本科毕业论文---汽车改装式升降台举升机构设计.doc

第1章 绪论

1.1选择的背景、研究目的及意义
升降台是一种多功能起重装卸机械设备、是一种将人或者货物升降到某一高度的升降设备。升降平台可分为：固定式、移动式、导轨式和曲臂式。固定式有：剪叉式升降货梯、链条式升降机、装卸平台等。移动式分为：四轮移动式升降平台、二轮牵引式升降平台、手推式升降平台、手摇式升降平台、交直流两用升降平台、电瓶车载式升降平台、 自行式升降平台、柴油机曲臂自行式升降平台、折臂式升降平台、套缸式升降平台、铝合金升降平台和汽车改装式升降平台，起升高度从1米至20米不等。铝合金升降平台可分为单柱铝合金，双柱铝合金，三柱和四柱铝合金。汽车改装式升降台可用于工厂、自动仓库、停车场、市政、码头、建筑、装修、物流、电力、交通，石油、化工、酒店、体育馆、工矿、企业等的高空作业及维修。升降平台升降系统，是靠液压驱动，也被称作液压升降平台。
在工厂、自动仓库等物流系统中进行垂直输送时，升降平台上往往还装有各种平面输送设备，作为不同高度输送线的连接装置。一般采用液压驱动，故称液压升降台。除作为不同高度的以下步骤中我们驱动将液货物输送外，广泛应用于高空的安装、维修等作业。是一种将人或者货物升降到某一高度的升降设备。在工厂、自动仓库等物流系统中进行垂直输送时，升降平台上往往还装有各种平面输送设备，作为不同高度输送线的连接装置。一般采用液压驱动，故称液压升降台。除作为不同高度的货物输送外，广泛应用于高空的安装、维修等作业。
目前，发达国家生产的汽车改装式升降台质量较好、性能较稳定、设备操作简单，在经销商中口碑良好。我国的汽车改装式升降台是20世纪90年代依据国外的产品技术生产的，到现在举升机市场已经拥有近百个中外品牌，产品系列成百上千。然而汽车改装式升降台虽然也相对定型，但很多产品性能还不够稳定，故障多，可靠性差，外观不够美观，在产品设计、技术开发等方面都还有很多地方有待改进。因此，进一步提高产品性能与可靠性，是国内汽车改装式升降台任重道远且亟需改进的地方。然而目前，在我国还没有出现利用虚拟样机技术对汽车改装式升降台进行研究，只有将汽车举升机的工程实践和虚拟样机技术结合起来，才能真正加快汽车举升机产品的发展历程。为此，本课题基于计算机仿真平台，应用当前CAD/CAE领域应用比较广泛的三维软件CATIA、有限元软件ANSYS及动力学仿真软件ADAMS，进行汽车改装式升降台的强度、刚度、稳定性及动态特性等方面的计算机仿真研究与分析，为我国汽车举升机产品的设计、技术开发方面提供更多的理论参考，进一步提高汽车举升机的稳定性和可靠性。目前国内的高空作业平台产品主要集中在车载式、剪叉式、牵引式。但无论从结构上还是功能上都无法与国外同类产品相比。自行履带式高空作业平台目前在国内还是空白，自行轮载式平台也只有少数厂家在生产，并且存在产品种类少，臂型结构单一，起升高度低，适应场地能力差等不足之处，因此在功能上与国外先进产品相比还有较大的差距。
随着中国经济的蓬勃发展，举升设备也迎来巨大的市场需求。在高空作业领域中，常以汽车改装式升降台作为重要工具。它的作用都是将需要升高的人或物水平提升到合适的高度，以便于维修工人对待修设备进行维修或将待运物品举升到合适的高度，正因为人员要在举升设备上工作，因此要求举升设备一定要安全可靠，否则一旦发生危险，后果不堪设想。因此，对举升设备的安全性进行研究将具有重大的意义。本课题研究运用虚拟样机技术对汽车改装式升降台的虚拟设计，在产品制造之前运用ANSYS、ADAMS软件进行仿真研究。
CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。
设计对象的混合建模：在CATIA的设计环境中，无论是实体还是曲面，做到了真正的互操作；变量和参数化混合建模：在设计时，设计者不必考虑如何参数化设计目标，CATIA提供了变量驱动及后参数化能力。几何和智能工程混合建模：对于一个企业，可以将企业多年的经验积累到CATIA的知识库中，用于指导本企业新手，或指导新车型的开发，加速新型号推向市场的时间。CATIA具有在整个产品周期内的方便的修改能力，尤其是后期修改性，无论是实体建模还是曲面造型，由于CATIA提供了智能化的树结构，用户可方便快捷的对产品进行重复修改，即使是在设计的最后阶段需要做重大的修改，或者是对原有方案的更新换代，对于CATIA来说，都是非常容易的事。CATIA所有模块具有全相关性，CATIA的各个模块基于统一的数据平台，因此CATIA的各个模块存在着真正的全相关性，三维模型的修改，能完全体现在二维，以及有限元分析，模具和数控加工的程序中。并行工程的设计环境使得设计周期大大缩短，CATIA 提供的多模型链接的工作环境及混合建模方式，使得并行工程设计模式已不再是新鲜的概念，总体设计部门只要将基本的结构尺寸发放出去，各分系统的人员便可开始工作，既可协同工作，又不互相牵连；由于模型之间的互相联结性，使得上游设计结果可做为下游的参考，同时，上游对设计的修改能直接影响到下游工作的刷新。实现真正的并行工程设计环境。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如CATIA, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE工具之一。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力； 　　后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。
ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额,现已经并入美国MSC公司。
软件应用：ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。
利用上述三种软件进行汽车改装式升降台虚拟设计及仿真分析，可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为生产实际提供理论支持。
1.2设计主要内容
选取某品牌汽车改装后的升降台设计，要求升降台接取汽车引擎动力，实现升降台的升降功能，平台还需具有360°旋转功能。最大举升高度为6000mm，最低高度为950mm，外形尺寸根据选配汽车尺寸自定，上升时间50s，额定载荷300kg，整机重量1450kg，电压24V，电机功率1.5KW。利用AutoCAD、CATIA软件完成升降台二维及三维设计、利用ANSYS软件对关键零部件进行强度、刚度及稳定性校核，利用ADMAS软件对整机进行动态仿真研究。
1.2.1 设计的基本内容
（1）升降台总体方案设计；
（2）利用AutoCAD软件完成升降台二维总体结构设计及零部件设计；
（3）校核计算；
（4）利用CATIA完成升降台三维建模及虚拟装配；
（5）利用ANSYS完成关键零件的有限元分析；
（6）利用ADAMS软件完成整机动态仿真及分析。
N
Y
Y
Y
N
1.3 是否合理

