单柱汽车举升机举升托架结构的有限元分析

摘 要：移动式单柱汽车举升机的举升托架是举升机的主要受力构件之一，对其结构进行实用化设计并利用SolidWorks Simulation对其进行了有限元分析，结果显示了最大应力和最大位移发生部位，并验证了新设计的结构满足强度要求，经实际试验与分析结果相符，减少了试制时间和成本。

关键词：单柱汽车举升机 举升托架 有限元分析

中图分类号：TH244 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0088-02

汽车举升机是为了便于汽修工人维修操作，根据维修工况将汽车提升至合适高度的设备，在汽车维修保养行业中具有至关重要的地位。近年来，随着国内、外中小型汽车普及率的不断提高，对于汽车维修保养的需求也随之增加。移动式单柱汽车举升机以其方便灵活、安全可靠的特点、得到了较广泛的应用。移动式单柱汽车举升机的举升托架，工作时是主要受力构件之一，因此对其结构进行受力分析十分必要。本文应用有限元法对单柱汽车举升机的举升托架结构进行了分析，从而为产品的设计改进提供可靠的依据。

1 有限元模型的建立

1.1 设计说明

随着企业对市场的开拓，产品结构也必须与市场的要求相适应。调查显示，为适应底盘较低的汽车维修需要，国外市场对移动式单柱汽车举升机底座及举升托架前端高度的要求为≤95 mm。举升托架的原设计针对国内市场的需求，托架前端最大高度为115 mm（见图1原设计）。为适应企业出口的需要，对原有结构做了改进设计，将举升托架前端高度改为95 mm，在改型的同时，对举升托架结构进行了初步受力分析，对有些部位结构做了调整和加强，如图2新设计所示。新设计的结构由于前部高度降低是否满足强度要求，须做分析验证和实际检验。

1.2 建立有限元模型

对新设计的移动式单柱汽车举升机举升托架结构利用SolidWorks Simulation进行有限元分析。为了减少网格数量和提高求解速度，首先对举升托架中的一些零部件及结构进行等效简化处理并建立离散化网格模型。移动式单柱汽车举升机举升托架结构材料选用Q345，材料属性如表1所示。

实际工作中，举升托架的后部连接板用螺栓紧固在举升机主体结构的举升滑台上，为便于分析计算，举升机主体及滑台视为刚体，则与其连接的举升托架后部连接板应为固定约束，这样既可以提高计算效率又不会对计算结果产生较大的影响。四个托臂的托盘位置为设计最大伸出尺寸且对称分布，托臂与支撑管之间的连接设为无穿透接触，设计载荷为3000 kg，均匀加在四个托臂托盘的上表面。建好的网格模型如图3所示。

模型采用基于曲率的实体网格，单元数为512039，节点数833434，网格为高品质。

2 有限元分析

移动式单柱汽车举升机举升托架结构模型的静态分析结果如图4所示。

经分析显示，最大应力发生在举升托架下部主托梁与槽型角筋板的连接部位约为201 MPa，最大位移在前部托臂的托盘顶端为18.95 mm。对于分析显示的最大应力发生部位，由于其所受弯矩较大，因此在设计制造中应重点加强该部位的结构刚度并提高焊接质量。

移动式单柱汽车举升机的主体结构材料为Q345，材料许用应力[σ]选220 MPa，设计允许最大位移量[δ]≤50 mm（根据文献[4]的规定）。分析结果显示新设计的举升托架结构应力与位移均可满足σ≤[σ]；δ≤[δ]。根据以上分析结果制作的移动式单柱汽车举升机举升托架经实际举升试验强度符合要求。

3 结论

对新设计的移动式单柱汽车举升机举升托架结构运用有限元法进行了分析，对其应力和位移分布请况有了较全面的了解，对应力较大的部位在设计和制造中应重点加强。通过分析以及实际试验验证了新的结构设计满足强度要求，由于采用有限元分析方法验证设计，减少了试制时间和成本。

参考文献

[1] 王浩钢，李海平，刘家渠.基于Creo的山地车后悬架机构仿真和有限元分析[J].机械工程师，2011（12）：66-68.

[2] 孙旭.基于仿真的工程自卸车举升机构有限元优化设计[J].工程机械，2009，7（40）：44-48.

[3] 吴恩启，杜宝江.太阳能电池层压机的有限元分析与优化[J].机械设计与制造，2008（7）：72-74.

[4] JT/T 155-2004 汽车举升机[S].中华人民共和国交通部，2004.