基于ANSYS的吊物架横梁的优化设计

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现代制造业迅速发展.对用于工件搬运的吊物架也提出了更高的要求。用于搬运工程机械用大型不规则板件的吊物架在工作时要求安全、稳定，这也是吊物架设计最基本的原则之-。吊物架在工作的时候，横梁要承受工件全部的重量，受力情况复杂。横梁的静态性能直接影响吊物架能否进行安全可靠的工作。从安全方面考虑，对吊物架横梁进行优化设计具有十分重要的意义。因此，应用有限元软件 ANSYS对吊物架横梁进行静力学分析，从而实现对横梁的优化设计，以增强吊物架的安全性能。

1 吊物架的结构及工作原理吊物架的总体机构采用的是四连杆机构.其结构如图l所示。吊物架由横梁 2、气缸3、滑块4和夹持臂5组成。吊物架工作原理为：吊物架在初始状态时，吊物架的夹持臂 5成竖直状态.滑块 4在最下的极限位置。滑块 4可以沿夹持臂 5上下收稿 日期：2013-04-08 修回日期 ：2013-04-15滑动，气缸收缩，滑块 4向上滑动至其上限位置，气缸 3继续收缩，夹持臂 5在滑块 4的带动下张开。需要夹持臂5闭合时，气缸伸长，夹持臂 5在滑块 4的带动下闭合，这时气缸继续伸长，直至滑块压紧工件上表面。

1.吊耳 2.横梁 3.气缸 4.滑块 5.夹持臂图 1吊物架机构简图Fig.1 The diagram of hanging rack2 吊物架模型构建Pro/E软件具有实体、装配、机构、分析等模块，可以完美地实现对吊物架的建模。基于特征建模的全相关性和参数化是Pm/E建模的特征。全相关性是指在设计过程中任何-处的变动都会反农业装备与车辆工程 2013拄映到从设计到加工的各个过程.以确保所有零件和各个环节保持-致性和协调性：参数化是指用熟知的特征作为产品几何模型的构造要素，通过给这些特征设置参数，然后只修改参数就可以进行多次设计[ 。根据吊物架的机械结构，使用Pro/E软件的PART拈对工具部件分别进行构建模型。吊物架各部件模型构建完成之后～构建完好的各部件模型进行虚拟装配，以方便进行模型干涉检验。吊物架虚拟装配模型如图2所示。

图2吊物架虚拟装配模型Fig 2 The visual assembly model of hanging rack3 横梁的优化设计3.1横梁初始参数的设计横梁初始设计的结构形状如图3所示。横梁材料选用 45钢，其屈服极限为 355 MPa，炔全系数n1.5，则[17"]≤ 竿MPa236.7 MPa。在n 1.)吊物架夹持6块厚度为36 mm的板件时，研究横梁的受力情况。横梁受力简图如图4所示。

图 3横粱初始设计结构Fig.3 The infial structure of beam列平衡方程 ：至 三即：f FMin34.1。-Flcos60。F2cos60。- Rz sin34.1。0FM'cos34.1。Fra'cos34.1。Flsin60。F2sin60。FylFn0(2)由于 、 、Fx。-B ，则(2)式可简化为2 1 cos34.1。2Flsin60。2Fy10 (3)式中：FN， 123.64N。 114.876 kN。

解方程可得：F20.182 kN有横梁受力图画其剪力图和弯矩图如图5。

14876N图 5剪力图和弯矩图Fig.5 The shear diagram &bending moment diagram通过剪力图和弯矩图，可求得横梁的抗弯截面模量，这为横梁其他参数的设计提供了依据。

3.2 横梁的优化设计3.2.1材料属性设置通过相应的配置设置来激活该数据连接接口使 Pro/E软件与 ANSYS软件无缝连接。横梁模型经 Pro/E软件直接导入 ANSYS软件。横梁材料选择的是 45钢，45钢材料属性见表 1。

表 1 45钢材料属性Tab.1 The matedal propeies of 45 steel3.2.2网格 划分材料属性设置好后对横梁进行网格划分，网格划分是进行数值分析非常重要的-个环节，网格划分的好坏直接影响分析结果是否准确。

ANSYS网格划分的指导思想是首先进行总体模型规划.包括物理模型的构造、单元类型的选择、