【正文】 建模軟件，有限元受力分析軟件 ANSYS，對車身及車架部分進行建模分析。 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 基于 ANSYS的大 學(xué)生節(jié)能車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 系部名稱 ： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 車輛工程 學(xué)生姓名 ： 指導(dǎo)教師 ： 職 稱 ： 講 師 The Graduation Design for Bachelor39。本設(shè)計主要針對 大學(xué)生節(jié)能車進行整車設(shè)計方案的選擇，對車身及車架進行設(shè)計并對車架進行強度校核。 全套圖紙，加 153893706 關(guān)鍵字： 大學(xué)生節(jié)能車；結(jié)構(gòu)設(shè)計；三維建模；有限元分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化 2 ABSTRACT Students efficient car is designed by students of a sportstype car. In the past games, there are many kinds of energysaving cars appear. The design of the main vehicle is for saving for college students the choice of vehicle design, the design of the body and frame and frame strength check. With Pro/E and CATIA the threedimensional modeling software, finite element analysis software ANSYS, part of the carbody and the carframe modeling and analysis. ANSYS finite element analysis carried out. First, the use of Pro/E and CATIA threedimensional modeling software designed body, frame and major ponents for threedimensional modeling, through the Pro/E on the energysaving cars built by students for students efficient car parts and ponents model of vehicle The virtual assembly, then Pro/E software analysis program for simple vehicle after assembly center of gravity, moment of inertia, the use of CATIA Analysis Program curvature analysis program for energysaving vehicle body curvature analysis, finite element with a professional analysis software ANSYS, energy car chassis frame static analysis and modal analysis, finite element analysis is based on the results of a more indepth analysis and study, and propose structural optimization design. Keywords： Students efficient car； Structure design。 6 附錄 B ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。而每年又有大大小小的汽車節(jié)能比賽，使得節(jié)能車漸漸地深入人心。由日本本田公司發(fā)起的 “HONDY”杯大學(xué)生節(jié)能車大賽便是旨在通過比賽提高社會的節(jié)能和環(huán)保意識，以推動全球車輛節(jié)能技術(shù)的發(fā)展為目的的比賽。地球是我們賴以生存的家園，保護地球是我們的責任。國家 “十一五 ”規(guī)劃和 “十七大 ”都對汽車的節(jié)能減排提出了要求，并將發(fā)展新能源汽車、節(jié)能汽車等政府策略逐 漸上升為國家戰(zhàn)略。并通過各種場合及汽車大賽來宣傳新能源車型和節(jié)能車的重要性，用以控制日益增長的碳排放量。