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車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-基于proe及ansys的輕型載貨汽車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與靜力學(xué)分析-文庫(kù)吧資料

2024-08-06 18:10本頁(yè)面
  

【正文】 架縱梁腹板上的豎直投影點(diǎn)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(diǎn)的垂直位移,讓車架形成一簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu),并在前后支承中點(diǎn)處加一垂直向下的力,讓車架產(chǎn)生彎曲變形,如圖 。 18 車架的撓度計(jì)算 為了保證整車及有關(guān)機(jī)件的正常工作,對(duì)縱梁的最大撓度應(yīng)予以限制。 1 3 0 0 0 06 2 0 06)7562 0 0( ??????W mm3 因此最大彎應(yīng)力為: 1 3 0 0 0 0 4 3 9 5 8 8 6?w? = 16Mn 鋼板的疲勞極限 1?? =220~ 260MPa, w? = 1??? 。 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(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 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(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 : 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。 16 圖 貨車車架上均布載荷的分布情況 在圖 中, fR 為一根縱梁的前支承反力,由該圖可求得: )]2()2([41 2ccGebLGlR sf ???? ( ) 在駕駛室的長(zhǎng)度范圍內(nèi)這一段縱梁的彎矩為 : 2)(4 axLGRM sfx ??? ( ) 駕駛室后端至后周這一段縱梁的彎矩為: 212/ )]([4)(4 xlccGaxLGxRM esfx ?????? ( ) 顯然,最大彎矩就發(fā)生在這一段縱梁內(nèi),可用對(duì)上式中 )(/ xfMx ? 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 x ,即, 0)(2)(2 1/ ??????? clxcGaxLGRdxdM esfx 由此求得: )/(])(2[ 1 cGLGc clGL aGRx esesf ?????? ( ) 將式( ) 代入 式( ),即可求出縱梁承受的最大彎矩 maxM 。 車架的彎矩及彎曲應(yīng)力計(jì)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(dòng)形式 42 軸距 /mm 3260 車身長(zhǎng)度 /mm 5998 車身寬度 /mm 2095 車身高度 /mm 2405 輪距 /mm 前輪距: 1600 后輪距: 1540 整車質(zhì)量 /kg 2760 額定載質(zhì)量 /kg 3895 后橋質(zhì)量 /kg 1525 準(zhǔn)乘人數(shù) 3 貨廂參數(shù) 長(zhǎng)度 /mm 4200 寬度 /mm 20xx 高度 /mm 400 型式 /mm 欄板式 發(fā)動(dòng)機(jī) 型號(hào) 玉柴 YC4F11530 質(zhì)量 /kg 320 變速器 型號(hào) WLY535 質(zhì)量 /kg 100 當(dāng)車架縱梁 承受的是均勻分布的載荷(見(jiàn)圖 )時(shí),車架的簡(jiǎn)化計(jì)算可按下述進(jìn)行,但需要一定的假設(shè)。 根據(jù) GB 51689,輪胎 的外直徑為 806mm。 圖 鉚釘 為保證機(jī)動(dòng)性,左右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時(shí),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) 。 ( 1) d=10mm, kd =, k=, R? 9mm。 ) 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 。 14 第 3 章 車架 的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 車架 橫、縱梁 設(shè)計(jì) 車架長(zhǎng)度大致接近整車長(zhǎng)度,約為軸距的 ~ 倍,取車架長(zhǎng)度為 5542mm,在縱梁的全長(zhǎng)范圍內(nèi)具有相等的高度和寬度。綜上所述, 因?yàn)樘菪诬嚰鼙阌诎惭b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(jì)對(duì)象 選 為梯形車架。 且 槽形斷面縱梁上、下翼緣的寬度尺寸約為其腹板高度尺寸的 35%~40%[6]。常用車架材料在沖壓成形后的疲勞強(qiáng)度約為 140~ 160MPa。用30Ti鋼板制造縱橫梁也可采用冷沖壓工藝。強(qiáng)度更高的鋼板在冷沖時(shí)易開(kāi)裂且沖壓回彈較大,故不宜采用。車架材料與所選定的制造工藝密切相關(guān)。 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 。轎車車架的組裝多采用二氧化碳保護(hù)焊、塞焊和點(diǎn)焊,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)焊接規(guī)范、焊縫布置及焊接順序的選擇;貨車 13 車架的組裝多采用冷鉚工藝,必要時(shí)也可采用特制的放松螺栓聯(lián)接。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(dāng)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。 當(dāng)縱、橫梁以它們的上、下翼緣均分別聯(lián)接時(shí),由于聯(lián)接跨度大,剛度亦較大, 12 這時(shí)其扭轉(zhuǎn)剛度及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力均較大。 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(jiàn)圖 )。選 擇橫梁的斷面形狀時(shí)既要考慮其受載情況又要考慮受其支承總成的支承方便。貨車在后鋼板彈簧前、后支承附近也分別設(shè)置一根橫梁。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的前支點(diǎn)位于左右縱梁上時(shí),前橫梁則可減小寬度并采用槽型或 Z 形斷面。橫梁還起著支承某些總成的作用??v梁多為沖壓件,超重型汽車的縱梁則常采用焊接結(jié)構(gòu)或軋制的成型材。