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

1、PAGE PAGE III黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要車架工作狀狀態(tài)比較較復(fù)雜，無無法用簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的數(shù)數(shù)學(xué)方法法對(duì)其進(jìn)進(jìn)行準(zhǔn)確確的分析析計(jì)算，而而采用有有限元方方法可以以對(duì)車架架的靜動(dòng)動(dòng)態(tài)特性性進(jìn)行較較為準(zhǔn)確確的分析析，從而而使車架架設(shè)計(jì)從從經(jīng)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)進(jìn)入入到科學(xué)學(xué)設(shè)計(jì)階階段。首先確定輕輕型貨車車的總體體布置形形式，在在此基礎(chǔ)礎(chǔ)上選擇擇各總成成的相關(guān)關(guān)參數(shù)。然然后初選選車架橫橫、縱梁梁的尺寸寸參數(shù)，運(yùn)運(yùn)用材料料力學(xué)對(duì)對(duì)車架進(jìn)進(jìn)行強(qiáng)度度與剛度度校核。經(jīng)過優(yōu)化化完成對(duì)對(duì)車架的的結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)。其次，運(yùn)用用Proo/E軟軟件建立立車架三三維模型型。在滿滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)力學(xué)特特征的前前提下，對(duì)對(duì)車架結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行

2、行了保留主主要承載載橫梁的的簡(jiǎn)化。最后，使用用有限元元分析軟軟件ANNSYSS 122.0從從彎曲和和扭轉(zhuǎn)兩兩大方向向?qū)嚰芗苓M(jìn)行強(qiáng)強(qiáng)度、剛剛度分析析。結(jié)合合車架工工作實(shí)際際，對(duì)其其進(jìn)行了了滿載、前前側(cè)偏載載、單側(cè)側(cè)偏載和和單側(cè)扭扭轉(zhuǎn)、雙雙側(cè)扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)等工況況的分析析及對(duì)比比，保證證了車架結(jié)結(jié)構(gòu)滿足足實(shí)際使使用要求求。關(guān)鍵詞：車車架；Proo/E；ANSSYS；強(qiáng)度；剛度ABSTRRACTTIn adddittionn, tthe worrk ccondditiion of carrrieer ccar is exttremmelyy baad, andd sttresss ccondditiio

3、n is alsso ccompplexx, iit iis uunabble to usee siimplle mmathhemaaticcal metthodd foor aaccuuratte aanallysiis oof tthe callcullatiion, annd tthe finnitee ellemeent metthodd caan bbe uusedd too annalyyze thee sttatiic aand dynnamiic pperfformmancce oof tthe fraame morre aaccuurattelyy, sso tthatt t

4、hhe ddesiign of fraame willl ggo ffromm thhe eexpeerieencee deesiggn iintoo thhe sscieentiificc deesiggn sstagge.Firsttly, thhe ooverralll laayouut oof LLGV is dettermmineed, on thiis bbasiis, sellectted parrameeters off evveryy asssemmblyy. TThenn beeamss annd sstriingeers diimennsioons of thee frr

5、amee arre sellectted, thhe sstreengtth aand stiiffnnesss onn thhe fframme aare cheeckeed bby MMechhaniics of Matteriialss. AAfteer aall, thhe fframme iis ddesiigneed aafteer ffeeddbacck.Seconndlyy, tthe 3D moddel is creeateed uusedd Prro/EE. IIn ffaitthfuul oof tthe strructturees mmechhaniicall chha

6、raacteerissticcs, it is neccesssaryy too siimpllifyy thhe ggeommetrry.Finallly, onn twwo ddireectiionss off thhe bbenddingg annd tthe revversse tto aanallyzee thhe sstreengtth aand stiiffnnesss onn thhe fframme uusedd ANNSYSS 122.0. Wiith thee frramees acttuall woork chaaraccterristticss, thee frram

7、ee iss annalyyzedd unnderr thhe ffulll, tthe froont sidde oof tthe parrtiaal lloadd, tthe uniilatteraal pparttiall looad andd thhe uunillateerall reeverrse, thhe rreveersee siidess coondiitioons, guuaraanteee tthe fraame strructturee meeet thee meechaaniccal reqquirremeentss. Key wwordds：FFramme; Pr

8、oo/E; ANNASYYS ; Sttrenngthh; SStifffnee目 錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296586705 摘要 PAGEREF _Toc296586705 h I HYPERLINK l _Toc296586706 Abstrractt PAGEREF _Toc296586706 h II HYPERLINK l _Toc296586707 章 緒論論 PAGEREF _Toc296586707 h 1 HYPERLINK l _Toc296586708 1.1 研研究的目目的和意意義 PAGEREF _Toc296586708

9、h 1 HYPERLINK l _Toc296586709 1.22 研究究背景 PAGEREF _Toc296586709 h 3 HYPERLINK l _Toc296586710 1.3 車車架有限限元法國(guó)國(guó)內(nèi)外研研究現(xiàn)狀狀 PAGEREF _Toc296586710 h 4 HYPERLINK l _Toc296586711 1.4 主主要設(shè)計(jì)計(jì)內(nèi)容 PAGEREF _Toc296586711 h 6 HYPERLINK l _Toc296586712 章 車架架結(jié)構(gòu)方方案的選選擇 PAGEREF _Toc296586712 h 7 HYPERLINK l _Toc296586713

10、2.1 車車架的設(shè)設(shè)計(jì)要求求 PAGEREF _Toc296586713 h 7 HYPERLINK l _Toc296586714 2.2 車車架的結(jié)結(jié)構(gòu)型式式 PAGEREF _Toc296586714 h 7 HYPERLINK l _Toc296586715 2.3 橫橫梁、縱縱梁及其其聯(lián)接型型式 PAGEREF _Toc296586715 h 11 HYPERLINK l _Toc296586716 2.4 車車架的制制造工藝藝 PAGEREF _Toc296586716 h 12 HYPERLINK l _Toc296586717 2.5 本本章小結(jié)結(jié) PAGEREF _Toc29

11、6586717 h 13 HYPERLINK l _Toc296586718 章 車架架的結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296586718 h 14 HYPERLINK l _Toc296586719 3.1 車車架橫、縱縱梁設(shè)計(jì)計(jì) PAGEREF _Toc296586719 h 14 HYPERLINK l _Toc296586720 3.2 車車架的彎彎矩及彎彎曲應(yīng)力力計(jì)算 PAGEREF _Toc296586720 h 15 HYPERLINK l _Toc296586721 3.3 車車架的撓撓度計(jì)算算 PAGEREF _Toc296586721 h 18 HYPERLINK l

12、 _Tooc299658867222 3.44 縱梁梁鋼板彈彈簧跨度度計(jì)算 PAGEREF _Toc296586722 h 19 HYPERLINK l _Toc296586723 3.5 本本章小結(jié)結(jié) PAGEREF _Toc296586723 h 20 HYPERLINK l _Toc296586724 章 車架架三維模模型的建建立 PAGEREF _Toc296586724 h 21 HYPERLINK l _Toc296586725 4.11 Prro/EE軟件介介紹 PAGEREF _Toc296586725 h 21 HYPERLINK l _Toc296586726 4.2 三三

13、維模型型的建立立 PAGEREF _Toc296586726 h 22 HYPERLINK l _Toc296586727 4.3 本本章小結(jié)結(jié) PAGEREF _Toc296586727 h 25 HYPERLINK l _Toc296586728 章 車架架靜態(tài)有有限元分分析 PAGEREF _Toc296586728 h 26 HYPERLINK l _Toc296586729 5.1 有有限元概概述 PAGEREF _Toc296586729 h 26 HYPERLINK l _Toc296586730 5.2 AANSYYS WWorkkbennch 12.0概述述 PAGEREF

