載重貨車車架設(shè)計及有限元分析【獨家課程畢業(yè)設(shè)計含UG三維1張CAD圖紙+帶開題報告+外文翻譯】
載重貨車車架設(shè)計及有限元分析
摘要
汽車車架是整個汽車的基體，是汽車設(shè)計中一個重要的環(huán)節(jié)。車架支撐著發(fā)動機離合器、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，也要有足夠的強度，以保證其有足夠的可靠性與壽命。同時，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)計還應(yīng)同時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)合貨車的各項參數(shù)，對車架進行設(shè)計。確定了車架總成以及縱梁橫梁的各項參數(shù)。運用solidworks軟件做出了車架的三維模型圖。同時利用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，同時對車架進行了模態(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；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 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 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 48
致謝 50
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載重貨車車架設(shè)計及有限元分析 學(xué)生： 學(xué)號： 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)計過程中，保證車架足夠的強度和剛度是很有必要的。 ? 車架的設(shè)計方法目前主要是經(jīng)驗設(shè)計法，同時結(jié)合有限元分析法對其進行靜力分析、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 ? 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 ? 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)計采用邊梁式車架。縱梁上、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)計車架的長度為整車的長度減去保險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)計取車架寬 860 ? 本次設(shè)計中共采用六根橫梁，其中第二根橫梁用來支撐發(fā)動機采用元寶梁，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 件所識別的 *分網(wǎng)格，生成有限元模型。 加載方式 車架在靜止時只承受懸架以上部分的載荷，包括駕駛室，發(fā)動機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，車架發(fā)生最為嚴(yán)重扭曲，此時車架受到的應(yīng)力及變形情況最為惡劣。給右前輪強制施加一個 10余三個輪按固定位移處理。 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 滿載制動工況 模擬車輛遇到緊急情況進行制動時的情況，本文研究的是滿載緊急制動工況，制動工況考慮前后車輪完全抱死的情況下，取附著系數(shù) φ=車制動時的最大減速度為 s。 滿載制動工況下位移云圖 滿載制動應(yīng)力云圖 滿載轉(zhuǎn)彎工況 汽車在行駛過程中，有時會遇到急轉(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)工況時車架與懸架連接處的內(nèi)部應(yīng)力超過材料的屈服強度，因此可以通過強度更高強度的材料來替換懸架與車架連接處的材料，達到更安全的目的。 同時還可以通過增大橫梁上的圓孔直徑來減少材料用量，已達到輕量化的目的。從經(jīng)濟方面考慮，也可以換用價格更低廉的材料。 模態(tài)分析 在汽車行駛時，所受的載荷大部分為動載荷。尤其是凹凸不平的路面，它對車輛產(chǎn)生隨機激勵。再加上發(fā)動機轉(zhuǎn)動產(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。 車架外部激勵分析 ? 根據(jù)發(fā)動機激勵計算公式 F=20τ（ z 為發(fā)動機缸數(shù)； τ 為發(fā)動機沖程數(shù)）和廠家提供的發(fā)動機數(shù)據(jù)，貨車發(fā)動機怠速激振頻率為 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)路面激勵頻率計算公式 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)分析與激勵總結(jié) ? 根據(jù)上述分析可知，發(fā)動機怠速時發(fā)出的激振頻率為 20～ 26低于車架的一階模態(tài)頻率，不會與車架發(fā)生共振。發(fā)動機最大功率轉(zhuǎn)速時的激振頻率為 86于四階模態(tài)頻率和五階模態(tài)頻率之間，也不會與車架發(fā)生共振，發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速時的激振頻率為 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。因此貨車在行駛過程中，不會因路面的激勵而產(chǎn)生車架共振。 謝謝各位答辯老師的評審，請各位老師指正！