基于ProE及ANSYS的輕型載貨汽車(chē)車(chē)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(chē)架工作作狀態(tài)比比較復(fù)雜雜，無(wú)法法用簡(jiǎn)單單的數(shù)學(xué)學(xué)方法對(duì)對(duì)其進(jìn)行行準(zhǔn)確的的分析計(jì)計(jì)算，而而采用有有限元方方法可以以對(duì)車(chē)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(chē)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。首先確定定輕型貨貨車(chē)的總總體布置置形式，在此基基礎(chǔ)上選選擇各總總成的相相關(guān)參數(shù)數(shù)。然后后初選車(chē)架架橫、縱縱梁的尺尺寸參數(shù)數(shù)，運(yùn)用用材料力力學(xué)對(duì)車(chē)車(chē)架進(jìn)行行強(qiáng)度與與剛度校校核。經(jīng)過(guò)優(yōu)化化完成對(duì)對(duì)車(chē)架的的結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)。其次，運(yùn)運(yùn)用Prro/EE軟件建立立車(chē)架三三維模型型。在滿(mǎn)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)構(gòu)力學(xué)特特征的前前提下，對(duì)車(chē)架架結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行

2、了保留主主要承載載橫梁的的簡(jiǎn)化。最后，使使用有限限元分析析軟件AANSYYS 112.00從彎曲和和扭轉(zhuǎn)兩兩大方向向?qū)?chē)架架進(jìn)行強(qiáng)強(qiáng)度、剛剛度分析析。結(jié)合合車(chē)架工工作實(shí)際際，對(duì)其其進(jìn)行了了滿(mǎn)載、前側(cè)偏偏載、單單側(cè)偏載載和單側(cè)側(cè)扭轉(zhuǎn)、雙側(cè)扭扭轉(zhuǎn)等工工況的分分析及對(duì)對(duì)比，保保證了車(chē)架結(jié)結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足足實(shí)際使使用要求求。關(guān)鍵詞：車(chē)架；Proo/E；ANSSYS；強(qiáng)度；剛度ABSTTRACCTIn aaddiitioon, thee woork conndittionn off caarriier carr iss exxtreemelly bbad, annd sstreess conndittionn

3、iss allso commpleex, it is unaablee too usse ssimpple matthemmatiicall meethood ffor acccuraate anaalyssis of thee caalcuulattionn, aand thee fiinitte eelemmentt meethood ccan be useed tto aanallyzee thhe sstattic andd dyynammic perrforrmannce of thee frramee moore acccuraatelly, so thaat tthe dessi

4、gnn off frramee wiill go froom tthe expperiiencce ddesiign intto tthe sciienttifiic ddesiign staage.Firsstlyy, tthe oveeralll llayoout of LGVV iss deeterrminned, onn thhis bassis, seelecctedd paarammeters off evveryy asssemmblyy. TThenn beeamss annd sstriingeers diimennsioons of thee frramee arresee

5、lecctedd, tthe strrenggth andd sttifffnesss oon tthe fraame aree chheckked by Mecchannicss off Maaterrialls. Aftter alll, tthe fraame is dessignned aftter feeedbaack.Secoondlly, thee 3DD moodell iss crreatted useed PPro/E. In faiithfful of thee sttruccturres mmechhaniicall chharaacteerissticcs, it i

6、s neccesssaryy too siimpllifyy thhe ggeommetrry.Finaallyy, oon ttwo dirrecttionns oof tthe benndinng aand thee reeverrse to anaalyzze tthe strrenggth andd sttifffnesss oon tthe fraame useed AANSYYS 112.00. WWithh thhe fframmess acctuaal wworkk chharaacteerissticcs,tthe fraame is anaalyzzed undder th

7、ee fuull, thhe ffronnt ssidee off thhe pparttiall looad, thhe uunillateerall paartiial loaad aand thee unnilaaterral revversse, thee reeverrse siddes conndittionns, guaarannteee thhe fframme sstruuctuure meeet tthe mecchannicaal rrequuireemennts. Key worrds：Fraame;Proo/E; ANNASYYS ; Sttrenngthh; SSt

8、ifffnee目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296586705 摘要 PAGEREF _Toc296586705 h I HYPERLINK l _Toc296586706 Absttracct PAGEREF _Toc296586706 h III HYPERLINK l _Toc296586707 第 1 章 緒緒論 PAGEREF _Toc296586707 h 1 HYPERLINK l _Toc296586708 1.1 研究的的目的和和意義 PAGEREF _Toc296586708 h 11 HYPERLINK l _Toc296586709

9、 1.2 研究背背景 PAGEREF _Toc296586709 h 3 HYPERLINK l _Toc296586710 1.3 車(chē)架有有限元法法國(guó)內(nèi)外外研究現(xiàn)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc296586710 h 4 HYPERLINK l _Toc296586711 1.4 主要設(shè)設(shè)計(jì)內(nèi)容容 PAGEREF _Toc296586711 h 6 HYPERLINK l _Toc296586712 第 2 章 車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)構(gòu)方案的的選擇 PAGEREF _Toc296586712 h 77 HYPERLINK l _Toc296586713 2.1 車(chē)架的的設(shè)計(jì)要要求 PAGEREF _Toc

10、296586713 h 7 HYPERLINK l _Toc296586714 2.2 車(chē)架的的結(jié)構(gòu)型型式 PAGEREF _Toc296586714 h 7 HYPERLINK l _Toc296586715 2.3 橫梁、縱梁及及其聯(lián)接接型式 PAGEREF _Toc296586715 h 111 HYPERLINK l _Toc296586716 2.4 車(chē)架的的制造工工藝 PAGEREF _Toc296586716 h 122 HYPERLINK l _Toc296586717 2.5 本章小小結(jié) PAGEREF _Toc296586717 h 133 HYPERLINK l _Toc

11、296586718 第 3 章 車(chē)車(chē)架的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì) PAGEREF _Toc296586718 h 14 HYPERLINK l _Toc296586719 3.1 車(chē)架橫橫、縱梁梁設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296586719 h 114 HYPERLINK l _Toc296586720 3.2 車(chē)架的的彎矩及及彎曲應(yīng)應(yīng)力計(jì)算算 PAGEREF _Toc296586720 h 15 HYPERLINK l _Toc296586721 3.3 車(chē)架的的撓度計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc296586721 h 188 HYPERLINK l _Toc296586722 3.4 縱梁鋼鋼板

12、彈簧簧跨度計(jì)計(jì)算 PAGEREF _Toc296586722 h 199 HYPERLINK l _Toc296586723 3.5 本章小小結(jié) PAGEREF _Toc296586723 h 200 HYPERLINK l _Toc296586724 第 4 章 車(chē)車(chē)架三維維模型的的建立 PAGEREF _Toc296586724 h 221 HYPERLINK l _Toc296586725 4.1 Proo/E軟軟件介紹紹 PAGEREF _Toc296586725 h 21 HYPERLINK l _Toc296586726 4.2 三維模模型的建建立 PAGEREF _Toc2965

13、86726 h 222 HYPERLINK l _Toc296586727 4.3 本章小小結(jié) PAGEREF _Toc296586727 h 255 HYPERLINK l _Toc296586728 第 5 章 車(chē)車(chē)架靜態(tài)態(tài)有限元元分析 PAGEREF _Toc296586728 h 226 HYPERLINK l _Toc296586729 5.1 有限元元概述 PAGEREF _Toc296586729 h 226 HYPERLINK l _Toc296586730 5.2 ANSSYS Worrkbeenchh 122.0概概述 PAGEREF _Toc296586730 h 300

