擦窗机是一种机电一体化和特种非标产品的高空作业设备,广泛应用于高层及超高层建筑物或构筑物外墙立面或采光屋面维护、清洁和装修等作业情况。伸缩臂作为擦窗机最重要的承载结构,其性能的强弱直接影响到整机工作性能的好与坏。在正常工作时,由于伸缩臂的频繁伸缩致使其与拖轮之间接触产生严重的问题,有必要研究其接触情况,而伸缩臂各节臂之间通过前拖轮和后尾轮的支撑和导向以实现载荷传递,拖轮对整个伸缩臂显得尤为重要。鉴于此,本文主要对伸缩臂同步伸出进行动力学仿真和理论计算分析接触力,将接触力作为已知条件,利用有限元方法求出接触应力,依据求解结果进而进行伸缩臂截面参数优化,为伸缩臂的结构设计和承载力提供一定的理论基础。首先根据擦窗机标准及其相关规范,对擦窗机在工况一下所受的载荷进行分析,并对伸缩臂进行强度、刚度和整体稳定以及局部稳定计算,其计算结果满足设计要求。然后对各节伸臂进行力学模型简化,求出各节臂的单个前、后与伸缩臂的接触力。利用SolidWorks三维建模软件建立擦窗机吊臂结构的三维模型,将其导入ADAMS仿真软件中,完成伸缩臂的虚拟样机模型。根据伸缩臂伸缩过程进行动力学仿真分析,获得伸缩臂运行的速度、加速度和伸缩臂与拖轮接触力等运动特性,并将仿真接触力与理论计算结果进行对比,找到危险工作位置,为伸缩臂有限元分析及优化提供数据支持。其次,对于伸缩臂与拖轮之间的接触情况,分别用赫兹理论与有限元弹性接触分析,有限元弹性接触分析方法与赫兹理论方法相比,限定条件少,精度高,较为符合实际接触状态。接着对其进行有限元弹塑性接触分析,与弹性接触分析对比发现伸缩臂的等效应力超过材料屈服极限。对接触参数接触刚度和穿透容差的设定是多次计算与默认值对比发现规律,选择合适的参数。为截面参数优化提供支持。最后,擦窗机伸缩臂属于薄壁板结构不允许出现塑性变形,因此对于伸缩臂的塑性变形情况,有几种不同方案,方案一直接增加伸缩臂壁厚可以避免出现塑性变形,但整个伸缩臂重量也随之增大。方案二在不改变材料、用钢量和接触形式基础上,通过伸缩臂截面参数优化方式,以降低接触力为优化目标,以腹板与下盖板的折弯角为设计变量,保证不发生塑性变形的前提下,寻找合理的折弯角。方案三是在方案二的基础上减少壁厚进行优化,并对优化后截面计算其局部稳定性,本文采用考虑弹性支撑边界约束的局部稳定理论,但计算结果局部稳定性是失稳。通过对比方案二更合适。目前,针对伸缩臂与拖轮接触情况研究较少,本文对伸缩臂与拖轮进行接触分析时,伸缩臂出现塑性变形,提出基于分析结果在不改变材料、用钢量和接触形式基础上,通过伸缩臂截面参数优化方式,降低接触力避免出现塑性变形。为相关产品的设计与研发提供参考。