載重貨車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)及有限元分析開(kāi)題報(bào)告

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設(shè)計(jì)（論文）題目 載重貨車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)及有限元分析工程設(shè)計(jì) 應(yīng)用研究 開(kāi)發(fā)研究 基礎(chǔ)研究 其它設(shè)計(jì)（論文）類(lèi)型（劃“√” ） √一、 本課題的研究目的和意義汽車(chē)車(chē)架作為重型載重汽車(chē)的基體，支承著發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、駕駛室、和貨箱等所有簧上質(zhì)量的有關(guān)機(jī)件。并且使用條件十分惡劣受力狀況非常復(fù)雜，承受著來(lái)自車(chē)內(nèi)外的各種力和力矩。同時(shí)載貨汽車(chē)行駛路況復(fù)雜車(chē)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。因而車(chē)架應(yīng)該有足夠的剛度、強(qiáng)度和足夠的可靠性與壽命。車(chē)架剛度不足會(huì)引起振動(dòng)和噪聲，也是的汽車(chē)的舒適性和操作穩(wěn)定性下降。同時(shí)汽車(chē)的扭轉(zhuǎn)你剛度不宜過(guò)大，否則將使車(chē)架和懸架系統(tǒng)的載荷增大并使汽車(chē)車(chē)輪的的接地性變差。因此在車(chē)架設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮這些問(wèn)題。傳統(tǒng)的車(chē)架設(shè)計(jì)方法很難綜合考慮汽車(chē)的復(fù)雜受力及變形情況，利有限元法正好能夠解決這一問(wèn)題。同時(shí)利用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，可以得到車(chē)架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。從設(shè)計(jì)上避免車(chē)架出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步降低車(chē)架的重量，在保證車(chē)架性能的前提下充分的節(jié)省材料，對(duì)降低車(chē)架的成本具有重要的意義。通過(guò)本次設(shè)計(jì)要熟練掌握載重汽車(chē)車(chē)架的設(shè)計(jì)流程及車(chē)架設(shè)計(jì)參數(shù)確定，同時(shí)更好的提高自己的二維三維作圖能力和有限元分析能力。建立車(chē)架結(jié)構(gòu)有限元分析的規(guī)范化步驟，為將有限元技術(shù)應(yīng)用于車(chē)架設(shè)計(jì)做好基礎(chǔ)性工作。通過(guò)運(yùn)用有限元軟件對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可供車(chē)架設(shè)計(jì)提供參考。對(duì)所研究的車(chē)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析，為車(chē)架的設(shè)計(jì)提供理論支持。最后對(duì)車(chē)架的設(shè)計(jì)做出優(yōu)化，盡量做到輕量化，提高車(chē)架的強(qiáng)度。同時(shí)盡可能的節(jié)省成本。二、 本課題的主要研究?jī)?nèi)容（提綱）1.了解熟悉目前國(guó)內(nèi)各種重型貨車(chē)底盤(pán)種類(lèi)，借鑒以往經(jīng)驗(yàn)結(jié)合目前國(guó)內(nèi)路況設(shè)計(jì)車(chē)架總成結(jié)構(gòu)。確定車(chē)架的總成參數(shù)，對(duì)車(chē)架縱梁參數(shù)，橫梁參數(shù)計(jì)算。對(duì)總體車(chē)架進(jìn)行強(qiáng)度剛度等校核。符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。做出三維模擬圖。2.對(duì)車(chē)架在各種典型工況下受到的載荷進(jìn)行分析，根據(jù)受到的載荷信息結(jié)合ANSYS 有限元分析軟件對(duì)車(chē)架進(jìn)行靜態(tài)和模態(tài)分析。3.根據(jù)有限元分析結(jié)果對(duì)車(chē)架進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。