【正文】 AE一體化在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)奠定了基礎(chǔ)。虛擬試驗(yàn)場(chǎng)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(duì)結(jié)構(gòu)分析的重要性近些年已受到廣泛的重視。總的看來，國(guó)外輕量化研究主要有以下幾個(gè)方面： （１） 提出先進(jìn)的設(shè)計(jì)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)化引入到結(jié)構(gòu)輕量化過程中； （３） 提出新的現(xiàn)代優(yōu)化方法，并進(jìn)入到結(jié)構(gòu)輕量化中； （４） 利用硬件優(yōu)勢(shì)，大量考慮動(dòng)態(tài)過程中的各種約束，對(duì)尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化而得到輕量化結(jié)構(gòu)。目前應(yīng)用于車架開發(fā)上比較成熟的方面主要有：剛 度、強(qiáng)度分析 (應(yīng)用于整車、大小總 5 成與零部件分析以實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì) )， NVH 分析 (各種振動(dòng)、噪聲，包括摩擦噪聲、風(fēng)噪聲等 )、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析等；建立在分析和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的各種優(yōu)化方法為車架設(shè)計(jì)提供了多種實(shí)用的選擇方案，使車架設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到優(yōu)化設(shè)計(jì)跨出了一大步。而我國(guó)大約是在 70 年代末才把有限元法應(yīng)用于車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析中。隨著計(jì)算機(jī)軟件、硬件技術(shù)的發(fā)展，特別是微機(jī)性能的大幅提高和普及，在微機(jī)上進(jìn)行有限元分析已不再是很難的事，同時(shí)有限元分析的應(yīng)用得以向廣度和深度發(fā)展。而板殼單元克服了梁?jiǎn)卧谲嚰芙：蛻?yīng)力分析時(shí)的局限，基本上可以作為一種完全的強(qiáng)度預(yù)測(cè)手段。 在有限元法對(duì)汽車車架結(jié)構(gòu)的分析中，早期多采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行結(jié)構(gòu)離散化。汽車絕大多數(shù)部件和總成都是通過車架固定其位置的，如：發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、駕駛室、貨廂和有關(guān)操縱機(jī)構(gòu)。為相關(guān)企業(yè)提供一套汽車有限元分析及強(qiáng)度試驗(yàn)方案，提高企業(yè)自主研發(fā)能力，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。 本課題就是在上述背景下提出的， 目的在于研究載貨汽車車架結(jié)構(gòu)使之受力合理，等強(qiáng)度及等壽命設(shè)計(jì)。無論是在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段的方案分析、在工程設(shè)計(jì)階段的校驗(yàn)分析，還是對(duì)既有產(chǎn)品實(shí)施精確分析以實(shí)現(xiàn)再 設(shè)計(jì)，有限元分析都有其重要的作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， CAD/CAE/CAM 一體化進(jìn)程的加快，有限元分析在車架結(jié)構(gòu)分析中得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)汽車輕量化、降低燃油消耗、增加載質(zhì)量、提高運(yùn)輸效率對(duì)約占我國(guó)汽車產(chǎn)量 30％ 的載貨汽車是至關(guān)重要的，也是各有關(guān)汽車制造廠商關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，世界石油資源緊張，油價(jià)不斷上漲，對(duì)汽車工業(yè)和汽車運(yùn)輸業(yè)來說，降低燃油消耗量成為關(guān)鍵。汽車輕量化是汽車節(jié)能環(huán)保關(guān)鍵技術(shù)之一，各國(guó)和相關(guān)的汽車公司投入大量資金和人力進(jìn)行相關(guān)研究，研究涉及汽車材料、汽車設(shè)計(jì)思想和汽車相關(guān)的材料成型技術(shù)，從而促進(jìn)了相關(guān)汽車設(shè)計(jì)理念、制造工藝、汽車零部件成型技術(shù)迅速發(fā)展。 汽車作為現(xiàn)代化社會(huì) 大工業(yè)的產(chǎn)物，在推動(dòng)人類文明向前躍進(jìn)并給人類生活帶來了便捷舒適的同時(shí)，對(duì)大自然生態(tài)環(huán)境的惡化也有著難以推卸的責(zé)任。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(rèn)為大氣污染的“頭號(hào)殺手”。 任何問題都有兩面性，汽 車工業(yè)的發(fā)展為人們帶入現(xiàn)代生活的同時(shí)也帶來了許多問題 [45]。 研究背景 汽車問世百余年來，特別是從汽車產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來，汽車為世界經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活產(chǎn)生了無法估量的巨大影響。 （４） 通過對(duì)車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步降低車架的重量，在保證車架性能 3 的前提下充分的節(jié)省材料，對(duì)降低車架的成本具有重要的意義。 （３） 利用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，可以得到車架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。 （２） 車架在各種載 荷作用下，將發(fā)生彎曲、偏心扭轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)等變形。汽車車架結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)分析的主要目的是查明車架內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力、形變和相對(duì)位移，找出其固有頻率及振型，從靜、動(dòng)兩個(gè)方面檢驗(yàn)車架結(jié)構(gòu)的合理性。早期由于有限元法所要求解的問題計(jì)算規(guī)模都比較大，而計(jì)算機(jī)的速度和容量有限，所以造成有限元法在使用上的局限性。在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用有限元法進(jìn)行分析，是近幾十年來發(fā)展起來的計(jì)算方法和技術(shù)。在計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展并廣 泛應(yīng)用的今天，采用近似的數(shù)值解己成為較為現(xiàn)實(shí)又非常有效的選擇。要評(píng)價(jià)車架設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的好壞，首先應(yīng)該清楚了解的是車輛在行駛時(shí)車架所要承受的各種不同的力。 載貨汽車車架是載貨車的基體，一般由兩根縱梁和幾根橫梁組成，經(jīng)由懸掛裝置。隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快，汽車工業(yè)的 2 競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，汽車巨頭們都在加緊新車型的設(shè)計(jì)開發(fā)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤設(shè)計(jì)制造技術(shù)基本成熟，新車型便主要體現(xiàn)在電子設(shè)備和車架造型的更新上。 另外，對(duì)一些結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)和優(yōu) 化，由于缺少一定的理論依據(jù)，往往得不到很好的實(shí)施，因此開展載貨汽車 車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算工作，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的前提下，合理地 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以達(dá)到輕量化的目的、對(duì)車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義。這些問題影響了我國(guó)載貨汽車 產(chǎn)品 質(zhì)量，造成了使用中的安全隱患。國(guó)內(nèi)許多廠家在載貨汽車 的設(shè)計(jì)、制造和改進(jìn)過程中仍主要依靠和沿用傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方法和 設(shè)計(jì)理念，從而造成產(chǎn)品存在缺陷或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，目前國(guó)產(chǎn)載貨汽車 普遍存在的問題是整車協(xié)調(diào)性較差；局部材料強(qiáng)度余量較大，無法預(yù)先判斷，造成材 料的浪費(fèi)；在車輛實(shí)際使用過程中出現(xiàn)局部強(qiáng)度不足。 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的在于確保車架強(qiáng) 度、剛度和動(dòng)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(dòng)和制動(dòng)性能，而且可有效減少振動(dòng)和噪聲，增加汽車和公路使用壽命。輕量化是 21世紀(jì)整車發(fā)展趨勢(shì)之 一，減輕汽車質(zhì)量意味著節(jié)約了能源和材料。實(shí)驗(yàn)證明，汽車質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會(huì)降低將近一半。 1 第 1 章 緒 論 研究的目的和意義 在汽 車制造市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天，汽車制造技術(shù)越來越先進(jìn)，作為載貨汽車主要承載結(jié)構(gòu)的車架，它們的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)形式直接影響車身的壽命和整車性能 ，如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性。 附錄 B 附錄 A 44 附錄 42 參考文獻(xiàn) 37 車架扭轉(zhuǎn)工況分析 36 局部分析 35 單側(cè)偏載工況分析 34 前側(cè)偏載工況分析 34 滿載工況分析 14 車架橫、縱梁設(shè)計(jì) 13 第 3 章 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 本章小結(jié) 11 車架的制造工藝 4 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 研究的目的和意義 II 第 1 章 緒論 Stiffne 目 錄 摘要 ANASYS 。 