基于SolidWorks的手動移車器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

何全文

(四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川都江堰 611837)

基于SolidWorks的手動移車器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

何全文

(四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川都江堰 611837)

基于優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐應(yīng)用要求，對手動移車器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)可折疊功能；并利用三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks對各個(gè)部件進(jìn)行合理布局與實(shí)體建模，實(shí)現(xiàn)折疊式移車器的功能價(jià)值；利用SolidWorks軟件中的Simulation設(shè)計(jì)分析模塊對折疊式手動移車器結(jié)構(gòu)的主要部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，分析結(jié)果滿足材料的強(qiáng)度極限要求。

折疊式移車器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；有限元分析

0 引言

隨著各大城市汽車擁有量的逐年增加，停車問題日益突出。具體表現(xiàn)在：由于停車位相對較少，致使較多地出現(xiàn)車輛停放擁擠、擠占專用車位、占用專用消防通道、路邊違規(guī)停放等現(xiàn)象。要保證車輛行駛通道的通暢，就需要將違規(guī)停放車輛移開原位置，而車主停放后總是將方向盤鎖住，主動輪處于剎車狀態(tài)，無級變速的車輛駐車時(shí)更不能隨意拖動，在駕駛員不在場的情況下，只有使用專用移車工具才可將車移開，移車器作為專用移車工具被人們廣泛使用。

目前國內(nèi)移車器主要有輪式手動移車器和叉式手動移車器，包括了液壓式和機(jī)械式，該類移車器具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點(diǎn)，但是移車器的支架不能收縮折疊，使其存放會占用較大的空間，特別是對于汽車行李箱較小的車型來說比較困難。因此，開發(fā)能夠收縮折疊的移車器是必要的。

1 折疊式移車器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以目前市場上使用較廣泛的車型為例，結(jié)合機(jī)械式手動移車器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對機(jī)械式移車器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)[1]。已知條件為：汽車自身質(zhì)量900～2 000 kg，車輪直徑為40～80 cm，車輪寬度為15～35 cm，汽車被抬離地面的高度為3～5 cm，選用45鋼作為移車器材料，疲勞強(qiáng)度極限為241.8 MPa。為達(dá)到使用方便、節(jié)省人力、空間占用小的目的，設(shè)計(jì)了折疊式手動移車器[2-3]，其總體結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 折疊式移車器結(jié)構(gòu)原理圖

如圖1所示，車輪3放置在兩個(gè)滾筒11之間，齒輪6安裝在齒條外套9上，手柄13帶動推鉤7驅(qū)動齒輪6轉(zhuǎn)動，齒輪6和齒條5嚙合，自鎖塊8安裝在齒條外套9上以防止齒輪6逆轉(zhuǎn)，左支架2和右支架10上分別有折疊器4和折疊器12，同時(shí)下面均設(shè)置有萬向輪1，齒條5與一個(gè)左支架2固定連在一起，齒條外套9與一個(gè)右支架10固定連在一起，在左右支架上設(shè)置有套筒11。為減小齒輪6與齒條外套9在相對運(yùn)動時(shí)的摩擦，在裝配式齒條5與齒條外套9之間設(shè)置有滾動軸承，將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。

移車器左右支架的折疊器采用卡軸式折疊器[4]，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。以右支架為例，后支架5和前支架2作為右支架的兩段，它們通過螺栓6連接，實(shí)現(xiàn)手動折疊，彈簧3套在卡軸1的下端，擋銷4安裝在卡軸1的橫向通孔內(nèi)，卡軸1安裝在前支架2上，當(dāng)需要移車時(shí)，卡軸1通過彈簧3的作用將后支架5和前支架2鎖住，防止這兩段支架發(fā)生位移，實(shí)現(xiàn)左右支架對車輪的支撐。

圖2 折疊器

移動車輛前，將移車器的左右折疊器接合并卡緊，調(diào)整左右支架之間的距離，放置在每個(gè)車輪下面。向前搬動手柄，手柄通過推鉤將力傳遞給齒輪使之轉(zhuǎn)動，齒輪與齒條相嚙合，從而齒條相對外套做運(yùn)動，并使兩個(gè)支架距離縮小，從而實(shí)現(xiàn)將車輪抬離地面的目的。當(dāng)4個(gè)車輪都抬離地面后即可以由人力推動車輛使其移動。

2 移車器左、右支架的有限元分析

該折疊式移車器的設(shè)計(jì)要求是：車輪在被抬升后，左、右支架上放置滾筒軸的孔支撐根部和左、右支架折疊器能夠正常工作并滿足強(qiáng)度要求不損壞。利用SolidWorks軟件中的Simulation設(shè)計(jì)分析模塊對左、右支架進(jìn)行受力分析[5]，分析結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 右支架受力分析結(jié)果

圖4 左支架受力分析結(jié)果

由圖3(a)、圖4(a)可知：左、右支架的最大應(yīng)力發(fā)生在折疊器與支架相接的4個(gè)直角部位，左支架最大應(yīng)力為33.82 MPa，右支架最大應(yīng)力為48.10 MPa，左、右支架上放置滾筒軸的孔支撐根部，最大應(yīng)力分別為8.45、8.01 MPa。

由圖3(b)、圖4(b)可知：左、右支架在受力后有一定幅度的變形，隨著離折疊器越遠(yuǎn)位移越大，左支架最大位移為0.25 mm，右支架最大位移為0.28 mm。

3 結(jié)論

對改進(jìn)設(shè)計(jì)后的折疊式手動移車器的左、右支架進(jìn)行了優(yōu)化分析，分析結(jié)果中的應(yīng)力集中區(qū)分布符合實(shí)際工作時(shí)的應(yīng)力分布。其最大疲勞應(yīng)力出現(xiàn)在左、右折疊器與左、右支架相接的4個(gè)直角部位，分別為33.82、48.10 MPa，均小于45鋼的疲勞強(qiáng)度極限241.8 MPa，分析結(jié)果表明該折疊式手動移車器能夠滿足實(shí)際使用要求。在未來的工作中，將進(jìn)一步對改進(jìn)后的手動移車器進(jìn)行實(shí)物加工及樣品試驗(yàn)分析。

【1】王中發(fā)，吳宗澤.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1998.

【2】方鍵.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

【3】王克揚(yáng).助力自行車[M].北京：人民郵電出版社，1996.

【4】梁莉，黃曉如.折疊式自行車折疊器的設(shè)計(jì)[C]//中國機(jī)構(gòu)與機(jī)器科學(xué)應(yīng)用國際會議,2007.

【5】陳超祥，葉修梓.SolidWorks Simulation高級教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

Structural Optimization Design of Car Moving Device Based on SolidWorks

HE Quanwen

(Sichuan Technology & Business College,Dujiangyan Sichuan 611837,China)

Structural improvement of a car moving device was finished based on the optimization design theory and practical application requests to obtain the folding function. In order to achieve the functional value of folding car moving device, the rational arrangement of all the components and solid modeling were completed by using SolidWorks. Finally, the structural analysis of the main components of the folding car moving device was made based on the Solidworks-Simulation analysis module. The analysis results show it meet the requirements of the ultimate strength of the material.

Folding car moving device; Structure design; Finite element analysis

2017-03-08

何全文，男，工學(xué)學(xué)士，主要從事機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與數(shù)值仿真分析的研究。E-mail：weneaglelj@126.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.06.010

U463.91

A

1674-1986(2017)06-036-02