ＤＯＩ：１０．１９４６６／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４—１９８６．２０１７．０６．０１０ 基于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ的手动移车器的结构优化设计 何全文 （四川工商职业技术学院，四川都江堰６１１８３７） 摘要：基于优化设计理论与实践应用要求，对手动移车器结构进行改进设计，实现可折叠功能；并利用三维设计软件ｓｏｌｉｄ． Ｗｏｒｋｓ对各个部件进行合理布局与实体建模，实现折叠式移车器的功能价值；利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件中的Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ设计分析模块对 折叠式手动移车器结构的主要部件进行结构分析，分析结果满足材料的强度极限要求。 关键词：折叠式移车器；结构设计；有限元分析 中图分类号：Ｕ４６３．９１文献标志码：Ａ文章编号：１６７４－１９８６（２０１７）０６—０３６—０２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃａｒ Ｍｏｖｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ ＨＥ Ｑｕａｎｗｅｎ （Ｓｉｃｈｕａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｄｕｊｉａｎｇｙａｎ Ｓｉｅｈｕａｎ ６ １ １ ８３７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｃａｒ ｍｏｖｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｗａｓ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｆｏｌｄｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｆｏｌｄｉｎｇ ｃａｒ ｍｏｖｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｌｌ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｌｄｉｎｇ ｃａｒ ｍｏｖｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｗａｓ ｍａｄｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ—Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｉｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｏｌｄｉｎｇ ｅａｒ ｍｏｖｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ；Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ；Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ０ 引言 随着各大城市汽车拥有量的逐年增加。停车问题日益突 出。具体表现在：由于停车位相对较少，致使较多地出现车辆 停放拥挤、挤占专用车位、占用专用消防通道、路边违规停放 等现象。要保证车辆行驶通道的通畅。就需要将违规停放车辆 移开原位置，而车主停放后总是将方向盘锁住，主动轮处于刹 车状态，无级变速的车辆驻车时更不能随意拖动．在驾驶员不 在场的情况下，只有使用专用移车工具才可将车移开，移车器 作为专用移车工具被人们广泛使用。 目前国内移车器主要有轮式手动移车器和又式手动移车 ４ ｌ一万向轮 ２一左支架 ３一车轮 ４～左折叠器 卜装配式齿条 ６一齿轮 ７一推钩 ８一自锁快 ９一齿条外套 ｌＯ一右支架 １ｌ一滚筒 １２一右折叠器 １３一手柄 图１ 折叠式移车器结构原理图 器。包括了液压式和机械式，该类移车器具有结构简单、操作 方便等特点。但是移车器的支架不能收缩折叠。使其存放会占 用较大的空间．特别是对于汽车行李箱较小的车型来说比较困 难。因此，开发能够收缩折叠的移车器是必要的。 如图１所示。车轮３放置在两个滚筒ｌ１之间．齿轮６安装 在齿条外套９上，手柄１３带动推钩７驱动齿轮６转动，齿轮６ 和齿条５啮合，自锁块８安装在齿条外套９上以防止齿轮６逆 转。左支架２和右支架１Ｏ上分别有折叠器４和折叠器１２．同 时下面均设置有万向轮１，齿条５与一个左支架２固定连在一 起，齿条外套９与一个右支架１０固定连在一起，在左右支架 上设置有套筒１１。