【文章內(nèi)容簡介】 工藝及材料做了詳盡的介紹。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?？v、橫梁采用16Mn鋼板沖壓制造，鉚釘聯(lián)接。第 3 章 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 車架橫、縱梁設(shè)計車架長度大致接近整車長度，～，取車架長度為5542mm，在縱梁的全長范圍內(nèi)具有相等的高度和寬度。縱、橫梁均由6mm厚的16Mn鋼板沖壓而成（輕、中型貨車沖壓縱梁的鋼板厚度為5～7mm。）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%。 車架橫截面鉚釘?shù)倪x擇[7]根據(jù)GB/T 8671986 選擇半圓頭鉚釘。（1） d=10mm，=，k=，R9mm。（2） d=16mm，=，k=。 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~（小值適于大軸距汽車，而大值適于小軸距汽車）。 汽車轉(zhuǎn)彎示意圖已知前輪距為：1600mm。 根據(jù)GB 51689。 ，并確定腹板高度：176mm，翼緣寬度：75mm。 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)： 解放賽虎Ⅲ相關(guān)參數(shù)基本信息驅(qū)動形式42軸距/mm3260車身長度/mm5998車身寬度/mm2095車身高度/mm2405輪距/mm前輪距：1600后輪距：1540整車質(zhì)量/kg2760額定載質(zhì)量/kg3895后橋質(zhì)量/kg1525準(zhǔn)乘人數(shù)3貨廂參數(shù)長度/mm4200寬度/mm2000高度/mm400型式/mm欄板式發(fā)動機型號玉柴YC4F11530質(zhì)量/kg320變速器型號WLY535質(zhì)量/kg100當(dāng)車架縱梁承受的是均勻分布的載荷（）時，車架的簡化計算可按下述進行，但需要一定的假設(shè)。即認(rèn)為縱梁為支承在前、后軸上的簡支梁；空車是簧上負(fù)荷(貨車可取，為汽車整備質(zhì)量)均布在左、右縱梁的全長上，滿載時有效載荷則均布在車廂長度范圍內(nèi)的縱梁上；忽略不計局部扭矩的影響[6]。 貨車車架上均布載荷的分布情況，為一根縱梁的前支承反力，由該圖可求得： （）在駕駛室的長度范圍內(nèi)這一段縱梁的彎矩為： （）駕駛室后端至后周這一段縱梁的彎矩為： （）顯然，最大彎矩就發(fā)生在這一段縱梁內(nèi)，可用對上式中求導(dǎo)數(shù)并令其為零的方法求出最大彎矩發(fā)生的位置，即，由此求得： （）將式（）代入式（），即可求出縱梁承受的最大彎矩。已知5542mm，3260mm，=1077mm，1205mm，=4200mm，=2693mm，=1507mm。=NNN==如果考慮到動載荷系數(shù)及疲勞安全系數(shù)，并將它們代入式（），則可求出縱梁的最大彎矩為： （）取n=，=，得： 則彎曲應(yīng)力可按下式求得： （）式中：——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： （）式中：——槽型斷面的腹板高，mm； ——翼緣寬，mm； ——梁斷面的厚度，mm。式()中：h=200mm，b=75mm，t=6mm。mm3因此最大彎應(yīng)力為：=16Mn鋼板的疲勞極限=220～260MPa，=。所以，車架強度滿足要求。 車架的撓度計算為了保證整車及有關(guān)機件的正常工作，對縱梁的最大撓度應(yīng)予以限制。這就要求對縱梁的彎曲剛度進行校核。彎曲工況：約束后橋在車架縱梁腹板上的豎直投影點的垂直位移，約束車架前懸與車架縱梁聯(lián)接處縱梁腹板中點的垂直位移，讓車架形成一簡支梁結(jié)構(gòu)，并在前后支承中點處加一垂直向下的力，讓車架產(chǎn)生彎曲變形。車架彎曲剛度由下式計算得到：=EJ= （）式中：——彎曲剛度，N； F—— 集中載荷，N； a—— 軸距，m； x—— 從支點到測點的距離，m； f—— 撓度，m。 車架彎曲剛度計算示意圖若以前、后輪軸中點處（即）的剛度作為車架的彎曲剛度，則計算公式簡化為[8]：= （）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(shè)車空載時，簧上負(fù)荷(貨車可取，為汽車整備質(zhì)量)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]。 材料定義返回靜態(tài)分析流程圖，通過Geometry導(dǎo)入車架的IGS格式模型。然后，編輯流程圖中的Model項，進入Mechanical Application界面。將車架橫縱梁及連接件按體的形式選擇，并賦予16Mn材料；將車架上的鉚釘也按體選擇，賦予BL2材料。 材料賦予使用自動網(wǎng)格劃分Automatic Method，對車架裝配體進行網(wǎng)格劃分。 