摘要：采用ansys有限元分析软件，对汽车电梯的轿厢架结构进行各个工况下的受力验算。
关键词：汽车电梯，轿厢架，有限元
1、轿厢架的建模
汽车电梯是一种特殊的载货电梯，它是指专供批准的且受过训练的使用者使用的非商用汽车电梯，它的运输对像是私家车。其轿厢架是汽车电梯的承载部件应具有足够的强度，对其进行力学计算，确保轿厢架有足够的强度、安全系数，是设计必不可少的工作。而汽车电梯的轿厢尺寸通常比较大，因此这也决定了其承载部件轿厢架的结构较等额定载重载货电梯的轿厢架更为复杂，其采用常用的简化梁进行受力验算已经很困难，且计算误差会较大。因此这类的轿厢架通常采用有限元法进行验算。
本文中的汽车电梯其参数为：额定载重5000kg，额定速度1.0m/s，轿厢尺寸2700m*6300mm*2400mm，开门尺寸2700m*2400mm。其布置方式为四导轨导向，前后提拉4:1的曳引结构。其主结构如图1.1的示，主要结构部件有上梁、下梁、上横梁、下横梁、门机梁、直梁、上横梁斜撑、上梁斜撑、拉杆、轿厢底（轿厢底由轿底梁和轿底板焊接组成）。
有限元计算软件选用ANSYS，其单元选用如下：拉杆为三维杆单元link180，轿底板为三维壳单元shell1
81，其他梁为三维梁单元beam189（此单元可以设定梁的截面形状）。
图1.1 汽车电梯轿厢架的三维模型图
2、汽车进入轿厢工况的计算
汽车进入轿厢过程工况时，轿厢架的边界条件如表2.1所示，轿厢架所承受的外载荷如表2.2所示。
表2.1 汽车进入轿厢时轿厢架的边界条件
名称 约束 名称 约束
上梁轿顶导向轮处 高度方向 下梁安全钳处 无
轿厢上、下梁导靴处 宽度方向 下梁缓冲板处 无
轿厢上、下梁导靴处 深度方向
表2.2 汽车进入轿厢时轿厢架的外载荷
名称 载荷
门机安装支架（外侧）处 950N（向下）
门机安装支架（内梁）处 950N（向下）
轿壁与轿底联接处 856.4N/m（向下）
汽车轮与轿底接触处 245250N/m^2（向下）
汽车缓冲器在以上外部载荷中轿顶与轿壁的重量按1100kg计算，汽车轮与轿底板的接触面简化为四个（200mm*250mm）矩形面。汽车轮施加载荷时，左右汽车轮中心间距为1600mm，前后汽车轮中心间距为2500。
2.1汽车前轮刚进入轿厢工况的计算
按表2.1所示的轿厢架边界条件，施加在轿厢架模型上，对轿厢架进行约束；将表2.2所示的外载荷，施加在轿厢架上，其中汽车轮与轿底板的接触点在轿底边缘的两块200mm*250mm的区域里。其边界条件及外载荷如图2.1.1所示。
图2.1.2为轿厢架各梁的复合应力图，图2.1.3为轿厢架两侧拉杆的截面拉应力，图2.1.4为轿底板上的复合应力云图。
图2.1.1 汽车前轮刚进入轿厢时约束及负载 图2.1.2轿厢架各梁的复合应力图
图2.1.3 轿厢架拉杆截面拉应力 图2.1.4轿底板的复合应力云图
表2.3 汽车前轮刚进入轿厢时各主要部件的受力情况
主要部件名称 材料 最大应力 载荷类型 动载系数 安全系数 许用安全系数 拉杆 Q235 22.6MPa 动载 1.2 8.66 3.5
直梁 Q235 42.7MPa 动载 1.2 4.58 3.5
上梁 Q235 38.5MPa 动载 1.2 5.08 3.5
下梁 Q345 18.2MPa 动载 1.2 7.46 3.5
上横梁 Q235 32.2MPa 动载 1.2 6.08 3.5
下横梁 Q235 26.4MPa 动载 1.2 7.41 3.5
横梁斜撑 Q345 30.9MPa 动载 1.2 6.33 3.5
上梁斜撑 Q345 53.6MPa 动载 1.2 3.65 3.5
