4.4 KiB
| title |
|---|
| Топологическая оптимизация корпуса механического захвата Roboarm Griptool |
Конструкторские изыскания привели к созданию универсального механического захвата следующего вида:
Однако корпус данного изделия представляет собой чрезмерно громоздкую и тяжелую конструкцию, которая существенно ограничивает возможности манипулятора, а также -- требует больших затрат при изготовлении.
По этой причине производились исследования в поле возможностей оптимизации данной конструкции с целью уменьшения массы при сохранении требуемых прочностных характеристик.
Для данной работы использовался пакет Solidworks Simulation, позволяющий производить анализ изделий методом конечных элементов, а также производить топологическую оптимизацию.
Стартовая масса корпуса и крышки -- 0.33 кг.
Для запуска расчета и оптимизации была создана упрощенная модель корпуса, лишенная всех мелких деталей.
Рассматривается нагруженное состояние, получаемое при одновременном воздействии двух шаговых двигателей, реакций опоры от обоих редукторов и массы, приложенной к пальцам захвата. Схема приложения нагружения отражена на следующем рисунке.
Значения нагружений:
- Крутящие моменты двигателей -- 4 кгс/см
- Реакции опор редукторов -- 20 кгс/см
- Растягивающе-изгибающая нагрузка, направленная по осям x, y, z по 2.5 кгс на каждое
Участок крепления стыковочного модуля зафиксирован.
Были заданы условия симметричности конструкции относительно продольной оси, что позволило учесть и случай с противоположно приложенными нагрузками. Предел прочности для материала был задан как 30 МПа.
По результатам топологической оптимизации была получена следующая геометрия:
Масса модели -- 0.19 кг
При этом модель возможно дополнительно облегчить за счет учета внутренних пустот при 3д-печати.
Полученная модель была приблизительно перерисована с помощью твердотельных элементов в Solidworks.
В итоге был получен следующий результат.
Масса полученной детали -- 0.24 кг.
Был произведен поверочный расчет, чтобы выяснить, насколько конструкция соответствует требованиям и насколько большой запас прочности имеет. Были приложены те же нагрузки, что использовались при оптимизации.
Предел нагрузок не превышает 5МПа, что существенно ниже предела прочности пластика АБС. Это говорит о том, что полученная конструкция сохраняет требуемую прочность, а так же -- что она может быть оптимизирована и дальше.