14、 HYPERLINK l _Toc296586731 5.3 車(chē)架有有限元模模型的建建立 PAGEREF _Toc296586731 h 322 HYPERLINK l _Toc296586732 5.4 車(chē)架彎彎曲工況況分析 PAGEREF _Toc296586732 h 334 HYPERLINK l _Toc296586733 5.4.1 滿(mǎn)滿(mǎn)載工況況分析 PAGEREF _Toc296586733 h 334 HYPERLINK l _Toc296586734 5.4.2 前前側(cè)偏載載工況分分析 PAGEREF _Toc296586734 h 355 HYPERLINK l _Toc2

15、96586735 5.4.3 單單側(cè)偏載載工況分分析 PAGEREF _Toc296586735 h 366 HYPERLINK l _Toc296586736 5.5 局部分分析 PAGEREF _Toc296586736 h 377 HYPERLINK l _Toc296586737 5.6 車(chē)架扭扭轉(zhuǎn)工況況分析 PAGEREF _Toc296586737 h 338 HYPERLINK l _Toc296586738 5.6.1 單單側(cè)扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)工況分分析 PAGEREF _Toc296586738 h 388 HYPERLINK l _Toc296586739 5.6.2 雙雙側(cè)扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)工況

16、分分析 PAGEREF _Toc296586739 h 400 HYPERLINK l _Toc296586740 5.7 各工況況分析結(jié)結(jié)果總結(jié)結(jié) PAGEREF _Toc296586740 h 41 HYPERLINK l _Toc296586741 5.8 本章小小結(jié) PAGEREF _Toc296586741 h 411 HYPERLINK l _Toc296586742 結(jié)論 PAGEREF _Toc296586742 h 422 HYPERLINK l _Toc296586743 參考文獻(xiàn)獻(xiàn) PAGEREF _Toc296586743 h 43 HYPERLINK l _Toc29

17、6586744 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 53緒論研究的目目的和意意義在汽車(chē)制制造市場(chǎng)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日日益激烈烈的今天天，汽車(chē)車(chē)制造技技術(shù)越來(lái)來(lái)越先進(jìn)進(jìn)，作為為載貨汽汽車(chē)主要要承載結(jié)結(jié)構(gòu)的車(chē)車(chē)架，它它們的質(zhì)質(zhì)量和結(jié)結(jié)構(gòu)

18、形式式直接影影響車(chē)身身的壽命命和整車(chē)車(chē)性能，如動(dòng)力力性、經(jīng)經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)穩(wěn)定性。汽車(chē)的的輕量化化，就是是在保證證汽車(chē)的的強(qiáng)度和和安全性性能的前前提下，盡可能能地降低低汽車(chē)的的整備質(zhì)質(zhì)量，從從而提高高汽車(chē)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)驗(yàn)證證明，汽汽車(chē)質(zhì)量量降低一一半，燃燃料消耗耗也會(huì)降降低將近近一半。當(dāng)前，由于環(huán)環(huán)保和節(jié)節(jié)能的需需要，汽汽車(chē)的輕輕量化已已經(jīng)成為為世界汽汽車(chē)發(fā)展展的潮流流。輕量量化是221世紀(jì)紀(jì)整車(chē)發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)之一，減輕汽汽車(chē)質(zhì)量量意味著著節(jié)約了了能源和和材料。車(chē)輛設(shè)設(shè)計(jì)中，在滿(mǎn)足足載貨汽汽車(chē)運(yùn)營(yíng)營(yíng)中對(duì)車(chē)車(chē)架的剛剛度、強(qiáng)強(qiáng)度及工工藝改造造等因素素要求的的同時(shí)，

19、應(yīng)當(dāng)盡盡可能減減輕它們們的質(zhì)量量和降低低制造成成本。車(chē)架結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)的的主要目目的在于于確保車(chē)車(chē)架強(qiáng)度度、剛度度和動(dòng)態(tài)態(tài)性能的的前提下下，減輕輕車(chē)架的的質(zhì)量，由此不不僅可以以減少鋼鋼材和燃燃油的消消耗，減減少污染染排放，提高車(chē)車(chē)速，改改善汽車(chē)車(chē)起動(dòng)和和制動(dòng)性性能，而而且可有有效減少少振動(dòng)和和噪聲，增加汽汽車(chē)和公公路使用用壽命。但我國(guó)國(guó)的汽車(chē)車(chē)工業(yè)存存在自己己的特殊殊性：一一是引進(jìn)進(jìn)國(guó)外設(shè)設(shè)計(jì)，國(guó)國(guó)產(chǎn)化生生產(chǎn)；二二是仿制制或改裝裝設(shè)計(jì)，自己獨(dú)獨(dú)立開(kāi)發(fā)發(fā)設(shè)計(jì)的的新產(chǎn)品品很少。國(guó)內(nèi)許許多廠家家在載貨貨汽車(chē)的的設(shè)計(jì)、制造和和改進(jìn)過(guò)過(guò)程中仍仍主要依依靠和沿沿用傳統(tǒng)統(tǒng)的手工工設(shè)計(jì)方方法和設(shè)設(shè)計(jì)理念念，從而而

20、造成產(chǎn)產(chǎn)品存在在缺陷或或結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)的不不合理，目前國(guó)國(guó)產(chǎn)載貨貨汽車(chē)普普遍存在在的問(wèn)題題是整車(chē)車(chē)協(xié)調(diào)性性較差；局部材材料強(qiáng)度度余量較較大，無(wú)無(wú)法預(yù)先先判斷，造成材材料的浪浪費(fèi)；在在車(chē)輛實(shí)實(shí)際使用用過(guò)程中中出現(xiàn)局局部強(qiáng)度度不足。所以，產(chǎn)品國(guó)國(guó)產(chǎn)化或或改裝后后，在使使用過(guò)程程中往往往會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)強(qiáng)度、壽命、振動(dòng)、噪聲等等方面的的問(wèn)題。這些問(wèn)問(wèn)題影響響了我國(guó)國(guó)載貨汽汽車(chē)產(chǎn)品品質(zhì)量，造成了了使用中中的安全全隱患。由于缺缺乏必要要的理論論分析，我國(guó)載載貨汽車(chē)車(chē)制造廠廠家對(duì)有有問(wèn)題的的區(qū)域往往往采取取局部加加強(qiáng)的方方法，這這不但需需要進(jìn)行行多次全全面的實(shí)實(shí)車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)才能確確定其有有效性，而且會(huì)會(huì)導(dǎo)致整整車(chē)整備備質(zhì)

21、量的的不斷增增加。另另外，對(duì)對(duì)一些結(jié)結(jié)構(gòu)上的的改進(jìn)和和優(yōu)化，由于缺缺少一定定的理論論依據(jù)，往往得得不到很很好的實(shí)實(shí)施，因因此開(kāi)展展載貨汽汽車(chē)車(chē)架架結(jié)構(gòu)強(qiáng)強(qiáng)度的計(jì)計(jì)算工作作，在滿(mǎn)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)度和和剛度的的前提下下，合理理地進(jìn)行行結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)，以以達(dá)到輕輕量化的的目的、對(duì)車(chē)架架結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)具有有重要意意義。此此外，為為了加速速企業(yè)的的新產(chǎn)品品開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步步提高產(chǎn)產(chǎn)品的性性能和科科技含量量，必須須對(duì)現(xiàn)有有的車(chē)型型進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度度、剛度度分析計(jì)計(jì)算和動(dòng)動(dòng)態(tài)特性性分析研研究工作作，為新新車(chē)型的的研制開(kāi)開(kāi)發(fā)提供供借鑒和和校核方方法11。隨著著經(jīng)濟(jì)全全球化進(jìn)進(jìn)程的加加快，汽汽車(chē)工業(yè)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)日益加加劇，汽汽車(chē)巨

