單柱汽車舉升機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析

孫寶林

摘 要：文章對(duì)移動(dòng)式單柱汽車舉升機(jī)的主體結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)設(shè)計(jì)，并利用SolidWorks Simulation對(duì)其進(jìn)行了有限元分析，對(duì)主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移分布情況有了較全面的了解，并驗(yàn)證了改進(jìn)后的主體結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)重量較之前降低了約8%，并方便加工，可減少加工成本。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)沃嚺e升機(jī)；主體；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；有限元分析

中圖分類號(hào)：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）2-0092-02

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化程度的提高，國(guó)內(nèi)、外的中小型汽車普及率不斷增長(zhǎng)，對(duì)于汽車維修保養(yǎng)的需求也隨之增加。汽車舉升機(jī)產(chǎn)品是汽車維修保養(yǎng)必不可少的設(shè)備。移動(dòng)式單柱汽車舉升機(jī)以其方便靈活、安全可靠的特點(diǎn)、越來(lái)越受到市場(chǎng)的青睞。移動(dòng)式單柱汽車舉升機(jī)的主體結(jié)構(gòu)包括底座、立柱、舉升滑臺(tái)及舉升托架（見圖1），工作時(shí)是主要受力構(gòu)件，因此對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)并進(jìn)行受力分析十分必要。本文應(yīng)用有限元法對(duì)單柱汽車舉升機(jī)的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，使設(shè)計(jì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到了驗(yàn)證。

1 有限元模型的建立

1.1 設(shè)計(jì)分析

最初的設(shè)計(jì)針對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，底座高度為107 mm（見圖2原設(shè)計(jì)）。隨著企業(yè)對(duì)國(guó)外市場(chǎng)的開拓，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也必須與之相適應(yīng)。調(diào)查顯示，為適應(yīng)底盤較低的汽車維修需要，國(guó)外市場(chǎng)對(duì)單柱汽車舉升機(jī)底座高度的要求為≤95 mm。據(jù)此，對(duì)原有結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)設(shè)計(jì)，將底座高度改為90 mm，在改型的同時(shí)，對(duì)原立柱和舉升滑臺(tái)的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)如圖2（改進(jìn)后）所示（為便于分析圖中省略了舉升托架）。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)重量較之前降低了約8%，并方便加工，可減少加工成本。

1.2 建立有限元模型

移動(dòng)式單柱汽車舉升機(jī)主體結(jié)構(gòu)材料選用Q345，材料屬性如表1所示。

對(duì)改進(jìn)后的移動(dòng)式單柱汽車舉升機(jī)主體結(jié)構(gòu)利用SolidWorks Simulation進(jìn)行有限元分析。首先對(duì)模型簡(jiǎn)化并進(jìn)行前處理。為了反映結(jié)構(gòu)的整體受力情況，對(duì)舉升滑臺(tái)升至最高點(diǎn)時(shí)進(jìn)行建模分析。

為方便分析計(jì)算，舉升托架及托舉載荷簡(jiǎn)化為一遠(yuǎn)程載荷，根據(jù)實(shí)際工作情況，取載荷重心距舉升滑臺(tái)前表面950 mm，總質(zhì)量為3 180 kg（托舉載荷設(shè)為3 000 kg；舉升托架自重180 kg）。工作時(shí)，油缸活塞桿頂起舉升滑臺(tái)至工作高度后停止，所以對(duì)舉升滑臺(tái)施加約束限制其向下位移以模擬油缸提供的支撐，舉升滑臺(tái)與立柱滑道連接部分設(shè)為無(wú)穿透接觸，總的載荷通過(guò)油缸底部作用在立柱底板上，立柱底板與底座用螺栓接頭連接，底座與地面的接觸簡(jiǎn)化為固定約束，建好的網(wǎng)格模型如圖3所示。

模型采用基于曲率的實(shí)體網(wǎng)格，單元數(shù)為1 338 909，節(jié)點(diǎn)數(shù)2 065 573，網(wǎng)格為高品質(zhì)。

2 有限元分析

對(duì)移動(dòng)式單柱汽車舉升機(jī)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)分析可以較全面地了解它工作時(shí)的應(yīng)力分布情況，模型的靜態(tài)分析結(jié)果如圖4所示。

經(jīng)分析得知，最大應(yīng)力出現(xiàn)在立柱下部與底板連接部位約為195 MPa，最大位移在立柱頂端為8.47 mm。由于立柱與底板連接部位應(yīng)力較大，因此在加工制造中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注該部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并提高焊接質(zhì)量。

移動(dòng)式單柱汽車舉升機(jī)的主體結(jié)構(gòu)材料為Q345，材料許用應(yīng)力[σ]選220 MPa，設(shè)計(jì)允許最大位移量[δ]≤14.5 mm（根據(jù)文獻(xiàn)[4]的規(guī)定得出）。分析結(jié)果顯示改進(jìn)后的主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力與位移均可滿足σ≤[σ]；δ≤[δ]。根據(jù)以上分析結(jié)果制作的移動(dòng)式單柱汽車舉升機(jī)經(jīng)實(shí)際舉升試驗(yàn)強(qiáng)度符合要求。

3 結(jié) 論

對(duì)改進(jìn)后的移動(dòng)式單柱汽車舉升機(jī)主體結(jié)構(gòu)運(yùn)用有限元法進(jìn)行了分析，對(duì)其應(yīng)力和位移分布請(qǐng)況有了較全面的了解，對(duì)應(yīng)力較大的部位在設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)。通過(guò)分析以及實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求，并最終確定了較為簡(jiǎn)單合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)重量較之前降低了約8%，并方便加工，可減少加工成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫旭.基于仿真的工程自卸車舉升機(jī)構(gòu)有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].工程機(jī)械，2009，（7）：44-48.

[2] 太陽(yáng)能電池層壓機(jī)的有限元分析與優(yōu)化[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008，（7）：72-74.

[3] 鄭銀環(huán)，胡均安.雙柱式汽車舉升機(jī)立柱結(jié)構(gòu)的有限元分析[J].湖北汽車，2000，（3）：12-14.

[4] JT/T 155-2004，汽車舉升機(jī)[S].