單柱汽車舉升機主體結構設計與有限元分析

孫寶林

摘 要：文章對移動式單柱汽車舉升機的主體結構作了改進設計，并利用SolidWorks Simulation對其進行了有限元分析，對主體結構的應力和位移分布情況有了較全面的了解，并驗證了改進后的主體結構滿足強度要求。改進后的結構重量較之前降低了約8%，并方便加工，可減少加工成本。

關鍵詞：單柱汽車舉升機；主體；結構設計；有限元分析

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）2-0092-02

隨著世界經濟的發展和現代化程度的提高，國內、外的中小型汽車普及率不斷增長，對于汽車維修保養的需求也隨之增加。汽車舉升機產品是汽車維修保養必不可少的設備。移動式單柱汽車舉升機以其方便靈活、安全可靠的特點、越來越受到市場的青睞。移動式單柱汽車舉升機的主體結構包括底座、立柱、舉升滑臺及舉升托架（見圖1），工作時是主要受力構件，因此對其結構進行合理的設計并進行受力分析十分必要。本文應用有限元法對單柱汽車舉升機的主體結構進行了分析，使設計改進后的結構強度得到了驗證。

1 有限元模型的建立

1.1 設計分析

最初的設計針對國內市場的需求，底座高度為107 mm（見圖2原設計）。隨著企業對國外市場的開拓，產品結構也必須與之相適應。調查顯示，為適應底盤較低的汽車維修需要，國外市場對單柱汽車舉升機底座高度的要求為≤95 mm。據此，對原有結構做了改進設計，將底座高度改為90 mm，在改型的同時，對原立柱和舉升滑臺的部分結構進行了簡化設計，結構如圖2（改進后）所示（為便于分析圖中省略了舉升托架）。改進后的結構重量較之前降低了約8%，并方便加工，可減少加工成本。

1.2 建立有限元模型

移動式單柱汽車舉升機主體結構材料選用Q345，材料屬性如表1所示。

對改進后的移動式單柱汽車舉升機主體結構利用SolidWorks Simulation進行有限元分析。首先對模型簡化并進行前處理。為了反映結構的整體受力情況，對舉升滑臺升至最高點時進行建模分析。

為方便分析計算，舉升托架及托舉載荷簡化為一遠程載荷，根據實際工作情況，取載荷重心距舉升滑臺前表面950 mm，總質量為3 180 kg（托舉載荷設為3 000 kg；舉升托架自重180 kg）。工作時，油缸活塞桿頂起舉升滑臺至工作高度后停止，所以對舉升滑臺施加約束限制其向下位移以模擬油缸提供的支撐，舉升滑臺與立柱滑道連接部分設為無穿透接觸，總的載荷通過油缸底部作用在立柱底板上，立柱底板與底座用螺栓接頭連接，底座與地面的接觸簡化為固定約束，建好的網格模型如圖3所示。

模型采用基于曲率的實體網格，單元數為1 338 909，節點數2 065 573，網格為高品質。

2 有限元分析

對移動式單柱汽車舉升機主體結構進行靜態分析可以較全面地了解它工作時的應力分布情況，模型的靜態分析結果如圖4所示。

經分析得知，最大應力出現在立柱下部與底板連接部位約為195 MPa，最大位移在立柱頂端為8.47 mm。由于立柱與底板連接部位應力較大，因此在加工制造中應重點關注該部位的結構強度并提高焊接質量。

移動式單柱汽車舉升機的主體結構材料為Q345，材料許用應力[σ]選220 MPa，設計允許最大位移量[δ]≤14.5 mm（根據文獻[4]的規定得出）。分析結果顯示改進后的主體結構應力與位移均可滿足σ≤[σ]；δ≤[δ]。根據以上分析結果制作的移動式單柱汽車舉升機經實際舉升試驗強度符合要求。

3 結 論

對改進后的移動式單柱汽車舉升機主體結構運用有限元法進行了分析，對其應力和位移分布請況有了較全面的了解，對應力較大的部位在設計和制造中應重點加強。通過分析以及實際試驗驗證了改進后的結構設計滿足強度要求，并最終確定了較為簡單合理的產品結構，改進后的結構重量較之前降低了約8%，并方便加工，可減少加工成本。

參考文獻

[1] 孫旭.基于仿真的工程自卸車舉升機構有限元優化設計[J].工程機械，2009，（7）：44-48.

[2] 太陽能電池層壓機的有限元分析與優化[J].機械設計與制造，2008，（7）：72-74.

[3] 鄭銀環，胡均安.雙柱式汽車舉升機立柱結構的有限元分析[J].湖北汽車，2000，（3）：12-14.

[4] JT/T 155-2004，汽車舉升機[S].