22、頭頭們都在在加緊新新車(chē)型的的設(shè)計(jì)開(kāi)開(kāi)發(fā)，由由于發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)、底底盤(pán)設(shè)計(jì)計(jì)制造技技術(shù)基本本成熟，新車(chē)型型便主要要體現(xiàn)在在電子設(shè)設(shè)備和車(chē)車(chē)架造型型的更新新上。同同時(shí)，為為減少新新車(chē)型的的開(kāi)發(fā)成成本、縮縮短新車(chē)車(chē)型的開(kāi)開(kāi)發(fā)周期期、提高高新產(chǎn)品品的市場(chǎng)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力力，全球球各大汽汽車(chē)公司司普遍實(shí)實(shí)施了“平臺(tái)戰(zhàn)戰(zhàn)略”，車(chē)架架的開(kāi)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(chē)車(chē)車(chē)架是是載貨車(chē)車(chē)的基體體，一般般由兩根根縱梁和和幾根橫橫梁組成成，經(jīng)由由懸掛裝裝置。前前橋、后后橋支承承在車(chē)輪輪上，具具有足夠夠的強(qiáng)度度和剛度度以承受受汽車(chē)的的載荷和和從車(chē)輪輪傳來(lái)的的沖擊。要評(píng)價(jià)價(jià)車(chē)架設(shè)設(shè)計(jì)和結(jié)結(jié)構(gòu)的好好壞，首首先應(yīng)該該清

23、楚了了解的是是車(chē)輛在在行駛時(shí)時(shí)車(chē)架所所要承受受的各種種不同的的力。然然而對(duì)車(chē)車(chē)架進(jìn)行行靜、動(dòng)動(dòng)態(tài)性能能的研究究，用經(jīng)經(jīng)典力學(xué)學(xué)方法很很難得到到精確的的優(yōu)化解解，為了了能夠計(jì)計(jì)算出車(chē)車(chē)架的剛剛度和強(qiáng)強(qiáng)度，往往往對(duì)車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行較較多的假假設(shè)和簡(jiǎn)簡(jiǎn)化，計(jì)計(jì)算模型型只能構(gòu)構(gòu)造的比比較簡(jiǎn)單單，與實(shí)實(shí)際的結(jié)結(jié)構(gòu)形狀狀相差很很大。在在計(jì)算機(jī)機(jī)和計(jì)算算機(jī)技術(shù)術(shù)飛速發(fā)發(fā)展并廣廣泛應(yīng)用用的今天天，采用用近似的的數(shù)值解解己成為為較為現(xiàn)現(xiàn)實(shí)又非非常有效效的選擇擇。實(shí)踐踐和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證明，在眾多多近似分分析方法法中，有有限單元元法是運(yùn)運(yùn)用最為為成功、最為有有效的數(shù)數(shù)值計(jì)算算方法。在汽車(chē)車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)中采采用有限限元法進(jìn)進(jìn)

24、行分析析，是近近幾十年年來(lái)發(fā)展展起來(lái)的的計(jì)算方方法和技技術(shù)。有有限元法法的獨(dú)特特優(yōu)點(diǎn)是是能夠解解決結(jié)構(gòu)構(gòu)形狀和和邊界條條件都非非常任意意的力學(xué)學(xué)問(wèn)題。早期由由于有限限元法所所要求解解的問(wèn)題題計(jì)算規(guī)規(guī)模都比比較大，而計(jì)算算機(jī)的速速度和容容量有限限，所以以造成有有限元法法在使用用上的局局限性。現(xiàn)在這這些問(wèn)題題已經(jīng)解解決，只只要注意意所建有有限元模模型中各各種支承承、連接接關(guān)系盡盡量與實(shí)實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)相符，載荷和和動(dòng)態(tài)分分析中的的激勵(lì)能能反映實(shí)實(shí)際情況況，特別別是動(dòng)態(tài)態(tài)載荷的的變化曲曲線(xiàn)的精精確獲得得以及在在計(jì)算中中如何加加載，行行駛、制制動(dòng)、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎工況況的載荷荷和約束束如何正正確選擇擇等問(wèn)題題，就可可

25、以得到到滿(mǎn)足精精度要求求的有限限元分析析結(jié)果。汽車(chē)車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)分分析的主主要目的的是查明明車(chē)架內(nèi)內(nèi)部各點(diǎn)點(diǎn)的應(yīng)力力、形變變和相對(duì)對(duì)位移，找出其其固有頻頻率及振振型，從從靜、動(dòng)動(dòng)兩個(gè)方方面檢驗(yàn)驗(yàn)車(chē)架結(jié)結(jié)構(gòu)的合合理性。隨著現(xiàn)代代汽車(chē)設(shè)設(shè)計(jì)要求求的日益益提高，將有限限元法運(yùn)運(yùn)用于車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)計(jì)已經(jīng)成成為必然然的趨勢(shì)勢(shì)，主要要體現(xiàn)在在：（）運(yùn)運(yùn)用有限限元法對(duì)對(duì)初步設(shè)設(shè)計(jì)的車(chē)車(chē)架進(jìn)行行輔助分分析將大大大提高高車(chē)架開(kāi)開(kāi)發(fā)、設(shè)設(shè)計(jì)、分分析和制制造的效效能和車(chē)車(chē)架的性性能。（）車(chē)車(chē)架在各各種載荷荷作用下下，將發(fā)發(fā)生彎曲曲、偏心心扭轉(zhuǎn)和和整體扭扭轉(zhuǎn)等變變形。傳傳統(tǒng)的車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)計(jì)方法很很難綜合合考慮汽汽車(chē)

26、的復(fù)復(fù)雜受力力及變形形情況，有限元元法能夠夠很好的的解決這這一問(wèn)題題。（）利利用有限限元法進(jìn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)模態(tài)分分析，可可以得到到車(chē)架結(jié)結(jié)構(gòu)的動(dòng)動(dòng)態(tài)特性性。從設(shè)設(shè)計(jì)上避避免車(chē)架架出現(xiàn)共共振的現(xiàn)現(xiàn)象。（）通通過(guò)對(duì)車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)構(gòu)的優(yōu)化化設(shè)計(jì)，可以進(jìn)進(jìn)一步降降低車(chē)架架的重量量，在保保證車(chē)架架性能的的前提下下充分的的節(jié)省材材料，對(duì)對(duì)降低車(chē)車(chē)架的成成本具有有重要的的意義。綜上所述述，有限限元法已已經(jīng)成為為現(xiàn)代汽汽車(chē)設(shè)計(jì)計(jì)的重要要工具之之一，在在汽車(chē)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(lái)來(lái)越高的的今天，對(duì)于提提高汽車(chē)車(chē)產(chǎn)品的的質(zhì)量、降低產(chǎn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)發(fā)與生產(chǎn)產(chǎn)制造成成本，提提高汽車(chē)車(chē)產(chǎn)品

