基于ANSYS Workbench的叉车结构.doc

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1、目 录1叉车分析概述12叉车门架主要参数12.1主要验算项目、方法和目的13有限元建模与分析13.1货叉有限元建模与分析13.1.1货叉有限元模型13.1.2工况及计算载荷23.1.3载荷和约束的施加23.1.4计算结果与分析33.1.4.1静刚度分析33.1.4.2强度分析33.2货叉有限元建模与分析43.2.1货叉有限元模型43.2.2工况及计算载荷43.2.3载荷和约束的施加43.2.4计算结果与分析53.2.4.1静刚度分析53.2.4.2强度分析53.3内门架有限元建模与分析63.3.1内门架有限元模型63.3.2工况及计算载荷63.3.3载荷和约束的施加63.3.4计算结果与分析7

2、3.3.4.1静刚度分析73.3.4.2强度分析74结论85参考书目81叉车分析概述叉车门架是叉车取物装置的主要承重结构。根据叉取货物起升高度的要求，叉车门架可做成两级或多级，常见的普通叉车多采用两级门架。两级门架由内门架和外门架组成，悬挂在叉架上的货叉和叉架一起借助于叉架滚轮沿内门架上下移动，带动货物起升或下降。内门架靠起升油缸驱动升降，亦由滚轮导向。门架后方的两侧设有倾斜油缸，可使门架前倾或后仰(门架最大前倾角约3。6。，后仰角约为10。13。)，以利叉取和堆放货物。叉车门架，包括外门架、内门架、货叉、货叉架及安装在货叉架上的侧向滚轮、纵向滚轮和含油滚轮。横向滚轮位于内门架的外，左、右侧各

3、二个，共4个，其圆柱面与内门架的外翼板纵向外侧面接触。有限元法的思想最早出现于20世纪40年代。1960年，美国的Clough教授在一篇论文中首次使用了“有限元法”这个名词，从此工程师们便认识了有限元的功效，有限元法在工程界获得了广泛的应用。到20世纪70年代以后随着计算机技术和软件技术的发展，有限元法也得到了迅速的发展。其中，Ansys广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造等行业，在有限元分析软件中一直名列前茅。Ansys的发展也给一些工程问题的解决带来了便利性、更高的精度和准确度。2叉车门架主要参数2.1主要验算项目、方法和目的依据叉车总成图纸，利用Solidworks构建叉

4、车门架三维模型，然后利用ANSYS Workbench无缝对接技术导入到AWB中进行有限元分析，通过分析验算叉车门架结构的刚度和强度。 3有限元建模与分析3.1货叉有限元建模与分析3.1.1货叉有限元模型有限元建模的原则是既准确仿真结构的力学特性，又尽可能使模型简单。在建立轨道模型时，严格遵守准确和简单的原则对实际结构进行简化，模型的主要尺寸和实际结构相同，但简化了部分工艺结构和电气安装结构。建模时忽略各个部件的联接的螺栓，以及对整体结构影响不大的紧急滑撬装置、支撑轮装置、传感器装置以及牵引座，采用Solidworks 实体建模如图3-1所示，然后采用ANSYS Workbench无缝对接技术

5、导入到AWB中进行有限元分析，导入到AWB中的模型如图3-2，划分网格后其有限元模型如图3-3所示。 图3-1 货叉的Solidworks模型 图3-2 导入到AWB后的叉车架模型图3-3 AWB网格划分后的悬浮架有限元模型3.1.2工况及计算载荷首先确定叉车架强度计算的工况。工况：门架直立，额定货物重量的重心位于货叉的载荷中心距上，货叉起升至最大起升高度，在计算载荷中不考虑动力系数和冲击系数，同时不考虑风载对门架受力对的影响。3.1.3载荷和约束的施加额定起升重量Q0通过叉架滚轮传给内门架，使内门架受到上下滚轮垂直于门架平面的垂直载荷，为了考虑货物在货叉上的偏置的情况，对于焊接叉架，应该计入

6、偏载系数M，那么，货叉的受力：Q=MQ0 Q0-叉车额定起重量(N)；M-货物偏载系数， M = 1.11.3。本文的研究对象的额定起升重量为2t，根据上式可得：Q=MQ0=21560N所加载荷如图3-4所示图3-4 工况载荷和约束的施加3.1.4计算结果与分析3.1.4.1静刚度分析工况总位移等值线图如图3-5所示，图中最大位移在货叉横梁的末端，其值为14.150mm。 图3-5 X方向变形等值线图 图3-6 Y方向变形等值线图 图3-7 Z方向变形等值线图 图3-8 总变形等值线图由上述变形图，静刚度有限元计算结果见表3-1所示。表3-1 垂直方向静刚度分析有限元计算结果变形位移变形位置计

7、算结果X方向横梁中下部0.0092289mmY方向横梁尖端14.129mmZ方向横梁尖端0.76867mm总位移横梁尖端14.150mm通过对以上数据分析可以得出，货叉的这种微小变形对叉车影响不大，刚度满足要求。3.1.4.2强度分析工况应力等值线图如图3-9所示，图中最大应力在货叉竖梁后部，其值为257.950MPa。3-9 工况应力等值线图由上述变形图，强度有限元计算结果见表3-2所示。表3-2强度分析有限元计算结果应力最大应力位置计算结果正应力竖梁背部257.950MPa通过对以上数据分析可以得出：（1） 对于上述工况，货叉的材料是Q345钢，其屈服极限为s=345MPa，由等值线图可知

