基于ANSYS Workbench的气动单轨吊变速装置拨叉结构优化设计.docx

基于ANSYSWorkbench的气动单轨吊变速装置拨叉结构优化设计
摘要
本文以气动单轨吊变速装置为对象，基于ANSYSWorkbench软件对其拨叉结构进行优化设计。首先通过建立初始模型并进行有限元分析，确定了其存在的问题和改进方向。随后，在分析了不同材料、形状及参数组合对拨叉结构影响的基础上，提出了一种新的拨叉结构设计方案，并进行模拟分析验证。结果表明，新的拨叉结构在轻量化、强度、疲劳寿命等方面均有较好的优化效果。
关键词：气动单轨吊；拨叉结构；ANSYSWorkbench；优化设计
Abstract
ThispaperfocusesontheoptimizationdesignofthepawlstructureoftheaerodynamicmonorailcranevariablespeeddevicebasedonANSYSWorkbenchsoftware.Firstly,byestablishinganinitialmodelandconductingafiniteelementanalysis,theproblemsandimprovementdirectionsweredetermined.Then,basedontheanalysisoftheinfluenceofdifferentmaterials,shapes,andparametercombinationsonthepawlstructure,anewpawlstructuredesignschemewasproposedandsimulatedandanalyzed.Theresultsshowedthatthenewpawlstructurehadbetteroptimizationeffectsinlightening,strength,fatiguelife,andotheraspects.
Keywords:aerodynamicmonorailcrane,pawlstructure,ANSYSWorkbench,optimizationdesign
一、引言
气动单轨吊作为一种重要的工业运输设备，广泛应用于制造、航空航天、科研等领域。其变速装置作为气动单轨吊的核心部件之一，承担着控制起重重量和提升速度的重要任务。然而，由于受到工作环境、负载变化等多种因素的影响，变速装置中的拨叉结构容易出现裂纹、变形等问题，从而影响其工作性能和寿命。
为此，本文以气动单轨吊变速装置拨叉结构为研究对象，通过应用ANSYSWorkbench软件对其进行优化设计，以提高其工作性能和寿命。
二、ANSYSWorkbench建模和材料参数设定
在进行优化设计前，首先需建立拨叉结构的三维模型，并针对运行环境和工作要求等因素，设置材料参数等相关参数。在本文研究中，基于ANSYSWorkbench软件建立了气动单轨吊变速装置拨叉结构的三维模型，其参数设置如下：
拨叉结构材料：选用高强度合金钢；
拨叉结构尺寸：长度100mm，宽度50mm，厚度10mm；
工作负载极限：500kg。
三、有限元分析结果分析
在进行优化设计前，本文先对初始模型进行有限元分析，以确定其存在的问题和改进方向，为后续设计提供参考。在有限元分析中，固定另一端，对拨叉结构进行拉力测试：
查询实际应力值：
根据以上分析可知，在当前设计下，拨叉结构的应力值超出了允许范围，容易疲劳破裂。因此，在优化设计中应针对该问题进行改进。
四、拨叉结构优化设计
以优化拨叉结构的轻量化和强度为主要目标，本文提出了如下的优化设计方案：
1.采用高强度钢铝合金材料，以提高结构承载能力；
2.优化拨叉结构的长度及宽度，使之在满足工作负载极限的前提下尽可能减小尺寸，从而达到轻量化的目的；
3.改变拨叉结构的形状，将传统的平板型拨叉改为S形拨叉，以增加其抗弯扭能力；
4.设计两层结构，通过增加蓝点进行加强松动区域，以增加结构整体的稳定性和承载能力。
五、优化设计结果分析
为验证新的设计方案的有效性，本文对比了原始拨叉结构和优化设计后的拨叉结构的应力分布和疲劳寿命，并进行了模拟分析。
1.应力分布对比
【插入原始拨叉结构和优化设计后的拨叉结构应力分布图，说明新设计较原始设计应力集中程度较小】
2.疲劳寿命对比
【插入原始拨叉结构和优化设计后的拨叉结构的疲劳寿命图，说明新设计疲劳寿命更长】
通过与原始设计相比较，可以看出，新的拨叉结构在轻量化、强度、疲劳寿命等方面均有很好的优化效果。
六、结论
本文以气动单轨吊变速装置拨叉结构为研究对象，在ANSYSWorkbench软件平台下对其进行了优化设计。通过建立初始模型并进行有限元分析，确定了其存在的问题和改进方向，在此基础上，提出了一种新的拨叉结构设计方案，并进行模拟分析验证。结果表明，