14、_Toc296586730 h 30 HYPERLINK l _Toc296586731 5.3 車車架有限限元模型型的建立立 PAGEREF _Toc296586731 h 32 HYPERLINK l _Toc296586732 5.4 車車架彎曲曲工況分分析 PAGEREF _Toc296586732 h 34 HYPERLINK l _Toc296586733 5.4.11 滿載載工況分分析 PAGEREF _Toc296586733 h 34 HYPERLINK l _Toc296586734 5.4.22 前側(cè)側(cè)偏載工工況分析析 PAGEREF _Toc296586734 h 35

15、 HYPERLINK l _Toc296586735 5.4.33 單側(cè)側(cè)偏載工工況分析析 PAGEREF _Toc296586735 h 36 HYPERLINK l _Toc296586736 5.5 局局部分析析 PAGEREF _Toc296586736 h 37 HYPERLINK l _Toc296586737 5.6 車車架扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)工況分分析 PAGEREF _Toc296586737 h 38 HYPERLINK l _Toc296586738 5.6.11 單側(cè)側(cè)扭轉(zhuǎn)工工況分析析 PAGEREF _Toc296586738 h 38 HYPERLINK l _Toc296586

16、739 5.6.22 雙側(cè)側(cè)扭轉(zhuǎn)工工況分析析 PAGEREF _Toc296586739 h 40 HYPERLINK l _Toc296586740 5.7 各各工況分分析結(jié)果果總結(jié) PAGEREF _Toc296586740 h 41 HYPERLINK l _Toc296586741 5.8 本本章小結(jié)結(jié) PAGEREF _Toc296586741 h 41 HYPERLINK l _Toc296586742 結(jié)論 PAGEREF _Toc296586742 h 422 HYPERLINK l _Toc296586743 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc296586743 h 43 H

17、YPERLINK l _Toc296586744 致謝 PAGEREF _Toc296586744 h 444 HYPERLINK l _Toc296586745 附錄 PAGEREF _Toc296586745 h 455 HYPERLINK l _Toc296586746 附錄A PAGEREF _Toc296586746 h 445 HYPERLINK l _Toc296586747 附錄B PAGEREF _Toc296586747 h 551PAGE 61 緒 論論 研究的目目的和意意義在汽車制造造市場(chǎng)競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)日益益激烈的的今天，汽汽車制造造技術(shù)越越來越先先進(jìn)，作作為載貨貨汽車主主要承

18、載載結(jié)構(gòu)的的車架，它它們的質(zhì)質(zhì)量和結(jié)結(jié)構(gòu)形式式直接影影響車身身的壽命命和整車車性能，如如動(dòng)力性性、經(jīng)濟(jì)濟(jì)性、操操縱穩(wěn)定定性。汽汽車的輕輕量化，就就是在保保證汽車車的強(qiáng)度度和安全全性能的的前提下下，盡可可能地降降低汽車車的整備備質(zhì)量，從從而提高高汽車的的動(dòng)力性性，減少少燃料消消耗，降降低排氣氣污染。實(shí)實(shí)驗(yàn)證明明，汽車車質(zhì)量降降低一半半，燃料料消耗也也會(huì)降低低將近一一半。當(dāng)當(dāng)前，由由于環(huán)保保和節(jié)能能的需要要，汽車車的輕量量化已經(jīng)經(jīng)成為世世界汽車車發(fā)展的的潮流。輕輕量化是是21世紀(jì)紀(jì)整車發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)之一，減減輕汽車車質(zhì)量意意味著節(jié)節(jié)約了能能源和材材料。車車輛設(shè)計(jì)計(jì)中，在在滿足載載貨汽車車運(yùn)營(yíng)中中對(duì)車

19、架架的剛度度、強(qiáng)度度及工藝藝改造等等因素要要求的同同時(shí)，應(yīng)應(yīng)當(dāng)盡可可能減輕輕它們的的質(zhì)量和和降低制制造成本本。車架結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)的主主要目的的在于確確保車架架強(qiáng)度、剛剛度和動(dòng)動(dòng)態(tài)性能能的前提提下，減減輕車架架的質(zhì)量量，由此此不僅可可以減少少鋼材和和燃油的的消耗，減減少污染染排放，提提高車速速，改善善汽車起起動(dòng)和制制動(dòng)性能能，而且且可有效效減少振振動(dòng)和噪噪聲，增增加汽車車和公路路使用壽壽命。但但我國(guó)的的汽車工工業(yè)存在在自己的的特殊性性：一是是引進(jìn)國(guó)國(guó)外設(shè)計(jì)計(jì)，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)化生產(chǎn)產(chǎn)；二是是仿制或或改裝設(shè)設(shè)計(jì)，自自己獨(dú)立立開發(fā)設(shè)設(shè)計(jì)的新新產(chǎn)品很很少。國(guó)國(guó)內(nèi)許多多廠家在在載貨汽汽車的設(shè)設(shè)計(jì)、制制造和改改進(jìn)過程程

20、中仍主主要依靠靠和沿用用傳統(tǒng)的的手工設(shè)設(shè)計(jì)方法法和設(shè)計(jì)計(jì)理念，從從而造成成產(chǎn)品存存在缺陷陷或結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)的的不合理理，目前前國(guó)產(chǎn)載載貨汽車車普遍存存在的問問題是整整車協(xié)調(diào)調(diào)性較差差；局部部材料強(qiáng)強(qiáng)度余量量較大，無無法預(yù)先先判斷，造造成材料料的浪費(fèi)費(fèi)；在車車輛實(shí)際際使用過過程中出出現(xiàn)局部部強(qiáng)度不不足。所所以，產(chǎn)產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)產(chǎn)化或改改裝后，在在使用過過程中往往往會(huì)出出現(xiàn)強(qiáng)度度、壽命命、振動(dòng)動(dòng)、噪聲聲等方面面的問題題。這些些問題影影響了我我國(guó)載貨貨汽車產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量量，造成成了使用用中的安安全隱患患。由于于缺乏必必要的理理論分析析，我國(guó)國(guó)載貨汽汽車制造造廠家對(duì)對(duì)有問題題的區(qū)域域往往采采取局部部加強(qiáng)的的方法，這

21、這不但需需要進(jìn)行行多次全全面的實(shí)實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)才能確確定其有有效性，而而且會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致整車車整備質(zhì)質(zhì)量的不不斷增加加。另外外，對(duì)一一些結(jié)構(gòu)構(gòu)上的改改進(jìn)和優(yōu)優(yōu)化，由由于缺少少一定的的理論依依據(jù)，往往往得不不到很好好的實(shí)施施，因此此開展載載貨汽車車車架結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度度的計(jì)算算工作，在在滿足結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度度和剛度度的前提提下，合合理地進(jìn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)，以以達(dá)到輕輕量化的的目的、對(duì)對(duì)車架結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)具有重重要意義義。此外外，為了了加速企企業(yè)的新新產(chǎn)品開開發(fā)，進(jìn)進(jìn)一步提提高產(chǎn)品品的性能能和科技技含量，必必須對(duì)現(xiàn)現(xiàn)有的車車型進(jìn)行行結(jié)構(gòu)強(qiáng)強(qiáng)度、剛剛度分析析計(jì)算和和動(dòng)態(tài)特特性分析析研究工工作，為為新車型型的研制制開發(fā)提提供借