關(guān)鍵詞 ：車架 ； Pro/E； ANSYS； 強(qiáng)度 ； 剛度 II ABSTRACT In addition, the work condition of carrier car is extremely bad, and stress condition is also plex, it is unable to use simple mathematical method for accurate analysis of the calculation, and the finite element method can be used to analyze the static and dynamic performance of the frame more accurately, so that the design of frame will go from the experience design into the scientific design stage. Firstly, the overall layout of LGV is determined, on this basis, selected parameters of every assembly. Then beams and stringers’ dimensions of the frame are selected, the strength and stiffness on the frame are checked by Mechanics of Materials. After all, the frame is designed after feedback. Secondly, the 3D model is created used Pro/E. In faithful of the structure’s mechanical characteristics, it is necessary to simplify the geometry. Finally, on two directions of the bending and the reverse to analyze the strength and stiffness on the frame used ANSYS . With the frame’s actual work characteristics, the frame is analyzed under the full, the front side of the partial load, the unilateral partial load and the unilateral reverse, the reverse sides conditions, guarantee the frame structure meet the mechanical requirements. III Key words： Frame。 最后，使用有限元分析軟件 ANSYS 從 彎曲和扭轉(zhuǎn) 兩大方向 對(duì)車架進(jìn)行強(qiáng)度、剛度分析。 全套圖紙，加 153893706 其次，運(yùn)用 Pro/E 軟件 建立車架三維模型 。然后 初選 車架橫、縱梁的尺寸參數(shù) ，運(yùn)用 材料力學(xué)對(duì)車架進(jìn)行強(qiáng)度與剛度校核 。 I 摘 要 車架工作狀態(tài)比較復(fù)雜，無法用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的分析 計(jì)算，而采用有限元方法可以對(duì)車架的靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行較為準(zhǔn)確的分析， 從而使車架設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)入到科學(xué)設(shè)計(jì)階段。 首先 確定輕型貨車的總體布置形式，在此基礎(chǔ)上選擇各總成的相關(guān)參數(shù)。 經(jīng)過 優(yōu)化 完成對(duì)車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在滿足結(jié)構(gòu)力學(xué)特征的前提下，對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行 了 保留主要承載橫梁 的簡(jiǎn)化。 結(jié)合車架工作實(shí)際，對(duì)其進(jìn)行了滿載、前側(cè)偏載、單側(cè)偏載和單側(cè)扭轉(zhuǎn)、雙側(cè)扭轉(zhuǎn)等工況的分析 及對(duì)比， 保證 了 車架結(jié)構(gòu)滿足實(shí)際 使用要求。 Pro/E。 Strength。 I Abstract 1 研究背景 3 車架有限元法國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6 第 2 章 車架結(jié)構(gòu)方案的選擇 7 車架的設(shè) 計(jì)要求 7 車架的結(jié)構(gòu)型式 7 橫梁、縱梁及其聯(lián)接型式 14 車架的彎矩及彎曲應(yīng)力計(jì)算 15 車架的撓度計(jì)算 18 縱梁鋼板彈簧跨度計(jì)算 19 本章小結(jié) 20 第 4 章 車架三維模型的建立 21 Pro/E 軟件介紹 21 三維模型的建立 22 本章小結(jié) 25 第 5 章 車架靜態(tài)有限元分析 26 有限元概述 26 ANSYS Workbench 概述 30 車架有限元模型的建立 32 車架彎曲工況分析 38 單側(cè)扭轉(zhuǎn)工況分析 38 雙側(cè)扭轉(zhuǎn)工況分析 40 各工況分析結(jié)果總結(jié) 41 本章小結(jié) 41 結(jié)論 43