整车热平衡升降平台的关键零部件结构分析_杜文文.pdf

电子质量2022年第12期（总第429期）整车热平衡升降平台的关键零部件结构分析杜文文，朱雅蓉，杨金国（安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖241002）摘要：首先，利用三维软件UG绘制了整车热平衡升降台的关键零部件（如侧移螺母、定柱长横撑、动柱横撑杆、固定立柱基板、铰接座和锁紧螺钉底座）的三维立体图；然后，利用分析软件ANSYS模拟计算了整车热平衡升降平台连接板上的Von-Mises应力；最后，对升降平台的活动立柱进行了结构优化处理，得出了应力应变图和时间与应变的关系式图。实验结果表明：连接板上的应力在受力点处达到了最大值，应力集中，与实际相一致，同时证明了该升降平台的结构设计合理，满足生产需要。关键词：升降平台；ANSYS；UG；关键零部件；结构优化中国分类号：TH 211+.6文献标识码：A文章编号：1003-0107（2022）12-0064-09The Analysis of Key Components Structure of Vehicle ThermalBalance Lifting PlatformDU Wenwen，ZHU Yarong，YANG Jinguo（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering，Wuhu 241002，China）Abstract：Firstly，the three-dimensional software UG is used to draw the three-dimensional di-agram of the key parts of the vehicle heat balance lifting platform，such as the side nut，thefixed column length cross support，the moving column cross support，the fixed column baseplate，the hinge seat，the locking screw base.Then，the Von-Mises stress on the connectingplate of the vehicle heat balance lifting platform is simulated by ANSYS software.Finally，thestructure of the movable column of the lifting platform is optimized，and the stress-strain dia-gram and the time-strain diagram are obtained.The experimental results shows that the stresson the connecting plate reaches the maximum value at the stress point，and the stress is con-centrated，which is consistent with the practice.At the same time，it proves that the structuraldesign of the lifting platform is reasonable and can meet the production needs.Keywords：lifting platform；ANSYS；UG；key component；structure optimizationCLC number：TH 211+.6Document code：AArticle ID：1003-0107(2022)12-0064-09基金项目：安徽省高校自然科学研究项目整车热平衡试验台架升降平台的研发与应用（KJ2019A1165）资助。收稿日期：2022-09-20作者简介：杜文文（1988），女，安徽当涂人，安徽机电职业技术学院讲师，硕士，从事机械强度、数控设备应用与维护方面的教学与研究工作。0引言随着现今科学技术的不断进步和生产力的高速发展，机电产品种类日新月异，液压升降平台是一种性能良好的起升机械设备，其具有结构简单紧凑、承载能力强和操控方便等特点，在物流业货物装卸和设备的安装与检修中有着广泛的应用1-3。