載重貨車車架設(shè)計(jì)及有限元分析【獨(dú)家課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含UG三維1張CAD圖紙+帶開題報(bào)告+外文翻譯】

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載重貨車車架設(shè)計(jì)及有限元分析

摘要

汽車車架是整個(gè)汽車的基體，是汽車設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。車架支撐著發(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有簧上質(zhì)量的重要機(jī)件，承受著傳給它的各種力和力矩。因此，車架必須要有足夠的彎曲剛度，也要有足夠的強(qiáng)度，以保證其有足夠的可靠性與壽命。同時(shí)，隨著現(xiàn)在汽車的發(fā)展，載重貨車的乘坐舒適性，操控性能也在不斷提高，因此車架的設(shè)計(jì)還應(yīng)同時(shí)兼顧舒適性和操控性。

本文以商用載重貨車為研究目標(biāo)，結(jié)合貨車的各項(xiàng)參數(shù)，對車架進(jìn)行設(shè)計(jì)。確定了車架總成以及縱梁橫梁的各項(xiàng)參數(shù)。運(yùn)用solidworks軟件做出了車架的三維模型圖。同時(shí)利用ANSYS WORKBENCH有限元分析軟件對車架的四種典型工況做出靜力分析，得到各種工況下的變形情況和應(yīng)力分布情況，同時(shí)對車架進(jìn)行了模態(tài)分析。最后根據(jù)分析結(jié)果對車架做出優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞: 載重貨車；車架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；有限元分析