27、在在市場(chǎng)上上的競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)能力具具有重要要意義2-33。研究背景景汽車(chē)問(wèn)世世百余年年來(lái)，特特別是從從汽車(chē)產(chǎn)產(chǎn)品的大大批量生生產(chǎn)及汽汽車(chē)工業(yè)業(yè)的大發(fā)發(fā)展以來(lái)來(lái)，汽車(chē)車(chē)為世界界經(jīng)濟(jì)的的大發(fā)展展、為人人類(lèi)進(jìn)入入現(xiàn)代生生活產(chǎn)生生了無(wú)法法估量的的巨大影影響。今今天，在在發(fā)達(dá)國(guó)國(guó)家，汽汽車(chē)的普普及已經(jīng)經(jīng)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(chē)223輛；雖雖然中國(guó)國(guó)的汽車(chē)車(chē)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，但是由由于中國(guó)國(guó)巨大的的市場(chǎng)和和國(guó)際汽汽車(chē)工業(yè)業(yè)對(duì)中國(guó)國(guó)汽車(chē)工工業(yè)的影影響，中中國(guó)汽車(chē)車(chē)工業(yè)經(jīng)經(jīng)過(guò)500年的風(fēng)風(fēng)雨歷程程，已形形成一個(gè)個(gè)比較完完整的工工業(yè)體系系。任何問(wèn)題題都有兩兩面性，

28、汽車(chē)工工業(yè)的發(fā)發(fā)展為人人們帶入入現(xiàn)代生生活的同同時(shí)也帶帶來(lái)了許許多問(wèn)題題4-5。例如，一、能能源問(wèn)題題，每年年汽車(chē)的的石油消消耗量保保持在1100億億桶，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(kāi)開(kāi)采幾十十年，煤煤炭資源源也只夠夠開(kāi)采一一百來(lái)年年，人類(lèi)類(lèi)面臨著著嚴(yán)重的的能源危危機(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(chē)工業(yè)業(yè)同樣不不可避免免。二、環(huán)境問(wèn)問(wèn)題，汽汽車(chē)每年年向大氣氣排放大大約幾億億噸的有有害氣體體，占大大氣污染染物的660以上，被認(rèn)為為大氣污污染的“頭號(hào)殺殺手”。汽車(chē)車(chē)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

29、效應(yīng)近年年來(lái)傾向向日趨明明顯。汽車(chē)作為為現(xiàn)代化化社會(huì)大大工業(yè)的的產(chǎn)物，在推動(dòng)動(dòng)人類(lèi)文文明向前前躍進(jìn)并并給人類(lèi)類(lèi)生活帶帶來(lái)了便便捷舒適適的同時(shí)時(shí)，對(duì)大大自然生生態(tài)環(huán)境境的惡化化也有著著難以推推卸的責(zé)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(lái)的的能源危危機(jī)，節(jié)節(jié)能環(huán)保保技術(shù)越越來(lái)越多多為廣大大汽車(chē)公公司所采采用。汽汽車(chē)輕量量化是汽汽車(chē)節(jié)能能環(huán)保關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)之一，各國(guó)和和相關(guān)的的汽車(chē)公公司投入入大量資資金和人人力進(jìn)行行相關(guān)研研究，研研究涉及及汽車(chē)材材料、汽汽車(chē)設(shè)計(jì)計(jì)思想和和汽車(chē)相相關(guān)的材材料成型型技術(shù)，從而促促進(jìn)了相相關(guān)汽車(chē)車(chē)設(shè)計(jì)理理念、制制造工藝藝、汽車(chē)車(chē)零部件

30、件成型技技術(shù)迅速速發(fā)展。汽車(chē)自身身質(zhì)量的的大小是是影響燃燃油消耗耗的重要要因素之之一，所所以汽車(chē)車(chē)設(shè)計(jì)輕輕量化成成為發(fā)展展趨勢(shì)。近年來(lái)來(lái)，世界界石油資資源緊張張，油價(jià)價(jià)不斷上上漲，對(duì)對(duì)汽車(chē)工工業(yè)和汽汽車(chē)運(yùn)輸輸業(yè)來(lái)說(shuō)說(shuō)，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)道道路交通通安全法法、新新版汽汽車(chē)產(chǎn)業(yè)業(yè)發(fā)展政政策以以及在在全國(guó)開(kāi)開(kāi)展車(chē)輛輛超載、超限治治理工作作的實(shí)施施方案的出臺(tái)臺(tái)，這些些都為加加快汽車(chē)車(chē)輕量化化給予了了政策支支持和動(dòng)動(dòng)力。實(shí)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)車(chē)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(chē)車(chē)產(chǎn)量330的載貨貨汽車(chē)是是至關(guān)重重要的，也是各各有關(guān)汽汽

31、車(chē)制造造廠商關(guān)關(guān)注的焦焦點(diǎn)。因此開(kāi)展展汽車(chē)結(jié)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)強(qiáng)度計(jì)算算與分析析工作，在滿(mǎn)足足結(jié)構(gòu)強(qiáng)強(qiáng)度和剛剛度的前前提下，合理地地進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)，以達(dá)達(dá)到輕量量化的目目標(biāo)，對(duì)對(duì)汽車(chē)設(shè)設(shè)計(jì)具有有重要的的意義。隨著計(jì)計(jì)算機(jī)技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，CCAD/CAEE/CAAM一體體化進(jìn)程程的加快快，有限限元分析析在車(chē)架架結(jié)構(gòu)分分析中得得到了廣廣泛的應(yīng)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(chē)、由粗略略到精確確、由通通用向?qū)?zhuān)用發(fā)展展，其應(yīng)應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)進(jìn)入實(shí)實(shí)用化階階段。無(wú)無(wú)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、在工程程設(shè)計(jì)階階段的校校驗(yàn)分析析，還是是對(duì)既有有產(chǎn)品實(shí)實(shí)施精確確分析以以實(shí)現(xiàn)再再設(shè)計(jì)，

32、有限元元分析都都有其重重要的作作用。它它使得在在設(shè)計(jì)階階段就可可以對(duì)載載貨汽車(chē)車(chē)的設(shè)計(jì)計(jì)和制造造過(guò)程中中的各種種問(wèn)題進(jìn)進(jìn)行預(yù)測(cè)測(cè)仿真，從而縮縮短設(shè)計(jì)計(jì)周期，提高產(chǎn)產(chǎn)品的性性能質(zhì)量量，節(jié)省省大量資資金。本課題就就是在上上述背景景下提出出的，目目的在于于研究載載貨汽車(chē)車(chē)車(chē)架結(jié)結(jié)構(gòu)使之之受力合合理，等等強(qiáng)度及及等壽命命設(shè)計(jì)。最終達(dá)達(dá)到保證證載貨汽汽車(chē)在性性能和功功能不受受影響或或有所提提高的情情況下，實(shí)現(xiàn)載載貨汽車(chē)車(chē)車(chē)架結(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)，減輕輕載貨汽汽車(chē)車(chē)架架質(zhì)量。為相關(guān)關(guān)企業(yè)提提供一套套汽車(chē)有有限元分分析及強(qiáng)強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)方案，提高企企業(yè)自主主研發(fā)能能力，增增強(qiáng)企業(yè)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力力。車(chē)架有限限元法國(guó)國(guó)內(nèi)

