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基于ANSYS的装载机前车架结构的有限元分析

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《装备制造技术》2018年第02期

0引言装载机前车架与装配在其上的其余部件形成配合，是工作装置的基础部件，前车架的强度、刚度决定着整个机械的使用性能[1]。本论文使用有限元分析软件ANSYS对某装载机前车架作静力分析，获得在各典型工况下的整体应力应变分布情况。这样就为装载机前车架的设计提供理论支持，达到了缩短设计周期、尽量增加经济效益的目的。1前车架有限元模型建立在ANSYS中建立前车架的模型。如图1所示，选用SOLID45号实体单元，因为该单元用在构造三维固体结构的。单元用8个节点来定义，每个节点有X，Y，Z方向的3个平移自由度。前车架结构材料用的是16Mn，特性参数取为：弹性模量2e5MPa，泊松比0.27，密度7.854E-6kg/mm3，摩擦系数0.25.考虑到由于建模的时候模型很复杂，使用了很多很小的线段。若直接用自由网格划分的方式进行划分会出现许多困难，这里先控制模型局部线段的划分长度，然后再用自由划网格的方法进行网格划分，如图2所示是前车架有限元划网格后的模型，划分单元数299351，节点数88834.

前车架这种机构与工作装置、前车桥和后车架相连接，如图3所示是装载机整车图。为了分析的方便，本文将用于连接前车架与后车架E，F点的销子固定起来；固定住前车架与车桥，并限制住车桥下棱线两头节点沿Y向的平动自由度。基于ANSYS的装载机前车架结构的有限元分析潘芳秦，王虎奇，王健（广西科技大学机械工程学院，广西柳州545006）摘要：装载机是经常应用于各工程中的一种施工机器。前车架与前车桥、工作装置和后车架相连接，是装载机的重要机构，也是它的重要部件。其设计的高明程度对前车架的性能产生很大的影响，决定着整个装载机的使用效果。用有限元的方法对装载机作结构分析，得到各种工况下前车架的应力和变形分布云图和结果，为优化设计提供必要的数据支持。所以，装载机的设计过程中对前车架作分析是极其重要的一个步骤。本文准确地计算了在各种工况下前车架受到的载荷，在这个条件下再使用ANSYS软件作前车架的有限元分析，得到前车架应力和变形在各工况下的分布情形。找到应力和变形最大的工况和位置，为接下来的优化设计提供参考。关键词：装载机；有限元；应力和变形；ANSYS中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1672-545X（2018）02-0001-03

收稿日期：2017-11-05基金项目：国家自然科学基金资助项目（51565006）作者简介：潘芳秦（1986-），男，湖南常德人，在读硕士研究生，研究方向是工程机械结构系统优化设计；王虎奇（1971-），男，湖南长沙人，博士，教授，研究方向是工程机械结构系统优化设计。图1

前车架三维图1VOLUMESTYPENUMANSYSNOV22201721:36:51PLOTNO.1122019161513

111814ZYX图2前车架有限元模型1ELEMENTSANSYSNOV22201721:50:20PLOTNO.1

Z

YX设计技术

1EquipmentManufacturingTechnologyNo.02，2018

将前车架受到的载荷施加在前车架销子的中心A1，A2，B，C1，C2点；当工况有驱动力时，将驱动力施加在三棱柱下母线两端G1、G2点；当工况有转向力时，施加转向力于铰销中心D1、D2点[2]。各铰销及限定处如图4所示。

2前车架载荷的计算据厂家的资料可以知道，工作装置与前车架的重量：工作装置为38.75kN；前车架为15.5kN.其中：动臂11.55kN；摇臂2.7kN；拉杆0.5kN；铲斗15kN；动臂油缸3.0kN；摇臂油缸3.0kN.为了确保计算载荷的确切性，使用计算机采用等效的方法计算工作装置对前车架作用的载荷[5]。共分8种工况。表1给出了2种特殊工况下工作装置受到的载荷，参数h与a分别是：h为铲斗与动臂的铰结点到地面的垂直距离，mm；a为铲斗底部和水平面的夹角，（毅）.

