【正文】 的力學(xué)問(wèn)題。在車(chē)架結(jié)構(gòu)定型之前往往經(jīng)過(guò)多輪設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)面對(duì)的對(duì)象是實(shí)物，需要經(jīng)過(guò)樣品制造一試驗(yàn) 3 一修改一再設(shè)計(jì)的往復(fù)，這種方式不可避免地導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程周期長(zhǎng)，以及人力、物力和財(cái)力資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。 20世紀(jì) 60年代以來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，有限元法在工程上獲得了廣泛應(yīng)用。特別是隨機(jī)激勵(lì)響應(yīng)分析備受親睞，主要是因?yàn)樗捎脕?lái)進(jìn)行車(chē)輛的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)舒適性和噪聲等方面的分析。車(chē)架的這種設(shè)計(jì)模式導(dǎo)致的問(wèn)題包括兩個(gè)方面：一是車(chē)架簡(jiǎn)化計(jì)算精度不夠，為保證強(qiáng)度及剛度要求而使車(chē)架的設(shè)計(jì)過(guò)于安全，造成設(shè)計(jì)出的車(chē)架結(jié)構(gòu)過(guò)重，增加了設(shè)計(jì)成本；二是造成車(chē)架的設(shè)計(jì)與計(jì)算分離，不利于提高車(chē)架設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平。 （ 4） 分析研究建立有限元模型要考慮 的問(wèn)題，比如結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，單元的選取，單元數(shù)量的控制，單元質(zhì)量的檢查，網(wǎng)格的布局以及連接方式的模擬。貨車(chē)車(chē)架的最大彎曲撓度通常應(yīng)小于10mm。如圖 （ a）所示，在俯視圖上車(chē)架的中部寬、兩端窄。采用這種車(chē)架時(shí)車(chē)身地板上的傳動(dòng)軸通道所形成的鼓包不大，但門(mén)檻較寬，見(jiàn)圖 （ a）。門(mén)檻的寬度不大，見(jiàn)圖 （ b），雖然從被動(dòng)安全性考慮，要求門(mén)檻有足夠的強(qiáng)度和剛度。對(duì)于不承受扭矩的車(chē)架元件、用于固定動(dòng)力總成的橫梁以及車(chē)架兩端位于基本橫梁以外的縱梁，均采用沖壓成型且具有開(kāi)口的槽型斷面。車(chē)架的長(zhǎng)度大致接近整車(chē)長(zhǎng)度，約為軸距的 倍。其實(shí)，圖 （ b）所示的 X 形車(chē)架也應(yīng)歸 于這一類(lèi)型，但該車(chē)架可與非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋及非獨(dú)立懸架相匹配。汽車(chē)車(chē)架常有4～ 6 根橫梁，其分布于有關(guān)總成、駕駛室、貨箱或車(chē)身的支承位置有關(guān)。鉚釘聯(lián)接具有一定彈性，有利于消除峰值應(yīng)力，改善應(yīng)力狀況，這對(duì)于要求有一定扭轉(zhuǎn)彈性的貨車(chē)車(chē)架具有重要意義。低碳和中碳合金鋼能滿(mǎn)足這些要求。 轎車(chē)車(chē)架縱梁、橫梁的鋼板厚度約為 ～ ，貨車(chē)根據(jù)其裝載質(zhì)量的不同，輕、中型貨車(chē)沖壓縱梁的鋼 板厚度為 ～ ，重型貨車(chē)沖壓縱梁的鋼板厚度為～ 。 （ 4） 鋼板彈簧參數(shù) 車(chē)架上加裝鋼板彈簧，參數(shù)如表 所示。 14 圖 縱梁斷面 鉚釘?shù)倪x擇 [1213] 根據(jù) GB/T 8671986 選擇半圓頭鉚釘，如圖 所示。 6 0 0 0 06 1 5 05)5561 5 0( ?????W mm3 17 因此最大彎應(yīng)力為： 60000 ?w? = 16Mn 鋼板的疲勞極限 1?? =220～ 260MPa w? = 1??? 車(chē)架的撓度計(jì)算 為了保證整車(chē)及有關(guān)機(jī)件的正常工作，對(duì)縱梁的最大撓度應(yīng)予以限制。 mmEJ lGEJPlf e 8 1 3 021482148 6113332 ??????????? 可得 : ????? fff 已知 貨車(chē)車(chē)架最大彎曲撓度通常小于 10mm，所以有 : mmf ?? 2611 m N7 7 0 9 64102 . 3 1 ??????? EJC w 根據(jù) EJPlf 483? 可知，EfPlJ 483 ?，根據(jù)德國(guó)對(duì)各種汽車(chē)車(chē)架的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)軸距 l 單位為 m， J 的單位為 4cm 時(shí)，為使縱梁在汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)撓度在容許值以?xún)?nèi)，則應(yīng)使 123?lJ或使 312lJ? 。 PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來(lái)說(shuō)是很熟悉的，因而易于使用。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線(xiàn)幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。