叉车是一种20世纪70年代发展起来的起重运输机械，在我国已得到越来越广泛的使用，其中转向桥体作为叉车的一个重要部件，其强度、刚度有限元分析也越来越受到重视。铸钢件有着经济性好，适宜批量生产等特点，但国内尚未开发叉车铸钢转向桥体。随着叉车产量的增加，开发一种新型的铸钢转向桥意义重大。采用以往的设计方法，不能精确地选择零部件的尺寸和结构，造成有的地方强度不够，而有的地方强度又严重过剩。为了设计得更合理，应用CAD软件PRO/E建模，再通过转换接口，导入著名的有限元软件ANSYS进行分析。这样设计出来的产品能满足强度和刚度要求。
       某型号3.5 t叉车的转向桥体打算选用铸钢材料，经过重新设计用于该型号叉车，其设计参数参照了原16Mn材料的焊接式桥体尺寸，对尺寸进行了相应修改后，同时按铸钢件形式造型、整体建模，设计了许多圆角过渡、拔模斜度等，并使用CAD设计软件PRONE实现参数化设计、曲而拟合等，通过ANSYS软件进行有限元分析，设计出仿真实体模型。建立有限元分析模型是有限元分析的关键步骤，模型的准确与否直接影响最终的设计结果。力学模型既要反映部件的主要特征，又要在保证计算精度的前提下对模型进行适当的简化，以便尽可能简化求解计算规模。因此力学模型应简化小圆角、倒角和影响不大的小孔，一些工艺结构如凸台、凹槽之类也应予以省略。
       在确定计算模型后，选择的铸钢材料为ZG45，弹性模量为E=175 GPa，泊松比0.3。原16Mn材料焊接式转向桥的弹性模量为E=210 GPa，泊松比0.3。铸钢件选择ANSYS中四面体SOLID92单元，采用自动划分，共划分了180308个节点和110471个单元，精度完全符合要求。
       考虑到叉车转向桥体是围绕中心铰轴摆动的，因此约束中心铰轴的3个移动和2个转动方向，只留一个绕y轴方向的转动。
       转向轮内不装制动器，因此可忽略车轮受到的切向力，计算时只考虑垂直力和因侧滑引起的横向力来选取计算载荷口。力学模型中在最大垂直力工况将载荷沿z方向置于两侧销座部位的各个节点上，使计算更符合实际。
       有限元计算后产生大量的数据，在多方案的对比分析中，要求计算结果直观、醒目、容易判断。后处理技术就是通过一定的方法，绘成等值线图、彩色渲染图、应力图、变形图等，把这些数据直观地表达出来，以便检查结果是否合理。
       叉车转向桥体强度和刚度计算结果分析中主要根据材料力学第四强度理论。
       利用ANSYS求解器，对上述焊接式转向桥体力学模型进行相应计算，经过有限元结果后处理，焊接式16Mn转向桥体最大垂直力工况下的最大正应力云图。侧向力工况经过反复计算，危险应力不是很大，限于篇幅，在此不做专门讨论。
       16Mn材料许用应力通常取260 MPa。计算中，最大正应力为310 MPa，节点编号为8 696，第四强度理论相当应力187 MPa，位置在销座附近。其次，较大的正应力出现在172节点，第四强度理论相当应力167 MPa，位置在筋板过渡圆角靠近中心铰处，8747节点最大负应力为101 MPa，其第四强度理论相当应力为147 MPa，都未超过许用应力。
       刚度计算得出的y方向位移结果较理想，最大0.17mm。
       经过多次反复修改，增加了筋板的厚度，增大了部分过渡圆角，最终设计出铸钢转向桥体模型，进行有限元分析时保留了主要特征，将一些小的过渡圆角用直角代替。简化后使用ANSYS进行分析。
       最大正应力值为297.6 MPa，其第四强度理论相当应力为189 MPa，节点号7012，位置在转向销座附近。另外，第四强度理论相当应力最大值为201 MPa，节点号172节点，位于筋板附近内侧，靠近中心铰。位移最大值0.21 mm。取铸钢许用应力250 MPa，该铸钢转向桥体符合强度与刚度要求。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！