基于ANSYS-Workbench的叉車結構

基于ANSYSWorkbench的叉車結構計算說明書姓名：學號:班級：

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1叉車分析概述 12叉車門架主要參數 12.1主要驗算項目、方法和目的 13有限元建模與分析 13.1貨叉有限元建模與分析 13.1.1貨叉有限元模型 13.1.2工況及計算載荷 23.1.3載荷和約束的施加 23.1.4計算結果與分析 3靜剛度分析 3強度分析 33.2貨叉有限元建模與分析 43.2.1貨叉有限元模型 43.2.2工況及計算載荷 43.2.3載荷和約束的施加 43.2.4計算結果與分析 5靜剛度分析 5強度分析 53.3內門架有限元建模與分析 63.3.1內門架有限元模型 63.3.2工況及計算載荷 63.3.3載荷和約束的施加 63.3.4計算結果與分析 7靜剛度分析 7強度分析 74結論 85參考書目 81叉車分析概述叉車門架是叉車取物裝置的主要承重結構。根據叉取貨物起升高度的要求，叉車門架可做成兩級或多級，常見的普通叉車多采用兩級門架。兩級門架由內門架和外門架組成，懸掛在叉架上的貨叉和叉架一起借助于叉架滾輪沿內門架上下移動，帶動貨物起升或下降。內門架靠起升油缸驅動升降，亦由滾輪導向。門架后方的兩側設有傾斜油缸，可使門架前傾或后仰(門架最大前傾角約3。~6。，后仰角約為10?！?3。)，以利叉取和堆放貨物。叉車門架，包括外門架、內門架、貨叉、貨叉架及安裝在貨叉架上的側向滾輪、縱向滾輪和含油滾輪。橫向滾輪位于內門架的外，左、右側各二個，共4個，其圓柱面與內門架的外翼板縱向外側面接觸。有限元法的思想最早出現于20世紀40年代。1960年，美國的Clough教授在一篇論文中首次使用了“有限元法”這個名詞，從此工程師們便認識了有限元的功效，有限元法在工程界獲得了廣泛的應用。到20世紀70年代以后隨著計算機技術和軟件技術的發(fā)展，有限元法也得到了迅速的發(fā)展。其中，Ansys廣泛應用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造等行業(yè)，在有限元分析軟件中一直名列前茅。Ansys的發(fā)展也給一些工程問題的解決帶來了便利性、更高的精度和準確度。2叉車門架主要參數2.1主要驗算項目、方法和目的依據叉車總成圖紙，利用Solidworks構建叉車門架三維模型，然后利用ANSYSWorkbench無縫對接技術導入到AWB中進行有限元分析，通過分析驗算叉車門架結構的剛度和強度。3有限元建模與分析3.1貨叉有限元建模與分析3.1.1貨叉有限元模型有限元建模的原則是既準確仿真結構的力學特性，又盡可能使模型簡單。在建立軌道模型時，嚴格遵守準確和簡單的原則對實際結構進行簡化，模型的主要尺寸和實際結構相同，但簡化了部分工藝結構和電氣安裝結構。建模時忽略各個部件的聯接的螺栓，以及對整體結構影響不大的緊急滑撬裝置、支撐輪裝置、傳感器裝置以及牽引座，采用Solidworks實體建模如圖3-1所示，然后采用ANSYSWorkbench無縫對接技術導入到AWB中進行有限元分析，導入到AWB中的模型如圖3-2，劃分網格后其有限元模型如圖3-3所示。圖3-1貨叉的Solidworks模型圖3-2導入到AWB后的叉車架模型圖3-3AWB網格劃分后的懸浮架有限元模型3.1.2工況及計算載荷首先確定叉車架強度計算的工況。工況：門架直立，額定貨物重量的重心位于貨叉的載荷中心距上，貨叉起升至最大起升高度，在計算載荷中不考慮動力系數和沖擊系數，同時不考慮風載對門架受力對的影響。3.1.3載荷和約束的施加額定起升重量Q0通過叉架滾輪傳給內門架，使內門架受到上下滾輪垂直于門架平面的垂直載荷，為了考慮貨物在貨叉上的偏置的情況，對于焊接叉架，應該計入偏載系數M，那么，貨叉的受力：Q=MQ0Q0叉車額定起重量(N)；M貨物偏載系數，M=1.1～1.3。本文的研究對象的額定起升重量為2t，根據上式可得：Q=MQ0=21560N所加載荷如圖3-4所示圖3-4工況載荷和約束的施加3.1.4計算結果與分析靜剛度分析工況總位移等值線圖如圖3-5所示，圖中最大位移在貨叉橫梁的末端，其值為14.150mm。圖3-5X方向變形等值線圖圖3-6Y方向變形等值線圖圖3-7Z方向變形等值線圖圖3-8總變形等值線圖由上述變形圖，靜剛度有限元計算結果見表3-1所示。表3-1垂直方向靜剛度分析有限元計算結果變形位移變形位置計算結果X方向橫梁中下部0.0092289mmY方向橫梁尖端14.129mmZ方向橫梁尖端0.76867mm總位移橫梁尖端14.150mm通過對以上數據分析可以得出，貨叉的這種微小變形對叉車影響不大，剛度滿足要求。