模型的網(wǎng)格劃分 車架彎曲工況分析 車架各部分質(zhì)量部件名稱質(zhì)量（kg）部件名稱質(zhì)量（kg）駕駛室350變速器100駕乘人員195車廂及載荷3895發(fā)動機320油箱70整個車架上共安裝了8個用于連接鋼板彈簧的固定支座和吊耳,因此在每個縱梁上建立了4個關(guān)鍵點。下面是針對車架上這8個點進行邊界條件的處理。 彎曲工況邊界條件彎曲工況左縱梁前端左縱梁末端右縱梁前端其他約束自由度X,Y,ZY,ZX,ZZ 滿載工況分析首先，對整個車架施加慣性載荷，即標(biāo)準(zhǔn)重力加速度。然后將貨車的額定載荷3895kg作為均布載荷施加在兩根縱梁的上表面。駕駛室和駕乘人員的載荷施加位置為0~1342mm（X坐標(biāo)，下同），；發(fā)動機和變速器動力總成的載荷均勻施加在發(fā)動機前懸置橫梁和后懸置橫梁表面及縱梁1345~1570mm位置，；油箱載荷均布在縱梁2594~2819mm。 載荷施加示意圖求解并通過后處理對計算結(jié)果的分析得到彎曲工況一下車架的應(yīng)變云圖（）和應(yīng)力云圖（）。 彎曲工況一應(yīng)變云圖 彎曲工況一應(yīng)力云圖 前側(cè)偏載工況分析貨車在實際工作中,貨物所在位置可能位于車廂前側(cè),車廂的后側(cè)處于空載狀態(tài)。此時，將滿載時的貨物載荷施加在車廂的前半段。這樣就將工況一中，關(guān)于貨物載荷均布在兩根縱梁的上表面改成施加在0~3442mm。求解并通過后處理對計算結(jié)果的分析得到彎曲工況二下車架的應(yīng)變云圖（）和應(yīng)力云圖（）。 彎曲工況二應(yīng)變云圖 彎曲工況二應(yīng)力云圖 單側(cè)偏載工況分析貨車在實際工作中,貨物所在位置可能位于車廂單側(cè),車廂另一側(cè)部分處于空載狀態(tài)。本工況的將工況一中貨物載荷均布在兩根縱梁上改為只施加在左側(cè)縱梁上。求解并通過后處理對計算結(jié)果的分析得到彎曲工況三下車架的應(yīng)變云圖（）和應(yīng)力云圖（）。 彎曲工況三應(yīng)變云圖 彎曲工況三應(yīng)力云圖 局部分析發(fā)動機前懸置橫梁和后懸置橫梁承受動力總成的大部分載荷，為了保證兩根橫梁的有足夠的強度和剛度，就要對其進行靜力分析。加載時，將兩根縱梁固定，對發(fā)動機前懸置橫梁中部支撐點和后懸置橫梁上兩個支撐點分別施加作用力，力的大小為1372N。求解并通過后處理對計算結(jié)果的分析得到車架局部的應(yīng)變云圖（）和應(yīng)力云圖（）。 局部應(yīng)變云圖 局部應(yīng)力云圖 車架扭轉(zhuǎn)工況分析 單側(cè)扭轉(zhuǎn)工況分析此工況是將車架右后部位兩個后鋼板彈簧連接點的自由度全部釋放，這種工況可以在貨車右后輪位于于凹坑時出現(xiàn)。載荷分布按彎曲工況一設(shè)置。 扭轉(zhuǎn)工況一邊界條件扭轉(zhuǎn)工況一左縱梁前端左縱梁末端右縱梁前端右縱梁后端兩點其他約束自由度X,Y,ZY,ZX,ZX,YZ求解并通過后處理對計算結(jié)果的分析得到此工況下車架的應(yīng)變云圖（）和應(yīng)力云圖（）。 扭轉(zhuǎn)工況一應(yīng)變云圖 扭轉(zhuǎn)工況一應(yīng)力云圖 雙側(cè)扭轉(zhuǎn)工況分析此工況可以在貨車行駛時左前輪和右后輪瞬間同時位于凹陷處時出現(xiàn)。載荷分布按彎曲工況一設(shè)置。 扭轉(zhuǎn)工況二邊界條件扭轉(zhuǎn)工況二左前和右后車輪右縱梁前端左縱梁末端其他約束自由度X,YX,Y,ZX,ZZ求解并通過后處理對計算結(jié)果的分析得到此工況下車架的應(yīng)變云圖（）和應(yīng)力云圖（）。 扭轉(zhuǎn)工況二應(yīng)變云圖 扭轉(zhuǎn)工況二應(yīng)力云圖 各工況分析結(jié)果總結(jié)分析車架變形云圖可以看出，在5種情況下車架最前端部分變形均較小，中部變形較大。這是由于中部承載貨箱和動力總成部分載荷，載荷較大；前部承載發(fā)動機、駕駛室等，載荷較小的緣故。因此分析結(jié)果與實際情況相符。車架前部與前橋以及轉(zhuǎn)向梯形等轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接，較小的變形可以有效地減小車架變形對汽車轉(zhuǎn)向幾何特性的影響；車架中部較大的變形則有利于改善車架整體的應(yīng)力狀況，并起到一定的緩沖作用。 各工況求解結(jié)果工況彎曲工況一彎曲工況二彎曲工況三局部分析扭轉(zhuǎn)工況一扭轉(zhuǎn)工況二最大應(yīng)變/mm最大應(yīng)力/MPa。小于車架所用材料16Mn的屈服極限340～360MPa，則車架結(jié)構(gòu)的強度安全系數(shù)為，當(dāng)n1時，說明在該工況下，車架結(jié)構(gòu)強度是符合要求的；否則，則說明車架結(jié)構(gòu)強度不符合要求，將會發(fā)生強度破壞。本文設(shè)計的車架的安全系數(shù)n=，車架的結(jié)構(gòu)強度滿足要求[1518]。 本章小結(jié)本章通過5種工況對貨車車架進行了靜力學(xué)分析。在分析過程中，重點是對邊界條件的設(shè)定和載荷的施加。對邊界條件的處理要力求符合車架實際工作條件，載荷的施加要盡可能的準(zhǔn)確。本章的5種工況是比較典型的，也是比較全面的。根據(jù)分析的處理結(jié)果，可以肯定設(shè)計的車架的強度及剛度是滿足使用要求的。