【正文】 相關縱梁由橫梁連接。通常在使用中其軸間扭角約為 1176。 主要 設計 內(nèi)容 本 設計 通過參考 國內(nèi)外輕型載貨汽車 車架的結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎上，對車架進行設計計算和校核， 利用 Pro/E 建模并應用 ANSYS 軟件對 車架進行 有限元分析 ，主要設計內(nèi)容如下 ： 選擇 車架 結(jié)構(gòu)型式、 材料和加工工藝 ，確定車架參數(shù)，對 車架 結(jié)構(gòu)進行設計，并對車架進行校核。概括起來與國外輕量化研究的主要差距有： （１） 汽車結(jié)構(gòu)開發(fā)工作主要還是依賴經(jīng)驗和解剖進口結(jié)構(gòu)進行參照 性設計的，多用來解決樣車試驗以后出現(xiàn)的設計問題，設計與分析未能真正做到并行。 在國內(nèi)，高等院校對基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的車輛輕量化研究發(fā)展也很多，但由于沒有完備的結(jié)構(gòu)設計數(shù)據(jù)庫和設計規(guī)范，有時只能按解剖進口車結(jié)構(gòu)來進行參照性設計。近十年來，由于計算機軟件與硬件的飛速發(fā)展，板殼單元逐漸被應用到汽車車架結(jié)構(gòu)分析中，使分析精度大為提高，由過去的定性 分析或半定量的分析過渡到定量階段。最終達到保證載貨汽車在性能和功能不受影響或有所提高的情況下，實現(xiàn)載貨汽車車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，減輕載貨汽車 車架質(zhì)量。隨著《中華人民共和國道路交通安全法》、新版《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》以及《在全國開展車輛超載、超限治理工作的實施方案》的出臺，這些都為加快汽車輕量化給予了政策支持和動力。 例如，一、能源問題，每年汽車的石油消耗量保持在 100 億桶，并每年以一定的速度增加，而世界石油資源只能開采幾十年，煤炭資源也只夠開采一百來年，人類面臨著嚴重的能源危機，節(jié)能環(huán)保成為工業(yè)領域不可避免的課題，汽車工業(yè)同樣不可避免。傳統(tǒng)的車架設計方法很難綜合考慮汽車的復雜受力及變形情況，有限元法能夠很好的解決這一問題。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。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]。車輛設計中，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，應當盡可能減輕它們的質(zhì)量和降低制造成本。 26 有限元概述 21 Pro/E 軟件介紹 3 車架有限元法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 Strength。 經(jīng)過 優(yōu)化 完成對車架的結(jié)構(gòu)設計。 全套圖紙，加 153893706 其次，運用 Pro/E 軟件 建立車架三維模型 。 Stiffne 目 錄 摘要 11 車架的制造工藝 12 本章小結(jié) 34 滿載工況分析 42 參考文獻 車架結(jié)構(gòu)設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。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計開發(fā)，由于發(fā)動機、底盤設計制造技術(shù)基本成熟，新車型便主要體現(xiàn)在電子設備和車架造型的更新上。在汽車結(jié)構(gòu)設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)。 （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。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”。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％ 的載貨汽車是至關重要的，也是各有關汽車制造廠商關注的焦點。為相關企業(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。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用得以向廣度和深度發(fā)展。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。 （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。 建立 Pro/E 零件模型，并完成正確的裝配。/m。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。 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。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。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)應力情況相應的縮小。與其他類型的車架 比較，其扭轉(zhuǎn)剛度最大。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。貨車在后鋼板彈簧前、后支承附近也分別設置一根橫梁。橫梁在與縱梁的連接處往往應力較高，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，或在其腹板上加設一些較大的孔，以降低橫梁連接處的應力。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。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 設計對象 選 為梯形車架。 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） 。 