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()=0.236、密度()=7890Kg/m3。
(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)约束边界条件:通过设定边界条件约束,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,左侧伸缩机构通过导轨以及卡口连接,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,右侧楔形机构的斜面是受力表面。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:起重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要。假设搬运器允许搬运的最大车重3000Kg。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,采用单元类型单元库类型中的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。网格化分包括自由网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才能满足搬运安装要求。因此,为了减小位移变形跟右端卡口部位的应力情况,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)和位移云图(图7)如图所示。从云图结果中可以看出最大位移变形量明显减小,最大位移变形变成0.4741mm,满足设计装配要求。
3 结论
经过Abaqus软件分析可以得出,采用伸缩杆采用直径为70mm时,起重夹持机构的整体位移变形进一步缩小,为将来安装定位设备进一步提高了定位精度。
参考文献:
[1]张炜.立体车库中自动搬运小车的研究[D].上海:上海交通大学,2013(04).
[2]曲胜.基于TRIZ的立体车库汽车搬运器创新设计与研究[D].山东:山东建筑大学,2013(04).
[3]曹金凤,石亦平.ABAQUS有限元分析常见问题解答[M].北京:机械工业出版社,2009.
[4]李建功,程秀芳,彭伟.机械设计[M].北京:机械工业出版社,2012.