【正文】 問題，就可以得到滿足精度要求的有限元分析結(jié)果。實踐和實驗證明，在眾多近似分析方法中，有限單元法是運用最為成功、最為有效的數(shù)值計算方法。前橋、后橋支承在車輪上，具有足夠的強度和剛度以承受汽車的載荷和從車輪傳來的沖擊。此外，為了加速企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)，進一步提高產(chǎn)品的性能和科技含量，必須對現(xiàn)有的車型進行結(jié)構(gòu)強度、剛度分析計算和動態(tài)特性分析研究工作，為新車型的研制開發(fā)提供借鑒和校核方法 [1]。所以，產(chǎn)品國產(chǎn)化或改裝后，在使用過程中往往會 出現(xiàn)強度、壽命、振動、噪聲等方面的問題。車輛設(shè)計中，在滿足載貨汽車 運營中對車架的剛度、強度及工藝改造等因素要求的同時，應(yīng)當盡可能減輕它們的質(zhì)量和降低制造成本。汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。 43 致謝 41 本章小結(jié) 32 車架彎曲工況分析 26 有限元概述 25 第 5 章 車架靜態(tài)有限元分析 21 Pro/E 軟件介紹 20 第 4 章 車架三維模型的建立 18 縱梁鋼板彈簧跨度計算 15 車架的撓度計算 14 車架的彎矩及彎曲應(yīng)力計算 7 車架的結(jié)構(gòu)型式 6 第 2 章 車架結(jié)構(gòu)方案的選擇 3 車架有限元法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 研究背景 Strength。 結(jié)合車架工作實際，對其進行了滿載、前側(cè)偏載、單側(cè)偏載和單側(cè)扭轉(zhuǎn)、雙側(cè)扭轉(zhuǎn)等工況的分析 及對比， 保證 了 車架結(jié)構(gòu)滿足實際 使用要求。 經(jīng)過 優(yōu)化 完成對車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 I 摘 要 車架工作狀態(tài)比較復(fù)雜，無法用簡單的數(shù)學(xué)方法對其進行準確的分析 計算，而采用有限元方法可以對車架的靜動態(tài)特性進行較為準確的分析， 從而使車架設(shè)計從經(jīng)驗設(shè)計進入到科學(xué)設(shè)計階段。 全套圖紙，加 153893706 其次，運用 Pro/E 軟件 建立車架三維模型 。 關(guān)鍵詞 ：車架 ； Pro/E； ANSYS； 強度 ； 剛度 II ABSTRACT In addition, the work condition of carrier car is extremely bad, and stress condition is also plex, it is unable to use simple mathematical method for accurate analysis of the calculation, and the finite element method can be used to analyze the static and dynamic performance of the frame more accurately, so that the design of frame will go from the experience design into the scientific design stage. Firstly, the overall layout of LGV is determined, on this basis, selected parameters of every assembly. Then beams and stringers’ dimensions of the frame are selected, the strength and stiffness on the frame are checked by Mechanics of Materials. After all, the frame is designed after feedback. Secondly, the 3D model is created used Pro/E. In faithful of the structure’s mechanical characteristics, it is necessary to simplify the geometry. Finally, on two directions of the bending and the reverse to analyze the strength and stiffness on the frame used ANSYS . With the frame’s actual work characteristics, the frame is analyzed under the full, the front side of the partial load, the unilateral partial load and the unilateral reverse, the reverse sides conditions, guarantee the frame structure meet the mechanical requirements. III Key words： Frame。 