強度分析工況應力等值線圖如圖3-9所示，圖中最大應力在貨叉豎梁后部，其值為257.950MPa。3-9工況應力等值線圖由上述變形圖，強度有限元計算結果見表3-2所示。表3-2強度分析有限元計算結果應力最大應力位置計算結果正應力豎梁背部257.950MPa通過對以上數據分析可以得出：（1）對于上述工況，貨叉的材料是Q345鋼，其屈服極限為σs=345MPa，由等值線圖可知，其最大應力值為σmax=257.950MPa，位于豎梁背部，其余位置應力都較小且比較均勻。因此工況下的最大應力遠遠小于材料的屈服極限，滿足靜強度要求。3.2外門架有限元建模與分析3.2.1外門架有限元模型圖3-10外門架的Solidworks模型圖3-11導入到AWB后的外門架模型圖3-12AWB網格劃分后的外門架有限元模型3.2.2工況及計算載荷首先確定外門架強度計算的工況。在計算門架外力時，可將叉架和貨叉視為一個整體，叉架滾輪作用于內門架立柱翼緣，產生摩擦力，因每個滾輪摩擦力很小，在計算中可以忽略。根據作用于分離體的載荷Q、G、T，通過解平衡方程式，可求出叉架滾輪的壓力。3.2.3載荷和約束的施加在計算叉架的外力時，可先對貨叉的受力進行分析，然后再根據牛頓第三定律，即可求得叉架的受力情況，通過計算可知：P1,2=23580N。所加載荷如圖3-13圖3-13工況載荷和約束的施加3.2.4計算結果與分析靜剛度分析工況總位移等值線圖如圖3-14所示，圖中最大位移在外門架的上端，其值為5.0825mm。圖3-14總位移等值線圖圖3-15X方向位移等值線圖圖表SEQ圖表\*ARABIC1-16Y方向位移等值線圖圖3-17Z方向位移等值線圖由上述變形圖，靜剛度有限元計算結果見表3-3所示。表3-3垂直方向靜剛度分析有限元計算結果變形位移變形位置計算結果X方向內門架頂部5.0179mmY方向橫梁左端1.5938mmZ方向豎梁中后部0.83371mm總位移內門架頂部5.0825mm通過對以上數據分析可以得出，外門架的這種微小變形對叉車影響不大，剛度滿足要求。強度分析工況應力等值線圖如圖3-18所示，圖中最大應力在貨叉豎梁后部，其值為258.80MPa。3-18工況應力等值線圖由上述變形圖，強度有限元計算結果見表3-4所示。表3-4強度分析有限元計算結果應力最大應力位置計算結果正應力豎梁背部258.80MPa（2）對于工況，外門架材料是Q345鋼，其屈服極限為σs=345MPa，由云圖可知，其最大應力值為258.80MPa，位于外門架側邊，其余位置應力都較小且比較均勻。因此工況下的最大應力遠遠小于材料的屈服極限，滿足靜強度要求。3.3內門架有限元建模與分析3.3.1內門架有限元模型圖3-19內門架的Solidworks模型圖3-20導入到AWB后的內門架模型圖3-21AWB網格劃分后的內門架有限元模型3.3.2工況及計算載荷在計算內門架外力時，可將叉架和貨叉視為一個整體，叉架滾輪作用于內門架立柱翼緣，產生摩擦力，因每個滾輪摩擦力很小，在計算中可以忽略。根據作用于分離體的載荷Q、G、T，通過解平衡方程式，可求出叉架滾輪的壓力。3.3.3載荷和約束的施加在計算叉架的外力時，可先對貨叉的受力進行分析，然后再根據牛頓第三定律，即可求得叉架的受力情況，通過計算可知：P1,2=23580N。所加載荷如圖3-22所示圖3-22工況載荷和約束的施加3.3.4計算結果與分析靜剛度分析工況總位移等值線圖如圖3-26所示，圖中最大位移在內門架頂端，其值為11.524mm。圖3-23X方向位移等值線圖圖3-24Y方向位移等值線圖3-25Z方向位移等值線圖圖3-26總位移等值線圖由上述變形圖，靜剛度有限元計算結果見表3-5所示。表3-5垂直方向靜剛度分析有限元計算結果變形位移變形位置計算結果X方向橫梁中部0.1693mmY方向橫梁下部11.418mmZ方向橫梁頂部1.9572mm總位移橫梁頂部11.524mm通過對以上數據分析可以得出，內門架的這種微小變形對叉車影響不大，剛度滿足要求。強度分析工況應力等值線圖如圖3-27所示，圖中最大應力在內門架下部，其值為124.22MPa。3-27工況應力等值線圖由上述變形圖，強度有限元計算結果見表3-6所示。表3-6強度分析有限元計算結果應力最大應力位置計算結果正應力豎梁背部124.22MPa（3）對于內門架的材料是Q345鋼，其屈服極限為σs=345MPa.，由云圖可知，其最大應力值為124.22MPa，位于上縱梁側，其余位置應力都較小且比較均勻。因此工況下的最大應力遠遠小于材料的屈服極限，滿足靜強度要求。4結論通過對貨叉、外門架、內門架的有限元分析，結果表明為該車設計