转换接口
ADAMS动力学析仿真

ANSYS有限元分析

N
撰写设计说明书

仿真结论分析

是否合理

CATIA整机装配及干涉检查

是否合理

转换接口
CATIA三维实体建模
汽车改装式举升机结构设计及校核
调研、收集资料及总体方案论证
研究采用的技术流程图如图1.1所示。

图 1.1 技术流程图

第2章 汽车改装式升降台举升机构设计

2.1 汽车改装式升降台车体选择
汽车改装式升降台车体底盘按总体性能可分为通用汽车底盘、专用汽车底盘二种。通用汽车底盘指通用汽车的二类底盘。由于原汽车车架的强度和刚度满足不了作业时的要求，故需要在原汽车底盘上增设副车架以实现对上车的支撑，所以整个高空作业车的重心较高，重量也较大，从而导致整机性能下降。但由于通用底盘的价格较低，在中小型的高空作业车上比较常用。
专用的汽车底盘是按高空作业车要求专门设计制造的。专用底盘轴距较长，车架刚性好，其驾驶室的布置有三种形式，一是正置驾驶室 (与通用汽车一样)，二是侧置的偏头式驾驶室，三是前悬下沉式驾驶室。
据设计要求——最大举升高度为6000mm，最低高度为950mm，上升时间50s，额定载荷300kg，整机重量1450kg，电压24V，电机功率1.5KW。外形尺寸根据选配汽车尺寸自定，由已知的参数可知，待改装式汽车可在3.5到12t之间选择，属于类，即属于中型的载货机动车，即选用二类底盘（通用汽车底盘）。选用二类底盘不但可以缩短开发周期，而且也降低了制造的成本，再根据已知条件中给的整车整备质量、轴数、轴距、外型尺寸等，在查取的二类底盘中选用了金杯SY1036SAS3的货车底盘。经调研，该金杯牌卡车，发动机型号：CA498，最大设计总质量3600kg，发动机额定功率62.5kw整车整备质量1825kg，车厢厂3300mm,车厢宽1800mm，满足使用要求。
2.2升降台整体结构形式及基本组成
此次课题设计的内容为剪刀式举升机，剪刀式举升机的发展较迅速，种类也很齐全。按照剪刀的大小分为大剪式举升机（又叫子母式），还有小剪（单剪）举升机 ；按照驱动形式又可分为机械式、液压式、气液驱动式。整体结构形式如图2.1所示。

图 2.1

剪刀式液压平板举升机由机架、液压系统、电气三部分组成。设置限位装置、升程自锁保护装置等以保证举升机安全使用，保障维修工人的生命安全。剪刀式举升机有两组完全相同的举升机构，分别放于左右两侧举升臂之间，因两侧结构完全相同，可以左右互换。举升机由电气系统控制，由液压系统输出液压油作为动力驱动活塞杆伸缩，带动两侧举升臂同时上升、下降、锁止
举升机一侧上下端为固定铰支座，举升臂由销连接固定在铰支座上。另一侧上下端为滑轮滑动，举升臂通过轴与滑轮连接。举升机在工作过程中，以固定铰支座一侧为支点，滑轮向内或向外滑动，使举升机上升下降，当达到适当的举升位置时，利用液压缸上的机械锁锁止。
2.3举升机各零部件之间的连接关系
举升机的工作是靠液压缸活塞杆的运动实现举升下降的。液压缸固定在两举升臂内侧，通过轴连接，活塞杆作用在上端轴上，轴直接连接两举升臂。活塞杆向外伸出时，带动举升臂向上运动。各举升臂必须相互联系，采用螺栓连接，图中左侧用轴连接，因各铰接处均有摩擦，所以采用润滑脂润滑。举升臂向上运动时，通过轴带动滑轮滑动，举升臂、轴与滑轮之间需使用键进行周向固定，力才能相互传递，滑轮轴上还放有套筒，并采用锁止螺钉进行轴向固定，轴两端用弹性挡圈固定，防止臂和滑轮外移；连接螺栓处用止动垫圈固定锁止；固定铰支座处用销链接，销通过锁止螺钉锁止；底座通过地脚螺栓固定于地面上；这样举升机才能正常工作。
2.4确定剪刀式举升机的各结构尺寸
2.4.1剪刀式举升机已知的主要技术参数如表2.2所示
表2.1 主要技术参数
技术数据
数值
单位
举升重量
300
kg
举升高度
6000
mm
提升时间
50
S
要求举升机的提升速度是经50mm时间内举升机能升高到6m ,并且举升机在各高度工作时，都能自锁。
2.5 举升机各部分尺寸
2.5.1支撑平台尺寸
因升降台是放于金杯汽车的车厢上，所以要保证升降台的长和宽不能超过汽车车厢的长和宽。根据车厢长为3300mm、宽1800mm，升降台平台前后两端与车厢前后边缘要有一定距离，且满足举升到最高处时的高度是6000mm,实际高度是6840mm，则平台外型长为2100mm。平台宽一般为1740mm。根据要求，工作时上部平台可以进行360度旋转，重量作用在整个平台上，力并不集中，所以平台不宜过厚，设计为20mm，平台下部设计环形滚槽，滚槽厚为20mm，平台尺寸如图2.2所示。
图2.2 平台尺寸