三、 文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）早期汽車(chē)所使用的車(chē)架，大多都是由籠狀的鋼骨梁柱所構(gòu)成的，也就是在兩支平行的主梁上，以類(lèi)似階梯的方式加上許多左右相連的副梁制造而成。車(chē)體建構(gòu)在車(chē)架之上，至于車(chē)門(mén)、沙板、引擎蓋、行李廂蓋等鈑件，則是另外再包覆于車(chē)體之外，因此車(chē)體與車(chē)架其實(shí)是屬于兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造。這種設(shè)計(jì)的最大好處，在于輕量化與剛性得以同時(shí)兼顧。由于鋼骨設(shè)計(jì)的車(chē)架必須通過(guò)許多接點(diǎn)來(lái)連結(jié)主梁和副梁，加之籠狀構(gòu)造也無(wú)法騰出較大的空間，因此除了制造上比較復(fù)雜、不利于大量生產(chǎn)。隨后單體結(jié)構(gòu)的車(chē)架在車(chē)壇上成為主流，籠狀的鋼骨車(chē)架也逐漸改由這種將車(chē)體與車(chē)架合二為一的單體車(chē)架所取代，這種單體車(chē)架一般以“底盤(pán)”稱(chēng)之。 關(guān)于單體車(chē)架，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將引擎室、車(chē)廂以及行李廂三個(gè)空間合而為一，這樣的好處除了便于大量生產(chǎn)，模組化的運(yùn)用也是其中主要的考慮。通過(guò)采取模組化生產(chǎn)的共用策略，車(chē)廠可以將同一具車(chē)架分別使用在數(shù)種不同的車(chē)款上，這樣也可節(jié)省不少研發(fā)經(jīng)費(fèi)。 除了有利于共用，車(chē)體車(chē)架也可以通過(guò)材料的不同來(lái)發(fā)揮輕量化的特性，鋁合金是 80 年代末期相當(dāng)熱門(mén)的一種工業(yè)材料，雖然重量比鐵輕，但是強(qiáng)度卻較差，因此如果要用鋁合金制成單體車(chē)架，雖然在重量上比起鐵制車(chē)架更占優(yōu)勢(shì)，但是強(qiáng)度卻無(wú)法達(dá)到和鐵制車(chē)架同樣的水準(zhǔn)。除非增加更多的鋁合金材料，利用更多的用量來(lái)彌補(bǔ)強(qiáng)度上的不足。不過(guò)這樣一來(lái)，重量必然會(huì)相對(duì)增加，而原本出于輕量化考量而采用鋁合金材料的動(dòng)機(jī)，當(dāng)然也就失去了意義。也正因?yàn)檫@個(gè)原因，鋁合金車(chē)架在車(chē)壇上并未成為主流，少數(shù)高性能跑車(chē)或是使用了強(qiáng)度更高的碳纖維，或是用碳纖維結(jié)合蜂巢狀?yuàn)A層鋁合金的復(fù)合材料取代了鋁合金。但是要用碳纖維制成單體車(chē)架，在制作上相當(dāng)復(fù)雜且費(fèi)時(shí)，成本也相對(duì)更高，所以至今仍無(wú)法普及到一般市售車(chē)上，而僅有少數(shù)售價(jià)高昂的跑車(chē)使用，這些是不可能用在載重貨車(chē)上的。 盡管鋁合金車(chē)架鮮有車(chē)廠使用，不過(guò)用鋼鐵車(chē)架搭配鋁合金鈑件的方式，近年來(lái)卻受到不少車(chē)廠的重視，這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以保留車(chē)架本身的強(qiáng)度，同時(shí)也可以通過(guò)鈑件的鋁合金化來(lái)取得輕量化效果，在研發(fā)成本上自然也不像碳纖維制的單體車(chē)架那樣昂貴。 載貨汽車(chē)行駛路況復(fù)雜車(chē)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。目前國(guó)內(nèi)商用車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)開(kāi)始從原有的單純經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)入優(yōu)化設(shè)計(jì)階段,主要特點(diǎn)是以有限元計(jì)算分析等手段輔助設(shè)計(jì),在零件試制之前對(duì)產(chǎn)品就有了初步判斷,可以提前解決相當(dāng)數(shù)量的設(shè)計(jì)問(wèn)題,但目前有限元分析還只局限在強(qiáng)度計(jì)算方面,壽命計(jì)算做的較少再有一點(diǎn)就是目前國(guó)內(nèi)車(chē)架的開(kāi)發(fā)很少經(jīng)過(guò)臺(tái)架強(qiáng)度和壽命試驗(yàn),而目前國(guó)內(nèi)各汽車(chē)生產(chǎn)廠車(chē)架臺(tái)架試驗(yàn)所需的硬件應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題,主要問(wèn)題缺少參數(shù)輸入方面的積累。