某型自卸车举升机构强度分析及优化设计.pdfVIP

某型自卸车举升机构强度分析及优化设计 张敏 苏新涛 北汽福田汽车股份有限公司长沙汽车厂技术中心CAE 分析室 长沙 410129 摘要：本文针对市场反馈某型自卸车举升机构的三角臂结构经常失效问题，建立举升机构的多体动力学模 型并进行刚柔耦合分析，发现三角臂结构强度性能不足，且与实际破坏形式一致；运用 Nastran 对三角臂 进行尺寸优化设计，结果表明当料厚 40mm 时，三角臂结构性能最优；最后，通过超载举升试验进一步验 证仿真结果，从而完全解决了三角臂结构失效问题。 关键字：三角臂 尺寸优化 MSC.Nastran 0、前言 专用汽车举升机构有很多种，常见的中重型卡车一般采用单顶放大机构，这种机构在整车上容易布置， 举升压力小，成本低。该机构由 2 根拉杆、2 个三角臂及一个油缸组成 （如图1 所示），其中，三角臂结构 性能至关重要，如果设计的较厚重，虽能保证强度及刚度性能，但材料成本增加；如果设计的较薄，可能 造成屈服变形或断裂现象，进而引发举升死点、侧翻等问题，严重影响举升机构的可靠性、安全性。 图 1 单顶放大举升机构 根据市场反馈，某型自卸车三角臂结构经常发生屈服变形或根部断裂造成车辆侧翻事故，表明该三角 臂结构存在设计缺陷，应重新进行设计。由于三角臂结构随举升过程而发生空间位置变化，三角臂受载情 况较为复杂，因此，建立举升机构动力学仿真模型、刚柔耦合分析，是三角臂结构强度分析的非常有效、 实用、方便的一种方法。本文首先运用 MSC.Nastran 计算并输出三角臂的约束模态应力、应变等信息的 mnf 文件，再导入 MSC. Adams 软件中，建立刚柔耦合结构的举升机构仿真模型，计算三角臂结构动态应力； 然后再次运用 MSC.Nastran 针对三角臂进行尺寸优化并确定三角臂厚度；最后通过举升试验验证仿真结果 的准确性，以此解决三角臂结构失效问题。 1、运用有限元法建立三角臂模态中性文件 三角臂为厚度30mm的Q345A （材料特性，如表1所示）板材，其有限元模型采用六面体单元（CQUAD6） - 1 - 单元进行网格划分（如图2所示），该模型共有个11848节点，14549个单元。 图2 三角臂有限元网格模型 表1 材料属性 3 材料名称 弹性模量（MPa） 泊松比 密度(Kg/mm ) 屈服强度（MPa） T≤16，δ s≥345 ； 16＜T≤35，δ s≥325； Q345A 2.1E+5 0.3 7.85E-6 35 ＜ T≤50，δ s≥295； 50 ＜ T≤100，δ s≥275； 建立模态卡片、载荷步、输出控制卡片后运行计算即可得出三角臂模态中性mnf文件，在mnf文件中保 留着三角臂柔体的全部模态信息，如图3所示。 图3 三角臂柔性体的模态信息 2、刚柔耦合动力学分析 首先将Para soid格式文件的举升系统三维模型导入Adams中 （重点是导入各个零部件的质量、质心位 置、转动惯量等信息），并分别创建拉杆与拉杆支座、油缸与油缸支座、三角板与拉杆及油缸转动副，油 缸内外筒滑动副等关系；其次，将货箱及货物（按超载20%）配重，且确保重心坐标、货箱尺寸、转动惯 量与实际一致；然后，利用MSC Adams里的Flexi bodies中的Rigid To Flex模块将三角臂替代为预先输出 的mnf文件，将质