果得出兩種優(yōu)化設計方案，按照方案設計出來的支撐臂再構建成中冷器焊接變位機簡化模型，在ANSYS軟件分析其模態(tài)以及靜力學；得出的結果與最初設計的模型作對比分析，可以得出方案二的優(yōu)化結果更合理，其質(zhì)量減輕了24.99%,強度增加了11.1%，最大變形量為0.738mm，但仍然在允許的

6、變形量范圍內(nèi)。
　　最后主要解決中冷器焊接變位機的使用壽命期限問題，通過分析中冷器焊接變位機承受最大應力的零部件（中空芯軸）的疲勞壽命，以此來反應整機在實際應用中的使用壽命。將名義應力法和Miner疲勞損傷理論結合，計算出中空芯軸的S-N曲線，將計算得到的數(shù)據(jù)輸入ANSYS的數(shù)據(jù)庫，定義中空芯軸的約束條件，導入ADAMS的驅(qū)動輸出載荷，添加輸出分析的結果，最后求取得到焊接變位機中空芯軸的安全系數(shù)以及疲勞壽命。通過輸出的結果與中冷器