33、外研研究現(xiàn)狀狀現(xiàn)代汽車(chē)車(chē)絕大多多數(shù)都具具有作為為整車(chē)骨骨架的車(chē)車(chē)架，車(chē)車(chē)架是整整個(gè)汽車(chē)車(chē)的基體體。汽車(chē)車(chē)絕大多多數(shù)部件件和總成成都是通通過(guò)車(chē)架架固定其其位置的的，如：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)、傳動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)、懸架、轉(zhuǎn)向系系統(tǒng)、駕駕駛室、貨廂和和有關(guān)操操縱機(jī)構(gòu)構(gòu)。車(chē)架架的功用用是支撐撐連接汽汽車(chē)的各各零部件件，并承承受來(lái)自自車(chē)內(nèi)外外的各種種載荷。在有限元元法對(duì)汽汽車(chē)車(chē)架架結(jié)構(gòu)的的分析中中，早期期多采用用梁?jiǎn)卧M(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)離散散化。分分析的初初步結(jié)果果是令人人滿(mǎn)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(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)構(gòu)，不能能很好地地反映車(chē)車(chē)架橫梁梁與縱梁梁頭區(qū)域域的應(yīng)力力

34、分布，而且它它還忽略略了扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時(shí)截面面的翹曲曲變形，因此梁梁?jiǎn)卧址治龅慕Y(jié)結(jié)果是比比較粗糙糙的。而而板殼單單元克服服了梁?jiǎn)螁卧谲?chē)車(chē)架建模模和應(yīng)力力分析時(shí)時(shí)的局限限，基本本上可以以作為一一種完全全的強(qiáng)度度預(yù)測(cè)手手段。近近十年來(lái)來(lái)，由于于計(jì)算機(jī)機(jī)軟件與與硬件的的飛速發(fā)發(fā)展，板板殼單元元逐漸被被應(yīng)用到到汽車(chē)車(chē)車(chē)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(guò)去的的定性分分析或半半定量的的分析過(guò)過(guò)渡到定定量階段段。隨著著計(jì)算機(jī)機(jī)軟件、硬件技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，特特別是微微機(jī)性能能的大幅幅提高和和普及，在微機(jī)機(jī)上進(jìn)行行有限元元分析已已不再是是很難的的事，同同時(shí)有限限元分析析的應(yīng)用用得以向向廣度和和深度發(fā)發(fā)

35、展。在國(guó)外，從600年代起起就開(kāi)始始運(yùn)用有有限元法法進(jìn)行汽汽車(chē)車(chē)架架結(jié)構(gòu)強(qiáng)強(qiáng)度和剛剛度的計(jì)計(jì)算。而而我國(guó)大大約是在在70年年代末才才把有限限元法應(yīng)應(yīng)用于車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)分析析中。 國(guó)外大型型汽車(chē)公公司經(jīng)過(guò)過(guò)近百年年的汽車(chē)車(chē)設(shè)計(jì)制制造，在在車(chē)架設(shè)設(shè)計(jì)方面面積累了了豐富的的試驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)和理理論分析析經(jīng)驗(yàn)，形成了了實(shí)用的的結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)、設(shè)設(shè)計(jì)改正正記錄和和設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范。目目前應(yīng)用用于車(chē)架架開(kāi)發(fā)上上比較成成熟的方方面主要要有：剛剛度、強(qiáng)強(qiáng)度分析析(應(yīng)用于于整車(chē)、大小總總成與零零部件分分析以實(shí)實(shí)現(xiàn)輕量量化設(shè)計(jì)計(jì))，NVHH分析(各種振振動(dòng)、噪噪聲，包包括摩擦擦噪聲、風(fēng)噪聲聲等)、機(jī)構(gòu)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分分析

36、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(chē)架架設(shè)計(jì)提提供了多多種實(shí)用用的選擇擇方案，使車(chē)架架設(shè)計(jì)從從經(jīng)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)到優(yōu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)跨出了了一大步步。在關(guān)關(guān)于優(yōu)化化算法方方面的研研究，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)化化算法中中并獲得得良好的的效果。總的看看來(lái)，國(guó)國(guó)外輕量量化研究究主要有有以下幾幾個(gè)方面面：（）提出出先進(jìn)的的設(shè)計(jì)理理念，發(fā)發(fā)展先進(jìn)進(jìn)的制造造工藝并并通過(guò)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(guò)程程中；（）提提出新的的現(xiàn)代優(yōu)優(yōu)化方法法，并進(jìn)進(jìn)入到結(jié)結(jié)構(gòu)輕量量化中；（）利用硬硬件優(yōu)勢(shì)勢(shì)，大量量考慮動(dòng)動(dòng)態(tài)過(guò)程程中

37、的各各種約束束，對(duì)尺尺寸參數(shù)數(shù)進(jìn)行優(yōu)優(yōu)化而得得到輕量量化結(jié)構(gòu)構(gòu)。在國(guó)內(nèi)，高等院院校對(duì)基基于結(jié)構(gòu)構(gòu)優(yōu)化的的車(chē)輛輕輕量化研研究發(fā)展展也很多多，但由由于沒(méi)有有完備的的結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)和設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范范，有時(shí)時(shí)只能按按解剖進(jìn)進(jìn)口車(chē)結(jié)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)進(jìn)行參照照性設(shè)計(jì)計(jì)。具體體在車(chē)架架結(jié)構(gòu)分分析方面面，車(chē)架架的剛度度分析對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)分分析的重重要性近近些年已已受到廣廣泛的重重視。從從分析類(lèi)類(lèi)型上看看，仍以以車(chē)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(chē)車(chē)分析正正在著手手研究，此外還還有焊裝裝模擬分分析、噴噴涂模擬擬分析等等。其中中，車(chē)架架剛度、強(qiáng)度分分析，碰碰撞模擬擬分析，空氣動(dòng)動(dòng)力特性性分析。金屬板板件拉延延成形特特

38、性分析析等已步步入實(shí)用用化階段段，為車(chē)車(chē)架的全全面優(yōu)化化設(shè)計(jì)奠奠定了基基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)目前前的輕量量化研究究主要集集中在汽汽車(chē)一般般零部件件、底盤(pán)盤(pán)車(chē)架結(jié)結(jié)構(gòu)等的的改形設(shè)設(shè)計(jì)方面面，在產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)階段引引入有限限元法對(duì)對(duì)車(chē)架輕輕量化設(shè)設(shè)計(jì)的研研究很少少。與國(guó)國(guó)外相比比，國(guó)內(nèi)內(nèi)關(guān)于在在輕量化化設(shè)計(jì)過(guò)過(guò)程中引引入新的的現(xiàn)代優(yōu)優(yōu)化算法法的研究究比較匱匱乏，輕輕量化設(shè)設(shè)計(jì)過(guò)程程中的分分析規(guī)模模較小，CADD/CAAE一體體化在產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)開(kāi)發(fā)階階段的應(yīng)應(yīng)用還不不成熟以以至于汽汽車(chē)生產(chǎn)產(chǎn)廠家很很少采用用。概括括起來(lái)與與國(guó)外輕輕量化研研究的主主要差距距有：（）汽汽車(chē)結(jié)構(gòu)構(gòu)開(kāi)發(fā)工工作主要要還是依依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)和解剖剖