由表1给出的2种典型工况下工作装置受到的载荷，综合分析并采用等效法求得前车架所受到的所有载荷如表2所示。边界条件：前车架与前车桥在下面相连接，并与后车架连接于后面[6]。因为这些非静定的连接使得前车桥与后车架的刚度决定着前车架的应力与变形是肯定的，所以如果要使结构分析与优化设计更精确，就要对装载机作整体的分析和优化，或采用结构系统全局协调优化，该技术是陈树勋教授提出的，本文把前车架单独立出来进行分析，必定会产生一定误差。为了减少这种误差以达到尽可能得与实际情况相符合的目的，按照上面所述将用于连接前车架与后车架E，F点的销子固定起来；将前车架与车桥固定，并将车桥下棱线两端节点的平动自由度沿Y向约束起来。3前车架结构有限元分析在上述模型的基础上，分析装载机在最大掘起力、倾覆崛起、动臂最大掘起力的正载偏载六种工况，以及水平插入正载、最大掘起和剩余牵引正载共八种工况下前车架应力和变形分布情况[7]。限于篇幅，这里不一一列出所有工况的的应力和变形分布图，只列出上面提到的两种工况下的分布图。发现当装载机在最大掘起力偏载工况时，前车架最大复合应力达到了336.065MPa，而当最大掘起和剩余牵引力正载工况时最大位移是1.89mm.两种典型工况的应力和位移如图5~图8所示。

图5

最大掘起力偏载应力分布1NODALSOLUTIONSUB=1TIME=1SEQV（AVG）DMX=.852578SMN=.404E-03SMX=128.641ANSYSNOV27201716:54:54PLOTNO.1

.404E-0328.58757.17485.761114.34814.29442.88171.467100.054128.641表1工作装置2种典型工况的载荷描述工况描述方向与大小/kN作用点工况1：最大掘起力偏载PY=-171.66，B自动反算，PY=64.3斗尖内100mm，导板内边，Z向离斗边100mm工况2：最大掘起和剩余牵引正载PY=-151.8，B自动反算，PY=64.3，PX=76斗尖内100mm，导板内边表2前车架2种工况所受到的所有载荷工况载荷/kN工况载荷/kN工况1：最大掘起力偏载NODEFXFYA1629.01-5.2022A2629.01-299.92B-508.0027.282C1-375.0165.863C2-375.0165.863Y向施加1g重力加速度工况2：最大掘起和剩余牵引正载NODEFXFYA1655.13-154.15A2655.13-154.15B-508.0027.283C1-439.1377.381C2-439.1377.381Y向施加1g重力加速度，棱线两端X各19kN图3装载机整车示意图[

3]发动机

后车架前车架工作装置驾驶室

图4前车架载荷作用位置简图[

4]AOYZXGFEDCB

2《装备制造技术》2018年第02期

图8最大掘起和剩余牵引力正载位移

分布1NODALSOLUTIONSUB=1TIME=1SEQV（AVG）RSYS=0DMX=1.897SMX=1.897ANSYSNOV28201718:39:30PLOTNO.1

0.421504.8430081.2651.686.210752.6322561.0541.4751.897从以上的应力和变形分布图可以看出：前车架在铰销E处有较大形变，其上部翼箱的外侧有较大形变；限位部分受到的和铰销F处受到的应力都较大；翼箱与后背板相交的地方应力较大;翼箱与翻斗油缸的车架前板、后板受到的应力大。出现上半部分应力与变形大，下半部分应力与变形小的情况的主要原因是：施加在前车架上半部分的动臂支持力、油缸力和翻斗油缸力与施加于其下半部分的力相比大得多，并且基本上是导致前车架上半部分变形的均衡力。从以上工况的应力与变形可以看到：偏载工况的最大应力和变形部位比正载工况高到9%~30%之间。刮雪工况是最不安全的，次之是最大崛起工况和水平插入工况。4总结本文以装载机前车架为研究对象进行有限元的结构应力和变形分布情况分析，为实际的装载机设计制造提供了可靠的研究数据和一定的理论基础。参考文献：[1]张明.轮式装载机前车架的有限元分析[D].咸阳：西北农林科技大学，2012.[2]李会勋.CLG856型轮式装载机前车架结构载荷计算、有限元分析与优化设计[D].南宁：广西大学，2006.[3]崔盼超.装载机前车架强度与局部焊接应力分析[D].厦门：集美大学，2012.[4]陈树勋，梁光明，李会勋.轮式装载机前车架结构载荷计算、有限元分析与优化设计[J].工程机械，2007（06）：37-42，120.[5]李宗玉，石沛林.ZL50型装载机前车架的有限元分析[J].农业装备与车辆工程，2011（5）：26-30.[6]盛义军.敏捷供应链构建关键技术研究及实现[D].西安：西北工业大学，2008.[7]黄少杰.装载机前车架结构改进及关键焊缝焊接工艺研究[D].徐州：中国矿业大学，2015.图6最大掘起力偏载位移

