龙门式真空吸附机械手的设计大多采用经验法设计,这将导致生产出来的整机安全系数太大,最终浪费了大量材料,以及提高了制造成本。因此,如何在确保安全性能的前提下,设计出综合性能较高的机械手,是一个值得深入研究的重要课题。本文研究的重点内容如下:(1)从成本,工作速度,精度,稳定性,安装及维护,设计灵活性比较直线单元方案,最后选出了较合适的设计方案;对真空吸盘直径、真空发生器最大吸入量和直线导轨基本额定动载荷都进行计算,并运用材料力学对真空吸盘进行布局计算,最后对各模块的结构进行设计。(2)一、根据龙门式真空吸附机械手的运动过程,找出主梁的6种典型工况,对这6种典型的工况进行静态分析,通过对比得到的静态参数,发现主梁材料性能余量较多,可进行拓扑优化,并找出了理论上最不稳定的工况。二、参考拓扑优化的概念云图,再次对主梁进行建模和静态分析,通过对比优化前后的静态参数,发现优化后提高了结构静强度,但静刚度几乎保持不变。三、通过对齿轮齿条之间的接触分析,得到接触应力值和变形值,符合所用材料的要求。通过齿轮的疲劳分析分别得出了寿命、损伤、安全系数、双轴指示、疲劳敏感曲线,发现其最小寿命为232260循环次数;齿轮的最小安全系数为1.0474,满足齿轮的设计要求。通过对龙门式机械手主梁的模态分析,得到了前6阶模态参数,分析了各振型产生的主要原因。结合谐响应分析确定了第4阶固有频率对机械手主梁动刚度影响最大。工件在最不稳定工况下离地起升时,冲击载荷将对主梁结构产生重大影响,因此,对其做进一步的瞬态动力学分析,得到了主梁跨中节点的动位移响应。(3)选取合适的设计变量、约束条件和目标函数,对选取的设计变量进行灵敏度分析,筛选出灵敏度绝对值较大的设计变量来进行尺寸优化。优化后重新对主梁进行有限元建模并进行动态分析,对比优化前后的具体参数,得出了机械手在优化后性能有了一定的提升。(4)运用多点激励法采集信号数据,并利用STAR6.0模态分析软件对数据进行平均处理,得到了机械手的动态特性试验数据,并与ANSYS仿真结果进行对比,验证了运用ANSYS软件进行辅助设计的可行性。