39、進(jìn)口結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行行參照性性設(shè)計(jì)的的，多用用來(lái)解決決樣車(chē)試試驗(yàn)以后后出現(xiàn)的的設(shè)計(jì)問(wèn)問(wèn)題，設(shè)設(shè)計(jì)與分分析未能能真正做做到并行行。（）由由于軟硬硬件對(duì)計(jì)計(jì)算模型型規(guī)模的的限制，模型的的細(xì)化程程度不夠夠，因而而結(jié)構(gòu)的的剛度、強(qiáng)度分分析的結(jié)結(jié)果還比比較粗略略。計(jì)算算結(jié)果多多用來(lái)進(jìn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)的方案案比較，離虛擬擬試驗(yàn)的的要求還還有相當(dāng)當(dāng)大的差差距。（）有有限元分分析主要要應(yīng)用在在結(jié)構(gòu)的的強(qiáng)度和和剛度分分析方面面，在碰碰撞、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(chē)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)國(guó)內(nèi)外不不少公司司、科研研機(jī)構(gòu)及及高

40、等院院校陸續(xù)續(xù)開(kāi)發(fā)了了一些通通用性很很強(qiáng)的大大型有限限元結(jié)構(gòu)構(gòu)分析軟軟件程序序，這些些程序可可用來(lái)分分析任意意規(guī)模的的結(jié)構(gòu)，如整架架飛機(jī)或或整個(gè)汽汽車(chē)的結(jié)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的SAPP、美國(guó)國(guó)麻省理理工學(xué)院院研制的的ADIINA、美國(guó)國(guó)國(guó)家航空空與航天天局研制制的NAASTRRAN、德國(guó)斯斯圖加特特大學(xué)宇宇航結(jié)構(gòu)構(gòu)靜力學(xué)學(xué)研究所所研制的的ASKKA、世世界上最最大的有有限元分分析軟件件公司之之一的美美國(guó)ANNSYSS開(kāi)發(fā)的的ANSSYS軟軟件等等等。這些些通用程程序的研研制成功功，大大大

41、簡(jiǎn)化了了結(jié)構(gòu)分分析工作作，只要要求使用用任意掌掌握有限限元法的的基本理理論，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(chē)研發(fā)發(fā)過(guò)程中中得到普普及，有有實(shí)力的的汽車(chē)廠廠商甚至至為自己己的產(chǎn)品品開(kāi)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(kāi)發(fā)發(fā)。主要設(shè)計(jì)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)通通過(guò)參考考國(guó)內(nèi)外外輕型載載貨汽車(chē)車(chē)車(chē)架的的結(jié)構(gòu)及及工作原原理的基基礎(chǔ)上，對(duì)車(chē)架架進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算算和校核核，利用用Proo/E建建模并應(yīng)應(yīng)用ANSYYS軟件件對(duì)車(chē)架架進(jìn)行有有限元分分析，主主要設(shè)計(jì)計(jì)內(nèi)容如如下：1、選擇擇車(chē)架結(jié)

42、構(gòu)構(gòu)型式、材料和和加工工工藝，確確定車(chē)架架參數(shù)，對(duì)車(chē)架架結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)，并對(duì)對(duì)車(chē)架進(jìn)進(jìn)行校核核。2、建立立Proo/E零零件模型型，并完完成正確確的裝配配。3、將建建立好的的Proo/E模模型導(dǎo)入入有限元元軟件AANSYYS中，完成車(chē)車(chē)架在各各種工況況下的靜靜力分析析。車(chē)架結(jié)構(gòu)構(gòu)方案的的選擇車(chē)架的設(shè)設(shè)計(jì)要求求車(chē)架作為為汽車(chē)的的承載基基體，為為貨車(chē)、中型及及以下的的客車(chē)、中高級(jí)級(jí)和高級(jí)級(jí)轎車(chē)所所采用，支承著著發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)、離合合器、變變速器、轉(zhuǎn)向器器、非承承載式車(chē)車(chē)身和貨貨箱等所所用簧上上質(zhì)量的的有關(guān)機(jī)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(chē)架架應(yīng)有足足夠的彎彎曲剛度度，以使使裝在其

43、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(chē)行駛駛過(guò)程中中保持不不變并使使車(chē)身的的變形最最??；車(chē)車(chē)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(kāi)裂裂。車(chē)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(chē)的的乘坐舒舒適性、操縱穩(wěn)穩(wěn)定性及及某些機(jī)機(jī)件的可可靠性下下降。貨貨車(chē)車(chē)架架的最大大彎曲撓撓度通常常應(yīng)小于于10mmm。但但車(chē)架扭扭轉(zhuǎn)剛度度又不宜宜過(guò)大，否則將將使車(chē)架架和懸架架系統(tǒng)的的載荷增增大并使使汽車(chē)輪輪胎的接接地性變變差，使使通過(guò)性性變壞。通常在在使用中中其軸間間扭角約約為1/mm。在保保證強(qiáng)度度、剛度度的前提提下

44、車(chē)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(chē)身身質(zhì)量。貨車(chē)車(chē)車(chē)架質(zhì)量量一般約約為整車(chē)車(chē)整備質(zhì)質(zhì)量的11/100。此外外，車(chē)架架設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)還應(yīng)考考慮車(chē)型型系列化化及改裝裝車(chē)等方方面的要要求。車(chē)架的結(jié)結(jié)構(gòu)型式式根據(jù)縱梁梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)，車(chē)架可可分為以以下幾種種結(jié)構(gòu)型型式：1、周邊邊式車(chē)架架周邊式車(chē)車(chē)架用于于中級(jí)以以上的轎轎車(chē)。如如圖2.1（aa）所示，在俯視視圖上車(chē)車(chē)架的中中部寬、兩端窄窄。中部部寬度取取決于車(chē)車(chē)身門(mén)檻檻梁的內(nèi)內(nèi)壁寬；前端寬寬度取決決于前輪輪距及前前輪最大大轉(zhuǎn)角；后端寬寬度則有有后輪距距確定。左右相相關(guān)縱梁梁由橫梁梁連接。其最大大特點(diǎn)是是前后兩兩段縱梁梁系經(jīng)所所謂的緩緩沖臂或或抗

45、扭盒盒與中部部縱梁焊焊接相連連。前緩緩沖臂位位于車(chē)廂廂前圍板板下部?jī)A傾斜踏板板前方；后緩沖沖臂位于于后座下下方。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，可吸收收來(lái)自不不平路面面的沖擊擊和降低低車(chē)內(nèi)噪噪聲。此此外，車(chē)車(chē)架中部部加寬既既有利于于提高汽汽車(chē)的橫橫向穩(wěn)定定性，又又減短了了車(chē)架縱縱梁外側(cè)側(cè)裝置件件的懸伸伸長(zhǎng)度。在側(cè)視視圖上，與其他他型式的的轎車(chē)車(chē)車(chē)架類(lèi)似似，在前前方車(chē)輪輪處縱梁梁向上彎彎曲以讓讓出前后后獨(dú)立懸懸架或非非斷開(kāi)式式后橋的的運(yùn)動(dòng)空空間。采采用這種種車(chē)架時(shí)時(shí)車(chē)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(mén)檻較較寬，見(jiàn)見(jiàn)圖2.2（aa）。（a）周周邊式車(chē)車(chē)架（b

46、）XX形車(chē)架架（c）梯梯形車(chē)架架圖2.11 轎車(chē)車(chē)車(chē)架2、X形形車(chē)架如圖2.1（bb）所示示，這種種車(chē)架為為一些轎轎車(chē)所采采用。車(chē)車(chē)架的中中部為位位于汽車(chē)車(chē)縱向?qū)?duì)稱(chēng)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，形成俯俯視圖上上的X形形狀。前端的叉叉形梁用用于支承承動(dòng)力-傳動(dòng)總總成，而而后端則則用于安安裝后橋橋。傳動(dòng)動(dòng)軸經(jīng)中中部管梁梁通向后后方。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，后者還還用于加加強(qiáng)前、后懸架的的支承。管梁部部分位于于后座乘乘客的腳腳下位置置且在車(chē)車(chē)寬的中中間，因因此不妨妨礙在其其兩側(cè)的的車(chē)身地地板的降降低，但但地板中中間會(huì)有