但是，传统生产方式制造出来的升降平台由于缺少理论依据，其外形较为笨重，各项性能都有待提64整车热平衡升降平台的关键零部件结构分析杜文文，等高。所以，通过科学的手段进行分析计算优化升降平台，得到各方面性能都最优的产品己经迫在眉睫4-6。升降平台的实物图如图1所示。本文对该机构的主要零部件结构进行设计，绘制出三维立体图，同时用ANSYS软件分析计算了该机构的Von-Mises应力，还对一些零部件进行了进一步研究。1各零件图的设计侧移螺母的二维尺寸图如图2a所示，根据图上所标注的尺寸，可绘制出图2b所示的三维图，具体绘制步骤如下：首先，建立草图，绘制60 mm95 mm的矩形，完成草图，拉伸-19.519.5 mm。在矩形表面绘制12 mm60 mm的矩形，完成草图，拉伸-2424 mm；然后，再在相同表面建立草图，绘制直径为27 mm的圆，完成草图，布尔运算减去，拉伸39 mm；最后，在顶部建立草图，绘制两个直径为13 mm的圆，完成草图，布尔运算减去，拉伸至贯穿模型，完成侧移螺母图的绘制。侧移丝杠的二维图如图3a所示，根据所示尺寸绘制三维立体图，如图3b所示。具体绘制步骤如下：首先，在XY建立草图，绘制直径为27 mm的圆，拉伸100-100 mm；其次，在新的平面建立草图，绘制直径为22 mm的圆，拉伸160 mm；然后，再在步骤2的基础上建立草图，绘制直径为16 mm的圆，拉伸144 mm；最后，以XY为平面镜像步骤2和步骤3的模型，完成侧移丝杠的绘制。第一层底板的二维图如图4a所示，根据所给尺寸绘制三维立体图，如图4b所示。具体绘制步骤如下：首先，在XY平面建立草图，绘制长为808 mm、宽为557 mm的矩形，完成草图后拉伸50 mm；其次，在YZ平面内建立草图，绘制3个螺纹孔，直径图1测功机升降平台实物图图2侧移螺母图a侧移螺母二维尺寸图b侧移螺母三维立体图图3侧移丝杠图a侧移丝杠二维尺寸图b侧移丝杠立体图65电子质量2022年第12期（总第429期）为24 mm，深度为36 mm，第一个螺纹孔距离边176 mm，3个孔距分别为220、124 mm，以XZ平面作基准平面，位置在矩形的中心，以该基准平面为基准，镜像得到3个螺纹孔；然后，在XY平面内建立草图，绘制直径为20 mm的孔，约束其位置至90、54 mm，在平面中心位置以XZ和YZ平面为基础建立基准平面，以XZ方向的基准镜像该圆；再绘制两个直径为20 mm的圆，约束其位置至距上表面30 mm，距中心82.5、27.5 mm，选中4个圆，以YZ方向的基准镜像4个圆，布尔运算减去，拉伸50 mm；最后，完成第一层底板的绘制。定柱长横撑的二维图如图5a所示，根据所给尺寸绘制三维立体图，如图5b所示。具体绘制步骤如下：首先，在XY平面建立草图，绘制长为940 mm、高为128 mm的矩形，拉伸55 mm和-55 mm；其次，在YZ平 面 长 方 体 左 表 面 建 立 草 图，绘 制 长 为100 mm、高为176 mm的矩形，约束至步骤1长方体由表面中心位置，拉伸18 mm，以YZ平面为中心镜像该特征；然后，在YZ平面长方体左表面建立草图，绘制4个直径为10 mm的圆，每个圆距离每条边的位置都是15 mm，选中4个圆，布尔运算减去，拉伸940 mm；最后，完成定柱长横撑的绘制。动柱横撑杆的二维图如图6a所示，根据所给尺寸绘制三维立体图，如图6b所示。具体绘制步骤如下：首先，在XY平面建立草图，绘制一个直径为30 mm的圆，拉伸305 mm和-305 mm；然后，在圆柱的一端建立草图，绘制直径为20、30 mm的同心圆，布尔运算减去，拉伸60 mm，再绘制一个直径为17 mm的圆，选中直径为20、17 mm的圆，布尔运算减去，拉伸5460 mm，镜像两个特征；最后，完成定柱长横撑的绘制。图4第一层底板图a第一层底板二维尺寸图b第一层底板三维立体图图5定柱长横撑图a定柱长横撑二维尺寸图b定柱长横撑三维立体图a动柱横撑杆二维尺寸图66整车热平衡升降平台的关键零部件结构分析杜文文，等短横撑的二维图如图7a所示，根据所给尺寸绘制三维立体图，如图7b所示。