智能车库车辆搬运器起重夹持机构的有限元分析

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1、智能车库车辆搬运器起重夹持机构的有限元分析（华北理工大学机械工程学院，河北唐山063000）摘要：通过使用Abaqus有限元软件分析智能车库搬运器起重夹持机构的结构强度。分析结果中指出了在最大承载情况下加持机构的受力情况，从而能够发现设计的不足之处，并适当的进行结构的强化，使其满足设计的要求。结果表明，分析结果与实际情况基本相符。关键词：有限元;夹持机构;强度1引言智能车库车辆搬运器起重夹持机构是拾取车辆的直接承载部件，起重夹持机构的安全性能直接决定了整个智能车库的安全运营。通过传统方法对起重夹持机构进行设计跟校核虽然有效，但在实际校核屮会随着工况不同导致机构的

2、脆弱部分发生变化，因此，所谓合理的假设会造成结果失真的现象。通过采用Abaqus软件进行分析跟校核，不但能够真实体现受力情况，而且根据具体情况更能容易调整约束条件。较传统条件更加直白的显示动态效果，具有很好的高效性和可信度。2有限元分析通过Abaqus软件进行分析要通过模型的建立、约束边界条件并施加载荷、网格的化分、结果分析等步骤。前两步是分析的重点，最后一步主要是对结果的查看与分析处理。2.1模型的建立（1）创建模型及属性：通过SolidWorks三维软件进行简化建模并导出格式为.sat格式文件，然后导入到Abaqus软件中（如图1）。此图己经做了一些简单化结

3、构处理，以便于在网格化分得到简化，如图1左边楔形结构部分。右侧楔形结构上面装有圆柱形滚轮，主要功能是夹持起重汽车轮胎进行拾取使其脱离地面，然后通过小车的行走进行搬运车辆，在不影响分析结果的前提下简化成如图左侧的结构。左侧是起重夹持伸缩机构，主要功能是完成夹持块的伸缩与支撑。搬运器起重夹持机构的工况条件是：低速、高负载、要求形变小的环境条件。由于强度较高，塑性和韧性较好，属于综合力学性能比较好的钢，因此，根据承载能力、安全可靠性选用材料为45号钢（优质碳素钢）作为原材料。其中，经过热处理后能够达到=600MPa、=355MPa、杨氏模量（E）=210GPa、泊松比

4、（）=0.236、密度（）=7890Kg/m3o（2）定义材料属性：车辆搬运器起重夹持机构选用材料为45号钢，该材料的力学弹性属性是：弹性模量为210GPa,泊松比为0.269,弹性类型为各向同性。然后创建截面属性并对起重夹持机构赋予截面属性。2.2约束边界条件并施加载荷（1）约朿边界条件：通过设定边界条件约朿，确定待分析部件因受到外部因素而引起变形以及内外部位的受力情况。根据搬运器起重夹持机构的实际安装情况，左侧仲缩机构通过导轨以及卡门连接，右侧畸形结构斜面与汽车轮胎直接接触。通过实际情况转化到静力学分析，可以确定左侧伸缩机构端面被完全固定，心侧楔形机构的斜面

5、是受力表面。通过Abaqus软件操作可以确定边界约束情况跟施加载荷情况如图2所示。(2)施加载荷：起里夹持机构通过夹持汽车轮胎来对车辆进行拾取，当整个待搬运车辆车辆被完全抬起来的时候，夹持机构最大静载荷达到最大值。夹持机构安全性能跟成本直接跟商家的利益直接相关，因此，施加载荷的合理性至关重耍。假设搬运器允许搬运的最大.午.重30⑻Kg。一个搬运器需要4组夹持机构同时对待搬运车辆4个轮胎进行拾取，每组夹持器由一对夹持机构组成。通过计算可知每组夹持机构受力为。楔形斜面与底面成，通过静力学分析可知，楔形斜面正压力。由于轮胎与楔形斜面的接触是面接触，因此，等效成压力更为

6、贴切，则压力。2.3网格的化分(1)定义网格单元类型：由于经简化后结构模型并不复杂，因此，采用単元类型舉元库类型中的standard,簇采用C3D8R(三位应力)：八结点线性六面体单元。(2)网格的化分：在Abaqus中划分网格前首先对装配件设为独立部件才能够进行划分。网格化分包括自由M格化分跟映射网格化分，因为自由网格较常用在划分形状不规则并且边界形状复杂的区域，精确度不高。对于映射网格化分具有较高的精确度，但这种网格化分区域需要一定的拓扑条件，否则不能采用映射划分网格。对于结构不太复杂的搬运器起重夹持机构简化模型，虽然满足映射网格化分条件，但采用以自由网格为

7、主，映射网格为辅的方式也能够满足要求。采用全局单元网格近似尺寸为5,先进性网格化分，然后经检查网格缺陷分析可知，共划分六面体网格单元数为13826个，楔形网格单元数为710个，如图3所示。2.4结果分析与后处理通过创建分析步并提交作业后，可以得到应力云图S（图4）和位移云图U（图5）所示。可以看到在伸缩机构最左端最大应力为69.85MPa,右端最大位移为1.197mm。一般来说，最大变形不应超过0.7mm才能满足搬运安装耍求。因此，为了减小位移变形跟右端卡门部位的应力情况，需要对原有设计进行更改，增大伸缩直径为70mm,减小变形程度。修改后的应力云图（图6）和位

8、移云图（图7）如图所示。