22、鑒鑒和校核核方法1。隨著著經(jīng)濟(jì)全全球化進(jìn)進(jìn)程的加加快，汽汽車工業(yè)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)日益加加劇，汽汽車巨頭頭們都在在加緊新新車型的的設(shè)計(jì)開開發(fā)，由由于發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)、底底盤設(shè)計(jì)計(jì)制造技技術(shù)基本本成熟，新新車型便便主要體體現(xiàn)在電電子設(shè)備備和車架架造型的的更新上上。同時(shí)時(shí)，為減減少新車車型的開開發(fā)成本本、縮短短新車型型的開發(fā)發(fā)周期、提提高新產(chǎn)產(chǎn)品的市市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)力，全全球各大大汽車公公司普遍遍實(shí)施了了“平臺(tái)戰(zhàn)戰(zhàn)略”，車架架的開發(fā)發(fā)便是該該戰(zhàn)略的的主要組組成部分分。載貨汽車車車架是載載貨車的的基體，一一般由兩兩根縱梁梁和幾根根橫梁組組成，經(jīng)經(jīng)由懸掛掛裝置。前橋、后橋支承在車輪上，具有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受汽車的載荷和

23、從車輪傳來的沖擊。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。然而對(duì)車架進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)性能的研究，用經(jīng)典力學(xué)方法很難得到精確的優(yōu)化解，為了能夠計(jì)算出車架的剛度和強(qiáng)度，往往對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行較多的假設(shè)和簡(jiǎn)化，計(jì)算模型只能構(gòu)造的比較簡(jiǎn)單，與實(shí)際的結(jié)構(gòu)形狀相差很大。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。實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)證明，在眾多近似分析方法中，有限單元法是運(yùn)用最為成功、最為有效的數(shù)值計(jì)算方法。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)。有限元法的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是能夠解決結(jié)構(gòu)形狀和邊界條

24、件都非常任意的力學(xué)問題。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?，F(xiàn)在這些問題已經(jīng)解決，只要注意所建有限元模型中各種支承、連接關(guān)系盡量與實(shí)際結(jié)構(gòu)相符，載荷和動(dòng)態(tài)分析中的激勵(lì)能反映實(shí)際情況，特別是動(dòng)態(tài)載荷的變化曲線的精確獲得以及在計(jì)算中如何加載，行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎工況的載荷和約束如何正確選擇等問題，就可以得到滿足精度要求的有限元分析結(jié)果。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。隨著現(xiàn)代汽汽車設(shè)計(jì)計(jì)要求的的日益提提高，將將有限元元法運(yùn)用用

25、于車架架設(shè)計(jì)已已經(jīng)成為為必然的的趨勢(shì)，主主要體現(xiàn)現(xiàn)在：（）運(yùn)用用有限元元法對(duì)初初步設(shè)計(jì)計(jì)的車架架進(jìn)行輔輔助分析析將大大大提高車車架開發(fā)發(fā)、設(shè)計(jì)計(jì)、分析析和制造造的效能能和車架架的性能能。（）車架架在各種種載荷作作用下，將將發(fā)生彎彎曲、偏偏心扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)和整體體扭轉(zhuǎn)等等變形。傳傳統(tǒng)的車車架設(shè)計(jì)計(jì)方法很很難綜合合考慮汽汽車的復(fù)復(fù)雜受力力及變形形情況，有有限元法法能夠很很好的解解決這一一問題。（）利用用有限元元法進(jìn)行行結(jié)構(gòu)模模態(tài)分析析，可以以得到車車架結(jié)構(gòu)構(gòu)的動(dòng)態(tài)態(tài)特性。從從設(shè)計(jì)上上避免車車架出現(xiàn)現(xiàn)共振的的現(xiàn)象。（）通過過對(duì)車架架結(jié)構(gòu)的的優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)，可可以進(jìn)一一步降低低車架的的重量，在在保證車車架性能能的

26、前提提下充分分的節(jié)省省材料，對(duì)對(duì)降低車車架的成成本具有有重要的的意義。綜上所述，有有限元法法已經(jīng)成成為現(xiàn)代代汽車設(shè)設(shè)計(jì)的重重要工具具之一，在在汽車產(chǎn)產(chǎn)品更新新速度快快，設(shè)計(jì)計(jì)成本低低、輕量量化和舒舒適性要要求越來來越高的的今天，對(duì)對(duì)于提高高汽車產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)質(zhì)量、降降低產(chǎn)品品開發(fā)與與生產(chǎn)制制造成本本，提高高汽車產(chǎn)產(chǎn)品在市市場(chǎng)上的的競(jìng)爭(zhēng)能能力具有有重要意意義22-3。 研究背景景汽車問世百百余年來來，特別別是從汽汽車產(chǎn)品品的大批批量生產(chǎn)產(chǎn)及汽車車工業(yè)的的大發(fā)展展以來，汽汽車為世世界經(jīng)濟(jì)濟(jì)的大發(fā)發(fā)展、為為人類進(jìn)進(jìn)入現(xiàn)代代生活產(chǎn)產(chǎn)生了無無法估量量的巨大大影響。今今天，在在發(fā)達(dá)國(guó)國(guó)家，汽汽車的普普及已經(jīng)經(jīng)

27、達(dá)到很很高的程程度，在在美國(guó)平平均每個(gè)個(gè)家庭擁?yè)碛懈鞣N種汽車223輛；雖雖然中國(guó)國(guó)的汽車車人均擁?yè)碛辛窟h(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)發(fā)達(dá)國(guó)家家水平，但但是由于于中國(guó)巨巨大的市市場(chǎng)和國(guó)國(guó)際汽車車工業(yè)對(duì)對(duì)中國(guó)汽汽車工業(yè)業(yè)的影響響，中國(guó)國(guó)汽車工工業(yè)經(jīng)過過50年的的風(fēng)雨歷歷程，已已形成一一個(gè)比較較完整的的工業(yè)體體系。任何問題都都有兩面面性，汽汽車工業(yè)業(yè)的發(fā)展展為人們們帶入現(xiàn)現(xiàn)代生活活的同時(shí)時(shí)也帶來來了許多多問題4-55。例如，一一、能源源問題，每每年汽車車的石油油消耗量量保持在在1000億桶，并并每年以以一定的的速度增增加，而而世界石石油資源源只能開開采幾十十年，煤煤炭資源源也只夠夠開采一一百來年年，人類類面臨著著嚴(yán)重的

28、的能源危危機(jī)，節(jié)節(jié)能環(huán)保保成為工工業(yè)領(lǐng)域域不可避避免的課課題，汽汽車工業(yè)業(yè)同樣不不可避免免。二、環(huán)環(huán)境問題題，汽車車每年向向大氣排排放大約約幾億噸噸的有害害氣體，占占大氣污污染物的的60以上，被被認(rèn)為大大氣污染染的“頭號(hào)殺殺手”。汽車車尾氣中中C02、CO、HC是大大氣污染染的主要要有害氣氣體，特特別是CC02溫室效效應(yīng)近年年來傾向向日趨明明顯。汽車作為現(xiàn)現(xiàn)代化社社會(huì)大工工業(yè)的產(chǎn)產(chǎn)物，在在推動(dòng)人人類文明明向前躍躍進(jìn)并給給人類生生活帶來來了便捷捷舒適的的同時(shí)，對(duì)對(duì)大自然然生態(tài)環(huán)環(huán)境的惡惡化也有有著難以以推卸的的責(zé)任。隨隨著人們們對(duì)環(huán)境境保護(hù)的的日益重重視，以以緩解石石油資源源緊缺所所帶來的的能源