另外,由于目前國(guó)內(nèi)還無(wú)法杜絕超載現(xiàn)象的存在,所以我們的車(chē)架設(shè)計(jì)偏于保守。相反,國(guó)外商用車(chē)車(chē)架開(kāi)發(fā)過(guò)程中有限元分析應(yīng)用比較廣泛,而且臺(tái)架試驗(yàn)應(yīng)用也被大量采用,有比較成熟的車(chē)架臺(tái)架試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),比如奧地利斯太爾公司的臺(tái)架試驗(yàn)現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟,車(chē)架總成在通過(guò)斯太爾的 250 小時(shí)脈沖臺(tái)架試驗(yàn)后只需要進(jìn)行 300 小時(shí)的場(chǎng)地試驗(yàn),檢驗(yàn)連接件的可靠性即可,通過(guò)這兩項(xiàng)試驗(yàn),車(chē)架的使用壽命可到 100 萬(wàn)公里,目前 BENZ，MAN 等公司仍利用斯太爾的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行車(chē)架臺(tái)架試驗(yàn),它們的車(chē)架如果不經(jīng)過(guò)脈沖試驗(yàn),整車(chē)不投產(chǎn)。從材料的使用情況看,目前在節(jié)油、輕量化的壓力下,國(guó)內(nèi)外重型商用車(chē)車(chē)架普遍采用了高強(qiáng)度鋼板,2S\500Mpa 的鋼板已經(jīng)廣泛應(yīng)用 從成型工藝方面看,傳統(tǒng)的縱梁制造工藝采用大型沖壓設(shè)備及大型模具沖壓成型,一次性生產(chǎn)準(zhǔn)備投入大,周期長(zhǎng),柔性化差,精度不高,很難適應(yīng)產(chǎn)品和市場(chǎng)的變化。而且,隨著縱梁所用材料強(qiáng)度等級(jí)的不斷提高,采用傳統(tǒng)制造工藝所需的沖壓設(shè)備會(huì)越來(lái)越大,對(duì)材料的成型性能要求也高,很難適應(yīng)發(fā)展的需要。所以目前普遍采用的是縱梁滾壓成型制造工藝,其特點(diǎn)是:柔性化好,精度高,一次性生產(chǎn)準(zhǔn)備投入小。歐美從 90 年代開(kāi)始逐漸提高了撞擊事故的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，這也是凸現(xiàn)出車(chē)架剛性重要的另一原因。許多車(chē)廠為了在撞擊事故發(fā)生時(shí)能夠確保車(chē)內(nèi)乘員的安全，惟有針對(duì)車(chē)架以及車(chē)體進(jìn)行全面強(qiáng)化，這也使得除了車(chē)架以外的強(qiáng)度有所改善，包括鈑件厚度的改變以及各種輔助梁的增設(shè)也成為各廠慣用的手法。不過(guò)在這樣的情況下，伴隨而來(lái)的是車(chē)重相對(duì)增加，這也正是歐美日許多市售車(chē)的重量比起 10 年前、20 年前增加不少的主要原因。 關(guān)于剛性的確保，大多數(shù)車(chē)廠在新車(chē)的設(shè)計(jì)階段，都是利用電腦計(jì)算出車(chē)架的剛性需求，并以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)。有些車(chē)廠在用電腦完成設(shè)計(jì)雛形后，還會(huì)再由專(zhuān)業(yè)的試車(chē)人員進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)凌源汽車(chē)制造有限公司汽車(chē)車(chē)架 U 型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線(xiàn)競(jìng)標(biāo)成功。 汽車(chē)車(chē)架 U 型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線(xiàn)是我公司繼兩年前成功設(shè)計(jì)制造了合肥江淮汽車(chē)廠汽車(chē)縱梁數(shù)控平板沖孔生產(chǎn)線(xiàn)的基礎(chǔ)上，在汽車(chē)縱梁數(shù)控沖孔方面的又一標(biāo)志性成果，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造汽車(chē)車(chē)架 U 型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線(xiàn)的空白。