1、 基于ANSYS的微型車(chē)載轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)的優(yōu)化分析 劉彪杰 鐘吳汐Summary：針對(duì)現(xiàn)有車(chē)載轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)機(jī)動(dòng)性差、調(diào)平時(shí)間長(zhǎng)、作業(yè)環(huán)境要求高、輔助設(shè)備多等問(wèn)題，設(shè)計(jì)出有別于液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)的電機(jī)升降式車(chē)載轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)。運(yùn)用 ANAYS Workbench對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析、模態(tài)分析，對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)做出結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以便滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求的同時(shí)，提高設(shè)計(jì)效率和減少成本。Abstract： In view of the problems such as poor mobility， long leveling time， high requirements of working environment and

2、 many auxiliary equipments of the existing vehicle transfer platform， a motor lifting vehicle transfer platform different from the hydraulic system transfer platform is designed. The strength analysis and modal analysis are carried out by using the analysis workbench to optimize the structure of the

3、 transfer platform， so as to meet the design requirements， improve the design efficiency and reduce the costs.Key：強(qiáng)度分析;模態(tài)分析;結(jié)構(gòu)優(yōu)化Key words： strength analysis;modal analysis;structural optimization0 引言隨專(zhuān)用汽車(chē)的發(fā)展，對(duì)微型車(chē)載轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)性能的需求有所增加?，F(xiàn)有平臺(tái)多為液壓系統(tǒng)作業(yè)，其在調(diào)平過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)，且存在易受環(huán)境影響，發(fā)生故障不易檢查和排除等因素。本文設(shè)計(jì)出以電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)

4、平臺(tái)以滿(mǎn)足當(dāng)下市場(chǎng)對(duì)車(chē)載轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)多樣化、快速調(diào)平定位的需求1。1 有限元分析前期處理為了便于有限元分析，對(duì)部分零部件簡(jiǎn)化，略去車(chē)橋及油箱等附件2，平臺(tái)如圖1所示。利用ANSYS對(duì)其就行六面體網(wǎng)格劃分，模型如圖2所示，共計(jì)162014個(gè)節(jié)點(diǎn)，67147個(gè)單元。2 工況邊界條件設(shè)定及有限元靜強(qiáng)度分析在ANSYS Workbench線(xiàn)性靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析中不考慮慣性和結(jié)構(gòu)阻尼的影響3。本文將其靜態(tài)工況設(shè)定為轉(zhuǎn)移和調(diào)平兩工況靜強(qiáng)度分析。車(chē)載平臺(tái)靜態(tài)力學(xué)分析：主要模擬車(chē)載轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)滿(mǎn)載時(shí)在良好路面行駛所出現(xiàn)的應(yīng)力分布與變形情況。車(chē)載作業(yè)平臺(tái)在良好路面行駛時(shí)，邊界條件設(shè)置如下，在車(chē)橋與馬鞍接觸處設(shè)置圓柱約

5、束，釋放車(chē)架俯仰自由度，約束其徑向和軸向自由度。加載時(shí)，考慮車(chē)架自重，施加垂向重力加速度，車(chē)架承載為20000N，施加在車(chē)架中部承載區(qū)。經(jīng)計(jì)算，車(chē)載平臺(tái)應(yīng)力應(yīng)變分布情況及分析如圖3、圖4、圖5所示。因平臺(tái)前后軸距較大，重心偏后，致使平臺(tái)前端剛度較小，垂向形變位移0.4586mm，支腿銜接處和車(chē)橋處應(yīng)力為193.68MPa，小于材料屈服極限。最大應(yīng)力在支座處，需加強(qiáng)設(shè)計(jì)。3 車(chē)載轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)模態(tài)分析模態(tài)分析是用于確定設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動(dòng)特性的一種方法。模態(tài)特性主要有以下三方面。一是使結(jié)構(gòu)避免共振或按特定頻率進(jìn)行振動(dòng);二是了解結(jié)構(gòu)對(duì)不同類(lèi)型的動(dòng)力載荷的響應(yīng);三是有助于在其他動(dòng)力學(xué)分析中估算

6、求解控制參數(shù)4。預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析：設(shè)定邊界條件模擬真實(shí)工況，準(zhǔn)確求解車(chē)架在具體工況下的動(dòng)態(tài)性能4。其預(yù)應(yīng)力情況為良好路面上勻速行駛與調(diào)平時(shí)，負(fù)載由自重和承載質(zhì)量構(gòu)成。經(jīng)ANSYS Workbench的求解，如表1所示。各振型云圖顯示，車(chē)架振型光滑沒(méi)有突變。對(duì)于轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)來(lái)說(shuō)，引起車(chē)架振動(dòng)的激振源主要來(lái)自路面不平引起的振動(dòng)，其激勵(lì)一般低于20Hz，而在預(yù)應(yīng)力的作用下，車(chē)架剛度有所提高，頻率均高于路面基頻，不會(huì)引起作業(yè)平臺(tái)發(fā)生共振。形變?cè)谄渲茹暯犹?、前后?chē)橋附近及轉(zhuǎn)向盤(pán)固定處，最大形變達(dá)到6.0467mm。車(chē)載平臺(tái)調(diào)平時(shí)，對(duì)應(yīng)頻率的振型變化相對(duì)較小。4 車(chē)載轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)優(yōu)化分析針對(duì)上述問(wèn)題，優(yōu)化

7、結(jié)構(gòu)：增加轉(zhuǎn)向固定裝置與支腿處的剛度;支腿調(diào)平時(shí)受彎扭載荷，將支座及螺栓布置優(yōu)化，使承載構(gòu)件在不影響整車(chē)性能的前提下，受力更合理，提高其穩(wěn)定性。4.1 車(chē)載平臺(tái)在路面行駛過(guò)程中的有限元再分析模擬轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)滿(mǎn)載時(shí)在面行駛所出現(xiàn)的應(yīng)力分布與變形情況。其應(yīng)力應(yīng)變分布情況如圖6、圖7、圖8所示。優(yōu)化后垂向位移變形0.4378mm，支座應(yīng)力為170.93MPa，數(shù)據(jù)顯示優(yōu)化后車(chē)載平臺(tái)的應(yīng)力應(yīng)變有了較大改善。4.2 車(chē)載平臺(tái)優(yōu)化后預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析針對(duì)優(yōu)化后的平臺(tái)在路面上勻速行駛和調(diào)平時(shí)，在自重和負(fù)載下，經(jīng)過(guò)ANSYS Workbench的求解后，如表2所示。各振型云圖顯示，引起車(chē)架振動(dòng)的激振源主要來(lái)自路面。在預(yù)應(yīng)力下，表2中所列的固有頻率高于路面激勵(lì)頻率20Hz，對(duì)應(yīng)振型預(yù)期效果較優(yōu)化前有很大提升，滿(mǎn)足預(yù)期要求。在調(diào)平時(shí)其固有頻率隨優(yōu)化而得到提升，對(duì)應(yīng)振型所呈現(xiàn)的效果相對(duì)優(yōu)化前更接近預(yù)期。5 結(jié)論本文運(yùn)用ANSYS Workbench軟件對(duì)以電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化分析。對(duì)不同工況下其應(yīng)力、應(yīng)變及預(yù)應(yīng)力模態(tài)進(jìn)行分析和優(yōu)化，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)平臺(tái)靜動(dòng)態(tài)特性符合設(shè)計(jì)要求。Reference：1韓婷.基于ANSYS的車(chē)架拓?fù)鋬?yōu)化 D.武漢：武漢理工大學(xué)，2013，4.2王亮.車(chē)載穩(wěn)定