分布1NODALSOLUTIONSUB=1TIME=1SEQV（AVG）RSYS=0DMX=.852578SMX=.852578ANSYSNOV27201717:04:59PLOTNO.1

0.189462.378924.568386.757847.094731.284193.473655.663117.852878

图7最大掘起和剩余牵引力正载位移

分布1NODALSOLUTIONSUB=1TIME=1SEQV（AVG）DMX=1.897SMN=.709E-03SMX=286.12ANSYSNOV27201718:37:13PLOTNO.1

.709E-0363.583127.165190.747254.32931.79295.374158.956222.538286.12

（下转第29页）

3《装备制造技术》2018年第02期

Top-DownParameticDesignofCathodeDrumProductBasedonCreoLIUDang-wei，WUHong-xia，ZHAOGuang-wen，LIHui-yuan（Xi’anAerospacePowerMachineCo.，Ltd.，Xi’an710025，China）Abstract：TheparametricdesignofthecathodedrumproductwascompletedbyusingCreosoftwareandTop-Downdesignmethodinthispaper.Aseriesofdefinitionofitsvariablesizewascarriedoutbasedonthis，whichlaysthefoundationfortheserializationdesignofcathodedrumproductsinthelaterperiod.Keywords：cathodedrum；Top-Down；creo；parametricdesign零部件设计、二维工程图设计等过程在同一个平台相关性设计开发，为后期阴极辊系列产品的模块化设计奠定了基础。使用该软件输出的二维工程图符合国家制图规范，可以满足现场生产制造要求。为提高生产效率，提高批次质量稳定性，部分常用零件实体模型还首次采用Creo软件进行了NC编程及数控机床加工。3结束语本文阐述了Top-Down的基本设计流程与思路，在Creo软件平台上，使用Top-Down的设计方法完成了阴极辊产品的参数化设计。整个设计过程从顶层控制开始，设计之初就控制着整体结构及设计目标，对主要固定参数从顶层进行了锁定，对关键的可变参数在记事本文件内进行了表格化处理，方便后期设计更改，采用关系式对其它可变参数进行了控制约束。通过该方法，可大大缩短产品开发周期，为以后阴极辊产品模块化设计奠定基础。参考文献：[1]张永清，吉毅松，梁永生，等.阴极辊结构和导电分析[J].电镀与精饰，2006（4）：17-19.[2]夏文梅，昌殊.电解制造铜箔用阴极辊的技术要求[J].印制电路信息，2003（10）：20-25.[3]韩炬，曹利杰，王宝中.中文版Creo2.0完全自学教程[M].北京：人民邮电出版社，2013.[4]钟日铭.Creo3.0装配与产品设计从入门到到精通[M].北京：机械工业出版社，2013.[5]李何伟，郭芬芬，夏笔.叉车门架系统的Top-Down设计研究[J].机械研究与应用，2014（1）：67-70.[6]韩锋钢，陈都，李如，等.基于Creo的FSAE赛车Top-down参数化设计[J].重庆理工大学学报，2013（12）：7-11.[7]王勤思，赵海燕.基于Pro/E电梯部件参数化设计[J].机械研究与应用，2014（1）：172-177.[8]邹炳辉.应用PTCCreo自定向下设计方法进行变压器的设计[J].机电工程技术，2015（08）：149-152.[9]蔡晓娜.基于Pro/E软件的优化设计及其在机械设计中的应用[J].科技信息，2014（6）：246-247.