2.5.2 举升臂尺寸
因平台长2100mm，固定铰支座和滑动滚轮分别放于平台下，降低到最低点时举升臂不能超出平台边缘，所以固定铰支座和滑动滚轮要与平台有一定的距离。固定铰支座与滑动滚轮之间距离1950mm。
举升机压缩到最低位置时，举升机高为880mm,(底座到平台面的距离)。 如图2.3所示底座厚为15mm，滚轮直径D=50mm ，滚轮处轴径Dz=24mm ，为了避免滚轮直接磨损底座，设计时，加工滚轮滑道，滑道厚为10mm，滑道宽35mm，滑道长为750mm。上下两滚轮之间的距离为400mm，根据勾股定理求举升臂长L, 求得L=2050mm，举升臂宽100mm，厚为20mm。

图 2.3 举升机压缩到最低点时的状态

2.5.3 举升机升高到6000mm时尺寸变化
举升机向上举升时，滑轮向内侧滚动，液压系统向上伸缩，固定铰支座和滑动铰支座之间距离缩短，平台与底座之间距离越来越大。举升机升高到6840mm时，举升机上下两滑轮之间的距离为6000mm，因举升臂长L=2000mm，固定铰接处与滑轮之间的距离为Lb,由勾股定理得 ，则Lb=1322.88mm，滑动轮滑动距离Lx=2000-1322.88=677.12mm。举升机升高到6m时，结构状态如图2.4所示。

图2.4 升高到 6m 时举升机主视图和左视图
因我们的举升臂宽为100mm，所以连接处螺栓轴径适当取Ds=40mm，滑动滚轮处轴径取Dz=40mm，滑轮总宽为40mm。
2.6 举升机在车板上安装尺寸
考虑到待改装车型车板的情况，剪刀式升降台平放于车板上就可以，采用M40的地脚螺栓固定。
根据待改装车厢宽为1.75m，长为，举升机上平板要有一定的空间供载人及货物，为了满足以上尺寸要求，升降台两侧支撑杆之间的距离取900 mm ,平台长1600mm ，举升机左右结构完全相同，设备控制箱可以左右互换。
2.7 汽车改装式升降台各部件重量
查《工程材料手册》所知，举升、起重机械的板形材料多用Q275钢。Q275钢的材料性能：弹性模量（GPa）为200-220；泊松比为0.3；抗拉强度(MPa)为490—610；密度(g/cm3)为7.85。
质量基本计算公式
（2.1）
式中： W（kg）——表示钢的理论质量；
F（mm2）——型钢截面积；
L（m）——钢材的长度；
ρ（g/cm3）——所用材料钢的密度。
2.7.1平台的质量

2.7.2滚道质量

因平台加工有较薄的边缘，所以计算时数据较多，后续计算中我们取平台质量Wp=120kg
2.7.3举升臂的质量

在实际运用中，左侧和右侧举升机完全相同，每侧共有八个举升臂，则举升臂重量和为

2.8 初定电机功率
汽车改装式升降台举升重量0.3t，举升机自身及其附件的重量再加上一部分的余量为0.7t，所以取 W=1t 。初定电机功率，不考虑工作过程损失。
举升平台上方放有待举升物时，设计上升速度为 ：
Vw = （2.2）
将S=6000(mm)代入，由公式（2.2）得
Vw= =0.12m/s
g=10N/kg 由公式
Fw =3.710 =37 KN （2.3）
Vw取7.2 m/min
由公式（2.3）得
Pw= =4.44（KW）
取
整理前面计算的数据如表2.4。
表2.4 剪刀式举升机主要技术参数
举升重量
300kg
举升高度
900-6000mm
实际上升高度
6100mm
总宽
2000mm
总长
2060mm
平台长/宽
1600/550mm
举升臂长
2000mm
平台间宽
900mm
上升时间
60s
下降时间
60s
电机功率
1.1KW
电源
220V/380V/50Hz
额定油压
18MPa
整机重量
800kg
滑轮移动距离
896.15mm
2.9 本章小结
本章主要将汽车改装式升降台的外型尺寸，各部分结构尺寸，各结构的安装位置确定出来，为后续的设计工作做好准备。在设计过程中我们参考了广力牌GL3.0/A小剪式举升机，上海繁宝剪式举升机， Jumbo Lift NT 剪式举升平台的设计，确定了我所设计的剪刀式举升机的组成结构，包括控制机构、传动机构、执行机构，还有所需的零部件。本章还叙述了剪刀式举升机是如何运动的，实现举升，将车举到我们希望的高度。