门机梁 Q235 40.8Mpa 动载 1.1 4.79 3
轿底梁 Q345 72.7MPa 动载 1.2 3.95 3
轿底板 Q345 87.1MPa 动载 1.2 3.30 3 表2.3为汽车前轮刚进入轿厢时，轿厢架各主要部件的最大应力表，从各梁的最大应力及材料可得出各主要部件在此工况下的安全系数，轿厢架各梁满足此工况的使用要求。
2.2汽车后轮刚进入轿厢工况的计算
此工况有边界条件与2.1小节相同，其外载荷的大小与2.2小节相同，但汽车轮与轿底板的接触点由两块区域变为四块区域，其中两个在轿底边缘的两块200mm*250mm的区域里，另外两个为向轿厢内平移2.5m的区域里。其边界条件及外载荷如图2.2.1所示。
图2.2.2为轿厢架各梁的复合应力图，图2.2.3为轿厢架两侧拉杆的截面拉应力，图2.2.4为轿底板上的复合应力云图。
图2.2.1 汽车后轮刚进入轿厢时约束及负载 图2.2.2轿厢架各梁的复合应力图
图2.2.3 轿厢架拉杆截面拉应力 图2.2.4轿底板的复合应力云图
表2.4 汽车后轮刚进入轿厢时各主要部件的受力情况
主要部件名称 材料 最大应力 载荷类型 动载系数 安全系数 许用安全系数 拉杆 Q235 21.4MPa 动载 1.2 9.15 3.5
直梁 Q235 52.8MPa 动载 1.2 3.70 3.5
上梁 Q235 50.0MPa 动载 1.2 3.91 3.5
下梁 Q345 14.3MPa 动载 1.2 20.1 3.5
上横梁 Q235 36.8MPa 动载 1.2 7.81 3.5
下横梁 Q235 27.5MPa 动载 1.2 10.4 3.5
横梁斜撑 Q345 68.2MPa 动载 1.2 4.2 3.5
上梁斜撑 Q345 68.2MPa 动载 1.2 4.2 3.5
门机梁 Q235 40.8Mpa 动载 1.2 4.79 3
轿底梁 Q345 72.4MPa 动载 1.2 3.97 3
轿底板 Q345 92.0MPa 动载 1.2 3.12 3 表2.4为汽车后轮刚进入轿厢时，轿厢架各主要部件的最大应力表，从各梁的最大应力及材料可得出各主要部件在此工况下的安全系数，轿厢架各梁满足此工况的使用要求。
3、汽车正常运行工况的计算
3.1汽车在轿厢内均载布置
此工况有边界条件与2.1小节相同，其外载荷的大小与2.2小节相同，但汽车轮与轿底板的接触点由两块区域变为四块区域，其中这四个受力区域以轿厢中心均匀且对称布置。其边界条件及外载荷如图3.1.1所示。
图3.1.2为轿厢架各梁的复合应力图，图3.1.3为轿厢架两侧拉杆的截面拉应力，图3.1.4为轿底板上的复合应力云图。
图3.1.1 汽车轿厢内均载布置时约束及负载 图3.1.2轿厢架各梁的复合应力图
图3.1.3 轿厢架拉杆截面拉应力 图3.1.4轿底板的复合应力云图
表3.1 汽车在轿厢内均载布置正常运行各主要部件的受力情况 主要部件名称 材料 最大应力 载荷类型 动载系数 安全系数 许用安全系数 拉杆 Q235 8.71MPa 动载 1.2 22.4 3.5
直梁 Q235 50.2MPa 动载 1.2 3.90 3.5
上梁 Q235 44.8MPa 动载 1.2 4.37 3.5
下梁 Q345 31.3MPa 动载 1.2 9.18 3.5
上横梁 Q235 17.5MPa 动载 1.2 11.1 3.5
下横梁 Q235 36.3MPa 动载 1.2 5.39 3.5
横梁斜撑 Q345 10.2MPa 动载 1.2 28.1 3.5
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