8、，其最大应力值为max=257.950MPa，位于竖梁背部，其余位置应力都较小且比较均匀。因此工况下的最大应力远远小于材料的屈服极限，满足静强度要求。3.2外门架有限元建模与分析3.2.1外门架有限元模型 图3-10 外门架的Solidworks模型 图3-11 导入到AWB后的外门架模型图3-12 AWB网格划分后的外门架有限元模型3.2.2工况及计算载荷首先确定外门架强度计算的工况。在计算门架外力时，可将叉架和货叉视为一个整体，叉架滚轮作用于内门架立柱翼缘，产生摩擦力，因每个滚轮摩擦力很小，在计算中可以忽略。根据作用于分离体的载荷Q、G 、T ，通过解平衡方程式，可求出叉架滚轮的压力。3.

9、2.3载荷和约束的施加在计算叉架的外力时，可先对货叉的受力进行分析，然后再根据牛顿第三定律，即可求得叉架的受力情况，通过计算可知：P1,2=23580N。所加载荷如图3-13图3-13 工况载荷和约束的施加3.2.4计算结果与分析3.2.4.1静刚度分析工况总位移等值线图如图3-14所示，图中最大位移在外门架的上端，其值为5.0825mm。 图3-14 总位移等值线图 图3-15 X方向位移等值线图 图表 1-16 Y方向位移等值线图 图3-17 Z方向位移等值线图由上述变形图，静刚度有限元计算结果见表3-3所示。表3-3 垂直方向静刚度分析有限元计算结果变形位移变形位置计算结果X方向内门架顶

10、部5.0179mmY方向横梁左端1.5938mmZ方向竖梁中后部0.83371mm总位移内门架顶部5.0825mm通过对以上数据分析可以得出，外门架的这种微小变形对叉车影响不大，刚度满足要求。3.2.4.2强度分析工况应力等值线图如图3-18所示，图中最大应力在货叉竖梁后部，其值为258.80MPa。3-18 工况应力等值线图由上述变形图，强度有限元计算结果见表3-4所示。表3-4 强度分析有限元计算结果应力最大应力位置计算结果正应力竖梁背部258.80MPa（2） 对于工况，外门架材料是Q345钢，其屈服极限为s=345MPa，由云图可知，其最大应力值为258.80MPa，位于外门架侧边，其

11、余位置应力都较小且比较均匀。因此工况下的最大应力远远小于材料的屈服极限，满足静强度要求。3.3内门架有限元建模与分析3.3.1内门架有限元模型 图3-19 内门架的Solidworks模型 图3-20 导入到AWB后的内门架模型图3-21 AWB网格划分后的内门架有限元模型3.3.2工况及计算载荷在计算内门架外力时，可将叉架和货叉视为一个整体，叉架滚轮作用于内门架立柱翼缘，产生摩擦力，因每个滚轮摩擦力很小，在计算中可以忽略。根据作用于分离体的载荷Q、G 、T ，通过解平衡方程式，可求出叉架滚轮的压力。3.3.3载荷和约束的施加在计算叉架的外力时，可先对货叉的受力进行分析，然后再根据牛顿第三定律

12、，即可求得叉架的受力情况，通过计算可知：P1,2=23580N。所加载荷如图3-22所示图3- 22 工况载荷和约束的施加3.3.4计算结果与分析3.3.4.1静刚度分析工况总位移等值线图如图3-26所示，图中最大位移在内门架顶端，其值为11.524mm。 图3-23 X方向位移等值线图 图3-24 Y方向位移等值线图 3-25 Z方向位移等值线图 图 3-26总位移等值线图由上述变形图，静刚度有限元计算结果见表3-5所示。表3-5 垂直方向静刚度分析有限元计算结果变形位移变形位置计算结果X方向横梁中部0.1693mmY方向横梁下部11.418mmZ方向横梁顶部1.9572mm总位移横梁顶部1

13、1.524mm通过对以上数据分析可以得出，内门架的这种微小变形对叉车影响不大，刚度满足要求。3.3.4.2强度分析工况应力等值线图如图3-27所示，图中最大应力在内门架下部，其值为124.22MPa。3-27 工况应力等值线图由上述变形图，强度有限元计算结果见表3-6所示。表3-6 强度分析有限元计算结果应力最大应力位置计算结果正应力竖梁背部124.22MPa（3） 对于内门架的材料是Q345钢，其屈服极限为s=345MPa.，由云图可知，其最大应力值为124.22MPa，位于上纵梁侧，其余位置应力都较小且比较均匀。因此工况下的最大应力远远小于材料的屈服极限，满足静强度要求。4结论 通过对货叉、外门架、内门架的有限元分析，结果表明为该车设计的机构在机械性能方面满足设计要求，且有足够的刚性和强度。对它们的静刚度分析得出，在三种工况下的微小变形对叉车影响不大，刚度满足要求；对它们的强度分析得出，在三种工况下的强度满足材料要求。叉车作为一种常用的运输工具，应用非常广泛，有必要对目前其结构进行改进，使整个叉车的应力分布更为合理、科学，提高材料的利用率。5参考书目1 陶元芳，卫良保. 叉车构造与设计.机械工业出版社，20102 马建民. 叉车使用维修. 广东科技出版社，2008 .8