目錄

摘要 I

ABSTRACT II

1 緒論 1

1.1車架總成概述 1

1.2國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展 2

2 車架總成設(shè)計(jì) 6

2.1參考車型及其參數(shù) 6

2.2車架類型的選擇 6

2.3車架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 11

2.4車架的輕量化 13

2.5車架的參數(shù)設(shè)計(jì) 13

3 車架的有限元靜力學(xué)分析 19

3.1車架幾何模型的建立 19

3.2車架有限元模型的建立 19

3.3車架的靜力學(xué)分析 21

3.4 基于靜力分析的車架輕量化 35

4  車架的模態(tài)分析 37

4.1車架模態(tài)分析的基本理論 37

4.2車架有限元模態(tài)分析結(jié)果 39

4.3車架外部激勵(lì)分析 43

5 總結(jié)與展望 46

5.1總結(jié) 46

5.2工作展望 46

參考文獻(xiàn) 48

致謝 50

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載重貨車車架設(shè)計(jì)及有限元分析 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 選題背景 車架是汽車的裝配基體和承載基體，支承連接汽車的各總成或零部件，下面與輪轂板簧連接。車架不僅承擔(dān)質(zhì)量載荷，還承受汽車行駛過程中產(chǎn)生的各種力和力矩。因此在設(shè)計(jì)過程中，保證車架足夠的強(qiáng)度和剛度是很有必要的。 ? 車架的設(shè)計(jì)方法目前主要是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，同時(shí)結(jié)合有限元分析法對其進(jìn)行靜力分析、模態(tài)分析和疲勞分析。 ? 本文基于福田奧鈴 對其進(jìn)行靜力分析和模態(tài)分析 主要內(nèi)容 ? 車架類型選擇及總成參數(shù)設(shè)計(jì) ? 建立車架的三維模型 ? 靜力分析 ? 模態(tài)分析 車架類型選擇及總成參數(shù)設(shè)計(jì) ? 車架的結(jié)構(gòu)形式可以分為邊梁式、中梁式和綜合式。邊梁式車架由兩根縱梁和若干根橫梁組成，其優(yōu)點(diǎn)是彎曲剛度較大，便于安裝，易于改裝，因此被廣泛應(yīng)用。 ? 中梁式車架只有一根位于中央而貫穿汽車全長的縱梁 ，優(yōu)點(diǎn)是有較好的抗扭轉(zhuǎn)剛度和較大的前輪轉(zhuǎn)向角，但是制造工藝復(fù)雜，精度要求高，故目前應(yīng)用較少。 ? 綜合式車架是由邊梁式和中梁式車架聯(lián)合構(gòu)成的。此種結(jié)構(gòu)在轎車上使用較多。 ? 綜合考慮本次設(shè)計(jì)采用邊梁式車架?？v梁上、下表面為平直，斷面呈槽形。 車架總成參數(shù)的確定 ? 本次設(shè)計(jì)車架的長度為整車的長度減去保險(xiǎn)杠最前端到車架最前端的距離確定總長為 8400架前懸為 1150距為 4700架后懸為 2550架寬度根據(jù)我國（汽 132定“車架寬度標(biāo)準(zhǔn)為 865 ± 5毫米”。根據(jù)汽車設(shè)計(jì)取車架寬 860 ? 本次設(shè)計(jì)中共采用六根橫梁，其中第二根橫梁用來支撐發(fā)動(dòng)機(jī)采用元寶梁，其他梁均采用斷面為槽型的梁。橫梁與縱梁之間的連接方式采用鉚接加焊接的方式。橫梁鉚接在直角鋼上，直角鋼通過螺栓連接在縱梁腹板上。 建立車架的三維實(shí)體模型 本文用 建立車架的有限元模型 在 模型轉(zhuǎn)化為 件所識(shí)別的 *分網(wǎng)格，生成有限元模型。 加載方式 車架在靜止時(shí)只承受懸架以上部分的載荷，包括駕駛室，發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱以及滿載油箱等。這些載荷分布在車架結(jié)構(gòu)上，有的做均布載荷處理，平均分配到縱梁上；有的做集中力處理，作用在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上。 滿載彎曲工況 滿載彎曲工況是模擬汽車在滿載狀態(tài)下，四輪著地在良好路面上勻速行駛時(shí)車架對其所承受的重量的響應(yīng)。 滿載彎曲工況內(nèi)部應(yīng)力云圖 滿載彎曲工況下位移云圖 30%超載彎曲工況 ? 與滿載相比，后車架貨箱位置多施加 30%負(fù)載 ，把貨箱載重增加 30%,是車架的一種極限工況。 30%超載位移云圖 30%超載 應(yīng)力云圖 最大應(yīng)力出現(xiàn)在后輪后支撐處 滿載扭轉(zhuǎn)工況 扭轉(zhuǎn)工況主要是模擬汽車一側(cè)輪胎駛?cè)氚伎踊蚴怯龅酵蛊鹫系K物時(shí)，車架發(fā)生最為嚴(yán)重扭曲，此時(shí)車架受到的應(yīng)力及變形情況最為惡劣。給右前輪強(qiáng)制施加一個(gè) 10余三個(gè)輪按固定位移處理。 滿載扭轉(zhuǎn)工況下的位移云圖 滿載扭轉(zhuǎn)工況下應(yīng)力云圖 滿載制動(dòng)工況 模擬車輛遇到緊急情況進(jìn)行制動(dòng)時(shí)的情況，本文研究的是滿載緊急制動(dòng)工況，制動(dòng)工況考慮前后車輪完全抱死的情況下，取附著系數(shù) φ=車制動(dòng)時(shí)的最大減速度為 s。 滿載制動(dòng)工況下位移云圖 滿載制動(dòng)應(yīng)力云圖 滿載轉(zhuǎn)彎工況 汽車在行駛過程中，有時(shí)會(huì)遇到急轉(zhuǎn)彎的情況，因此離心力的作用，車架將受到側(cè)向加速度。按緊急右轉(zhuǎn)的極限狀態(tài)。轉(zhuǎn)彎狀況下車速按 20km/彎半徑按 10 根據(jù) a= 計(jì)算出側(cè)向加速度 滿載轉(zhuǎn)彎應(yīng)力云圖 滿載轉(zhuǎn)彎工況下位移云圖 分析小結(jié) 通過對車架四種典型工況靜態(tài)分析可以看出，貨車在除扭轉(zhuǎn)工況外，其余各種工況下，安全系數(shù)均大于 1，就算在超載 30%以后，車架的安全系數(shù)仍然大于 有在扭轉(zhuǎn)工況時(shí)車架與懸架連接處的內(nèi)部應(yīng)力超過材料的屈服強(qiáng)度，因此可以通過強(qiáng)度更高強(qiáng)度的材料來替換懸架與車架連接處的材料，達(dá)到更安全的目的。 同時(shí)還可以通過增大橫梁上的圓孔直徑來減少材料用量，已達(dá)到輕量化的目的。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，也可以換用價(jià)格更低廉的材料。 模態(tài)分析 在汽車行駛時(shí)，所受的載荷大部分為動(dòng)載荷。尤其是凹凸不平的路面，它對車輛產(chǎn)生隨機(jī)激勵(lì)。再加上發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生激振頻率。如果這幾種激振頻率與車架的固有頻率相同或是接近，產(chǎn)生共振。因此我們有必要通過模態(tài)分析可以得到車架的固有頻率和主要振型。避免共振的發(fā)生。 車架外部激勵(lì)分析 ? 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)計(jì)算公式 F=20τ（ z 為發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)； τ 為發(fā)動(dòng)機(jī)沖程數(shù)）和廠家提供的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，貨車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速激振頻率為 20～26大功率激振頻率為 86大轉(zhuǎn)矩激振頻率為 43 ? 路面對車架激勵(lì)的頻率，不僅與路面狀況有關(guān)，還與車速有關(guān)。根據(jù)路面激勵(lì)頻率計(jì)算公式 f= ）重型貨車主要行駛的 3種路面產(chǎn)生的激振頻率 模態(tài)分析與激勵(lì)總結(jié) ? 根據(jù)上述分析可知，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)發(fā)出的激振頻率為 20～ 26低于車架的一階模態(tài)頻率，不會(huì)與車架發(fā)生共振。發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速時(shí)的激振頻率為 86于四階模態(tài)頻率和五階模態(tài)頻率之間，也不會(huì)與車架發(fā)生共振，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速時(shí)的激振頻率為 43車架三階模態(tài)頻率 架可能發(fā)生共振。此時(shí)可以通過增加配重或是更改橫梁位置等方法更改車架的三階模態(tài)頻率，防止車架發(fā)生共振。車架的一階模態(tài)頻率均大于 3種路況所產(chǎn)生的路面激勵(lì)。因此貨車在行駛過程中，不會(huì)因路面的激勵(lì)而產(chǎn)生車架共振。 謝謝各位答辯老師的評審，請各位老師指正！