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基于SolidWorks设计算例起吊系统的有限元分析
作者：叶青玉
来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2013年第09期
摘要：实验室自行设计的起吊系统是实现自动运输过程的主要执行部件，其可靠性直接影响着设备的安全性。本文使用“SolidWorks Simulation”工具对起吊系统薄弱环节的主架机构进行有限元分析，采用设计算例获取主支架及导轨厚度的较佳设计参数。 关键词：有限元 SolidWorks Simulation 设计算例 起吊系统 1 分析目标
实验室自行设计的起吊系统由位移机构及主架机构组成。位移机构用于起吊工件承载机构，并将其输送到指定位置；主架机构用于支撑位移机构，为其提供必要的导轨、主支架等设施，采用SolidWorks建模如图1。
起吊系统中重量载荷及冲击载荷先传递到位移机构，再由位移机构将重量载荷及冲击载荷传递给主架机构[1]。主架机构受到的外部载荷主要来自两个方面，一是位移机构、工件及工件承载机构的重量载荷，二是位移机构沿导轨滑动时产生的摩擦力载荷，其中，重量载荷是主要因素。主架机构为起吊系统的薄弱环节，分析时应主要考虑主架机构的设计算例，并重点关注位移机构、工件及工件承载机构的重量载荷对其的影响。 2 简化起吊系统模型及材料属性
起吊系统的主架机构为最薄弱环节，应重点分析，对其适当简化，去除有限元分析时不必要的零部件，如螺栓、螺母、垫片等[2]。
2.1 简化位移机构。设计时，先考虑了位移机构的可靠性，且强度好于主架机构，因此，对位移机构做替换性简化，分析时将位移机构视为实体单元，并使用与位移机构等重量、等尺寸的长方体替换整个位移机构。如图2。
2.2 应力集中的简化处理。对起吊系统易产生应力集中的区域，进行圆角处理，避免尖角的存在，如图2所示。该简化处理可提高各设计算例的有限元分析速度，缩短有限元分析时间，同时，也减少了其它不必要零部件对有限元分析过程的干扰，提高了分析结果的准确性。 2.3 为主支架及导轨应用材料属性，选择合适的材料[3]。此次分析中，主支架及导轨的材料指定为合金钢，该材料的主要属性如下：屈服强度为620MPa；弹性模量为2.1×1011N/m2；抗剪模量为7.9×1010N/m2；张力强度为7.2×108N/m2；泊松比为0.28；密度为