結(jié) 論作為載貨汽車重要組成部分的車架，應(yīng)有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機構(gòu)之間的相對位置在汽車行駛過程中保持不變并使車身的變形最?。灰矐?yīng)有足夠的強度，以保證其有足夠的可靠性與壽命，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴(yán)重的變形和開裂。本設(shè)計就是在此要求下進行的，具體結(jié)論如下：通過對車架的多種結(jié)構(gòu)型式、橫縱梁聯(lián)接型式和車架的制造工藝分析對比，完成輕型貨車車架的設(shè)計，并對其進行了校核。經(jīng)過強度與剛度校核，車架能夠滿足設(shè)計要求；根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)運用Pro/E軟件創(chuàng)建車架三維模型時，為了下一步的網(wǎng)格劃分對其結(jié)構(gòu)進行了簡化。盡管這樣會使分析結(jié)果與實際情況存在一定的偏差，但并不影響總體目標(biāo)的實現(xiàn)；通過彎曲工況的滿載工況、前側(cè)偏載工況、單側(cè)偏載工況和扭轉(zhuǎn)工況的單側(cè)扭轉(zhuǎn)工況、雙側(cè)扭轉(zhuǎn)工況五種工況對車架有限元模型進行靜力分析。根據(jù)應(yīng)變和應(yīng)力兩個指標(biāo)對設(shè)計車架的力學(xué)性能進行評判，進一步保證了車架滿足實際使用要求。綜上所述，設(shè)計完成的車架能夠達到預(yù)期的承載要求。但是，輕量化是車架設(shè)計中必須要考慮的問題，本設(shè)計缺少對車架結(jié)構(gòu)輕量化的研究。下一步可以考慮在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，適當(dāng)改變橫梁及橫縱梁聯(lián)接件結(jié)構(gòu)，經(jīng)過反復(fù)修改、分析，最終達到車架輕量化德目的。 參考文獻[1][ J].汽車研究與開發(fā)，2003,6:5155.[2][D].合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.[3][D].武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.[4]靳福來．汽車輕量化技術(shù)現(xiàn)狀[J]．汽車技術(shù)，1995，7：56—58.[5]華潤蘭．論汽車輕量化[J]．汽車工程，1994，209(6)：375—383.[6][M].，2001.[7][M].化工工業(yè)出版社，2001.[8][D].華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.[9][M].高等教育出版社，2004.[10]于志偉，[M].人民郵電出版社，2007.[11][M].，2001.[12] Workbench [M].中國水利水電出版社，2010.[13]宋允祁，[M].吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1995.[14]黃貴東，[J].裝備制造技術(shù)，2007.[15]曲昌榮，郝玉蓮，[J].輕型汽車技術(shù)，2008.[16]劉新田，黃虎，劉長虹，郭輝，[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2007.[17]馮寶林，趙韓，[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008.[18]鐘佩思,孫雪顏,趙丹,魏群,[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2008.[19]Burnett, David S. Finite element analysis. AddisonWesley Pub[J].1987.[20]Eilabu, Zahavi. The Finite Element Method in machine design[J]. New jersey Prentice—Hall, 1992.[21]Cheng z Q et a1. Experience in Reverseengineering of a Finite Element Automobile Crash Model[J]. Finite Elements in Analysis and Design，2001(37).致 謝畢業(yè)設(shè)計為我們對以往知識的總結(jié)和提高起關(guān)鍵作用，也是大學(xué)時代的結(jié)束標(biāo)志。保質(zhì)保量地完成畢業(yè)設(shè)計不僅關(guān)系到是否能夠為自己的大學(xué)生涯畫上一個圓滿的句號，同時也是為將來步入工作崗位后，能夠更好地適應(yīng)專業(yè)性工作打下基礎(chǔ)。在此，我衷心感謝孫遠(yuǎn)濤老師對我的細(xì)心指導(dǎo)，是孫老師的不斷督促和諄諄善誘的答疑