3/2 0gmGs ? = 1 8 0 3 7 6 032 ??? N 3 8 1 7 8 9 5 ???eG N 17 8 0 2)]1 5 0 724 2 0 0(3 8 1 7 1)1 2 0 525 5 4 2(1 8 0 3 2[3 2 6 04 1 ????????fR N 4 2 0 03 8 1 7 15 5 4 21 8 0 3 24 2 0 0)2 6 9 33 2 6 0(3 8 1 7 15 5 4 21 0 7 71 8 0 3 8 0 22???????x x = )](2693[420xx 3 8 1 71)(55424 1 8 0 2/ ?????????xM/xM = mmN? 如果考慮到動載荷系數(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 a xm a x MnkM dd ? （ ） 取 n=， dk =，得： 4 3 9 5 8 8 3 5 6 4 0 a x ????dM mmN? 則彎曲應力可按下式求得： WMdw max?? （ ） 式中： W —— 縱梁在 計算斷面處的彎曲截面系數(shù)，對于槽型斷面系數(shù)，對于槽型斷面縱梁 ： 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。 圖 車架彎曲剛度計算示意圖 若以前、后輪軸中點處（即 2ax? ）的剛度作為車架的彎曲剛度，則計算公式簡化為 [8]： EJCw? = fPl483 （ ） 根據(jù)車架的受載情況，將車架的撓度分為兩部分計算： 假設車空載時，簧上負荷 sG ( 24? 貨車可取 32 0gmGs ? ， 0m 為汽車整備質(zhì)量 ) 19 均布在左、右縱梁的全長上，由于算一根縱梁的撓度，取所加載荷的一半 [9]。 本章小結(jié) 本章應用傳統(tǒng)的方法對車架的各零部件進行了設計和相應尺寸的選擇 。下面就 Pro/ENGINEER 的特點及主要模塊進行簡單的介紹。通過給這些特征 設置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進行多次設計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。同時在腹板處也打有相應的孔 ， R=16，用于鋼板彈簧與車架的連接時的螺栓孔。 圖 發(fā)動機后懸置橫梁 橫縱梁聯(lián)接件的創(chuàng)建 橫縱梁是以聯(lián)接件為中間零件，通過鉚釘聯(lián)接的。因為車架靠鉚釘聯(lián)接的，裝配過程中對鉚釘?shù)牟僮魇诸l繁，所以在此過程中也加入陣列的操作。十年后，英國航空工程教授阿吉里斯 (Argyris)和他的同事運用網(wǎng)格思想成功地進行了結(jié)構(gòu)分析。應用大型有限元軟件，建立汽車的有限元模型，進行汽車的動靜態(tài)分析，完成汽車的優(yōu)化設計，已是各大汽車公司普遍采用的一種手段。起源于 50 年代的桿系結(jié)構(gòu)矩陣分析，是把每一桿件作為一個單元，整個結(jié)構(gòu)就看作是由有限單元 (桿件 )連接而成的集合體。節(jié)點一般都在單元邊界上。 應用有限單元法求解各種問題總是遵循一定的步驟。這應根據(jù)被分析結(jié)構(gòu)的幾何形狀特點，綜合載荷、約束等全面考慮。單元分析的另一內(nèi)容是將作用在單元上的非節(jié)點載荷移置到節(jié)點上，形成等效節(jié)點載荷矩陣。固定不變的載荷和響應是一種假定，即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應隨時問的變化非常緩慢。 ? ? ? ?? ?? ?eBD ?? ? （ ） 式中 ： ??D — — 與單元材料有關的彈性矩陣； ??B — — 單元應變矩陣； ??e? — — 單元的節(jié)點位移矩陣。通過該項工程將一個復雜的包含多場分析的物理問題，通過系統(tǒng)間的連接就能實現(xiàn)其相關性。新增工具還可以自動探測處理常見問題，如小邊、碎面、孔洞、裂痕以及尖角面等，且新版本對幾何模型的修改和處理速度更快。它一些新增及增強功能可以處理直接耦合的多物理場問題 ，而且它將 各種求解器技術(shù)整合在一個統(tǒng)一的仿真環(huán)境 中，顯然這為多場求解提供了更有效的工作流程。同時許多新增功能及工具都被整合到了 Workbench 平臺中，從而縮短了整體求解時間。應用 GAMBIT 和 TGRID 的網(wǎng)格附加功能， ANSYS Workbench 12 可 31 以在用戶最少的輸入下自動生成 CFD 合適的四面體網(wǎng)格。目前， 在ANSYS 12 中，工程數(shù)據(jù)和 DesignXplorer 將不再是獨立的應用程序，這可通過 UI 工具箱將它們重新設計整合 在 ANSYS Workbench 工程頁下。節(jié)點處的應力是與之相連的單元的應力在節(jié)點位置的算術(shù)平均。 通過結(jié)構(gòu)強度和剛度的有限元靜力分析，可以找到車架在各種工況下各零部件變形和應力的最大值以及分布情況。 （４） 整體分析，組集結(jié)構(gòu)總剛度方程 整體分折的基礎是依據(jù)所有相鄰單元在公共節(jié)點上的位移相同和每個節(jié)點上的節(jié)點力與節(jié)點載荷保持平衡這兩個原則。假設一個簡單的函數(shù)來 模擬單元內(nèi)位移的分布規(guī)律，這個簡單的函數(shù)，通常是選擇多項式，稱為位移模式或位移函數(shù)。所謂離散化，就是假想把被分析的彈性連續(xù)體分割成由有限個單元組成的集合體。這樣組成的有限單元集合體，并引進等效節(jié)點力及節(jié)點約束條件，由于節(jié)點數(shù)目有限，就成為具有有限自由度的有限元計算模型，它替代了原來具有無限多自由度的連續(xù)體。在工程技術(shù)領域研究彈性連續(xù)體在載荷和其他因素作用下產(chǎn)生的應力、應變和位移時，由于應力、應變和位移都是位置的函數(shù)，也就是說物體中各個點的應力、應變和位移一般是不相同的。對汽車的零部件和整體結(jié)構(gòu)進行動力學仿真和分析，是研究其可靠性、尋求最佳設計方案的主要手段 。1960 年， Clough 進一步解決了平面彈性問題，并首次提出了“有限單元法 這個名稱，有限元方法受到工程技術(shù)人員的關注。 26 第 5 章 車架 靜態(tài) 有限元分析 有限元概述 以有限元法為代表的 CAE 技術(shù)是分析各種