同時(shí)在腹板處也打有相應(yīng)的孔，用于鋼板彈簧與車(chē)架的連接時(shí)的螺栓孔。 26 第 4章 車(chē)架有限元分析 ANSYS 程序包括前處理器 、求解器、后處理器和幾個(gè)輔助處理器（如設(shè)計(jì)優(yōu)化器），功能涵蓋結(jié)構(gòu)、流體、熱和電磁 4 種場(chǎng)的計(jì)算。 進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)， ANSYS 主要有自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分兩種方式。而在處理諸如因摩擦接觸而導(dǎo)致熱問(wèn)題和金屬成形等因朔性功能而產(chǎn)生的熱問(wèn)題時(shí)，就需要將結(jié)構(gòu)場(chǎng)和溫度場(chǎng)的有限元分析結(jié)果交叉迭代求解，即需要求解 “熱力耦合 ”問(wèn)題。軟件提供了 100 種以上的單元類(lèi)型，用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。 時(shí)間后處理模塊用于檢查在一個(gè)時(shí)間段或子步歷程中的結(jié)果，如節(jié)點(diǎn)位移、應(yīng)力 28 或支反力。 ANSYS 程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線(xiàn)性分析，而且也可以進(jìn)行非線(xiàn)性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。 (5) 熱分析 程序可處理熱傳遞的三種基本類(lèi)型：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并 包括對(duì)流換熱效應(yīng)。 具體操作方法：點(diǎn)擊開(kāi)始 所有程序 UtilitesCAD configuration Manager 如圖 所示，點(diǎn)擊彈出對(duì)話(huà)框 workbench and ANSYS Geometry Interfaces和 ICEM CFD Direct CAD Interfaces 打上勾，選擇右邊的 Pro/Engneer，如圖 所示。單元通過(guò) 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有 3 個(gè)沿著 xyz 方向平移的自由度 。 8 點(diǎn)約束靜態(tài)工況是指在汽車(chē)車(chē)架鋼板彈簧前后 8 個(gè)位置約束并分析其靜態(tài)彎曲剛度。所有載荷均看作均布，施加在縱梁的上表面上。小于車(chē)架所用材料 16Mn 的屈服極 限 340～ 360MPa，則車(chē)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù)為 n=σs/σmax當(dāng) n1 時(shí)，說(shuō)明在該工況下，車(chē)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是符合要求的；否則，則說(shuō)明車(chē)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不符合要求，將會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞， ,該車(chē)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 圖 扭轉(zhuǎn)工況位移云圖 圖 扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力云圖 37 分析車(chē)架變形云圖可以看出，在該工況下 車(chē)架 2 對(duì)角變形較大， 由左后輪到右前輪向?qū)ΨQ(chēng)的 2 側(cè)變形量逐漸減小至車(chē)架左前和右后部分，由于車(chē)架前后結(jié)構(gòu)的差異，左前部分車(chē)架變形最大，為 ，同時(shí)也是最大應(yīng)力集中的部分， 體現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)有的特點(diǎn)，而且由圖可知車(chē)架在該工況下應(yīng)力最大值為 304MPa。按初。加載情況如圖 所示 。車(chē)架前部與前橋以及轉(zhuǎn)向梯形等轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接，較小的變形可以有效地減小車(chē)架變形對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向幾何特性的影響；車(chē)架中部較大的變形則有利于改善車(chē)架整體的應(yīng)力狀況，并起到一定的緩沖作用。對(duì)車(chē)架進(jìn)行約束．對(duì)兩前輪 UX， UY， UZ三個(gè)方向自由度和兩后輪 UY方向自由度進(jìn)行約束．釋放車(chē)輪的其余自由度。為便于計(jì)算，靜力分析采用剛性支撐。其缺點(diǎn)是：不能正確地反映車(chē)架縱橫梁的截面形狀，無(wú)法仔細(xì)分析車(chē)架的應(yīng)力集中問(wèn)題，所以不能為車(chē)架縱橫梁的連接方案提供實(shí)用的幫助。