第3章 汽车改装式升降台机构建模

3.1汽车改装式升降台机构力学模型
汽车改装式升降台机构具有结构紧凑、通过性强和操控性好的特点,因此在现代物流、航空装卸、大型设备的举升与维护中得到广泛应用。剪刀式举升机构作为举升平台钢结构的关键组成部分,其力学特性对平台性能产生直接影响。对于汽车改装式升降台机构来说,影响其力学性能的关键因素是举升油缸的安装位置。计算、分析剪刀式起升机构的传统方法通常为手工试算或整体有限元分析方法。但手工试算法精度不高,效率低;整体有限元分析法较适用于后期的验算分析,但在设计分析初期,存在建模困难和较难快速调整模型参数的问题。在建立力学模型时，我们利用MATLAB 软件所具有的强大矩阵计算功能,对影响剪刀式起升机构力学特性的关键参数展开研究,从而得到剪刀式举升机构的力学模型。
3.1.1 汽车改装式升降台力学模型建立与分析
举升机左侧为固定铰支座，右侧为滑动铰支座，平台上放有荷载，受力情况如图，图中F4 与F2 作用点分别对应平台和底座的固定铰支座位置, F5 与F3 作用点分别对应平台和底座的滑动铰支座位置，W1为平台所收载荷，F1为液压缸推杆对剪差臂的推力。

图3.1 力学方案示意图
为分析方便,我们将平台钢结构和平台有效载荷之和简化为W1 ,剪刀式举升机构自重载荷为W2 ,油缸自重载荷为Wz ,根据分析,假设举升臂机构自重载荷为W2和 油缸自重载荷为Wz忽略不计。如图所示,根据上一章所定举升臂两端销孔中心连线长度为L ,L=2000mm，设剪差杆与水平夹角为，液压缸与水平面夹角为，当升降台处于最低位置时，由几合运算知
==
==
液压缸长度
L==644.39mm
当升降台上升到最高位置处时
=
==
液压缸长度
L==1145.37mm
液压缸起升速度
V==10mm/s
活塞有效行程：500.98mm。
3.2汽车改装式升降台处于最低位置时的受力分析：
将对整个平台的分析转换为对最底部两根举升臂的分析，由于一共有四个支点共同承担所有的重力，所以每个支点所承担的重力为总重力的四分之一。

图3.2 最低点时双臂受力图
再通过力学原理将对两根杆的分析转换为对一根杆的分析，如图3.3所示。

图3.3最低点时一杆的受力分析图

3.2.1对举升臂进行受力分析

图3.4举升臂受力分析图

图5.6 制作完螺栓连接孔的工字钢
5.2.3 支脚钢建模
按图示进入草图编辑器

在草图工作界面绘制出两个矩形，退出草图编辑器，通过拉伸命令拉伸出支脚钢实体

图5.7 草图编辑器中的草图 图5.8 待拉伸矩形
再通过打孔命令绘制出与大工字钢相配合的螺栓连接孔，如图5.9所示。

图5.9 支脚钢实体
5.2.4其他零部件的建模

图5.10 槽型钢 图5.11 螺母

图5.13 滚道 图5.12 螺栓
5.3整车装配
将各零部件通过各种约束命令装配到一起，如下图所示：用到的约束命令有固定、相合、面接触等。

图5.14 CATIA整车装配图
5.4本章小结
本章首先通过CATIA对汽车改装式升降台的各个零部件进行三维建模，有些重复零件不需要再次建模。在建模中用到了拉伸、旋转、创建面、凹槽、肋、曲面螺纹等命令。最后为了美感及易分辨对各个零件进行渲染。在将各个零件建完模型之后再将其进行整机装配，在装配中应用了相合约束、只能移动、偏移距离约束、角度约束、固联等命令。通过将汽车改装式升降台进行CATIA建模，能让设计者更好的表达相关图形。