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基于ANSYS的矿用车架的有限元分析

基于ANSYS的矿用车架的有限元分析

机电技术　２０１５年６月　

图３智能监控设备软件流程图　讯，此服务的客户内容包括ＩＰ地址以及云服务器　

的ＴＣＰ端口号等所传输的信息。在正常的通信中，　

该模块负责收发智能终端模块和云端的数据　。　

串口摄像头通信模块通过单片机获取摄像头　

图像，设备上电初始化时打开串口，设置图像分辨　

率。正常通信时循环执行开始采集图像、获取图　

像数据、结束采集图像并上传。　

４结语　

实践表明，利用单片机ＡＴ８９Ｃ５２和ＭＣ５５通　

信模块设计的无线数据传输模块，体积小、功耗　

低、电路构造简单，可以方便地嵌人基于ＲＳ２３２接　

口通信的数控机床远程监控系统中。通过该模　

块，能够将机床数据通过无线通信传送给云端服　

务器，同时任何联网设备均可远程监控机床状态，　

方便维修人员快速便捷的诊断。　

参考文献：　［１】１王浩林，徐志明，李郝林，等．基于网络的数控机床远程监控与管理系统设计与实现『Ｊ］．机床与液压，２０１４，４２（１０）：１４９—　

１５２．　【２】曹爱霞，武伟，钟佩思，等．基：：ＪＺ３Ｇ技术的数控机床远程监测系统的设计［Ｊ］．机床与液压，２０１２，４０（１８）：１２６—１３２．　

【３】陈光伟，徐达丽，董本志．数控机床远程监控系统的实现与优化【Ｊ】．机床与液压，２００９，３７（１１）：１４８—１５０．　

［４］蔡厚道，吴嗥主．数控机床构造［Ｍ】．北京：北京理工大学出版社，２００７．　

【５】崔元刚．数控机床技术应用［Ｍ】．北京：北京理工大学出版社，２００３．　

【６］井陆阳，王太勇，陈东祥，等．数控机床多参数在线监测诊断系统的设计与实现［Ｊ】．制造业自动化，２０１３，３５（６）：１７８—１８０．　

［６】苏宪利，郑一麟．基于ＷＥＢ的数控机床监控系统的设计与实现［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１３（６）：５８—６１．　

【７】徐晨．物联网与数控机床远程智能监控系统［Ｊ】．组合机床与自动化加工技术，２０１３（８）：８６—９０．　

【８】汪健，黄大荣，冷国民，等．基于ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅｓ的数控机床监控系统［Ｊ１．制造业自动化，２０１３，３５（１２）：１１１—１１４．　

基于ANSYS的车架动态有限元分析的应用

基于ANSYS的车架动态有限元分析的应用

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基于ANSYS的车架动态有限元分析的应用

作者：牟昊

来源：《硅谷》2011年第07期

摘要： 通过构件装配的方法对湖北三环专用汽车公司STQ3062L2Y33型号的货车车架建立车架三维模型，利用软件ANSYS对车架进行有限元建模。同时进行动态有限元分析，并对分析结果进行研究，得到车架变形和应力变化规律。

关键词： 货车车架；ANSYS；动态分析；有限元分析

中图分类号：U463 文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0410128－01

车架是发动机﹑底盘和车身各个总成的基础，是关键的承载部件，所以研究车架的强度和动态特性十分重要。由于汽车运动具有随机振动的特点，车架是受随机载荷的作用，这给车架动应力的计算带来一定的困难。随着计算机应用的快速发展，诸多大型仿真软件应用于汽车仿真技术上，使得在计算机上就可以对汽车车架进行逼真的动态仿真分析。本文基于ANSYS软件对湖北三环专用汽车公司型号为STQ3062L2Y33的货车车架进行研究。

1 车架的模态分析

1.1 车架有限元模型及振型

本文车架建模采用CATIA中的曲面设计，通过装配的方法对车架进行仿真建模，再将模型导入ANSYS中划分单元格。进行模态分析时，唯一有效的“载荷”是零位移约束。本文运用子空间法分析其自由模态，所以对车架不做任何处理。计算得到车架前15阶固有频率的值，见表1。

表1各阶模态计算结果

可以看出第一阶到第六阶车架振型只是简单的平移或者旋转，这是因为分析的是自由模态，并没有对其施加约束，所以前六阶振型对整车的分析价值不大。从第七阶开始，车架开始出现了形状上的变化，阶次越高，振型越复杂，开始只是简单的一阶扭转和弯曲，从第十阶开始出现了二阶变形，从第十二阶开始又出现了局部模态。计算求得本文的发动机怠速频率为25Hz，工作频率在40～90Hz。由表1可知汽车在怠速起步阶段势必会达到固有频率，容易导致车架弯曲变形，驾驶室有颠簸感。随着长时间的行驶，容易导致支撑发动机和驾驶室的横梁变形或开裂，这对于车架寿命以及行驶安全都是不利的，需要对车架进行改进。从第十阶到第十五阶，车架的固有频率在发动机的工作频率范围内，说明在行驶过程中可能会发生共振。此外，在高阶模态振型中可以看出，车架后端横梁变形较为严重，需要对其改进。 龙源期刊网