汽車(chē)車(chē)架 U 型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)制造成功，在汽車(chē)制造行業(yè)具有劃時(shí)代的意義，標(biāo)志著中國(guó)在汽車(chē)車(chē)架數(shù)控沖孔加工的生產(chǎn)設(shè)備方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，降低了汽車(chē)制造行業(yè)購(gòu)置汽車(chē)車(chē)架數(shù)控沖孔生產(chǎn)線(xiàn)的巨大費(fèi)用，積極推動(dòng)了中國(guó)汽車(chē)制造業(yè)的飛速發(fā)展，為中國(guó)汽車(chē)制造業(yè)早日與國(guó)際接軌奠定了基礎(chǔ)。 目前我國(guó)的車(chē)架企業(yè)基本擁有剪切、沖壓、焊接、鉚接、油漆、機(jī)加工六大工藝能力和完善的檢測(cè)手段、研究設(shè)計(jì)中心，具有 16 噸至 3000 噸的冷沖壓能力，具備了開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)各種類(lèi)型車(chē)架四、 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題1、運(yùn)用大學(xué)期間所學(xué)的專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)、理論和畢業(yè)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，設(shè)計(jì)一款重型貨車(chē)車(chē)架總成，確定各方面詳細(xì)參數(shù)，完善汽車(chē)車(chē)架，選擇合適的車(chē)架材料和加工工藝，保證車(chē)架的剛度和強(qiáng)度。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車(chē)架進(jìn)行校核。做出三維模擬圖。2、利用 ANSYS 有限元分析軟件對(duì)車(chē)架進(jìn)行靜態(tài)和模態(tài)分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)車(chē)架進(jìn)行優(yōu)化。五、 研究思路和方法1、首先采用類(lèi)比的方法，查閱目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上載重貨車(chē)的車(chē)架類(lèi)型及參數(shù)，分析消化，對(duì)已有的某一款車(chē)架作出改進(jìn)，重新確定其總成及參數(shù)。對(duì)車(chē)架的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行校核。2、分析貨車(chē)的各種典型行駛工況，確定其所受到的各種動(dòng)態(tài)載荷形式，利用 ANSYS 有限元分析軟件根據(jù)其所受載荷進(jìn)行靜態(tài)和模態(tài)分析，確定其強(qiáng)度及使用可靠性。3、根據(jù)分析結(jié)果對(duì)車(chē)架做出優(yōu)化改進(jìn)。六、 本課題的進(jìn)度安排第 3-4 周 查閱資料確定課題，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。查找翻譯英語(yǔ)譯文。 第 5-7 周 車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定車(chē)架總成，車(chē)架縱梁、橫梁確定，強(qiáng)度校核。第 8-9 周 車(chē)架二維圖紙，三維模型建立。第 10-13 周 對(duì)車(chē)架進(jìn)行有限元分析并作出優(yōu)化。第 14-15 周 寫(xiě)畢業(yè)論文，做畢業(yè)答辯。七、 參考文獻(xiàn)[1] 陳家瑞. 汽車(chē)構(gòu)造. 北京：人民交通出版社，2008,9.161～168[2] 余志生. 汽車(chē)?yán)碚? 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000,10.96～103[3] 尹輝俊 ,沈光烈. 貨車(chē)車(chē)架有限元分析[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì) 2005.11:26～38[4] 肖柳勝,劉健,袁艷艷,馬曉偉,吳漢川. 基于多工況的的重載壓裂車(chē)架靜動(dòng)態(tài)強(qiáng)度分析[J]. 西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015,2.[5] 胡亞莊,黃天澤.載重汽車(chē)與掛車(chē)的車(chē)架[M].北京:人民交通出版社,1964.[6] Dr.R.Rajappan，M.Vivekanandhan. 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