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第5章 小车车架的设计
5.1小车车架结构形式的设计
小车车架作为起重机各传动部件的基础必须满足各部件的安装布置要求，同时要具有一定的结构强度。本文设计的小车车架由两个车架主梁、两个车架纵梁和减速电机支撑纵梁三大部分组成，各部分之间通过螺栓连接。其构造图如下图（图5-1）所示：
图5-1 小车车架图
如上图（图5-1）所示：主梁构造形式为20mm厚Q345qD钢板焊接成H型钢结构。纵梁和减速电机支撑纵梁为20mm厚Q345qD钢板焊接成箱型梁结构。Q345qD钢板为桥梁钢板，桥梁钢板是专用于架造铁路或公路桥梁的钢板。要求有较高的强度、韧性以及承受机车车辆的载荷和冲击，且要有良好的抗疲劳性、一定的低温韧性和耐大气腐蚀性。主梁两侧焊接对中定位筒，以便定位吊具。
减速电机支撑纵梁如图5-2所示：
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图5-2 小车减速电机支撑纵梁图
减速电机支撑纵梁与减速电机端面用六个螺栓进行连接。支撑纵梁端面的螺栓孔的位置和大小取决于减速电机端面的螺栓孔。减速电机端面高度大于减速电机支撑纵梁的高度，因此箱型梁构造的减速电机支撑纵梁一侧面上下布置连接板，同时为保证连接板的强度，在连接板和梁主体之间布置肋板。同时为了留有安装两者连接螺栓的空间，箱型梁构造的减速电机支撑纵梁并不是全封闭结构，而是采用箱型梁地板只有中间一段两侧留空的形式，其构造如下图（图5-3）所示：
图5-3 减速电机支撑纵梁底板图
5.2 小车车架受力有限元计算
车架的强度校核采用SolidWorks Simulation软件。 1、简化小车车架模型
为提高有限元分析的准确度和计算速度，要对原始的模型进行简化，删除例如小圆角、小倒角、小孔等模型细节以及不重要的装配零件。对小车架进行删除小孔、去除对中定位筒等操作，得出简化后的模型如下图（图5-4）所示：
图5-4 简化后的小车减速电机支撑纵梁模型图
2、设置边界条件和载荷
小车车架的边界条件如下图（图5-5）所示：
图5-5 小车架边界条件图
如上图所示：小车架一侧纵梁的两个端面为固定约束，另一侧纵梁端面放开
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横梁方向的位移约束，限制另外两个方向上的位移。
小车车架的载荷分析：
小车横梁上轴承座所对应的位置承担物料和吊具的重量G：
N G?k（Q?G吊具）g?1.3*(10000?400) *10?135200式中：
k：动载荷系数，取1.3； Q：额定起重量，10t； G吊具：吊具重量，取400kg。
施加减速电机、卷筒等零部件重量M，共计3.5t； 施加重力Gg。
(5-1)
则小车架载荷图如图5-6所示：
图5-6小车载荷图
如上图（图5-6）所示：小车框架中心箭头代表小车架重力载荷Gg，横梁上对称布置的四组箭头代表载荷G，剩下的箭头代表施加减速电机、卷筒等零部件重量M。减速电机M的作用于减速电机支撑纵梁侧面的连接板面上，其作用不仅有向下的重力，还有因减速电机重心与连接板中心面不重合引起的弯矩。在solidworks软件中可查询其中心距连接板中心的水平距离为800mm，在该为止布置连接板的远端质量M=3.5t，这样就同时在模型中同时加载了上述两种作用。
3、划分网格并计算结构应力和变形结果
有限元方法的基本思想是将结构离散化,即对连续体进行离散化,利用简化几何单元来近似逼近连续体,然后根据变形协调条件综合求解。划分网格就是对分析对象进行离散化的过程，它是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素。
采用solidworks默认设置划分网格，划分完毕得单元类型为实体单元，单元数量
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为62414，节点数123748,设置完边界条件和载荷后计算，得小车架各部位的应力、变形计算结果如下图5-7，5-8所示：
图5-7 小车架应力计算结果图
图5-8 小车架变形计算结果图
由上图可知，小车架最大应力值为110.864MPa，小车车架的材料为Q345qD，材料的屈服极限为345MPa，则安全系数s：
s=345/110.864=3.11
小车架最大变形量ymax为1.461mm，整个小车长度L为3800mm，变形量很小，其挠度变形量k：
k=ymax/L=1.461/3800=0.0038
k值满足小于1/600的要求。综合以上结果得出小车车架在额定载荷情况下工作是安全可靠的。
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