基于ANSYS-Workbench的叉車結(jié)構(gòu)

基于ANSYSWorkbench的叉車結(jié)構(gòu)計算說明書姓名：學(xué)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(shù) 12.1主要驗(yàn)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(jié)果與分析 3靜剛度分析 3強(qiáng)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(jié)果與分析 5靜剛度分析 5強(qiáng)度分析 53.3內(nèi)門架有限元建模與分析 63.3.1內(nèi)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(jié)果與分析 7靜剛度分析 7強(qiáng)度分析 74結(jié)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(jié)構(gòu)。根據(jù)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(nèi)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(nèi)門架上下移動，帶動貨物起升或下降。內(nèi)門架靠起升油缸驅(qū)動升降，亦由滾輪導(dǎo)向。門架后方的兩側(cè)設(shè)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。～13。)，以利叉取和堆放貨物。叉車門架，包括外門架、內(nèi)門架、貨叉、貨叉架及安裝在貨叉架上的側(cè)向滾輪、縱向滾輪和含油滾輪。橫向滾輪位于內(nèi)門架的外，左、右側(cè)各二個，共4個，其圓柱面與內(nèi)門架的外翼板縱向外側(cè)面接觸。有限元法的思想最早出現(xiàn)于20世紀(jì)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(rèn)識了有限元的功效，有限元法在工程界獲得了廣泛的應(yīng)用。到20世紀(jì)70年代以后隨著計算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，有限元法也得到了迅速的發(fā)展。其中，Ansys廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)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(zhǔn)確度。2叉車門架主要參數(shù)2.1主要驗(yàn)算項目、方法和目的依據(jù)叉車總成圖紙，利用Solidworks構(gòu)建叉車門架三維模型，然后利用ANSYSWorkbench無縫對接技術(shù)導(dǎo)入到AWB中進(jìn)行有限元分析，通過分析驗(yàn)算叉車門架結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)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(zhǔn)確仿真結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，又盡可能使模型簡單。在建立軌道模型時，嚴(yán)格遵守準(zhǔn)確和簡單的原則對實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，模型的主要尺寸和實(shí)際結(jié)構(gòu)相同，但簡化了部分工藝結(jié)構(gòu)和電氣安裝結(jié)構(gòu)。建模時忽略各個部件的聯(lián)接的螺栓，以及對整體結(jié)構(gòu)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(shí)體建模如圖3-1所示，然后采用ANSYSWorkbench無縫對接技術(shù)導(dǎo)入到AWB中進(jìn)行有限元分析，導(dǎo)入到AWB中的模型如圖3-2，劃分網(wǎng)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(dǎo)入到AWB后的叉車架模型圖3-3AWB網(wǎng)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(qiáng)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(shù)和沖擊系數(shù)，同時不考慮風(fēng)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(nèi)門架，使內(nèi)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(yīng)該計入偏載系數(shù)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(shù)，M=1.1～1.3。本文的研究對象的額定起升重量為2t，根據(jù)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(jié)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(jié)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(jié)果變形位移變形位置計算結(jié)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(shù)據(jù)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(qiáng)度分析工況應(yīng)力等值線圖如圖3-9所示，圖中最大應(yīng)力在貨叉豎梁后部，其值為257.950MPa。3-9工況應(yīng)力等值線圖由上述變形圖，強(qiáng)度有限元計算結(jié)果見表3-2所示。表3-2強(qiáng)度分析有限元計算結(jié)果應(yīng)力最大應(yīng)力位置計算結(jié)果正應(yīng)力豎梁背部257.950MPa通過對以上數(shù)據(jù)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(yīng)力值為σmax=257.950MPa，位于豎梁背部，其余位置應(yīng)力都較小且比較均勻。因此工況下的最大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的屈服極限，滿足靜強(qiáng)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(dǎo)入到AWB后的外門架模型圖3-12AWB網(wǎng)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(qiáng)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(nèi)門架立柱翼緣，產(chǎn)生摩擦力，因每個滾輪摩擦力很小，在計算中可以忽略。根據(jù)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(jìn)行分析，然后再根據(jù)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(jié)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(jié)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(jié)果變形位移變形位置計算結(jié)果X方向內(nèi)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(nèi)門架頂部5.0825mm通過對以上數(shù)據(jù)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(qiáng)度分析工況應(yīng)力等值線圖如圖3-18所示，圖中最大應(yīng)力在貨叉豎梁后部，其值為258.80MPa。3-18工況應(yīng)力等值線圖由上述變形圖，強(qiáng)度有限元計算結(jié)果見表3-4所示。表3-4強(qiáng)度分析有限元計算結(jié)果應(yīng)力最大應(yīng)力位置計算結(jié)果正應(yīng)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(yīng)力值為258.80MPa，位于外門架側(cè)邊，其余位置應(yīng)力都較小且比較均勻。因此工況下的最大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的屈服極限，滿足靜強(qiáng)度要求。3.3內(nèi)門架有限元建模與分析3.3.1內(nèi)門架有限元模型圖3-19內(nèi)門架的Solidworks模型圖3-20導(dǎo)入到AWB后的內(nèi)門架模型圖3-21AWB網(wǎng)格劃分后的內(nèi)門架有限元模型3.3.2工況及計算載荷在計算內(nèi)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(nèi)門架立柱翼緣，產(chǎn)生摩擦力，因每個滾輪摩擦力很小，在計算中可以忽略。根據(jù)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(jìn)行分析，然后再根據(jù)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(jié)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(nèi)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(jié)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(jié)果變形位移變形位置計算結(jié)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(shù)據(jù)分析可以得出，內(nèi)門架的這種微小變形對叉車影響不大，剛度滿足要求。強(qiáng)度分析工況應(yīng)力等值線圖如圖3-27所示，圖中最大應(yīng)力在內(nèi)門架下部，其值為124.22MPa。3-27工況應(yīng)力等值線圖由上述變形圖，強(qiáng)度有限元計算結(jié)果見表3-6所示。表3-6強(qiáng)度分析有限元計算結(jié)果應(yīng)力最大應(yīng)力位置計算結(jié)果正應(yīng)力豎梁背部124.22MPa（3）對于內(nèi)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(yīng)力值為124.22MPa，位于上縱梁側(cè)，其余位置應(yīng)力都較小且比較均勻。因此工況下的最大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的屈服極限，滿足靜強(qiáng)度要求。4結(jié)論通過對貨叉、外門架、內(nèi)門架的有限元分析，結(jié)果表明為該車設(shè)計