基於ANSYS的起重機吊鉤優化設計

 

吊鉤是起重機上應用*guangfandeyizhongquwuzhuangzhi
，yeshiqizhongjidezhuyaochengzaibujian
，diaogoudeqiangdujiqishejidehelixingduiqizhongjigongzuodeanquanxingzhiguanzhongyao。yinci，yingyongxiandaiyouxianyuanfenxifangfa

，duidiaogoudeqiangdujinxingfenxi

，faxiandiaogoude*大變形位置
，揭示其應力分布規律和危險截麵，為吊鉤強度的研究設計提供理論依據，具有重要的工程意義。

 

2有限元模型的建立與分析2.1吊鉤的結構及參數以實際生產中一台工作級別M5的50t/10t橋式起重機主起升的直柄吊鉤為例

，其結構形式簡圖

，如所示。其參數為：單鉤，鉤號為40，強度等級為M
，鉤身水平截麵*大厚度為200mm，豎直截麵*大厚度為170mm，柄部直徑為150mm.吊鉤材料為DG20Mn，材料的屈服點為333MPa
，抗拉強度510MPa
，泊鬆比0.3
，彈性模量E=2.1ellPa
，密度為7860kg/m3.鉤身*大許用彎曲應力：吊鉤直杆部分*大許用拉應力：甌吊鉤結構簡罔2.2吊鉤有限元模型的建立某些過渡轉角幾何特征對強度的影響很小，在Ansys中會增加畸變網格的產生幾率，增加計算時間，影響計算精度，因此建模時應予以簡化。單元類型選用六麵體結構單元Solidl85.吊鉤直柄上端部分添加約束
，約束其全部自由度。

 

youyushijidiaozhuangguochengzhong
，diaozhonghuifashengbaidong，shidexuandiaozhongwudegangsuolaliyuchuizhifangxiangchanshengyidingdejiajiao，genjugongchengshijijifudiaoguicheng，cijiajiaoyingkongzhizai30°左右。因此
，吊鉤滿載達到*大起重量50t，且鋼絲繩拉力偏角為30°時，吊鉤處於*不利載荷的極限工況。

 

取懸吊重物的鋼索直徑D=28mm，即載荷的作用麵區段約為D與吊鉤中間豎直截麵*大厚度的乘積。通過對吊鉤中間豎直平麵兩側各30°作用麵施加麵均布載荷的方法
，來模擬懸吊貨物的鋼索對吊鉤的作用載荷。

 

網格劃分
、添加約束
、施加麵載荷後得。

 

有限元模型，如所示。

 

2.3求解結果及分析吊鉤的變形圖，如Q所示。由該圖可知
，吊鉤受力後有一定幅度的變形
，其*大變形為0.925mm.吊鉤的應力分布圖，如⑥所示。由可知：①吊鉤的*大應力發生在鉤身主彎曲截麵（水平截麵）內側，且*大應力為157MPa.吊鉤鉤身主彎曲截麵（水平截麵）外側的*大應力約為87MPa，皆小於許用應力214.84MPa.（2）吊鉤鉤身在豎直截麵內應力也較大，為另一危險截麵，其*大應力約為104MPa.（3）吊鉤直杆部分*大拉應力為69.6MPa，小於許用應力102MPa.所以，實際分析所得應力值遠小於材料的屈服極限，應力餘量大，說明吊鉤是很安全的，可以進於優化。

 

3吊鉤的優化在吊鉤所受載荷力大小和安全係數都滿足要求的前提下
，可以減小吊鉤的*大厚度和直柄直徑來進行結構尺寸優化
，將水平截麵*大厚度從200mm減少到180mm
，豎直截麵*大厚度從170mm減少到155mm，柄部直徑從150mm減少到135mm.此時施加的麵載荷大小約為：對優化後的吊鉤重新建模，在約束不變的情況下
，對其再次進行有限元分析
，計算分析結果，如所示。

 

U0優化後吊鉤應力圖閣4優化後分析結果從、中可以看出，此時新吊鉤鉤身主彎曲截麵（水平截麵）內側*大應力為182MPa豎直截麵*大應力為122MPa，都小於許用應力214.84MPa.吊鉤直杆部分*大拉應力增大為81MPa，小於許用應力102MPa.吊鉤的*大變形為1.066mm.所以
，優化後的吊鉤滿足強度要求。而且，由PROE建立的三維模型進行質量屬性評估
，可知吊鉤的質量從313.79kg下降到263.05kg，減少了50.74Kg質量減輕了16.1%優化效果明顯。

 

4總結利用大型通用有限元軟件ANSYS對一直柄單鉤（GB/T10051.4-1988）進(jin)行(xing)了(le)詳(xiang)細(xi)的(de)靜(jing)力(li)學(xue)分(fen)析(xi)。與(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)相(xiang)比(bi)，更(geng)準(zhun)確(que)的(de)捕(bu)捉(zhuo)了(le)吊(diao)鉤(gou)的(de)應(ying)力(li)和(he)位(wei)移(yi)分(fen)布(bu)情(qing)況(kuang)，對(dui)工(gong)程(cheng)實(shi)際(ji)生(sheng)產(chan)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)指(zhi)導(dao)意(yi)義(yi)。並(bing)在(zai)滿(man)足(zu)吊(diao)鉤(gou)強(qiang)度(du)和(he)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，對(dui)吊(diao)鉤(gou)的(de)厚(hou)度(du)進(jin)行(xing)了(le)結(jie)構(gou)尺(chi)寸(cun)優(you)化(hua)，優(you)化(hua)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)傳(chuan)統(tong)的(de)吊(diao)鉤(gou)厚(hou)度(du)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)是(shi)保(bao)守(shou)的(de)。