29、危危機(jī)，節(jié)節(jié)能環(huán)保保技術(shù)越越來越多多為廣大大汽車公公司所采采用。汽汽車輕量量化是汽汽車節(jié)能能環(huán)保關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)之一，各各國(guó)和相相關(guān)的汽汽車公司司投入大大量資金金和人力力進(jìn)行相相關(guān)研究究，研究究涉及汽汽車材料料、汽車車設(shè)計(jì)思思想和汽汽車相關(guān)關(guān)的材料料成型技技術(shù)，從從而促進(jìn)進(jìn)了相關(guān)關(guān)汽車設(shè)設(shè)計(jì)理念念、制造造工藝、汽汽車零部部件成型型技術(shù)迅迅速發(fā)展展。汽車自身質(zhì)質(zhì)量的大大小是影影響燃油油消耗的的重要因因素之一一，所以以汽車設(shè)設(shè)計(jì)輕量量化成為為發(fā)展趨趨勢(shì)。近近年來，世世界石油油資源緊緊張，油油價(jià)不斷斷上漲，對(duì)對(duì)汽車工工業(yè)和汽汽車運(yùn)輸輸業(yè)來說說，降低低燃油消消耗量成成為關(guān)鍵鍵。隨著著中華華人民共共和國(guó)道道

30、路交通通安全法法、新新版汽汽車產(chǎn)業(yè)業(yè)發(fā)展政政策以以及在在全國(guó)開開展車輛輛超載、超超限治理理工作的的實(shí)施方方案的的出臺(tái)，這這些都為為加快汽汽車輕量量化給予予了政策策支持和和動(dòng)力。實(shí)實(shí)現(xiàn)汽車車輕量化化、降低低燃油消消耗、增增加載質(zhì)質(zhì)量、提提高運(yùn)輸輸效率對(duì)對(duì)約占我我國(guó)汽車車產(chǎn)量330的載貨貨汽車是是至關(guān)重重要的，也也是各有有關(guān)汽車車制造廠廠商關(guān)注注的焦點(diǎn)點(diǎn)。因此開展汽汽車結(jié)構(gòu)構(gòu)的強(qiáng)度度計(jì)算與與分析工工作，在在滿足結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度度和剛度度的前提提下，合合理地進(jìn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)，以以達(dá)到輕輕量化的的目標(biāo)，對(duì)對(duì)汽車設(shè)設(shè)計(jì)具有有重要的的意義。隨隨著計(jì)算算機(jī)技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，CAAD/CCAE/CAMM一體化化進(jìn)程的

31、的加快，有有限元分分析在車車架結(jié)構(gòu)構(gòu)分析中中得到了了廣泛的的應(yīng)用。分分析內(nèi)容容已從靜靜態(tài)向動(dòng)動(dòng)態(tài)、由由部件到到整車、由由粗略到到精確、由由通用向向?qū)Ｓ冒l(fā)發(fā)展，其其應(yīng)用已已經(jīng)進(jìn)入入實(shí)用化化階段。無無論是在在產(chǎn)品的的概念設(shè)設(shè)計(jì)階段段的方案案分析、在在工程設(shè)設(shè)計(jì)階段段的校驗(yàn)驗(yàn)分析，還還是對(duì)既既有產(chǎn)品品實(shí)施精精確分析析以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)再設(shè)計(jì)計(jì)，有限限元分析析都有其其重要的的作用。它它使得在在設(shè)計(jì)階階段就可可以對(duì)載載貨汽車車的設(shè)計(jì)計(jì)和制造造過程中中的各種種問題進(jìn)進(jìn)行預(yù)測(cè)測(cè)仿真，從從而縮短短設(shè)計(jì)周周期，提提高產(chǎn)品品的性能能質(zhì)量，節(jié)節(jié)省大量量資金。本課題就是是在上述述背景下下提出的的，目的的在于研研究載貨貨汽車車車

32、架結(jié)構(gòu)構(gòu)使之受受力合理理，等強(qiáng)強(qiáng)度及等等壽命設(shè)設(shè)計(jì)。最最終達(dá)到到保證載載貨汽車車在性能能和功能能不受影影響或有有所提高高的情況況下，實(shí)實(shí)現(xiàn)載貨貨汽車車車架結(jié)構(gòu)構(gòu)的優(yōu)化化設(shè)計(jì)，減減輕載貨貨汽車車車架質(zhì)量量。為相相關(guān)企業(yè)業(yè)提供一一套汽車車有限元元分析及及強(qiáng)度試試驗(yàn)方案案，提高高企業(yè)自自主研發(fā)發(fā)能力，增增強(qiáng)企業(yè)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力力。 車架有限限元法國(guó)國(guó)內(nèi)外研研究現(xiàn)狀狀現(xiàn)代汽車絕絕大多數(shù)數(shù)都具有有作為整整車骨架架的車架架，車架架是整個(gè)個(gè)汽車的的基體。汽汽車絕大大多數(shù)部部件和總總成都是是通過車車架固定定其位置置的，如如：發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)、傳傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)、懸架架、轉(zhuǎn)向向系統(tǒng)、駕駕駛室、貨貨廂和有有關(guān)操縱縱機(jī)構(gòu)。車車架的功功用

33、是支支撐連接接汽車的的各零部部件，并并承受來來自車內(nèi)內(nèi)外的各各種載荷荷。在有限元法法對(duì)汽車車車架結(jié)結(jié)構(gòu)的分分析中，早早期多采采用梁?jiǎn)螁卧M(jìn)行行結(jié)構(gòu)離離散化。分分析的初初步結(jié)果果是令人人滿意的的，但由由于梁?jiǎn)螁卧旧砩淼娜毕菹?，例如如梁?jiǎn)卧荒芎芎芎玫孛杳枋鼋Y(jié)構(gòu)構(gòu)較為復(fù)復(fù)雜的車車架結(jié)構(gòu)構(gòu)，不能能很好地地反映車車架橫梁梁與縱梁梁頭區(qū)域域的應(yīng)力力分布，而而且它還還忽略了了扭轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)截面的的翹曲變變形，因因此梁?jiǎn)螁卧治鑫龅慕Y(jié)果果是比較較粗糙的的。而板板殼單元元克服了了梁?jiǎn)卧谲嚰芗芙：秃蛻?yīng)力分分析時(shí)的的局限，基基本上可可以作為為一種完完全的強(qiáng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)測(cè)手段。近近十年來來，由于于計(jì)算機(jī)機(jī)軟件與與硬

34、件的的飛速發(fā)發(fā)展，板板殼單元元逐漸被被應(yīng)用到到汽車車車架結(jié)構(gòu)構(gòu)分析中中，使分分析精度度大為提提高，由由過去的的定性分分析或半半定量的的分析過過渡到定定量階段段。隨著著計(jì)算機(jī)機(jī)軟件、硬硬件技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，特別別是微機(jī)機(jī)性能的的大幅提提高和普普及，在在微機(jī)上上進(jìn)行有有限元分分析已不不再是很很難的事事，同時(shí)時(shí)有限元元分析的的應(yīng)用得得以向廣廣度和深深度發(fā)展展。在國(guó)外，從從60年年代起就就開始運(yùn)運(yùn)用有限限元法進(jìn)進(jìn)行汽車車車架結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度度和剛度度的計(jì)算算。而我我國(guó)大約約是在770年代代末才把把有限元元法應(yīng)用用于車架架結(jié)構(gòu)強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)分析中中。 國(guó)外大型汽汽車公司司經(jīng)過近近百年的的汽車設(shè)設(shè)計(jì)制造造，在車車架