載貨汽車縱梁的斷面形狀多為開(kāi)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。 ( a) 采用周邊式車架時(shí); ( b) 采用 X 形車架時(shí); ( c) 采用梯形車架時(shí) ; ; ; 圖 采用不同車架時(shí)的車身底板 圖 載貨汽車的梯形車架 圖 具有脊梁式車架的汽車底盤 11 圖 綜合式車架 橫梁、縱梁及其聯(lián)接型式 縱梁是車架的主要承載元件,也是車架中最大的加工件,其形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單。這時(shí),主減速器與脊梁相固定,該驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)為斷開(kāi)式的且獨(dú)立懸架相匹配。但車架的制造工藝復(fù)雜,維修不便,僅用于某些平順性、通過(guò)性要求較高的汽車上。與其他類型的車架 比較,其扭轉(zhuǎn)剛度最大。 脊梁式車架 如圖 所示脊梁式車技由一根位于汽車左右對(duì)稱中心的大斷面管形梁和某些懸伸托架構(gòu)成,猶如一根脊梁。有時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求需將車架前、后端的寬度做得窄些或?qū)捫涑叽缗c限定的汽車 輪廓寬 。車架寬度的標(biāo)準(zhǔn)化有利 于產(chǎn)品的三化,例如可使車架橫梁、前后橋及駕駛室、貨箱等進(jìn)行互換。既縱梁中部相當(dāng)長(zhǎng)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。 載貨汽車的梯形車架如圖 所示,由兩根相互平行且開(kāi)口朝內(nèi)、沖壓制成的槽型縱梁及一些沖壓制成的開(kāi)口槽型橫梁組合而成。無(wú)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(duì)且以垂向面為開(kāi)口的沖壓成型的槽型梁相互插入并用電弧焊焊接而成。用于轎車的梯形車架,見(jiàn) 圖 ( c) ,為了降低地板高度,可局部減小縱梁及橫梁的斷面高度并相應(yīng)地加大其寬度,但這使縱梁的制造工藝復(fù)雜化且其車身地板仍比采用其他車架時(shí)為高,當(dāng)然地板上的傳動(dòng)軸通道鼓包也就不大了, 見(jiàn)圖 ( c) 。其優(yōu)點(diǎn)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。 梯形車架 梯形車架又稱邊梁式車架,是由兩根相互平行的縱梁和若干根橫梁組成。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(huì)有較大的縱向鼓包。中部管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大。 9 前端的叉形梁用于支承動(dòng)力 傳動(dòng)總成,而后端則用于安裝后橋。 8 ( a) 周邊式車架 ( b) X 形車架 ( c)梯形車架 圖 轎車車架 X 形車架 如圖 ( b)所示,這種車架為一些轎車所采用。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(dú)立懸架或非斷開(kāi)式后橋的 運(yùn)動(dòng)空間。其結(jié)構(gòu)形狀容許緩沖臂有一定的彈性變形,可吸收來(lái)自不平路面的沖擊和降低車內(nèi)噪聲。其最大特點(diǎn)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。中部寬度取決于車身門檻梁的內(nèi)壁寬;前端寬度取決于前輪距及前輪最大轉(zhuǎn)角;后端寬度則有后輪距確定。 車架的結(jié)構(gòu)型式 根 據(jù)縱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),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(jí)以上的轎車。貨車車架質(zhì)量一般約為整車整備質(zhì)量的 1/10。/m。但車架扭轉(zhuǎn)剛度又不宜過(guò)大,否則將使車架和懸架系統(tǒng)的載荷增大并使汽車輪胎的接地性變差,使通過(guò)性變壞。車架剛度不足會(huì)引起振動(dòng)和噪聲,也使汽車的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些機(jī)件的可靠性下降。 7 第 2 章 車架 結(jié)構(gòu)方案 的 選擇 車架的設(shè)計(jì)要求 車架作為汽車的承載基體,為貨車、中型及以下的客車、中高級(jí)和高級(jí)轎車所采用,支承著發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式車身和貨箱等所用簧上質(zhì)量的有關(guān)機(jī)件,承受著傳給它的各種力和力矩。 建立 Pro/E 零件模型,并完成正確的裝配。這些大 型商業(yè)通用有限元分析軟件也像 CAD設(shè)計(jì)軟件一樣在汽車研發(fā)過(guò)程中得到普及,有實(shí)力的汽車廠商甚至為自己的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)獨(dú)立地從事這些有限元分析軟件的二次開(kāi)發(fā)。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(guó) 6 加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研制的 SAP、美國(guó)麻省理工學(xué)院研制的 ADINA、美國(guó)國(guó)家航空與航天局研制的 NASTRAN、德國(guó)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(guó) ANSYS開(kāi)發(fā)的 ANSYS軟件等等。 (3) 有限元分析主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度分析方面,在碰撞、振動(dòng)、噪聲、外流方面的模擬計(jì)算才剛剛起步,對(duì)車架結(jié)構(gòu)或部件的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)分析研究的實(shí)例還未廣泛進(jìn)行。 (2) 由于軟硬件對(duì)計(jì)算模型規(guī)模的限制,模型的細(xì)化程度不夠,因而結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度分析的結(jié)果還比較粗略。與國(guó)外相比,國(guó)內(nèi)關(guān)于在輕量化設(shè)計(jì)過(guò)程中引入新的現(xiàn)代優(yōu)化算法的研究比較匱乏,輕量化設(shè)計(jì)過(guò)程中的分析規(guī)模較小, CAD/C
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