单柱汽车举升机主体结构设计与有限元分析

孙宝林

摘 要：文章对移动式单柱汽车举升机的主体结构作了改进设计，并利用SolidWorks Simulation对其进行了有限元分析，对主体结构的应力和位移分布情况有了较全面的了解，并验证了改进后的主体结构满足强度要求。改进后的结构重量较之前降低了约8%，并方便加工，可减少加工成本。

关键词：单柱汽车举升机；主体；结构设计；有限元分析

中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）2-0092-02

随着世界经济的发展和现代化程度的提高，国内、外的中小型汽车普及率不断增长，对于汽车维修保养的需求也随之增加。汽车举升机产品是汽车维修保养必不可少的设备。移动式单柱汽车举升机以其方便灵活、安全可靠的特点、越来越受到市场的青睐。移动式单柱汽车举升机的主体结构包括底座、立柱、举升滑台及举升托架（见图1），工作时是主要受力构件，因此对其结构进行合理的设计并进行受力分析十分必要。本文应用有限元法对单柱汽车举升机的主体结构进行了分析，使设计改进后的结构强度得到了验证。

1 有限元模型的建立

1.1 设计分析

最初的设计针对国内市场的需求，底座高度为107 mm（见图2原设计）。随着企业对国外市场的开拓，产品结构也必须与之相适应。调查显示，为适应底盘较低的汽车维修需要，国外市场对单柱汽车举升机底座高度的要求为≤95 mm。据此，对原有结构做了改进设计，将底座高度改为90 mm，在改型的同时，对原立柱和举升滑台的部分结构进行了简化设计，结构如图2（改进后）所示（为便于分析图中省略了举升托架）。改进后的结构重量较之前降低了约8%，并方便加工，可减少加工成本。

1.2 建立有限元模型

移动式单柱汽车举升机主体结构材料选用Q345，材料属性如表1所示。

对改进后的移动式单柱汽车举升机主体结构利用SolidWorks Simulation进行有限元分析。首先对模型简化并进行前处理。为了反映结构的整体受力情况，对举升滑台升至最高点时进行建模分析。

为方便分析计算，举升托架及托举载荷简化为一远程载荷，根据实际工作情况，取载荷重心距举升滑台前表面950 mm，总质量为3 180 kg（托举载荷设为3 000 kg；举升托架自重180 kg）。工作时，油缸活塞杆顶起举升滑台至工作高度后停止，所以对举升滑台施加约束限制其向下位移以模拟油缸提供的支撑，举升滑台与立柱滑道连接部分设为无穿透接触，总的载荷通过油缸底部作用在立柱底板上，立柱底板与底座用螺栓接头连接，底座与地面的接触简化为固定约束，建好的网格模型如图3所示。

模型采用基于曲率的实体网格，单元数为1 338 909，节点数2 065 573，网格为高品质。

2 有限元分析

对移动式单柱汽车举升机主体结构进行静态分析可以较全面地了解它工作时的应力分布情况，模型的静态分析结果如图4所示。

经分析得知，最大应力出现在立柱下部与底板连接部位约为195 MPa，最大位移在立柱顶端为8.47 mm。由于立柱与底板连接部位应力较大，因此在加工制造中应重点关注该部位的结构强度并提高焊接质量。

移动式单柱汽车举升机的主体结构材料为Q345，材料许用应力[σ]选220 MPa，设计允许最大位移量[δ]≤14.5 mm（根据文献[4]的规定得出）。分析结果显示改进后的主体结构应力与位移均可满足σ≤[σ]；δ≤[δ]。根据以上分析结果制作的移动式单柱汽车举升机经实际举升试验强度符合要求。

3 结 论

对改进后的移动式单柱汽车举升机主体结构运用有限元法进行了分析，对其应力和位移分布请况有了较全面的了解，对应力较大的部位在设计和制造中应重点加强。通过分析以及实际试验验证了改进后的结构设计满足强度要求，并最终确定了较为简单合理的产品结构，改进后的结构重量较之前降低了约8%，并方便加工，可减少加工成本。

参考文献

[1] 孙旭.基于仿真的工程自卸车举升机构有限元优化设计[J].工程机械，2009，（7）：44-48.

[2] 太阳能电池层压机的有限元分析与优化[J].机械设计与制造，2008，（7）：72-74.

[3] 郑银环，胡均安.双柱式汽车举升机立柱结构的有限元分析[J].湖北汽车，2000，（3）：12-14.

[4] JT/T 155-2004，汽车举升机[S].