Stiffne 目 錄 摘要 II 第 1 章 緒論 1 研究的目的和意義 11 車架的制造工藝 12 本章小結(jié) 34 滿載工況分析 37 車架扭轉(zhuǎn)工況分析 42 參考文獻 實驗證明，汽車質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會降低將近一半。 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的在于確保車架強 度、剛度和動態(tài)性能的前提下，減輕車架的質(zhì)量，由此不僅可以減少鋼材和燃油的消耗，減少污染排放，提高車速，改善汽車起動和制動性能，而且可有效減少振動和噪聲，增加汽車和公路使用壽命。這些問題影響了我國載貨汽車 產(chǎn)品 質(zhì)量，造成了使用中的安全隱患。隨著經(jīng)濟全球化進程的加快，汽車工業(yè)的 2 競爭日益加劇，汽車巨頭們都在加緊新車型的設(shè)計開發(fā)，由于發(fā)動機、底盤設(shè)計制造技術(shù)基本成熟，新車型便主要體現(xiàn)在電子設(shè)備和車架造型的更新上。要評價車架設(shè)計和結(jié)構(gòu)的好壞，首先應(yīng)該清楚了解的是車輛在行駛時車架所要承受的各種不同的力。在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用有限元法進行分析，是近幾十年來發(fā)展起來的計算方法和技術(shù)。汽車車架結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)分析的主要目的是查明車架內(nèi)部各點的應(yīng)力、形變和相對位移，找出其固有頻率及振型，從靜、動兩個方面檢驗車架結(jié)構(gòu)的合理性。 （３） 利用有限元法進行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，可以得到車架結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。 研究背景 汽車問世百余年來，特別是從汽車產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來，汽車為世界經(jīng)濟的大發(fā)展、為人類進入現(xiàn)代生活產(chǎn)生了無法估量的巨大影響。二、環(huán)境問題，汽車每年向大氣排放大約幾億噸的有害氣體，占大氣污染物的 60％ 以上，被認為大氣污染的“頭號殺手”。汽車輕量化是汽車節(jié)能環(huán)保關(guān)鍵技術(shù)之一，各國和相關(guān)的汽車公司投入大量資金和人力進行相關(guān)研究，研究涉及汽車材料、汽車設(shè)計思想和汽車相關(guān)的材料成型技術(shù)，從而促進了相關(guān)汽車設(shè)計理念、制造工藝、汽車零部件成型技術(shù)迅速發(fā)展。實現(xiàn)汽車輕量化、降低燃油消耗、增加載質(zhì)量、提高運輸效率對約占我國汽車產(chǎn)量 30％ 的載貨汽車是至關(guān)重要的，也是各有關(guān)汽車制造廠商關(guān)注的焦點。無論是在產(chǎn)品的概念設(shè)計階段的方案分析、在工程設(shè)計階段的校驗分析，還是對既有產(chǎn)品實施精確分析以實現(xiàn)再 設(shè)計，有限元分析都有其重要的作用。為相關(guān)企業(yè)提供一套汽車有限元分析及強度試驗方案，提高企業(yè)自主研發(fā)能力，增強企業(yè)競爭力。 在有限元法對汽車車架結(jié)構(gòu)的分析中，早期多采用梁單元進行結(jié)構(gòu)離散化。隨著計算機軟件、硬件技術(shù)的發(fā)展，特別是微機性能的大幅提高和普及，在微機上進行有限元分析已不再是很難的事，同時有限元分析的應(yīng)用得以向廣度和深度發(fā)展。