具体绘制步骤如下：首先，在XY平面建立草图，绘制一个长为120 mm、宽 为50 mm的 矩 形，完 成 草 图 后 拉 伸622 mm和-622 mm；然后，在120 mm50 mm的矩形任意一边建立草图，在中心位置绘制一个长为176 mm、宽为107 mm的矩形，拉伸18 mm，再在这个矩形表面建立草图，在四角位置绘制4个直径为11 mm的圆，约束位置至距离短边为9 mm、距离长边16 mm的位置，完成草图，布尔运算减去，拉伸18 mm；最后，选中步骤2中的所有特征，以XY平面为中心，镜像该特征，得到该短横撑三维立体图如图7所示。固定立柱的二维图如图8a所示，根据所给尺寸绘制三维立体图，如图8b所示。具体绘制步骤如下：首先，在XY平面建立草图，绘制一个长为376 mm、宽为120 mm的矩形，完成草图，拉伸48 mm，再在XY平面建立草图，在四角位置绘制4个直径为27 mm的圆，约束其位置至距离短边50 mm、距离长边25 mm的位置，完成草图，布尔运算减去，拉伸48 mm；然后，在底座上表面建立草图，在短边的中心位置绘制两个长为100 mm、宽为20 mm的矩形，其中一条边与短边重合，完成草图，拉伸200 mm，将上表面进行倒角，长度随意，在底座上表面建立草图，在靠长边的中心位置绘制一个长为140 mm、宽为102 mm的矩形，完成草图后拉伸1 500 mm；最后，在底座上表面建立草图，在102 mm的两边上各绘制一个长为120 mm、宽为17.5 mm的矩形，完成草图，拉伸1 500 mm。固定立柱基板的二维图如图9a所示，根据所给尺寸绘制三维立体图，如图9b所示。具体绘制步骤如下：在XY平面建立草图，绘制一个长为1 500 mm、宽为900 mm的矩形，完成草图，拉伸50 mm；其次，在XY平面建立草图，绘制4个直径为24 mm的圆，4个圆距离为276 mm和70 mm，约束位置至距离短边50.5 mm，距离长边44.5 mm的位置，布尔运算减去，拉伸50 mm；然后，在草图中心位置的XZ和YZ平面建立基准平面，镜像两次4个圆形特征；接着，在XY平面建立草图，在距离YZ基准平面169 mm，XZ上绘制一个直径为24 mm的 圆，使用阵列几何特征功能往Y方向两边各自阵列两个，距离为86 mm，布尔运算减去，拉伸50 mm；最后，选中这5个圆，以YZ基准平面为中心镜像这5个圆形特征。图6动柱横撑杆图b动柱横撑杆三维立体图图7短横撑图a短横撑二维尺寸图b短横撑三维立体图图8固定立柱图a固定立柱二维尺寸图b固定立柱三维立体图67电子质量2022年第12期（总第429期）铰接座的二维图如图10a所示，根据所给尺寸绘制三维立体图，如图10b所示。具体绘制步骤如下：首先，在XY平面建立草图，绘制出零件的剖面图，沿着X轴正方向绘制一条长135 mm的直线，再沿着Y轴正方向绘制长32 mm的直线，再沿着X轴负方向绘制长65 mm的直线，再沿着Y轴正方向绘制长63 mm的直线，再沿着X轴负方向绘制长70 mm的直线，再沿着Y轴负方向绘制长95 mm的直线，给最上面的两条边倒角，长度为4 mm，以坐标X：Y（35，60）为圆心绘制一个直径为40 mm的圆，完成草图，拉伸外轮廓255 mm，布尔运算减去，拉伸圆255 mm；然后，在X总平面图建立草图，以X：Z（103，30）为圆心绘制一个直径为27 mm的圆，布尔运算减去，拉伸32 mm，用阵列集合特征的功能阵列该圆，数量为4，节距为55。锁紧机构定块的二维图如图11a所示，根据所给的尺寸绘制三维立体图，如图11b所示。具体绘制步骤如下：首先，在XY平面建立草图，绘制长为184 mm、高为620 mm的矩形，完成草图，拉伸150 mm；其次，在YZ平面建立草图，以Y：Z（53，45），Y：Z（147，45），Y：Z（327，45），Y：Z（60，35），Y：Z（60，70）为圆心，分别绘制一个直径为27、40 mm的同心圆，直径为40 mm的圆拉伸70 mm，布尔运算减去，上面3个直径为27 mm的圆拉伸184 mm，下面2个直径为27 mm的圆拉伸168 mm；然后，在YZ平面建立草图，以Y：Z（92，458）为圆心绘制一个直径为60 mm的圆，再以Y：Z（105，365），Y：Z（105，195）为圆心绘制一个直径为24 mm的圆，完成草图，布尔运算减去，拉伸150 mm；接着，在XZ平面建立草图，在距离下底面50 mm的位置绘制一个长为150 mm、高为84 mm的矩形，完成草图，布尔运算减去，拉伸130 mm；最后，在YZ平面建立草图，绘制一个长为150 mm、高为100 mm的矩形，完成草图，布尔运算减去，拉伸100 mm。