每年在歐美車展上，由歐美各大汽車廠商研發(fā)的新型環(huán)保概念車都有亮相，有些車型也已經(jīng)投產(chǎn)，其中大多數(shù)以電動汽車為主，如由美國通用汽車公司旗下雪佛蘭品牌的科魯茲系列車型已研發(fā)出科魯茲電動車。應(yīng)在詳細分析節(jié)能車結(jié)構(gòu)形式及工作原理基礎(chǔ)上，完成總體方案的設(shè)計；利用 AutoCAD 完成大學(xué)生節(jié)能車二維結(jié)構(gòu)設(shè)計并進行校核計算，分析大學(xué)生節(jié)能車制作工藝；利用三維建模軟件 Pro/E 和 CAITA 完成大學(xué)生節(jié)能車車架和車身的三維建模，并利用 Pro/E 進行節(jié)能車的虛擬裝配；利用 ANSYS 軟件進行有限元分析：主要包括對車架的靜力分析和模態(tài)分析并依據(jù)分析結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。從而分析出結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺陷，方便設(shè)計人員進行改進；同時對于一些不需要的部件則采取棄用的辦法從而達到設(shè)計方案的優(yōu)化。 節(jié)能車同樣需要車身保護駕駛員，降低節(jié)能車所受阻力。 車輪配置 前一后二 這種布置形式類似于日常生活中所見到的三輪車。 圖 車輪布置形式前一后二 前二后二 類似于常見的四輪轎車。 如圖 所示 。因此確定節(jié)能競技車的車輪布置形式為前二后一的布置形式。 2） 具有足夠的抗彎剛度、扭轉(zhuǎn)剛度，以免車架上的總成因變形過大而早期損壞或失去正常能力。其特點 ：便于安裝駕駛室、車廂及一些特種裝備和布置其他總成，有利于改裝變 型 車和發(fā)展多品種汽車上。其優(yōu)點：車輪有加大的運動空間，便于采用獨立懸架，可提高汽車的越野性與同噸位貨車相比，其車架較輕，減少了整車質(zhì)量；同時重心較低，因此行駛穩(wěn)定性好；車架的強度和剛度較大；脊梁還能起封閉傳動軸的防塵套作用。他同時具有中梁式和邊梁式車架的特點。由于車架內(nèi)部要有一定的容積，便要求車架本身結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜，采用邊梁式結(jié)構(gòu)可以節(jié)約大量的空間。 常見節(jié)能車轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 如下。 如圖 所示 。 圖 梯形結(jié)構(gòu) 發(fā)動機布置、動力驅(qū)動傳 動方案 發(fā)動機常用布置方式有三種：前置式發(fā)動機、后置式發(fā)動機、中置式發(fā)動機。中置式發(fā)動機亦然。 傳動 方案 軸驅(qū)動，這種驅(qū)動形式的優(yōu)點為傳動效率較高，缺點為由于采用后一輪的車輪布置方式，因此會造成發(fā)動機質(zhì)心偏離車輛的中心線。一方面后一輪驅(qū)動不用涉及差速器等方面的考慮，另一方面也前兩輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式也會簡便許多，同時也達到了減小整車質(zhì)量的目的。 節(jié)能車由發(fā)動機發(fā)出動力經(jīng)由變速機構(gòu)到達發(fā)動機外部的主動鏈輪，接著由傳動鏈傳動從動鏈輪，最后通過分離式離合器到達驅(qū)動車輪。 20英寸節(jié)能車專用輪 20 英寸節(jié)能車專用輪是由德國 大陸 集團 馬牌輪胎 提供的專業(yè)低滾動阻力輪胎， 如圖 所示 。 圖 20 英寸自行車專用胎 26英寸管式輪胎 車輪直徑選取過大會造成側(cè)向力作用在車軸上的力臂加大，所以在選取較大致敬的車胎時應(yīng)注意保證車軸的強度?？紤]到降低滾動阻力的同時保證足夠的附著系數(shù)，三個輪胎均使用高氣壓輪胎，目的在于減小接地面積。由此可見，為了使車身制作簡單，將兩前輪暴露在外，但是做增大了空氣阻力，故采用擾流板將車輪中輻 條覆蓋或在設(shè)計車身時將車輪與后輪一樣完全包裹起來。由于車輪布置在車身外，也影響了節(jié)能車的空氣阻力系數(shù)。為降低制作成本，應(yīng)選用碳鋼 。 本章小結(jié) 本章節(jié)敘述了 對于節(jié)能車 整車部分 的選擇 方式。要求車架能夠承受總質(zhì)量小于 100kg。 由于節(jié)能車為參加節(jié)能大賽而特別研制，車 架本身就是車身骨架，要支撐賽車上的幾乎所有部件：比如要容納駕駛員，放置發(fā)動機和蓄電池及駕駛員座椅；要固定車身；車輪直接安放在車架上。但需做一下假設(shè)，便可將車架視為簡支梁。 C、 F 點為車 20 輪安裝 位置，在這兩點均有 和 。 圖 車架載荷的分布 乘員分布載荷 ，發(fā)動機分布載荷 由圖 可知 AB=,BC=,CD=,DE=,EF= 由材料力學(xué)可知： 以 F 為支點有 （ ） 以 C 為支點有 （ ） 由 （ ） 、 （ ） 可解得 ： , 。 