目前應(yīng)用于車架開發(fā)上比較成熟的方面主要有：剛 度、強度分析 (應(yīng)用于整車、大小總 5 成與零部件分析以實現(xiàn)輕量化設(shè)計 )， NVH 分析 (各種振動、噪聲，包括摩擦噪聲、風噪聲等 )、機構(gòu)運動分析等；建立在分析和實驗基礎(chǔ)上的各種優(yōu)化方法為車架設(shè)計提供了多種實用的選擇方案，使車架設(shè)計從經(jīng)驗設(shè)計到優(yōu)化設(shè)計跨出了一大步。具體在車架結(jié)構(gòu)分析方面，車架的剛度分析對結(jié)構(gòu)分析的重要性近些年已受到廣泛的重視。金屬板件拉延成形特性分析等已步入實用化階段，為車架的全面優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 （２） 由于軟硬件對計算模型規(guī)模的限制，模型的細化程度不夠，因而結(jié)構(gòu)的剛度、強度分析的結(jié)果還比較粗略。這些有限元軟件已發(fā)展到成熟的階段，比較成熟并且普及較廣的有美國 6 加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研制的 SAP、美國麻省理工學(xué)院研制的 ADINA、美國國家航空與航天局研制的 NASTRAN、德國斯圖加特大學(xué)宇航結(jié)構(gòu)靜力學(xué)研究所研制的ASKA、世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國 ANSYS開發(fā)的 ANSYS軟件等等。 建立 Pro/E 零件模型，并完成正確的裝配。車架剛度不足會引起振動和噪聲，也使汽車的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些機件的可靠性下降。/m。 車架的結(jié)構(gòu)型式 根 據(jù)縱梁的結(jié)構(gòu)特點，車架可分為以下幾種結(jié)構(gòu)型 式： 周邊式車架 周邊式車架用于中級以上的轎車。其最大特點是前后兩段縱梁系經(jīng)所謂的緩沖臂或抗扭盒與中部縱梁焊接相連。在側(cè)視圖上，與其他型式的轎車車架類似，在前方車輪處縱梁向上彎曲以讓出前后獨立懸架或非斷開式后橋的 運動空間。 9 前端的叉形梁用于支承動力 傳動總成，而后端則用于安裝后橋。管梁部分位于后座乘客的腳下位置且在車寬的中間，因此不妨礙在其兩側(cè) 的車身地板的降低，但地板中間會有較大的縱向鼓包。其優(yōu)點是便于安裝車身、車廂和布置其他總成，易于汽車的改裝和變型，因此被廣泛的 采用在載貨汽車、越野汽車、特種車輛和用貨車底盤改裝的大客車上。無論哪一種轎車車架，在前、后橋處均要求有較大的扭轉(zhuǎn)剛度，為此，相關(guān)的縱、橫梁可采用封閉式斷面，這種封閉式斷面可由相配 的一對且以垂向面為開口的沖壓成型的槽型梁相互插入并用電弧焊焊接而成。既縱梁中部相當長的范圍內(nèi)具有最大高度和寬度，而兩端可根據(jù)應(yīng)力情況相應(yīng)的縮小。有時根據(jù)設(shè)計要求需將車架前、后端的寬度做得窄些或?qū)捫?，但其尺寸與限定的汽車 輪廓寬 。與其他類型的車架 比較，其扭轉(zhuǎn)剛度最大。這時，主減速器與脊梁相固定，該驅(qū)動橋應(yīng)為斷開式的且獨立懸架相匹配。載貨汽車縱梁的斷面形狀多為開口朝內(nèi)的槽形，也有 Z 形、工字形的；脊梁式車架的縱梁則多為管狀的；轎車車架的縱梁則為箱形斷面。橫梁還起著支承某些總成的作用。貨車在后鋼板彈簧前、后支承附近也分別設(shè)置一根橫梁。 轎車車架的縱、橫梁采用焊接方式聯(lián)接，而貨車則多以鉚釘聯(lián)接（見圖 ）。橫梁在與縱梁的連接處往往應(yīng)力較高，故常將其端部翼緣加寬或采用較厚及尺寸較大的聯(lián)接板；也可使其中部的斷面尺寸適當縮小，或在其腹板上加設(shè)一些較大的孔，以降低橫梁連接處的應(yīng)力。 車架材料應(yīng)具有足夠高的屈服極限和疲勞極限，低的應(yīng)力集中敏感性，良好的冷沖壓性能和焊接性能 。強度更高的鋼板在冷沖時易開裂且沖壓回彈較大，故不宜采用。常用車架材料在沖壓成形后的疲勞強度約為 140～ 160MPa。綜上所述， 因為梯形車架便于安裝車身、車廂和布置其他總成，易于汽車的改裝和變型，所 以 設(shè)計對象 選 為梯形車架。 ） 槽型斷面縱 梁上、下翼緣的寬度尺寸約為其腹板高度尺寸的 35%～ 40%，縱梁槽形斷面如圖 所示 。 圖 鉚釘 為保證機動性，左右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時，前外輪的轉(zhuǎn)彎半徑值在汽車軸距的 2~ 倍范圍內(nèi)（小值適于大軸距汽車，而大值適于小軸距汽車） 。 車架的彎矩及彎曲應(yīng)力計算 以 下數(shù)據(jù)為參考車型 ── 解放賽虎Ⅲ的相關(guān)參數(shù)： 表 解放賽虎 Ⅲ 相關(guān)參 數(shù) 基本信息 驅(qū)動形式 42 軸距 /mm 3260 車身長度 /mm 59