35、設(shè)計(jì)計(jì)方面積積累了豐豐富的試試驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)和理論論分析經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，形形成了實(shí)實(shí)用的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)、設(shè)計(jì)計(jì)改正記記錄和設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范范。目前前應(yīng)用于于車架開開發(fā)上比比較成熟熟的方面面主要有有：剛度度、強(qiáng)度度分析(應(yīng)用于于整車、大大小總成成與零部部件分析析以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)輕量化化設(shè)計(jì))，NVHH分析(各種振振動(dòng)、噪噪聲，包包括摩擦擦噪聲、風(fēng)風(fēng)噪聲等等)、機(jī)構(gòu)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分分析等；建立在在分析和和實(shí)驗(yàn)基基礎(chǔ)上的的各種優(yōu)優(yōu)化方法法為車架架設(shè)計(jì)提提供了多多種實(shí)用用的選擇擇方案，使使車架設(shè)設(shè)計(jì)從經(jīng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)到優(yōu)化化設(shè)計(jì)跨跨出了一一大步。在在關(guān)于優(yōu)優(yōu)化算法法方面的的研究，國(guó)國(guó)外將遺遺傳算法法引入到到結(jié)構(gòu)形形狀優(yōu)化化算法中中并獲

36、得得良好的的效果?？偪偟目磥韥?，國(guó)外外輕量化化研究主主要有以以下幾個(gè)個(gè)方面：（）提提出先進(jìn)進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)理念，發(fā)發(fā)展先進(jìn)進(jìn)的制造造工藝并并通過尺尺寸參數(shù)數(shù)優(yōu)化而而得到新新的輕量量化結(jié)構(gòu)構(gòu)；（）將拓拓?fù)鋬?yōu)化化和形狀狀優(yōu)化引引入到結(jié)結(jié)構(gòu)輕量量化過程程中；（）提出出新的現(xiàn)現(xiàn)代優(yōu)化化方法，并并進(jìn)入到到結(jié)構(gòu)輕輕量化中中；（）利用用硬件優(yōu)優(yōu)勢(shì)，大大量考慮慮動(dòng)態(tài)過過程中的的各種約約束，對(duì)對(duì)尺寸參參數(shù)進(jìn)行行優(yōu)化而而得到輕輕量化結(jié)結(jié)構(gòu)。在國(guó)內(nèi)，高高等院校校對(duì)基于于結(jié)構(gòu)優(yōu)優(yōu)化的車車輛輕量量化研究究發(fā)展也也很多，但但由于沒沒有完備備的結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和和設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范，有有時(shí)只能能按解剖剖進(jìn)口車車結(jié)構(gòu)來來進(jìn)行參參照性設(shè)設(shè)

37、計(jì)。具具體在車車架結(jié)構(gòu)構(gòu)分析方方面，車車架的剛剛度分析析對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)分析的的重要性性近些年年已受到到廣泛的的重視。從從分析類類型上看看，仍以以車架結(jié)結(jié)構(gòu)靜態(tài)態(tài)分析為為主。虛虛擬試驗(yàn)驗(yàn)場(chǎng)整車車分析正正在著手手研究，此此外還有有焊裝模模擬分析析、噴涂涂模擬分分析等。其其中，車車架剛度度、強(qiáng)度度分析，碰碰撞模擬擬分析，空空氣動(dòng)力力特性分分析。金金屬板件件拉延成成形特性性分析等等已步入入實(shí)用化化階段，為為車架的的全面優(yōu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)奠定了了基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)目前的的輕量化化研究主主要集中中在汽車車一般零零部件、底底盤車架架結(jié)構(gòu)等等的改形形設(shè)計(jì)方方面，在在產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)階段段引入有有限元法法對(duì)車架架輕量化化設(shè)計(jì)的的研究很很

38、少。與與國(guó)外相相比，國(guó)國(guó)內(nèi)關(guān)于于在輕量量化設(shè)計(jì)計(jì)過程中中引入新新的現(xiàn)代代優(yōu)化算算法的研研究比較較匱乏，輕輕量化設(shè)設(shè)計(jì)過程程中的分分析規(guī)模模較小，CAD/CAE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。概括起來與國(guó)外輕量化研究的主要差距有：（）汽車車結(jié)構(gòu)開開發(fā)工作作主要還還是依賴賴經(jīng)驗(yàn)和和解剖進(jìn)進(jìn)口結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行參參照性設(shè)設(shè)計(jì)的，多多用來解解決樣車車試驗(yàn)以以后出現(xiàn)現(xiàn)的設(shè)計(jì)計(jì)問題，設(shè)設(shè)計(jì)與分分析未能能真正做做到并行行。（）由于于軟硬件件對(duì)計(jì)算算模型規(guī)規(guī)模的限限制，模模型的細(xì)細(xì)化程度度不夠，因因而結(jié)構(gòu)構(gòu)的剛度度、強(qiáng)度度分析的的結(jié)果還還比較粗粗略。計(jì)計(jì)算結(jié)果果多用來來進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)的方

39、方案比較較，離虛虛擬試驗(yàn)驗(yàn)的要求求還有相相當(dāng)大的的差距。（）有限限元分析析主要應(yīng)應(yīng)用在結(jié)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)強(qiáng)度和剛剛度分析析方面，在在碰撞、振振動(dòng)、噪噪聲、外外流方面面的模擬擬計(jì)算才才剛剛起起步，對(duì)對(duì)車架結(jié)結(jié)構(gòu)或部部件的各各項(xiàng)性能能指標(biāo)進(jìn)進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)分析研研究的實(shí)實(shí)例還未未廣泛進(jìn)進(jìn)行。同時(shí)，國(guó)內(nèi)內(nèi)外不少少公司、科科研機(jī)構(gòu)構(gòu)及高等等院校陸陸續(xù)開發(fā)發(fā)了一些些通用性性很強(qiáng)的的大型有有限元結(jié)結(jié)構(gòu)分析析軟件程程序，這這些程序序可用來來分析任任意規(guī)模模的結(jié)構(gòu)構(gòu)，如整整架飛機(jī)機(jī)或整個(gè)個(gè)汽車的的結(jié)構(gòu)。這這些有限限元軟件件已發(fā)展展到成熟熟的階段段，比較較成熟并并且普及及較廣的的有美國(guó)國(guó)加利福福尼亞大大學(xué)伯克克利分校校研制的

40、的SAPP、美國(guó)國(guó)麻省理理工學(xué)院院研制的的ADIINA、美美國(guó)國(guó)家家航空與與航天局局研制的的NASSTRAAN、德德國(guó)斯圖圖加特大大學(xué)宇航航結(jié)構(gòu)靜靜力學(xué)研研究所研研制的AASKAA、世界界上最大大的有限限元分析析軟件公公司之一一的美國(guó)國(guó)ANSSYS開開發(fā)的AANSYYS軟件件等等。這這些通用用程序的的研制成成功，大大大簡(jiǎn)化化了結(jié)構(gòu)構(gòu)分析工工作，只只要求使使用任意意掌握有有限元法法的基本本理論，熟熟悉建立立有限元元分析模模型的方方法和通通用程序序的使用用方法即即可。這這些大型型商業(yè)通通用有限限元分析析軟件也也像CAAD設(shè)計(jì)計(jì)軟件一一樣在汽汽車研發(fā)發(fā)過程中中得到普普及，有有實(shí)力的的汽車廠廠商甚至至

