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行業(yè)動態(tài)

當(dāng)前位置:首頁>>新聞中心>>行業(yè)動態(tài) 發(fā)布時間:2017-06-27 02:01:07

汽車衡承載架結(jié)構(gòu)的有限元分析

時間:2017-06-27 02:01:07 來源:本站 點擊數(shù):565

針對SCS系列汽車衡承載架,使用ANSYS有限元分析軟件,建立了汽車衡承載架有限元計算模型,進行了靜態(tài)應(yīng)力分析,得到承載架在不同工況下的位移及應(yīng)力分布云圖,找出了承載架的危險部位;對承載架進行了模態(tài)分 ,得到承載架各階固有頻率及固有振型,重點對汽車的固有頻率和承載架的固有頻率進行對比,得出不同頻率下的 振動振型,以避免發(fā)生共振而提高稱重精度。計算分析為汽車衡承載架的改型設(shè)計提供了參考依據(jù)。

1.引言

隨著國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展,汽車衡這種快速、準(zhǔn)確、自動稱量可靠性高的計量器具,越 來越多地應(yīng)用于企業(yè)、商貿(mào)港口、倉儲等領(lǐng)域,在物料 管理等方面起到了重要作用m。承載架是汽車衡的 主要承載部件,工作中要承擔(dān)汽車及承載質(zhì)量的全部 載荷,這對汽車衡的承載能力提出了更高要求,筆者 針對SCS 列汽車衡承載架進行了動靜態(tài)有限元分析計算。

2.承載架建模

SCS系列汽車衡承載架通過裝板和感應(yīng)器由螺 栓相連接,然后將相應(yīng)的4個稱重感應(yīng)器進行與地面 的固定約束。汽車衡實際工況為空間四點支撐,屬于 靜不定支撐方式。按照汽車衡承載架的技術(shù)要求,承 載架承受額定載荷時的允許最大彎曲變形不得超過 承載架縱向長度的1/800 ~1/1000,選擇縱向長度作 為強度檢驗標(biāo)準(zhǔn),其額定載荷50 t,極限載荷為100 t4。電子衡承載架結(jié)構(gòu)各個部分的幾何形狀、具體 尺寸由實地測量獲得,然后使用ANSYS10.0建立有限元模型。模型如圖1所示。

(1)網(wǎng)格劃分本承載架是空間薄壁梁和板組 成的結(jié)構(gòu),故將承載架劃分成板單元,在截面變化區(qū) 域和可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的地方采用細化處理。整個 承載架被離散為125 007個面單元,41 637個節(jié)點單元類型為shell181,經(jīng)劃分后的有限元模型如圖2

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2)約束處理汽車衡承載架主要受4個傳感 器垂直向上的四點約束,計算時為防止產(chǎn)生剛性位 ,對其中2個點進行了水平方向的約束(對其中一 個點施加了 2個水平方向的約束,另外一個點施加了 1個水平方向的約束),使承載架整體在水平方向上 為靜定約束,不產(chǎn)生橫向拉壓應(yīng)力。

3)承載架受力分析實車靜止工況下,據(jù)分析得出車輪與承載架的總接觸面積為0. 24 m2,經(jīng)計 ,在承載架分別受50 t額定載荷和100 t極限載荷 的情況下,承載架與輪胎接觸部位所受的分布載荷分 別為 2.04 MPa4.08 MPa

SCS系列汽車衡主要參數(shù)大噸位的SCS 系列汽車衡的額定重量為50 t,極限重量為100 t, 量方式采用靜態(tài)整車計量,臺面整體結(jié)構(gòu)尺寸為9 000mm X 3000 mm x400 mm,傳感器數(shù)量為4個。

材料屬性汽車電子衡承載架材料為 Q235,材料的抗拉強度為375 ~ 500 MPa,泊松比為 0.3,屈服極限為235 MPa;彈性模量為210 GPa;材料密度為 7.85 x10-6kg/mm3

3.承載架結(jié)構(gòu)的有限元分析

3.1靜態(tài)分析

承載架靜力分析的目的,一方面是計算承載架在 最大靜態(tài)工作壓力下承載架各部分的應(yīng)力,以保證所 受應(yīng)力不超過材料的極限強度;另一方面,計算其各 部分的變形,保證其變形滿足承載架的變形要求。

變形分析加載50 t時最大變形1.66 mm, 局部最大變形發(fā)生在承載架中部位置,如圖3所示。 加載100 t時最大變形2. 46 mm,整體最大變形發(fā)生 在承載架與載重車后輪的接觸面上,如圖4所示。從 安全角度出發(fā),取縱向長度的1/1000作為校核指 標(biāo),mm。兩種工況下最大變形均小于mm, 滿足承載架變形指標(biāo)要求。

動態(tài)2.png

應(yīng)力分析加載50 t時的最大應(yīng)力為170 MPa,最大應(yīng)力分布在承載架與載重車輪的接觸面 ,4個傳感器位置也出現(xiàn)了應(yīng)力集中的現(xiàn)象,但沒有超過屈服極限強度235 MPa,如圖5所示。加載 100 t,承載架最大應(yīng)力分布在載重車輪與承載架 相接觸的衡架面上,最大等效應(yīng)力為294MPa,承載 架與載重車后輪接觸位置應(yīng)力最大,4個傳感器位置 出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,超過屈服極限強度,處于危險狀 態(tài),如圖6所示。所以,承載瞬間處于極限載荷是允 許的,但不能長時間承受極限載荷,否則會引起承載 架和傳感器的破壞。

3. 2模態(tài)分析

當(dāng)汽車發(fā)動機的振動頻率在一定條件下與承載 架結(jié)構(gòu)的某一固有頻率接近甚至相同,會發(fā)生承載架 結(jié)構(gòu)的共振,并產(chǎn)生較高的動應(yīng)力,導(dǎo)致承載架的破 壞。共振還會導(dǎo)致承載架結(jié)構(gòu)中部出現(xiàn)較大應(yīng)力幅產(chǎn)生超出允許范圍的大變形,這嚴重影響承載架結(jié)構(gòu) 的剛度和疲勞強度。因此,防止承載架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振 能有效保證汽車衡的稱重性能。承載架結(jié)構(gòu)有限 元模態(tài)分析結(jié)果如表1所列。

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該承載架在前6階模態(tài)振型中全部為承載架的 整體振動,模態(tài)頻率分布在0. 04 ~ 0. 16 Hz范圍內(nèi)。 汽車的振動頻率隨發(fā)動機激振,一般貨車固有頻率在 8 ~20 Hz之間M。因此,在承載架正常工作時,對承 載架的振動影響較小,避免了整體共振現(xiàn)象。該承載 架振型主要表現(xiàn)為彎曲振動、扭曲振動和彎扭組合振 動。通常承載架中部振幅較大,承載架兩端振幅較 ,當(dāng)受到激勵較大時對承載架的正常工作有影響。

4.結(jié)論

對汽車衡承載架進行靜態(tài)分析,得出承載架 在工作載荷下的變形分布云圖和等效應(yīng)力云圖,為改 進承載架的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。

由靜態(tài)分析可知,在實車靜載100 t極限載荷工 況下,承載架的最大變形在承載架支撐部位局部應(yīng)力 超過了屈服極限,可通過增大支撐面的方法解決,但 從安全角度考慮,建議在實際使用時應(yīng)盡量避免超負 荷受載。模態(tài)分析結(jié)果表明,承載架固有頻率分布較 均勻,其頻率分布在0.04 ~0. 16 Hz。該系列承載架 不會與汽車振動激勵發(fā)生共振,具有較好的頻率 特性。

 


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