材料截面尺寸的確定 由于縱梁在長度方向上截面尺寸無變化，所以在最大彎矩處其彎曲應(yīng)力達到最大值 。 車架 外形 結(jié)構(gòu)設(shè)計 車架在做校核時是經(jīng)過合理簡化的，在設(shè)計上 要對車架進行相應(yīng)的細化。所以車架后部還需承載車輪，及安裝動力傳動部件、控制部件的質(zhì)量。稍復(fù)雜的還要安裝有行車電腦等高級裝備，所以材料 型材 的選擇 要考慮到布線的要求及條件。 安裝時要考慮對車內(nèi)駕駛員的舒適度。在設(shè)計時應(yīng)考慮到方便支撐方式的設(shè)計，在車架上焊上一根橫梁，這根橫梁同時也會對車架的穩(wěn)定性起到作用，同樣在立面上加裝一個梁，可以增強車架的強度及抗扭曲能力。 例如安放蓄電池、部分的傳動機構(gòu)。 角鋼橫梁，焊接在 車架 最后部分的橫梁上，它不僅能提高整車后部分的抗彎曲能力，同時方便 輔助安裝模塊的安裝使用。它的工作原理是前兩個車輪的連接線與后一車輪連接線在連接起來后可以看在車輛的轉(zhuǎn)向梯形內(nèi)，由轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)用來保證轉(zhuǎn)彎行駛時汽車的車輪均能繞同一瞬時轉(zhuǎn)向中心在不同半徑的圓周上作無滑動的純滾動。位于中間位置的螺栓固定在車架上，剩余上方兩個螺栓分別用于固定轉(zhuǎn)向拉桿。因此轉(zhuǎn)向手柄在轉(zhuǎn)向時帶動轉(zhuǎn)向短桿運動，進而帶動轉(zhuǎn)向長拉桿運動，從而帶動車輪進行旋轉(zhuǎn)。如按工藝特點來分，有手糊成型、層壓成型、 RTM 法、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。其制程是在模具涂上脫模劑，接著噴上改善部件外觀的膠衣。先利用石膏或油泥等材料按設(shè)計圖紙 1： 1 的比例制作陽模，然后利用玻璃鋼制作陰模．最后再次利用玻璃鋼翻制成品，并進行表面處理和噴漆，最終制成車身成品。 車架采用鋼管，其制作成為車體方式很多。 車身與車架連接方式 這建造節(jié)能車時，由于采用 車身與車架分開建立 ，所以車身需要與車架相聯(lián)接使其成為一個整體。 內(nèi)部通過螺紋螺栓方式 與車架 進行聯(lián)接， 該連接方式能夠使車身與車架很好的相聯(lián)，但由于車身有供駕駛員出入節(jié)能 車的開口。但是由于此種連接方式位于車架外部，且對車身車架的制作工藝要求較高。鑒于車架的設(shè)計要考慮車架上相關(guān)部件的安裝，在對車架設(shè)計的過程中也要考慮到車架上相關(guān)部件與車架的安裝、連接方式。 Pro Engineer 簡稱 Pro/E，它是由美國 PTC 公司開發(fā)的一款計算機三維輔助設(shè)計軟件，被廣泛應(yīng)用在機械設(shè)計與制造、模具、家電、工業(yè)造型等行業(yè)并為用戶提供了一整套從設(shè)計到制造的完整的解決方案，在業(yè)界享有很高的聲譽 CATIA車身建模 車身建模 問題分析 ： 建模思路： 利用 CATIA 軟件中創(chuàng)程式造型設(shè)計及汽車 A 級曲面造型技術(shù)綜合設(shè)計。在設(shè)計時，車身與車架的連接方式是卡扣。 。同時考慮到車輛行駛時環(huán)境的特殊性。 圖 建立車身前底部縱梁 （ 2） 使用拉伸命令在 Top 面定義草繪，繪制出節(jié)能車最前端的兩根梁 ，如圖 所示 ； 定義其拉伸長度為 180。 圖 車架中間豎梁 （ 5） 用于安裝轉(zhuǎn)向機構(gòu)及布線用的橫梁，由于需要開槽，所以建立需要兩步。 它的高度決定了整車的高度。紅色的面即是所選擇要拉伸到的平面。 在設(shè)計 時，發(fā)動機的固定位置也與車架有關(guān)。 如圖 所示 。在設(shè)計時應(yīng)考慮到 方便 支撐方式的設(shè)計 ，在車架上焊上 一根橫梁，這根橫梁 同時也會 對車架的穩(wěn)定性起到作用 。則在車架建立的后段建立較高的縱梁，在建立后段上升的梁需要建立起后段的縱梁。 圖 建立基準面 （ 12） 在新建的基準面上進行草繪，繪制后段縱梁的二維草圖，如圖 所示 ；往車 40 身方向進行拉伸，定義拉伸長度為 325； 圖 建立車架后縱梁 （ 13） 為方便建立駕駛員靠背安裝支撐臂，需要建立基準面，依據(jù)二維圖示尺寸，便可以 計算出需要偏移的尺寸。在菜單欄中選擇 插入 /掃描 /伸出項，定義在 新建的 DIM2 基準 面 上進行 對草繪 軌跡的繪制，如圖 所示 。然后進行鏡像，變得出第二個駕駛員靠背安裝支撐臂。在截面中進行支撐臂的草圖繪制，如圖 所示 ； 圖 軌跡草繪 圖 選擇屬性 圖 草繪掃描的面 42 （ 18） 對于另一側(cè)的車架后半部主要結(jié)構(gòu)后斜支撐梁，因為它是對稱的，所以利用鏡像即可。如圖 所示 ； 圖 建立車底板的安裝孔 （ 20） 在安裝車轉(zhuǎn)向機構(gòu)時，車架也有安裝孔。如圖 所示。轉(zhuǎn)向機構(gòu)、發(fā)動機、車輪、車架底板、駕駛員靠背及用于固定作用的螺栓及螺母。由于比賽并非長時間比賽，故沒有設(shè)計