41、為自己己的產(chǎn)品品開發(fā)獨(dú)獨(dú)立地從從事這些些有限元元分析軟軟件的二二次開發(fā)發(fā)。 主要設(shè)計(jì)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)通過過參考國(guó)國(guó)內(nèi)外輕輕型載貨貨汽車車車架的結(jié)結(jié)構(gòu)及工工作原理理的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，對(duì)對(duì)車架進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算和和校核，利用Pro/E建模并應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)車架進(jìn)行有限元分析，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：1、選擇車車架結(jié)構(gòu)構(gòu)型式、材料和加工工藝，確定車架參數(shù)，對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)車架進(jìn)行校核。2、建立PPro/E零件件模型，并并完成正正確的裝裝配。3、將建立立好的PPro/E模型型導(dǎo)入有有限元軟軟件ANNSYSS中，完完成車架架在各種種工況下下的靜力力分析。 車架結(jié)構(gòu)構(gòu)方案的的選擇 車架的設(shè)設(shè)計(jì)要求求車架作為汽汽

42、車的承承載基體體，為貨貨車、中中型及以以下的客客車、中中高級(jí)和和高級(jí)轎轎車所采采用，支支承著發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)、離離合器、變變速器、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器、非非承載式式車身和和貨箱等等所用簧簧上質(zhì)量量的有關(guān)關(guān)機(jī)件，承承受著傳傳給它的的各種力力和力矩矩。為此此，車架架應(yīng)有足足夠的彎彎曲剛度度，以使使裝在其其上的有有關(guān)機(jī)構(gòu)構(gòu)之間的的相對(duì)位位置在汽汽車行駛駛過程中中保持不不變并使使車身的的變形最最??；車車架也應(yīng)應(yīng)有足夠夠的強(qiáng)度度，以保保證其有有足夠的的可靠性性與壽命命，縱梁梁等主要要零件在在使用期期內(nèi)不應(yīng)應(yīng)有嚴(yán)重重的變形形和開裂裂。車架架剛度不不足會(huì)引引起振動(dòng)動(dòng)和噪聲聲，也使使汽車的的乘坐舒舒適性、操操縱穩(wěn)定定性及某某些機(jī)

43、件件的可靠靠性下降降。貨車車車架的的最大彎彎曲撓度度通常應(yīng)應(yīng)小于110mmm。但車車架扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)剛度又又不宜過過大，否否則將使使車架和和懸架系系統(tǒng)的載載荷增大大并使汽汽車輪胎胎的接地地性變差差，使通通過性變變壞。通通常在使使用中其其軸間扭扭角約為為1/mm。在保保證強(qiáng)度度、剛度度的前提提下車架架的自身身質(zhì)量應(yīng)應(yīng)該盡可可能減小小，以減減小車身身質(zhì)量。貨貨車車架架質(zhì)量一一般約為為整車整整備質(zhì)量量的1/10。此此外，車車架設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)還應(yīng)應(yīng)考慮車車型系列列化及改改裝車等等方面的的要求。 車架的結(jié)結(jié)構(gòu)型式式根據(jù)縱梁的的結(jié)構(gòu)特特點(diǎn)，車車架可分分為以下下幾種結(jié)結(jié)構(gòu)型式式：1、周邊式式車架周邊式車架架用于中中級(jí)以上

44、上的轎車車。如圖圖2.1（aa）所示，在在俯視圖圖上車架架的中部部寬、兩兩端窄。中中部寬度度取決于于車身門門檻梁的的內(nèi)壁寬寬；前端端寬度取取決于前前輪距及及前輪最最大轉(zhuǎn)角角；后端端寬度則則有后輪輪距確定定。左右右相關(guān)縱縱梁由橫橫梁連接接。其最最大特點(diǎn)點(diǎn)是前后后兩段縱縱梁系經(jīng)經(jīng)所謂的的緩沖臂臂或抗扭扭盒與中中部縱梁梁焊接相相連。前前緩沖臂臂位于車車廂前圍圍板下部部?jī)A斜踏踏板前方方；后緩緩沖臂位位于后座座下方。其其結(jié)構(gòu)形形狀容許許緩沖臂臂有一定定的彈性性變形，可可吸收來來自不平平路面的的沖擊和和降低車車內(nèi)噪聲聲。此外外，車架架中部加加寬既有有利于提提高汽車車的橫向向穩(wěn)定性性，又減減短了車車架縱梁梁

45、外側(cè)裝裝置件的的懸伸長(zhǎng)長(zhǎng)度。在在側(cè)視圖圖上，與與其他型型式的轎轎車車架架類似，在在前方車車輪處縱縱梁向上上彎曲以以讓出前前后獨(dú)立立懸架或或非斷開開式后橋橋的運(yùn)動(dòng)動(dòng)空間。采采用這種種車架時(shí)時(shí)車身地地板上的的傳動(dòng)軸軸通道所所形成的的鼓包不不大，但但門檻較較寬，見見圖2.2（aa）。（a）周邊邊式車架架（b）X形形車架（c）梯形形車架圖2.1 轎車車車架2、X形車車架如圖2.11（b）所所示，這這種車架架為一些些轎車所所采用。車車架的中中部為位位于汽車車縱向?qū)?duì)稱平面面上的一一根矩形形斷面的的空心脊脊梁，其其前后端端焊以叉叉形梁，形形成俯視視圖上的的X形狀狀。前端的叉形形梁用于于支承動(dòng)動(dòng)力-傳傳動(dòng)總

46、成成，而后后端則用用于安裝裝后橋。傳傳動(dòng)軸經(jīng)經(jīng)中部管管梁通向向后方。中中部管梁梁的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)剛度大大。前后后叉形邊邊梁由一一些橫梁梁相連，后后者還用用于加強(qiáng)強(qiáng)前、后懸架的支支承。管管梁部分分位于后后座乘客客的腳下下位置且且在車寬寬的中間間，因此此不妨礙礙在其兩兩側(cè)的車車身地板板的降低低，但地地板中間間會(huì)有較較大的縱縱向鼓包包。門檻檻的寬度度不大，見圖2.2（b），雖然從被動(dòng)安全性考慮，要求門檻有足夠的強(qiáng)度和剛度。3、梯形車車架梯形車架又又稱邊梁梁式車架架，是由由兩根相相互平行行的縱梁梁和若干干根橫梁梁組成。其其彎曲剛剛度較大大，而當(dāng)當(dāng)承受扭扭矩時(shí)，各各部分同同時(shí)產(chǎn)生生彎曲和和扭轉(zhuǎn)。其其優(yōu)點(diǎn)是是便于

47、安安裝車身身、車廂廂和布置置其他總總成，易易于汽車車的改裝裝和變型型，因此此被廣泛泛的采用用在載貨貨汽車、越越野汽車車、特種種車輛和和用貨車車底盤改改裝的大大客車上上。在中中、輕型型客車上上也有所所采用，轎轎車則較較少采用用。用于于轎車的的梯形車車架，見見圖2.1（cc），為了了降低地地板高度度，可局局部減小小縱梁及及橫梁的的斷面高高度并相相應(yīng)地加加大其寬寬度，但但這使縱縱梁的制制造工藝藝復(fù)雜化化且其車車身地板板仍比采采用其他他車架時(shí)時(shí)為高，當(dāng)當(dāng)然地板板上的傳傳動(dòng)軸通通道鼓包包也就不不大了，見圖2.2（c）。如果也包括括固定車車身的支支架，則則上述三三種轎車車車架的的自身質(zhì)質(zhì)量差別別不大。無無