锁紧螺钉底座的二维图如图12a所示，根据所给尺寸绘制三维立体图，如图12b所示。具体绘制步骤如下：首先，在XY平面建立草图，绘制一个90 mm220 mm的矩形，在中心位置再绘制一个90 mm120 mm的矩形，较大的矩形拉伸-30 mm，图9固定立柱基板图a固定立柱基板二维尺寸图b固定立柱基板三维立体图图10铰接座图a铰接座二维尺寸图b铰接座三维立体图68整车热平衡升降平台的关键零部件结构分析杜文文，等较小的矩形拉伸60 mm；然后，在YZ平面图建立草图，以Y：Z（80，60）、Y：Z（140，60）为圆心绘制两个直径为24 mm的圆，完成草图，布尔运算减去，拉伸90 mm；最后，在XY平面建立草图，以X：Y（24，45）和X：Y（195，45）为圆心绘制两个直径为27 mm的矩形，完成草图，布尔运算减去，拉伸30 mm。2有限元分析有限元分析的步骤分为以下几个部分：1）分析模型前的前处理模块，导入模型后进行网格划分；2）计算模块；3）模型的结构输出。ANSYS软件处理后可以直观清楚地查看结果7-9。升降平台的升降速度调节功能：俯仰角调整时，平移板的连接板上的紧固螺栓调节装在第一层板上的调整螺杆，可实现俯仰角的调整。此时，利用ANSYS有限元分析软件分析了连接板上的Von-Mises应力，如图13所示。连接板上螺栓的最大应力满足要求。调整结束后，锁紧松开的连接板上的紧固螺栓。俯仰角调整完毕。3结构优化设计对关键性零部件进行CAE结构优化分析，在软件中模拟工作状态对零件的应力、应变和位移进行校验，及时对零件结构进行优化设计，以达到优化设计的目的。活动立柱右表面施加约束如图14所示，上表面施加载荷，加载求解后，得出节点上的最大应力应变图，如图15所示。红色区域为最大值，表明最低端受力较大。结构优化后，可以承受较大的力，应变与时间的关系式如图16所示，该图表明时间越长，应变越来越大，过了极限值，就会趋于稳定值，该设计满足要求。4结束语通过对零件的受力情况进行分析，得出该结构设计合理，每个零部件承受的力都符合生产中的需要。因此，整车热平衡升降平台的结构是可行的和正确的。a锁紧机构定块二维尺寸图图11锁紧机构定块图b锁紧机构定块三维立体图a锁紧螺钉底座二维尺寸图图12锁紧螺钉底座图b锁紧螺钉底座三维立体图69电子质量2022年第12期（总第429期）图13连接板上的Von-Mises应力图14施加载荷图70图16数字三位分节时间与应变的关系式整车热平衡升降平台的关键零部件结构分析杜文文，等图15节点应力应变图71电子质量2022年第12期（总第429期）参考文献：1张洪千.剪叉式液压升降平台设计及性能分析D.抚顺：辽宁石油化工大学，2020.2孙磊博.剪叉式液压升降平台结构优化D.济南：齐鲁工业大学，2015.3周莎莎.剪叉式液压升降平台性能分析与结构优化D.济南：山东轻工业学院，2012.4张伟龙.剪叉式升降平台性能分析与优化设计D.沈阳：东北大学，2015.5曹菲，赵友俊，石军键.剪叉式升降平台设计与有限元分析J.包装工程，2019，40（21）：193-198.6靳翠军，霍晓春，姜文光，等.剪叉式升降工作平台整机结构有限元分析和试验验证J.建筑机械，2016（6）：51-54；8.7李乐毅.新型升降平台的运动仿真和有限元分析J.机电技术，2016（2）：66-69.8张雨佳，张凯，彭超.某型升降平台托架机构有限元分析J.内燃机与配件，2018（1）：66-67.9刘建良，张具安.双剪叉式升降平台结构设计及有限元仿真J.煤炭科学技术，2018，46（S1）：193-195.信 息 与 动 态我国硅太阳能电池转换效率创世界纪录据报道，近期，我国光伏企业隆基绿能自主研发的硅异质结电池转换效率达到26.81%，这是目前全球硅太阳能电池效率的最高纪录，并且不分技术路线，也是光伏史上首次由中国光伏企业创造的硅电池效率世界纪录。中国科学技术协会党组书记张玉卓说，此次打破世界纪录，在我国光伏产业发展史上具有里程碑意义，不仅充分彰显了我国光伏企业硅太阳能电池制造的科技实力，也有力地提振了我国在更多科技领域走向世界前列的信心和决心。电池转换效率提高，意味着同样的面积，吸收同样的光，能发出的电量更多。隆基绿能创始人、总裁李振国介绍，经测算，在20%转换效率的基础之上，每提高1个百分点的转换效率，可以为下游电站节约5%以上的成本。据悉，此次也是继2017年日本企业创造单结晶硅电池效率纪录26.7%以来，时隔5年诞生的最新世界纪录。（摘自人民网）72