第 6 章 举升机有限元分析

6.1 ANSYS有限元分析软件介绍
ANSYS是一种应用广泛的通用有限元工程分析软件[13]。开发初期时为了应用于电力工业，现在其功能已经广泛应用于航空、电子、汽车、土木工程等各个领域，能够满足各行业有限元分析的需要。ANSYS有限元分析软件包括三个模块：前处理模块、分析计算模块、和后处理模块。功能完备的预处理器和后处理器（又称与处理模块和后处理模块）使ANSYS具有多种多样的分析能力，包括从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析。可用来求结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它还包括优化、估计分析等模块将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为解决现代工程学问题必不可少的工具。
6.2 Pro/E与ANSYS接口的创建
利用ANSYS对结构进行有限元分析时，通常需要将Pro/E建立的三维模型，导入ANSYS中进行分析。所以需要将Pro/E三维实体模型通过专用的模型数据转换接口导入到ANSYS中， Pro/E与ANSYS之间的接口技术常用的有以下两种：
6.2.1 CATIA、Pro/E与ANSYS集成接口
CATIA中输出的文件不能被ANSYS识别，所以得经过Pro /E进行中间转换，ANSYS在默认的情况下也不能直接对Pro /E中的prt(或asm)文件进行直接转换的,必须通过以下对ANSYS设置连接过程进行激活模块:鼠标点击“开始→程序→ANSYS10.0→Utilities→ANS_ADM IN”,出现如下图5.1的对话框,选择configuration options→OK,接下来的对话框顺序选取。Configuration Connection for Pro/E→OK，ANSYSMultiphysics & WIN 32→OK。

图6.1 设置ANSYS连接过程
完成后ANSYS提示已在自己的安装目录中成功生成config.anscon文件,如下图5.2所示,记完下config.anscon的路径。在接下来出现的对话框中“Pro/Engireer Installation path”选项后输入Pro/E的起始安装路径如“C: \ Program Files \ proeWildfire3.0 ”:“Language used with Pro /Enginee提示在Pro /E目录下建立了一个protk.dat文件。

图6.2 Pro/E的起始安装路径
点击确定完成配置,运行Pro /E,工具菜单后面出现了ANSYS10.0,说明连接成功了。启动CATIA软件，打开已经建立好的三维零部件，之后另存为（.igs）格式，再运行Pro/E打开某已存好的（.igs）格式零件三维模型图，点击ANSYS10.0下的ANSYSGeom按钮(如下图5.3所示)，则模型自动导入到ANSYS中，此时ANSYS10.0软件自动打开，点击Plot下的Volume，则模型导入成功。

