基于ANSYS的起重机吊钩优化设计

的钢索直径D=28mm，即载荷的作用面区段约为D与吊钩 中间竖直截面最大厚度的乘积。通过对吊钩中间竖直平 面两侧各30°作用面施加面均布
载荷的方法，来模拟悬吊货物的钢索对吊钩的作用载荷。 网格划分、添加约束、施加面载荷后得。有限元模型， 如所示。2.3求解结果及分析吊钩的
变形图，如Q所示。由该图可知，吊钩受力后有一定幅度 的变形，其最大变形为0.925mm.吊钩的应力分布图，如 ⑥所示。由可知：①吊钩的最
阁4优化后分析结果从、中可以看出，此时新吊钩钩身主 弯曲截面（水平截面）内侧最大应力为182MPa竖直截面 最大应力为122MPa，都小
于许用应力214.84MPa.吊钩直杆部分最大拉应力增大为 81MPa，小于许用应力102MPa.吊钩的最大变形为 1.066mm.所以
，优化后的吊钩满足强度要求。而且，由PROE建立的三 维模型进行质量属性评估，可知吊钩的质量从313.79kg下 降到263.05kg，
减少了50.74Kg质量减轻了16.1%优化效果明显。4总结利 用大型通用有限元软件ANSYS对一直柄单钩 （GB/T10051.4-1
988）进行了详细的静力学分析。与传统的分析方法相比， 更准确的捕捉了吊钩的应力和位移分布情况，对工程实 际生产具有重要的指导意义。并在
满足吊钩强度和稳定性的前提下，对吊钩的厚度进行了 结构尺寸优化，优化结果表明传统的吊钩厚度设计方法 是保守的。
畸变网格的产生几率，增加计算时间，影响计算精度， 因此建模时应予以简化。单元类型选用六面体结构单元 Solidl85.吊钩直柄上端部分添
加约束，约束其全部自由度。由于实际吊装过程中，吊 重会发生摆动，使得悬吊重物的钢索拉力与垂直方向产 生一定的夹角，根据工程实际及浮吊规程
，此夹角应控制在30°左右。因此，吊钩满载达到最大 起重量50t，且钢丝绳拉力偏角为30°时，吊钩处于最不 利载荷的极限工况。取悬吊重物
根据实际工况对其约束与载荷作了有效的处理，并对其 强度进行了有限元分析，得到了吊钩应力和位移的分布 规律，揭示了吊钩工作的危险截面。并在
有限元分析的基础上，在保证吊钩安全的前提下，对吊 钩的厚度进行了优化，将优化前后的结果进行了比较。 优化后吊钩的尺寸更加合理，并达到了减
轻吊钩重量的目的。分析和优化结果对起重机吊钩的结 构设计提供了科学合理的依据。吊钩是起重机上应用最 广泛的一种取物装置，也是起重机的主要
可以进于优化。3吊钩的优化在吊钩所受载荷力大小和安 全系数都满足要求的前提下，可以减小吊钩的最大厚度 和直柄直径来进行结构尺寸优化，将水
平截面最大厚度从200mm减少到180mm，竖直截面最大 厚度从170mm减少到155mm，柄部直径从150mm减少到 135mm.此时
施加的面载荷大小约为：对优化后的吊钩重新建模，在 约束不变的情况下，对其再次进行有限元分析，计算分 析结果，如所示。U0优化后吊钩应力图
承载部件，吊钩的强度及其设计的合理性对起重机工作 的安全性至关重要。因此，应用现代有限元分析方法， 对吊钩的强度进行分析，发现吊钩的最大
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变形位置，揭示其应力分布规律和危险截面，为吊钩强 度的研究设计提供理论依据，具有重要的工程意义。2有 限元模型的建立与分析2.1吊钩的结
构及参数以实际生产中一台工作级别M5的50t/10t桥式起 重机主起升的直柄吊钩为例，其结构形式简图，如所示。 其参数为：单钩，钩号为4
大应力发生在钩身主弯曲截面（水平截面）内侧，且最 大应力为157MPa.吊钩钩身主弯曲截面（水平截面）外侧 的最大应力约为87MPa，皆
小于许用应力214.84MPa.（2）吊钩钩身在竖直截面内应 力也较大，为另一危险截面，其最大应力约为104MPa. （3）吊钩直杆部分
最大拉应力为69.6MPa，小于许用应力102MPa.所以，实 际分析所得应力值远小于材料的屈服极限，应力余量大， 说明吊钩是很安全的，
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0，强度等级为M，钩身水平截面最大厚度为200mm，竖 直截面最大厚度为170mm，柄部直径为150mm.吊钩材料 为DG20Mn，材料
的屈服点为333MPa，抗拉强度510MPa，泊松比0.3，弹 性模量E=2.1ellPa，密度为7860kg/m3.钩身最大许用弯曲
应力：吊钩直杆部分最大许用拉应力：瓯吊钩结构简罔 2.2吊钩有限元模型的建立某些过渡转角几何特征对强度 的影响很小，在Ansys中会增加