47、有較大的的縱向鼓鼓包。門(mén)門(mén)檻的寬寬度不大大，見(jiàn)圖圖2.2（b），雖然然從被動(dòng)動(dòng)安全性性考慮，要求門(mén)門(mén)檻有足足夠的強(qiáng)強(qiáng)度和剛剛度。3、梯形形車(chē)架梯形車(chē)架架又稱(chēng)邊邊梁式車(chē)車(chē)架，是是由兩根根相互平平行的縱縱梁和若若干根橫橫梁組成成。其彎彎曲剛度度較大，而當(dāng)承承受扭矩矩時(shí)，各各部分同同時(shí)產(chǎn)生生彎曲和和扭轉(zhuǎn)。其優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是便于于安裝車(chē)車(chē)身、車(chē)車(chē)廂和布布置其他他總成，易于汽汽車(chē)的改改裝和變變型，因因此被廣廣泛的采采用在載載貨汽車(chē)車(chē)、越野野汽車(chē)、特種車(chē)車(chē)輛和用用貨車(chē)底底盤(pán)改裝裝的大客客車(chē)上。在中、輕型客客車(chē)上也也有所采采用，轎轎車(chē)則較較少采用用。用于于轎車(chē)的的梯形車(chē)車(chē)架，見(jiàn)見(jiàn)圖2.1（c），為了了降低地地板高度

48、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(chē)車(chē)身地板板仍比采采用其他他車(chē)架時(shí)時(shí)為高，當(dāng)然地地板上的的傳動(dòng)軸軸通道鼓鼓包也就就不大了了，見(jiàn)圖圖2.2（c）。如果也包包括固定定車(chē)身的的支架，則上述述三種轎轎車(chē)車(chē)架架的自身身質(zhì)量差差別不大大。無(wú)論論哪一種種轎車(chē)車(chē)車(chē)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，這種封封閉式斷斷面可由由相配的的一對(duì)且且以垂向向面為開(kāi)開(kāi)口的沖沖壓成型型的槽型型梁相互互插入并并用電弧弧焊焊接接而成。對(duì)于不不承受扭扭矩的車(chē)車(chē)架元件件、用于于固定動(dòng)動(dòng)力總成

49、成的橫梁梁以及車(chē)車(chē)架兩端端位于基基本橫梁梁以外的的縱梁，均采用用沖壓成成型且具具有開(kāi)口口的槽型型斷面。載貨汽車(chē)車(chē)的梯形形車(chē)架如如圖2.3所示示，由兩兩根相互互平行且且開(kāi)口朝朝內(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(kāi)口口槽型橫橫梁組合合而成。通常，縱梁的的上表面面沿全長(zhǎng)長(zhǎng)不變或或局部降降低，而而兩端的的下表面面則可根根據(jù)應(yīng)力力情況，適當(dāng)?shù)氐叵蛏鲜帐湛s。既既縱梁中中部相當(dāng)當(dāng)長(zhǎng)的范范圍內(nèi)具具有最大大高度和和寬度，而兩端端可根據(jù)據(jù)應(yīng)力情情況相應(yīng)應(yīng)的縮小小。車(chē)架架寬度多多為全長(zhǎng)長(zhǎng)等寬。車(chē)架寬寬度的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化有有利于產(chǎn)產(chǎn)品的三三化，例例如可使使車(chē)架橫橫梁、前前后橋及及駕駛室室、貨箱箱等進(jìn)行行互換

50、。車(chē)架等等寬也簡(jiǎn)簡(jiǎn)化了縱縱梁的沖沖壓工藝藝且在縱縱梁上不不會(huì)產(chǎn)生生附加扭扭矩。有有時(shí)根據(jù)據(jù)設(shè)計(jì)要要求需將將車(chē)架前前、后端端的寬度度做得窄窄些或?qū)拰捫?，但但其尺寸寸與限定定的汽車(chē)車(chē)輪廓寬22.5mm相適應(yīng)應(yīng)。車(chē)架架的長(zhǎng)度度大致接接近整車(chē)車(chē)長(zhǎng)度，約為軸軸距的11.41.77倍。4、脊梁梁式車(chē)架架如圖2.4所示示脊梁式式車(chē)技由由一根位位于汽車(chē)車(chē)左右對(duì)對(duì)稱(chēng)中心心的大斷斷面管形形梁和某某些懸伸伸托架構(gòu)構(gòu)成，猶猶如一根根脊梁。管梁將將動(dòng)力-傳動(dòng)系系連成一一體，傳傳動(dòng)軸從從其中間間通過(guò)，故采用用這種結(jié)結(jié)構(gòu)時(shí)驅(qū)驅(qū)動(dòng)橋必必須是斷斷開(kāi)式的的并與獨(dú)獨(dú)立懸架架相匹配配。與其其他類(lèi)型型的車(chē)架架比較，其扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)剛度最最大。

51、容容許車(chē)輪輪有較大大的跳動(dòng)動(dòng)空間，使汽車(chē)車(chē)有較好好的平順順性和通通過(guò)性。但車(chē)架架的制造造工藝復(fù)復(fù)雜，維維修不便便，僅用用于某些些平順性性、通過(guò)過(guò)性要求求較高的的汽車(chē)上上。5、綜合合式車(chē)架架系綜合上上述脊梁梁式和邊邊梁式兩兩種型式式而成，如圖22.5所所示。這這時(shí)，主主減速器器與脊梁梁相固定定，該驅(qū)驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)應(yīng)為斷開(kāi)開(kāi)式的且且獨(dú)立懸懸架相匹匹配。其其實(shí)，圖圖2.1（b）所所示的XX形車(chē)架架也應(yīng)歸歸于這一一類(lèi)型，但該車(chē)車(chē)架可與與非斷開(kāi)開(kāi)式驅(qū)動(dòng)動(dòng)橋及非非獨(dú)立懸懸架相匹匹配。（a）采采用周邊邊式車(chē)架架時(shí)；（b）采采用X形形車(chē)架時(shí)時(shí)；（c）采用梯梯形車(chē)架架時(shí)1.傳動(dòng)動(dòng)軸通道道；2.地板板；3.門(mén)檻檻；4.