为减小齿轮６与齿条外套９在相对运动时的 摩擦，在装配式齿条５与齿条外套９之间设置有滚动轴承。将 １ 折叠式移车器的结构设计 以目前市场上使用较广泛的车型为例。结合机械式手动移 车器的结构特点，对机械式移车器的结构进行改进设计［１］。已 知条件为：汽车自身质量９００—２ ０００ ｋｇ，车轮直径为４０～ 滑动摩擦变为滚动摩擦。 移车器左右支架的折叠器采用卡轴式折叠器 ］．其结构如 图２所示。以右支架为例．后支架５和前支架２作为右支架的 两段，它们通过螺栓６连接。实现手动折叠．弹簧３套在卡轴 １的下端，挡销４安装在卡轴１的横向通孔内，卡轴１安装在 前支架２上，当需要移车时，卡轴１通过弹簧３的作用将后支 ８０ ｅｍ，车轮宽度为１５～３５ ａｍ。汽车被抬离地面的高度为３～ ５ ｅｍ，选用４５钢作为移车器材料。疲劳强度极限为２４１．８ ＭＰａ。为达到使用方便、节省人力、空间占用小的目的，设计 了折叠式手动移车器［２ ］。其总体结构简图如图１所示。 收稿日期：２０１７—０３—０８ 作者简介：何全文，男，工学学士，主要从事机械结构优化设计与数值仿真分析的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｅｎｅａｇｌｅｌｊ＠１２６．ｔｏｍ。 ２０１７０６Ａｕｔｏｍｏｂｉ１ｅＰａｉｌｓ Ｏ３６ ．．．．．研究与开发 架５和前支架２锁住．防止这两段支架发生位移，实现左右支 架对车轮的支撑。 Ｉ一卡轴 ２一前支架 ３一弹簧 ４一挡销 ｓ一后支架 ６一螺栓 ７一弹簧垫圈 ８一六角螺母 罔２折爵器 移动车辆前，将移车器的左右折叠器接合并卡紧，调整左 右支架之间的距离。放置在每个车轮下面。向前搬动手柄，手 柄通过推钩将力传递给齿轮使之转动，齿轮与齿条相啮合．从 而齿条相对外套做运动，并使两个支架距离缩小。从而实现将 车轮拾离地面的目的。当４个车轮都抬离地面后即可以由人力 推动车辆使其移动 ２移车器左、右支架的有限元分析 该折叠式移车器的设计要求是：车轮在被抬升后，左、右 支架上放置滚筒轴的孔支撑根部和左、右支架折叠器能够正常 工作并满足强度要求不损坏。利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件中的Ｓｉｍｕｌａ— ｔｉｏｎ设计分析模块对左、右支架进行受力分析 ］。分析结果如 图３、图４所示。 ｖｏｉｌ Ｍｉｓｅｓ｛Ｎ／ｍ １ ４０ ０８７ ４３２．０ ３６ ０７８ ７８８ ０ ２ ０７０ ４６． ８ ０６ｌ ０２． ４ ０５２ ５８． 强一删＂ 引 ㈨ “¨“ 惦 训引 ” ¨” ８∞ ｍ 删 Ⅲ ０ ０４４ Ｉ６． ６０３５ ７２． ２ Ｏ２６ ２８． ０１８ ２ ５．０ ００９ ６ １．５ ９７．９ ＋屈服力：５３００００ ０００．０ Ｉａ）右支架的应力图 （ｂ）右支架的位移罔 ３右支架受力分析结果 （ａｌ左支架的应力图 ＵＲＥＳ【ｍｍ｝ ２．４９２￣１： ２．０７７， １０ １．８６９ｘ ｌ【） ．６６１ ．４５４ ．２４６ ．０３８ ．３０６ ．２３０ ．１５３ ．０７７ ．０００ （ｂ）左支架的位移图 图４在支架受力分析结果 由图３（ａ）、图４（ａ）可知：左、右支架的最大应力发生 在折叠器与支架相接的４个直角部位．左支架最大应力为 ３３．８２ ＭＰａ，右支架最大应力为４８．】０ ＭＰａ．左、右支架上放置 滚筒轴的孔支撑根部，最大应力分别为８．４５、８．０１ ＭＰａ。 由图３（ｂ）、图４（ｂ）可知：左、右支架在受力后有一定 幅度的变形，随着离折叠器越远位移越大，左支架最大位移为 ０．２５ １１１１１Ｉ，右支架最大位移为０．２８ Ｉｎｎ。 ３ 结论 对改进设计后的折叠式手动移车器的左、右支架进行了优 化分析，分析结果中的应力集中区分布符合实际工作时的应力 分布。其最大疲劳应力出现在左、右折叠器与左、右支架相接 的４个直角部位，分别为３３．８２、４８．１０ ＭＰａ．均小于４５钢的 疲劳强度极限２４１．８ ＭＰａ。分析结果表明该折叠式手动移车器 能够满足实际使用要求。在未来的工作中，将进一步对改进后 的手动移车器进行实物加工及样品试验分析 参考文献： 【Ｉ】王中发，吴宗泽．实用机械设计［Ｍ］．北京：北京理Ｔ：大学ｆｎ版 社．１９９８， 【２】方键．机械结构设计［Ｍ］．北京：化学Ｔ业出版社．２００８． 【３】王克扬．助力自行车［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，１９９６． 【４】粱莉，黄晓如．折叠式Ｉｔｌ行车折叠器的设计［Ｃ］／／中罔机构与机 器科学应用国际会议．２００７． 【５】陈超祥，叶修梓．ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ高级教程［Ｍ —Ｅ京：机械 工业 ｛版社．２００９． 研究与开发 Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｐａｒｔｓ ２０１７．０６ ０３７ 三＿ 枷 ｍ××× ＿《