【正文】 .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(jī)與農(nóng)用運(yùn)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。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。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(jìn)行評判，進(jìn)一步保證了車架滿足實(shí)際使用要求。經(jīng)過強(qiáng)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(yùn)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(jìn)行了簡化。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(jī)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小；也應(yīng)有足夠的強(qiáng)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。本章的5種工況是比較典型的，也是比較全面的。在分析過程中，重點(diǎn)是對邊界條件的設(shè)定和載荷的施加。本文設(shè)計的車架的安全系數(shù)n=，車架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求[1518]。 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。因此分析結(jié)果與實(shí)際情況相符。 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。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(diǎn)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（）。 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(diǎn)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)。加載時，將兩根縱梁固定，對發(fā)動機(jī)前懸置橫梁中部支撐點(diǎn)和后懸置橫梁上兩個支撐點(diǎn)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)果的分析得到彎曲工況三下車架的應(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(shí)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)。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。 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(shí)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)。；油箱載荷均布在縱梁2594~2819mm。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。下面是針對車架上這8個點(diǎn)進(jìn)行邊界條件的處理。 材料賦予使用自動網(wǎng)格劃分Automatic Method，對車架裝配體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。然后，編輯流程圖中的Model項(xiàng)，進(jìn)入Mechanical Application界面。 車架彎曲剛度計算示意圖若以前、后輪軸中點(diǎn)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]。彎曲工況：約束后橋在車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。 車架的撓度計算為了保證整車及有關(guān)機(jī)件的正常工作，對縱梁的最大撓度應(yīng)予以限制。mm3因此最大彎應(yīng)力為：=16Mn鋼板的疲勞極限=220～260MPa，=。=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。 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。 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(jī)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(jìn)行，但需要一定的假設(shè)。 根據(jù)GB 51689。 鉚釘為保證機(jī)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）。（1） d=10mm，=，k=，R9mm。）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%。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。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)計對象選為梯形車架。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易開裂且沖壓回彈較大，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)計時應(yīng)注意對焊接規(guī)范、焊縫布置及焊接順序的選擇；貨車車架的組裝多采用冷鉚工藝，必要時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，由于聯(lián)接跨度大，剛度亦較大，這時其扭轉(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（）。選擇橫梁的斷面形狀時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)動機(jī)的前支點(diǎn)位于左右縱梁上時，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；（b）采用X形車架時；（c）采用梯形車架時；；； 采用不同車架時的車身底板 載貨汽車的梯形車架 具有脊梁式車架的汽車底盤 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)力求簡單。這時，主減速器與脊梁相固定，該驅(qū)動橋應(yīng)為斷開式的且獨(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，猶如一根脊梁。有時根據(jù)設(shè)計要求需將車架前、后端的寬度做得窄些或?qū)捫?，但其尺寸與限定的汽車。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。，由兩根相互平行且開口朝內(nèi)、沖壓制成的槽型縱梁及一些沖壓制成的開口槽型橫梁組合而成。無論哪一種轎車車架，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且以垂向面為開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，（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為高，當(dāng)然地板上的傳動軸通道鼓包也就不大了，（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，但地板中間會有較大的縱向鼓包。中部管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大。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。（a）周邊式車架（b）X形車架（c）梯形車架 轎車車架X形車架（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)立懸架或非斷開式后橋的運(yùn)動空間。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，使通過性變壞。車架剛度不足會引起振動和噪聲，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。第 2 章 車架結(jié)構(gòu)方案的選擇 車架的設(shè)計要求車架作為汽車的承載基體，為貨車、中型及以下的客車、中高級和高級轎車所采用，支承著發(fā)動機(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)計軟件一樣在汽車研發(fā)過程中得到普及，有實(shí)力的汽車廠商甚至為自己的產(chǎn)品開發(fā)獨(dú)立地從事這些有限元分析軟件的二次開發(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加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研制的SAP、美國麻省理工學(xué)院研制的ADINA、美國國家航空與航天局研制的NASTRAN、德國斯圖加特大學(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ANSYS開發(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、噪聲、外流方面的模擬計算才剛剛起步，對車架結(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）由于軟硬件對計算模型規(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。與國外相比，國內(nèi)關(guān)于在輕量化設(shè)計過程中引入新的現(xiàn)代優(yōu)化算法的研究比較匱乏，輕量化設(shè)計過程中的分析規(guī)模較小，CAD/CAE一體化在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)階段的應(yīng)用還不成熟以至于汽車生產(chǎn)廠家很少采用。金屬板件拉延成形特性分析等已步入實(shí)用化階段，為車架的全面優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。虛擬試驗(yàn)場整車分析正在著手研究，此外還有焊裝模擬分析、噴涂模擬分析等。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?？偟目磥?，國外輕量化研究主要有以下幾個方面：（１）提出先進(jìn)的設(shè)計理念，發(fā)展先進(jìn)的制造工藝并通過尺寸參數(shù)優(yōu)化而得到新的輕量化結(jié)構(gòu)；（２）將拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)