图6.3 导入界面
6.2.2通过IGES( *.igs)格式文件导入
首先, 在CATIA 环境下建立好零件模型或者完成零部件的装配, 然后, 选择主菜单【文件】下的【保存副本】子菜单, 弹出保存副本对话框后, 文件类型选择IGES( *.igs) ,在【新名称】框内为模型输入新名称,点击【确定】按钮会弹出输出IGES对话框, 在输出IGES 对话框中可以设置输出图元的类型、参考坐标系以及IGES 文件结构。输出的图元类型有: 线框边、曲面、实体、壳、基准曲线和点, 缺省输出图元是曲面, 缺省是输出所有面组, 点击【面组...】选择特定面组输出。可以选择多种图元类型进行输出, 但是不能同时输出曲面和实体或者曲面和壳。单击【定制层...】按钮设置各层的输出特性。文件结构类型有: 平整、一级、所有级别、所有零件, 默认输出为平整。平整: 将组件的所有几何输出到一个IGES 文件。导入到另一个系统时, 该组件就担当一个零件的角色。应将每一个零件分别放到一个层上, 以便在接受系统中能加以区别。一级: 输出一个组件的IGES 文件, 该文件只包含顶级几何( 如组件特征) 。所有级别: 输出一个组件的IGES 文件。用它可创建带有各自的几何和外部参照的元件零件和子组件。该选项支持所有层次。所有零件: 将一个组件作为多个文件输出到IGES, 这些文件中包含所有元件和组件特征的几何信息。零件使用相同的参照坐标系, 使接受系统中的重新装配更加容易。本次技能训练选择实体特征，然后点击【确定】完成。ANSYS 导入IGES( *.igs) 文件的方法有两种: 一种是通过ANSYS软件的用户界面操作导入; 一种是通过输入命令导入。本次技能训练可采用第一种方法。通过用户界面操作导入IGES 的步骤是:选择主菜单【File】下的子菜单【Import】的次级子菜单【IGES...】, 弹出导入IGES 属性设置对话框, 在导入IGES 属性设置对话框中可以设置: 是否导入所有数据，是否合并图元, 是否创建实体，是否删除小面。点击【OK】按钮弹出文件路径选择对话框,在文件路径选择对话框中选择好所需精度, 输入IGES 文件路径后, 点击【OK】按钮完成IGES 文件导入。
6.3 利用ANSYS对汽车改装式升降台中关键部件进行有限元受力分析
由前四章的设计知道，液压缸推杆、滚轮处连接销、加强杆、剪差杆等结构件，受力条件较恶劣。所以利用有限元进行分析时，主要分析这几个部件即可。
6.3.1 滑轮处连接销有限元受力分析 图6.4 滑轮轴受力情况
连接销受力情况如图5.4。
1、定义属性

属性主要包括：材料属性、实常数、单元类型。实常数包括：厚度、横截面面积、高度、梁的惯性矩等。材料属性包括：弹性模量、泊松比、密度、热膨胀系数等。本设计中定义属性只用到其中的几项。
（1）Preferences/Structural；
（2）Preprocessor/Element Type/ADD Edit Delete/Library of Element Types 第一对话框选择Structural Solid，第二对话框选择Tet 10node 187；
（3）Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels/Structural/Linear/E
lastic/Isotropic/输入EX(弹性模量)值，输入PRXY(泊松比)值。
轴的材料我们选用45钢，轴的属性如为：弹性模量（GPa）为210；泊松比为0.3；抗拉强度（MPa）为600；密度（g/cm3）为7.85。
2、网格划分
ANSYS为用户提供了两种常用的网格划分类型：自由和映射。自由划分，体现在没有特定的准则，对单元形状无限制，生成的单元不规则，基本适用于所有的模型。自由网格生成的内部节点位置比较随意，用户无法控制。映射网格划分要求面或体形状满足一定规则，它生成的单元形状比较规则，适用于形状规则的面和体。本训练中主要采用自由网格划分，轴模型自由划分可采用以下两种途径，大家可以观察划分的网格有何区别。
划分网格：Meshing/MeshTool选中Smart Size复选框（精度从1到10，1为最高，网格最细，但划分耗时长，一般设为3），单击Mesh/Pick All。
此次分析采用途径一对轴进行划分，为了提高划分速度，精度取5，划分后效果如图6.5所示。

