机器人结构分析与综合
非标准件的校核
2.6.1试验台的校核
本文最初进行球板接触的试验台是用四根?16的螺栓支撑，而本文的实验要测量不同压力下，球板的接触面积，所以，必须对现有试验台进行校核，校核分析结果如下所示：
a)实验模型原型 b)试验台剪切变形图 c) 试验台总体变形图
图 2-24 试验台应力分析
本文测量数据范围为0~5000N，每隔500N测量一次数据，所以本文要校核螺栓在5000N作用下的等效应力和剪切应力以及相应的变形。相关数据说明：
表格 2-3 等效应力变化
应力类型 等效米赛斯应力
最大剪切力
总变形
最小应力 最大应力
531.54 Pa 291.06 Pa 9.1038e6 Pa
0. m
5.2038e6 Pa 3.8359e-006 m
通过上述分析可以看出，在5460N作用下，这个试验台的等效应力最大值为9.1038MPa，最大剪切力变形为5.2038MPa，在材料允许范围内。同时，试验台最大的变形为3.8359um，说明在实验载荷条件下，该试验台完全可以满足使用要求。所以，可以进行0~5000N载荷作用下的结合面测量实验。
同时，为了满足实验重复性的要求，本文还进行了循环力作用下的变形、应力分
34
2 超声波测量结合面原理及试验台搭建
析，结果如下所示：
图 2-25 循环应力分析
通过图2-28，可以看出，当循环次数增加时，应力变化比较小，满足实验要求。
2.6.2螺栓校核
本次试验的试验台模型如图2-26所示：
图 2-26 试验台
从图4可以看出，这个试验台是由千斤顶、压力式传感器、两个相互接触的工件、
35
机器人结构分析与综合
上下顶板和四根支撑螺柱组成。其中螺柱直径16mm。
为了以后测量不同接触压力下的结合面面积，需要对螺栓所能承受的最大载荷进行校核。本文采用了两种校核方式：
（1）采用传统材料力学知识校核
轴向载荷－紧螺栓（静载荷）校核计算结果 工作载荷Fc = 4.5 kN 残余预紧力系数K = 1.6 总载荷F0 = 11.70 kN 相对刚度λ = 0.25 预紧力Fp = 10.58 kN 螺栓机械性能等级 6.8 螺栓屈服强度 σs = 480 MPa 安全系数 Ss1 = 3
螺栓许用应力 [σ] = 160.00 MPa 材料种类 = 碳钢 螺栓公称直径 Md = M16 螺栓小径d1 = 13.835 mm
根据材料力学所学知识可知，当在接触板中央加载一定的力时，螺栓承受拉力，所以，计算螺柱拉应力。
根据公式
?=F A可以计算出螺柱所受的拉应力，带入数据可以得出， 螺栓计算应力 σ = 101.50 MPa 校核计算结果：σ≤[σ]满足
所以，根据第一种方法校核，螺栓满足实验条件，可以进行加载实验。
36
2 超声波测量结合面原理及试验台搭建
（2）采用Ansys软件校核
在进行Ansys校核之前，要进行参数设置，选择分析材料为45Cr，其弹性模量E=206 GPa，泊松比μ=0.3，力F=4.5kN。这些条件确定后，进行建模、划分网格、分析之后，结果如下图所示：
图 2-26 总变形
图 2-27 x轴变形
37
机器人结构分析与综合
图 2-28 y变形
XYZ三个方向上面最大变形DMX=0.017mm
通过上面变形分析的结果可以看出，当载荷为4.5kN时，最大变形为0.017mm，而且属于弹性变形，说明变形在材料允许变形范围之内。
图 2-29 x轴应力
38