汽车起重机转台的有限元分析及优化

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1、汽车起重机转台的有限元分析及优化摘要：汽车起重机的转台是用来安装吊臂、起升机构、变幅机构、回转机构、上车发动机、司机室、液压阀组及管路等的机架。转台通过回转支承安装在起重机的车架上，为了保证起重机的正常工作，转台应具有足够的刚度和强度。对于汽车起重机，为了有较好的通过性和较低的成本，应尽量减小转台的外形尺寸及重量。随着计算机辅助工程（CAE）技术在工业应用领域中的广度和深度的不断发展，它在提高产品设计质量、缩短设计周期、节约成本方面发挥了越来越重要的作用。目前CAE分析的对象已由单一的零部件分析拓展到系统级的装配体，如挖掘机、汽车起重机等

2、整机的仿真，而且，CAE分析不再仅仅是专职分析人员的工作，设计人员参与CAE分析已经成为必然。关键词：汽车起重机；转台；有限元分析1.引言1.汽车起重机转台作为起重机三大结构件之一，负责起重机上车和底盘之间力的传递。在现今高强板大量使用的情况下，如何简化结构、减少重量是起重机设计的难题之一。经典ANSYS有限元分析界面是用板壳单元在ANSYS里面建模并进行计算，但是存在建模过于复杂，难以修改，模型无法导出的问题，属于验证性计算，而使用ANSYSWorkbenchEnviroment（AWE）则可以用PRO/E软件建立模型，再导入AWE进行

3、计算，且在PRO/E中修改模型后再次导入可以保留之前设置的边界条件，设计效率成倍提高。ANSYSWorkbenchEnviroment（AWE）作为新一代多物理场协同CAE仿真环境，其独特的产品构架和众多支承性产品模块为整机、多场耦合分析提供了非常优秀的系统级解决方案。具体来讲，AWE具有的主要特色如下：1.强大的装配体自动分析功能针对航空、汽车、电子产品结构复杂，零部件众多的技术特点，AWE可以识别相临的零件并自动设置接触关系，从而节省模型建立的时间。而现行的许多软件均需手动设置接触关系，这不但浪费时间还容易出错。除此之外，AWE还提供

4、了许多工具，以方便手动编辑接触表面或为现有的接触指定接触类型。AWE提供了与CAD软件及设计流程之间的超强的整合性，从而发挥CAE对设计流程最大限度的贡献。最新的AWE使用接口，可与CAD系统中的实体及曲面模型双向连接，具有更高的几何导入成功率。当CAD模型变化是，不需要对所施加的负载和支撑重新定义。AWE与CAD系统的双向相关性还意味着，通过AWE的参数管理可方便的控制CAD模型的参数，从而提高设计效率；AWE的这一功能，还可对多个设计方案进行分析，自动修改每一设计方案的几何模型。1.自动化网格划分功能许多CAE用户都花大部分的时间在建

5、立网格上，AWE在大型复杂部件，如起重机组装配件的网格建立上独具特色，自动网格生成技术可大大节省用户的时间。根据分析类型不同，有很多因素影响分析的精度。传统的专业分析人员花大量的时间和训练来掌握各种分析，手动处理模型以保证分析的精度；而对于设计人员来讲，他所关注的应该是自己的产品设计，而不是有限元方法，因此需要一个可靠的工具来替代传统的工具，尽可能实现自动化。AWE的自动化网格划分功能如下：Ø自适应网格划分，对于精度要求高的区域会自动调整网格密度。Ø自适应网格划分，生成形状、特性较好的元素，保证网格的高质量。Ø自动收敛技术，是自动迭代过程

6、，通过自适应网格划分以使指定的结果达到要求的精度。例如，如果对某一个零件的最大应力感兴趣，可指定该零件的收敛精度。Ø自动求解选择，AWE根据所求解问题的类型自动选择适合的求解器求解。智能化的负载和边界条件自动处理。工程背景汽车起重机转台作为起重机三大结构件之一，负责起重机上车和底盘之间力的传递。在现今高强板大量使用的情况下，如何简化结构、减少重量是起重机设计的难题之一。经典ANSYS有限元分析界面是用板壳单元在ANSYS里面建模并进行计算，但是存在建模过于复杂，难以修改，模型无法导出的问题，属于验证性计算，而使用ANSYSWorkbenc

7、hEnviroment（AWE）则可以用PRO/E软件建立模型，再导入AWE进行计算，且在PRO/E中修改模型后再次导入可以保留之前设置的边界条件，设计效率成倍提高。现以我20吨起重机为例，介绍如何使用AWE有限元分析手段，进行转台部分的设计优化方法。1.计算工况及受力分析1.绘制转台受力简图、尺寸参数图如下所示：图1转台受力简图图1转台尺寸参数图一图2转台尺寸参数图二主要参数说明：O—转台后铰点A—转台前铰点(变幅后铰点)B—变幅前铰点C—臂头滑轮组D—吊臂臂头(沿吊臂后铰点O到臂头的垂足)F—吊臂及伸缩机构重心位置H—转台中心(转台前

8、铰点同回转中心的交点)G—额定载荷G’—吊臂及伸缩机构质量T—单绳拉力n1—超载系数n2—钢丝绳倍率P—转台后铰点受力N—转台前铰点受力L—吊臂长度LH—转台中心到吊臂的垂直距离T1—转台后铰