基于ansys workbench的沙滩车车架有限元分析

基于ansys workbench的沙滩车车架有限元分析

科技创新与生产力2019年11月总第310期沙滩车经常行驶在地形复杂且路面状况较差的地方，而车架是沙滩车结构的主体部分，为保证沙滩车行驶正常，必须校核车架的质量是否满足使用条件。本文通过ANSYSWorkbench软件对某款已设计好的沙滩车车架进行了静力学分析和模态分析。静力学分析可以验证沙滩车车架的强度和刚度是否满足使用要求；模态分析可以检验沙滩车车架在行驶时的振动频率是否和车架的固有频率相近。1车架有限元模型的建立使用CATIA建立沙滩车车架的三维模型，沙滩车车架主要是由壁厚为2mm、外径为20mm的薄壁圆管和厚度为3mm的薄片焊接而成。焊接部分的刚度较高，并且焊缝对车架的分析结果影响很小，因此在建立车架模型时将车架视为一个整体。对于重要部位应尽量保留其原始面貌，对于车架的圆角、倒角进行适当处理。沙滩车车架由薄壁圆管和薄片组成，壳单元能够反映其真实的几何形状，可以得到精确的结果，并且单元数量较少，因而选用壳单元建立车架的有限元模型[1]。在建立车架的几何模型时先在CATIA中提取车架的表面，将车架表面转化为igs格式，导入ANSYSWorkbench中，打开DesignModeler界面给车架表面添加相应厚度，使用fromnewpart将车架变为一体，以免在划分网格时零件接触部位节点不连续。车架使用自动网格划分，划分后的车架有限元模型见图1。网格质量的好坏直接关系到结果是否准确，由网格质量检查结果（见表1）可知，车架有限元模型网格质量较好[2]。车架一共有56954个单元、56430个节点，单元类型为Shell181。车架使用Q235材料，密度为7.85㎏/m3、弹性模量为200000MPa、泊松比为0.3、屈服强度为250MPa、抗拉强度为460MPa。基于ANSYSWorkbench的沙滩车车架有限元分析文章编号：1674-9146渊圆园19冤11原园47原园3

郭冬青，马宗正，栗金成，王飞，韩晗，傅祥博

基于ansys甘蔗装载机的有限元分析

基于ansys甘蔗装载机的有限元分析

2012年7月农机化研究

第7期

基于ANSYS甘蔗装载机的有限元分析

郑广平1，李尚平2，娄玉印1，范志达1

(1．广西大学机械工程学院。南宁530004；2．钦州学院，广西钦州535000)

摘要：基于链传动具有平均传动比准确、传动效率高、结构紧凑和承载能力高的优点，设计了以链传动为主要

传动方式的装载机。采用APDL参数化设计语言建立了装载机各主要零件模型。通过有限元分析，结果表明：以

链传动为主要传动方式的装载机能够满足工作要求并且各主要零件能够满足强度和剐度要求。

关键词：甘蔗装载机；APDL；有限元；链传动

中图分类号：TP391．41文献标识码：A文章编号：1003—1∞X12012)07-0065-05

0引言

目前，我国甘蔗收割机械化已迫在眉睫，由于制

糖工艺的限制，整杆式的收获方式仍然是目前的主

流，为更进一步地减少劳动量，将现有的拉打捆技术

运用到甘蔗收割机中也是很有必要的。为此，本文设

计了一种针对这种成捆甘蔗装车的装载机，丽目前这

种小型装载机的研究大部分都是通过经验结论而不

是通过科学的计算进行的，如是通过类比或经验得出

各个零件的尺寸，采用这种传统的方法具有一定的盲

目性和局限性。因此，需要引进更为先进合理的设计

方法．使设计出的新型装载机更加科学和合理，为以

后装载机的生产和制造提供更加有效的参考。而有

限元方法就是针对上述缺陷而提出的先进有效的设

计方法。当前装载机的研究主要利用有限元理论结

合ANSYS软件，对装载机的各部分零件进行结构分析

验证其刚度和强度。此方法对提高装载机的寿命、加

工精度和降低成本具有重要的意义¨J。

1工作原理

本装载机由牵引蓄电池、电动机、机架、传动装置

和吊钩等组成+整体结构如图l所示。以蓄电池电动

机为动力代替了传统意义上的柴油机；以链传动作为

主要的传动方式。由牵引蓄电池作为电源，电动机通

过减速器带动整机传动系统的主动链轮，使整个链传

动装置运动起来；通过链条的循环运动，两对

收稿日期：201l-11一ll