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶(hù)可以方便地構(gòu)造有限元模型； Pro/E與 ANSYS接口的創(chuàng)建 利用 ANSYS 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，由于用 ANSYS 建模相對(duì)比較麻煩，所以通常用 Pro/E 建立的三維模型，然后導(dǎo)入 ANSYS 中進(jìn)行分析。分析結(jié)果 29 可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過(guò)每個(gè)單元的流率。 (4) 動(dòng)力學(xué)分析 ANSYS 程序可以分析大型三 維柔體運(yùn)動(dòng)。 (1) 結(jié)構(gòu)靜力分析 用來(lái)求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。例如，計(jì)算結(jié)果在模型上的變化情況可用等值線(xiàn)圖表示，不同的等值線(xiàn)顏色代表了不同的值。 ANSYS 的基本組成和功能 1. ANSYS 基本組成 ANSYS 主要包括 3 個(gè)部分：前處理模塊 、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。 ANSYS 優(yōu)異的求解能力突出地表現(xiàn)的對(duì)高精度非線(xiàn)性問(wèn)題求解和強(qiáng)大的耦合場(chǎng)求解上。 1. 強(qiáng)大的前處理能力 強(qiáng)大的前處理能力主要包括強(qiáng)大的幾何建模能力 、強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力、強(qiáng)大的參數(shù)設(shè)計(jì)功能和與 CAD 軟件的無(wú)縫集成能力。 圖 后鋼板彈簧橫梁 24 后鋼板彈簧角板 圖 后鋼板彈簧角板 后梁 梁全長(zhǎng) 740mm，翼緣寬度 75mm，腹板高 100mm，見(jiàn)圖 所示 。本文應(yīng)用 Pro /E 進(jìn)行實(shí)體建模。 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如 “嚙合 ”、 “插 入 ”、 “對(duì)齊 ”等很容易的把零件裝配起來(lái)，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。 基于特征的參數(shù)化造型： Pro/ENGINEER 使用用戶(hù)熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。經(jīng)過(guò) 10 余年的發(fā)展， Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。 由材料力學(xué)知 EJqlf 3845 41 ? （ ） mNLGq s 4 2 24 5 0 02 2 8 0 521???? 46332 103 1 5 05)12 (2 mJ ??????????? 可得 : mmf 1 8 4 4 2 2561141 ????? ??? ? 假設(shè)汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，所載貨物的重量都集中在跨度為 l 的簡(jiǎn)支梁中間，此時(shí)所求出的撓度值加的載荷比實(shí)際的載荷要大。 16 3/2 0gmGs ? = 2 8 0 9 6 032 ??? N 1 8 1 3 )1 9 6 03 8 1 0( ????eG N )]147823335(18130)102524500([26604 1 ????????fR N 3 3 3 51 8 1 3 04 5 0 0 2 8 0 5 3 3 3 5)1 8 5 72 6 6 0(1 8 1 3 04 5 0 08 7 2 8 0 5 9 42???????x x = 22/ ])(1857[33354 18130)(45004 ?????????xM /xM = mmN? 如果考慮到動(dòng)載荷系數(shù) ??dk 及疲勞安全系數(shù) ??n ，并將它們代入式（ ），則可求出縱梁的最大彎矩為： m axm ax MnkM dd ? （ ） 取 n=， dk = 求得： 7 9 2 2 3 7 1 2 8 9 9 4 a x ????dM mmN? 則彎曲應(yīng)力可按下式求得： WMdw max?? （ ） 式中： W ——縱梁在計(jì)算斷面處的彎曲截面系數(shù)，對(duì)于槽型斷面系數(shù)，對(duì)于槽型斷面縱梁 有： 6 )6( thbhW ?? （ ） 式中： h —— 槽型斷面的腹板高， mm； b—— 翼緣寬， mm； t—— 梁斷面的厚度， mm?？v、橫梁均由 5mm 厚的 16Mn 鋼板沖壓而成（輕、中型貨車(chē)沖壓縱梁的鋼板厚度為 5～ 7mm。m； 殼體長(zhǎng)度： 285mm； 靜質(zhì)量：鑄鐵殼體 56kg。 鋼板經(jīng)冷沖成形后，其疲勞強(qiáng)度要降低，靜強(qiáng)度提高、延伸率小的材料的降低幅度更大。為保證車(chē)架的裝配尺 寸，組裝時(shí)必須有可靠的定位和加緊，特別應(yīng)保證有關(guān)總成在車(chē)架上的定位尺寸及支承點(diǎn)的相對(duì)位置精度。腹板直立的槽形斷面橫梁和由兩槽形組成的工字形斷面橫梁的彎曲剛度及強(qiáng)度均好，常用于后鋼板彈簧的支架處；帽形斷面梁因其斷面高度較小，較易做成大彎度梁，宜于用于需向下凹的前橫梁和拱形的中橫梁；封閉形斷面梁和管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大，宜用于需加強(qiáng)扭轉(zhuǎn)剛度處，但貨車(chē)多采用扭轉(zhuǎn)剛度不大 的非封閉形斷面的鋼板沖壓橫梁。 橫梁將左右縱梁聯(lián)接在一起，構(gòu)成