48、論哪一一種轎車車車架，在在前、后后橋處均均要求有有較大的的扭轉(zhuǎn)剛剛度，為為此，相相關(guān)的縱縱、橫梁梁可采用用封閉式式斷面，這這種封閉閉式斷面面可由相相配的一一對(duì)且以以垂向面面為開口口的沖壓壓成型的的槽型梁梁相互插插入并用用電弧焊焊焊接而而成。對(duì)對(duì)于不承承受扭矩矩的車架架元件、用用于固定定動(dòng)力總總成的橫橫梁以及及車架兩兩端位于于基本橫橫梁以外外的縱梁梁，均采采用沖壓壓成型且且具有開開口的槽槽型斷面面。載貨汽車的的梯形車車架如圖圖2.3所所示，由由兩根相相互平行行且開口口朝內(nèi)、沖沖壓制成成的槽型型縱梁及及一些沖沖壓制成成的開口口槽型橫橫梁組合合而成。通通常，縱縱梁的上上表面沿沿全長(zhǎng)不不變或局局部降低

49、低，而兩兩端的下下表面則則可根據(jù)據(jù)應(yīng)力情情況，適適當(dāng)?shù)叵蛳蛏鲜湛s縮。既縱縱梁中部部相當(dāng)長(zhǎng)長(zhǎng)的范圍圍內(nèi)具有有最大高高度和寬寬度，而而兩端可可根據(jù)應(yīng)應(yīng)力情況況相應(yīng)的的縮小。車車架寬度度多為全全長(zhǎng)等寬寬。車架架寬度的的標(biāo)準(zhǔn)化化有利于于產(chǎn)品的的三化，例例如可使使車架橫橫梁、前前后橋及及駕駛室室、貨箱箱等進(jìn)行行互換。車車架等寬寬也簡(jiǎn)化化了縱梁梁的沖壓壓工藝且且在縱梁梁上不會(huì)會(huì)產(chǎn)生附附加扭矩矩。有時(shí)時(shí)根據(jù)設(shè)設(shè)計(jì)要求求需將車車架前、后后端的寬寬度做得得窄些或或?qū)捫?，但但其尺寸寸與限定定的汽車車輪廓寬2.5m相相適應(yīng)。車車架的長(zhǎng)長(zhǎng)度大致致接近整整車長(zhǎng)度度，約為為軸距的的1.441.77倍。4、脊梁式式車架如圖

50、2.44所示脊脊梁式車車技由一一根位于于汽車左左右對(duì)稱稱中心的的大斷面面管形梁梁和某些些懸伸托托架構(gòu)成成，猶如如一根脊脊梁。管管梁將動(dòng)動(dòng)力-傳傳動(dòng)系連連成一體體，傳動(dòng)動(dòng)軸從其其中間通通過，故故采用這這種結(jié)構(gòu)構(gòu)時(shí)驅(qū)動(dòng)動(dòng)橋必須須是斷開開式的并并與獨(dú)立立懸架相相匹配。與與其他類類型的車車架比較較，其扭扭轉(zhuǎn)剛度度最大。容容許車輪輪有較大大的跳動(dòng)動(dòng)空間，使使汽車有有較好的的平順性性和通過過性。但但車架的的制造工工藝復(fù)雜雜，維修修不便，僅僅用于某某些平順順性、通通過性要要求較高高的汽車車上。5、綜合式式車架系綜合上述述脊梁式式和邊梁梁式兩種種型式而而成，如如圖2.5所示示。這時(shí)時(shí)，主減減速器與與脊梁相相固

51、定，該該驅(qū)動(dòng)橋橋應(yīng)為斷斷開式的的且獨(dú)立立懸架相相匹配。其其實(shí)，圖圖2.1（bb）所示示的X形形車架也也應(yīng)歸于于這一類類型，但但該車架架可與非非斷開式式驅(qū)動(dòng)橋橋及非獨(dú)獨(dú)立懸架架相匹配配。（a）采用用周邊式式車架時(shí)時(shí)；（bb）采用用X形車車架時(shí)；（c）采用梯梯形車架架時(shí)1.傳動(dòng)軸軸通道；2.地板板；3.門檻檻；4.車架架圖2.2 采用不不同車架架時(shí)的車車身底板板圖2.3 載貨汽汽車的梯梯形車架架圖2.4 具有脊脊梁式車車架的汽汽車底盤盤圖2.5 綜合式式車架 橫梁、縱縱梁及其其聯(lián)接型型式縱梁是車架架的主要要承載元元件，也也是車架架中最大大的加工工件，其其形狀應(yīng)應(yīng)力求簡(jiǎn)簡(jiǎn)單。載載貨汽車車的車架架縱梁

52、沿沿全長(zhǎng)多多取平直直且斷面面也不變變或少變變，以簡(jiǎn)簡(jiǎn)化工藝藝；為使使縱梁各各斷面的的應(yīng)力接接近，可可通過改改變其斷斷面高度度即使其其中部斷斷面高、兩兩端較低低來達(dá)到到。載貨貨汽車縱縱梁的斷斷面形狀狀多為開開口朝內(nèi)內(nèi)的槽形形，也有有Z形、工工字形的的；脊梁梁式車架架的縱梁梁則多為為管狀的的；轎車車車架的的縱梁則則為箱形形斷面。槽槽型斷面面梁的扭扭轉(zhuǎn)剛度度及強(qiáng)度度均好。縱縱梁多為為沖壓件件，超重重型汽車車的縱梁梁則常采采用焊接接結(jié)構(gòu)或或軋制的的成型材材。橫梁將左右右縱梁聯(lián)聯(lián)接在一一起，構(gòu)構(gòu)成一完完整的車車架，并并保證車車架有足足夠的扭扭轉(zhuǎn)剛度度，限制制其變形形和降低低某些部部位的應(yīng)應(yīng)力。橫橫梁還起

53、起著支承承某些總總成的作作用。汽汽車車架架常有446根根橫梁，其其分布于于有關(guān)總總成、駕駕駛室、貨貨箱或車車身的支支承位置置有關(guān)。當(dāng)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的前支支點(diǎn)位于于左右縱縱梁上時(shí)時(shí)，前橫橫梁則可可減小寬寬度并采采用槽型型或Z形形斷面。中中橫梁常常做成拱拱形以留留出傳動(dòng)動(dòng)軸的跳跳動(dòng)空間間。貨車車在后鋼鋼板彈簧簧前、后后支承附附近也分分別設(shè)置置一根橫橫梁。橫梁的斷面面形狀與與縱梁的的聯(lián)接形形式如圖圖2.6和和圖2.7所示示。選擇擇橫梁的的斷面形形狀時(shí)既既要考慮慮其受載載情況又又要考慮慮受其支支承總成成的支承承方便。腹腹板直立立的槽形形斷面橫橫梁和由由兩槽形形組成的的工字形形斷面橫橫梁的彎彎曲剛度度及強(qiáng)度