图6.5 网格划分结果
3、加载求解
ANSYS中载荷(Loads)包括边界条件和模型内部或外部的作用力。在结构分析中，载荷主要有：位移、力、压力、弯矩、温度和重力。载荷主要分为六大类：DOF约束(自由度约束)、力(集中载荷)、表面载荷、体载荷、惯性力及耦合场载荷。DOF约束(DOF constraint)：用户指定某个自由度为已知值，在结构分析中约束是位移和对称边界条件。力(集中载荷)(Fome)：施加于模型节点的集中载荷，如结构分析中的力和力矩。表面载荷(SurfaceLoad)：作用在某个表面上的分布载荷，如结构分析中的压力。体载荷(Body loads)：作用在体积或场域内，如结构分析中的温度和重力。惯性载荷(Inertia loads)：结构质量或惯性引起的载荷，如重力加速度、角速度和角加速度，主要在结构分析中使用。耦合场载荷(Coupled-field loads)：它是一种特殊的情况，从一种分析中得到的结果用作另一种分析的载荷，如热分析中得到的节点温度可作为结构分析中的体载荷施加到每一个节点 。 对剪刀式举升机结构进行分析时我们进行面力分析，即加的为表面载荷。加载步骤如下:
（1）Solution/Analysis Type/New Analysis/Static；
（2）Solution/Define Loads/Apply/Structural/Displacement/On Areas；
选择轴的两个端面进行约束，这里有ALL DOF(全约束)、UX（X方向位移）、UY（Y方向位移）、UZ（Z方向位移）、ROTX（X方向旋转）、ROTY（Y方向旋转）、ROTZ（Z方向旋转），根据实际分析，两端应用ALL DOF(全约束)；
（3） Solution/Define Loads/Apply/Structural/Pressure/On areas选连接销与滚轮接触的上半面/输入加载压强的大小（注意方向），因举升机举升6m位置时的受力最大输入的为F3最大时产生的压强值

约束和受载如图6.6所示。

图6.6 约束及加载
（4）求解Solve/CurrentLS/Ok/Close。
4、查看结果及分析
（1）查看变形结果： General PostProc/Plot Results/Deformed Shape/Ok;(变形结果可动画演示：PlotCtrls/Animate/ Deformed Shape/Ok,可直观观察轴的变形情况)General PostProc/Plot Results/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/DOF Solution;X Y Z 总变形如面分析下图。

图6.7 总变形

图6.8 X方向变形

图6.9 Y方向变形

图6.10 Z方向变形

图6.11 总变形情况
变形量分析：从图中可以看出X方向的最大变形量为0.345e-4mm，Y方向0.548e-3mm， Z方向最大为0.141e-3mm ，总方向最大变形为0.548e-3mm总方向变形量与Y方相同，可见轴的变形主要为竖直方向变形。变形量很小，充分满足刚度要求。
（2）查看应力结果：General PostProc/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/Stress/SX(X方向应力)、SY（Y方向应力）、SZ（Z方向应力）、SEQV（综合应力）；

图6.12 X方向应力状况

图6.13 Y方向应力状况

图6.14 Z方向应力状况

图6.15 综合应力情况
应力结果分析：数值显示，蓝色部位应力值最小，红色部位应力值最大。x方向最大应力为1.66MPa，y方向最大应力1.66MPa，Z方向最大应力为4.25MPa ，综合应力最大值为3.87MPa。
无论是单个方向的最大应力，还是综合应力值均充分满足强度要求。通过有限元分析可知，我们所设计的轴及选用的材料均符合要求。
6.3.2加强杆的有限元受力分析
因我们在举升臂中间加了一方钢加强肋，所以举升臂变形和受力都很小，我们不对其进行，我们分析直接承受推力的轴的变形，分析方法与上述的分析方法一样。
1、定义属性
轴的材料我们选用40Cr，40Cr的材料属性为：弹性模量（GPa）：200-220；泊松比： 0.3；抗拉强度(MPa)：1000；密度(g/cm3)：7.85。
2网格划分后的结果

图6.16 网格划分结果
（1）约束、加载
轴的受力比较简单，主要承受液压缸推力，因举升机在最低点时的液压缸的推力最大，所以只分析受力最大即可。
加载荷约束后的图5.16如下。

图6.17 加约束后的图
方向加载为
（2） 求解Solve/CurrentLS/Ok/Close。
（3）查看变形结果：General PostProc/Plot Results/Plot Results/Contour Plot/Nodal Solu/DOF Solution;X Y Z 总