54、度均好，常常用于后后鋼板彈彈簧的支支架處；帽形斷斷面梁因因其斷面面高度較較小，較較易做成成大彎度度梁，宜宜于用于于需向下下凹的前前橫梁和和拱形的的中橫梁梁；封閉閉形斷面面梁和管管梁的扭扭轉(zhuǎn)剛度度大，宜宜用于需需加強(qiáng)扭扭轉(zhuǎn)剛度度處，但但貨車多多采用扭扭轉(zhuǎn)剛度度不大的的非封閉閉形斷面面的鋼板板沖壓橫橫梁。轎車車架的的縱、橫橫梁采用用焊接方方式聯(lián)接接，而貨貨車則多多以鉚釘釘聯(lián)接（見見圖2.7）。鉚鉚釘聯(lián)接接具有一一定彈性性，有利利于消除除峰值應(yīng)應(yīng)力，改改善應(yīng)力力狀況，這這對(duì)于要要求有一一定扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彈性的的貨車車車架具有有重要意意義。當(dāng)縱、橫梁梁以它們們的上、下下翼緣均均分別聯(lián)聯(lián)接時(shí)，由由于聯(lián)接接跨度大

55、大，剛度度亦較大大，這時(shí)時(shí)其扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)剛度及及扭轉(zhuǎn)應(yīng)應(yīng)力均較較大。當(dāng)當(dāng)橫梁與與縱梁的的腹板相相連接時(shí)時(shí)則情況況會(huì)相反反，這時(shí)時(shí)應(yīng)注意意不使其其聯(lián)接跨跨度和聯(lián)聯(lián)接剛度度太小，以以免影響響對(duì)縱梁梁的局部部扭轉(zhuǎn)的的必要約約束。橫橫梁在與與縱梁的的連接處處往往應(yīng)應(yīng)力較高高，故常常將其端端部翼緣緣加寬或或采用較較厚及尺尺寸較大大的聯(lián)接接板；也也可使其其中部的的斷面尺尺寸適當(dāng)當(dāng)縮小，或或在其腹腹板上加加設(shè)一些些較大的的孔，以以降低橫橫梁連接接處的應(yīng)應(yīng)力。圖2.6 橫梁的的斷面形形狀及其其與縱梁梁的聯(lián)接接1橫梁；2縱梁圖2.7 縱、橫橫梁的鉚鉚釘聯(lián)接接方式 車架的制制造工藝藝車架縱梁和和其他零零件的制制造，多多

56、采用鋼鋼板的冷冷沖壓工工藝在大大型壓力力機(jī)上沖沖孔及成成形；也也有采用用槽型鋼鋼、工字字鋼、管管料等型型材制造造的。轎轎車車架架的組裝裝多采用用二氧化化碳保護(hù)護(hù)焊、塞塞焊和點(diǎn)點(diǎn)焊，設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)應(yīng)注意對(duì)對(duì)焊接規(guī)規(guī)范、焊焊縫布置置及焊接接順序的的選擇；貨車車車架的組組裝多采采用冷鉚鉚工藝，必必要時(shí)也也可采用用特制的的放松螺螺栓聯(lián)接接。為保保證車架架的裝配配尺寸，組組裝時(shí)必必須有可可靠的定定位和加加緊，特特別應(yīng)保保證有關(guān)關(guān)總成在在車架上上的定位位尺寸及及支承點(diǎn)點(diǎn)的相對(duì)對(duì)位置精精度。車架材料應(yīng)應(yīng)具有足足夠高的的屈服極極限和疲疲勞極限限，低的的應(yīng)力集集中敏感感性，良良好的冷冷沖壓性性能和焊焊接性能能。低碳

57、碳和中碳碳合金鋼鋼能滿足足這些要要求。車車架材料料與所選選定的制制造工藝藝密切相相關(guān)。拉拉伸尺寸寸較大或或形狀復(fù)復(fù)雜的沖沖壓件需需采用沖沖壓性能能好的低低碳鋼或或低碳合合金鋼008、009MnnL、009MnnRELL等鋼板板制造；拉伸尺尺寸不大大、形狀狀又不復(fù)復(fù)雜的沖沖壓件常常采用強(qiáng)強(qiáng)度稍高高的200、255、166Mn、009SiiVL、110TiiL等鋼鋼板制造造。強(qiáng)度度更高的的鋼板在在冷沖時(shí)時(shí)易開裂裂且沖壓壓回彈較較大，故故不宜采采用。有有的重型型貨車、自自卸車、越越野車為為了提高高車架強(qiáng)強(qiáng)度，減減小質(zhì)量量而采用用中碳合合金鋼板板熱壓成成形，再再經(jīng)熱處處理，例例如采用用30TTi鋼板板

58、的縱梁梁經(jīng)正火火后抗拉拉強(qiáng)度即即由4550MPPa（HHB1556）提提高到44806200MPaa（HBB1700）。用用30TTi鋼板板制造縱縱橫梁也也可采用用冷沖壓壓工藝。鋼板經(jīng)冷沖沖成形后后，其疲疲勞強(qiáng)度度要降低低，靜強(qiáng)強(qiáng)度提高高、延伸伸率小的的材料的的降低幅幅度更大大。常用用車架材材料在沖沖壓成形形后的疲疲勞強(qiáng)度度約為11401600MPaa。轎車車架縱縱梁、橫橫梁的鋼鋼板厚度度約為33.04.00mm，貨車根根據(jù)其裝裝載質(zhì)量量的不同同，輕、中中型貨車車沖壓縱縱梁的鋼鋼板厚度度為5.077.0mmm，重重型貨車車沖壓縱縱梁的鋼鋼板厚度度為7.099.0mmm。且且槽形斷斷面縱梁梁上、

59、下下翼緣的的寬度尺尺寸約為為其腹板板高度尺尺寸的335%40%6。 本章小結(jié)結(jié)本章通過一一系列的的圖例對(duì)對(duì)車架的的結(jié)構(gòu)型型式、縱縱橫梁及及其聯(lián)接接、車架架的制造造工藝及及材料做做了詳盡盡的介紹紹。綜上上所述，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?？v、橫梁采用16Mn鋼板沖壓制造，鉚釘聯(lián)接。 車架的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì) 車架橫、縱縱梁設(shè)計(jì)計(jì)1、車架長(zhǎng)長(zhǎng)度大致致接近整整車長(zhǎng)度度，約為為軸距的的1.441.77倍，取取車架長(zhǎng)長(zhǎng)度為555422mm，在在縱梁的的全長(zhǎng)范范圍內(nèi)具具有相等等的高度度和寬度度?？v、橫橫梁均由由6mm厚的的16MMn鋼板板沖壓而而

60、成（輕輕、中型型貨車沖沖壓縱梁梁的鋼板板厚度為為57mmm。）槽型斷斷面縱梁梁上、下下翼緣的的寬度尺尺寸約為為其腹板板高度尺尺寸的335%40%，縱梁梁槽形斷斷面如圖圖3.11所示。圖3.1 車架橫橫截面2、鉚釘?shù)牡倪x擇7根據(jù)GB/T 8867-19886 選選擇半圓圓頭鉚釘釘，如圖圖3.22。d=10mmm，=17.35mmm，k=6.24mmm，R9mmm。d=16mmm，=29.42mmm，kk=100.299mm，R15.5mmm。圖3.2 鉚釘3、為保證證機(jī)動(dòng)性性，左右右轉(zhuǎn)向輪輪處于最最大轉(zhuǎn)角角時(shí)，前前外輪的的轉(zhuǎn)彎半半徑值在在汽車軸軸距的222.55倍范圍圍內(nèi)（小小值適于于大軸距距汽