52、車(chē)架架圖2.22采用不不同車(chē)架架時(shí)的車(chē)車(chē)身底板板圖2.33載貨汽汽車(chē)的梯梯形車(chē)架架圖2.44 具有有脊梁式式車(chē)架的的汽車(chē)底底盤(pán)圖2.55 綜合合式車(chē)架架橫梁、縱縱梁及其其聯(lián)接型型式縱梁是車(chē)車(chē)架的主主要承載載元件，也是車(chē)車(chē)架中最最大的加加工件，其形狀狀應(yīng)力求求簡(jiǎn)單。載貨汽汽車(chē)的車(chē)車(chē)架縱梁梁沿全長(zhǎng)長(zhǎng)多取平平直且斷斷面也不不變或少少變，以以簡(jiǎn)化工工藝；為為使縱梁梁各斷面面的應(yīng)力力接近，可通過(guò)過(guò)改變其其斷面高高度即使使其中部部斷面高高、兩端端較低來(lái)來(lái)達(dá)到。載貨汽汽車(chē)縱梁梁的斷面面形狀多多為開(kāi)口口朝內(nèi)的的槽形，也有ZZ形、工工字形的的；脊梁梁式車(chē)架架的縱梁梁則多為為管狀的的；轎車(chē)車(chē)車(chē)架的的縱梁則則為箱形

53、形斷面。槽型斷斷面梁的的扭轉(zhuǎn)剛剛度及強(qiáng)強(qiáng)度均好好?？v梁梁多為沖沖壓件，超重型型汽車(chē)的的縱梁則則常采用用焊接結(jié)結(jié)構(gòu)或軋軋制的成成型材。橫梁將左左右縱梁梁聯(lián)接在在一起，構(gòu)成一一完整的的車(chē)架，并保證證車(chē)架有有足夠的的扭轉(zhuǎn)剛剛度，限限制其變變形和降降低某些些部位的的應(yīng)力。橫梁還還起著支支承某些些總成的的作用。汽車(chē)車(chē)車(chē)架常有有466根橫梁梁，其分分布于有有關(guān)總成成、駕駛駛室、貨貨箱或車(chē)車(chē)身的支支承位置置有關(guān)。當(dāng)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)的前前支點(diǎn)位位于左右右縱梁上上時(shí)，前前橫梁則則可減小小寬度并并采用槽槽型或ZZ形斷面面。中橫橫梁常做做成拱形形以留出出傳動(dòng)軸軸的跳動(dòng)動(dòng)空間。貨車(chē)在在后鋼板板彈簧前前、后支支承附近近也分別別

54、設(shè)置一一根橫梁梁。橫梁的斷斷面形狀狀與縱梁梁的聯(lián)接接形式如如圖2.6和圖圖2.7所所示。選選擇橫梁梁的斷面面形狀時(shí)時(shí)既要考考慮其受受載情況況又要考考慮受其其支承總總成的支支承方便便。腹板板直立的的槽形斷斷面橫梁梁和由兩兩槽形組組成的工工字形斷斷面橫梁梁的彎曲曲剛度及及強(qiáng)度均均好，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(chē)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(chē)車(chē)架架的縱、橫梁采采用

55、焊接接方式聯(lián)聯(lián)接，而而貨車(chē)則則多以鉚鉚釘聯(lián)接接（見(jiàn)圖圖2.7）。鉚釘聯(lián)聯(lián)接具有有一定彈彈性，有有利于消消除峰值值應(yīng)力，改善應(yīng)應(yīng)力狀況況，這對(duì)對(duì)于要求求有一定定扭轉(zhuǎn)彈彈性的貨貨車(chē)車(chē)架架具有重重要意義義。當(dāng)縱、橫橫梁以它它們的上上、下翼翼緣均分分別聯(lián)接接時(shí)，由由于聯(lián)接接跨度大大，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，以免影影響對(duì)縱縱梁的局局部扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的必要要約束。橫梁在在與縱梁梁的連接接處往往往應(yīng)力較較高，故故常將其其端部翼翼緣加寬寬或采用用較厚及及尺寸較較大的聯(lián)聯(lián)接板；也可

56、使使其中部部的斷面面尺寸適適當(dāng)縮小小，或在在其腹板板上加設(shè)設(shè)一些較較大的孔孔，以降降低橫梁梁連接處處的應(yīng)力力。圖2.66橫梁的的斷面形形狀及其其與縱梁梁的聯(lián)接接1橫梁梁；2縱梁圖2.77縱、橫橫梁的鉚鉚釘聯(lián)接接方式車(chē)架的制制造工藝藝車(chē)架縱梁梁和其他他零件的的制造，多采用用鋼板的的冷沖壓壓工藝在在大型壓壓力機(jī)上上沖孔及及成形；也有采采用槽型型鋼、工工字鋼、管料等等型材制制造的。轎車(chē)車(chē)車(chē)架的組組裝多采采用二氧氧化碳保保護(hù)焊、塞焊和和點(diǎn)焊，設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)應(yīng)注意意對(duì)焊接接規(guī)范、焊縫布布置及焊焊接順序序的選擇擇；貨車(chē)車(chē)車(chē)架的的組裝多多采用冷冷鉚工藝藝，必要要時(shí)也可可采用特特制的放放松螺栓栓聯(lián)接。為保證證車(chē)架的

57、的裝配尺尺寸，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(chē)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(chē)架材料料應(yīng)具有有足夠高高的屈服服極限和和疲勞極極限，低低的應(yīng)力力集中敏敏感性，良好的的冷沖壓壓性能和和焊接性性能。低低碳和中中碳合金金鋼能滿(mǎn)滿(mǎn)足這些些要求。車(chē)架材材料與所所選定的的制造工工藝密切切相關(guān)。拉伸尺尺寸較大大或形狀狀復(fù)雜的的沖壓件件需采用用沖壓性性能好的的低碳鋼鋼或低碳碳合金鋼鋼08、09MMnL、09MMnREEL等鋼鋼板制造造；拉伸伸尺寸不不大、形形狀又不不復(fù)雜的的沖壓件件常采用用強(qiáng)度稍稍高的220、225、116Mnn、099SiVVL、110

58、TiiL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(kāi)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(chē)、自卸車(chē)車(chē)、越野野車(chē)為了了提高車(chē)車(chē)架強(qiáng)度度，減小小質(zhì)量而而采用中中碳合金金鋼板熱熱壓成形形，再經(jīng)經(jīng)熱處理理，例如如采用330Tii鋼板的的縱梁經(jīng)經(jīng)正火后后抗拉強(qiáng)強(qiáng)度即由由4500MPaa（HBB1566）提高高到48806620MMPa（HB1170）。用330Tii鋼板制制造縱橫橫梁也可可采用冷冷沖壓工工藝。鋼板經(jīng)冷冷沖成形形后，其其疲勞強(qiáng)強(qiáng)度要降降低，靜靜強(qiáng)度提提高、延延伸率小小的材料料的降低低幅度更更大。常常用車(chē)架架材料在在沖壓成成形后的的疲勞強(qiáng)強(qiáng)度約為為14001660MP

59、Pa。轎車(chē)車(chē)架架縱梁、橫梁的的鋼板厚厚度約為為3.004.0mmm，貨車(chē)根根據(jù)其裝裝載質(zhì)量量的不同同，輕、中型貨貨車(chē)沖壓壓縱梁的的鋼板厚厚度為55.07.00mm，重型貨貨車(chē)沖壓壓縱梁的的鋼板厚厚度為77.09.00mm。且槽形斷斷面縱梁梁上、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%6。本章小結(jié)結(jié)本章通過(guò)過(guò)一系列列的圖例例對(duì)車(chē)架架的結(jié)構(gòu)構(gòu)型式、縱橫梁梁及其聯(lián)聯(lián)接、車(chē)車(chē)架的制制造工藝藝及材料料做了詳詳盡的介介紹。綜綜上所述述，因?yàn)闉樘菪诬?chē)車(chē)架便于于安裝車(chē)車(chē)身、車(chē)車(chē)廂和布布置其他他總成，易于汽汽車(chē)的改改裝和變變型，所所以設(shè)計(jì)對(duì)對(duì)象選為梯形形車(chē)架?？v、橫橫梁采用用16MMn鋼板

60、板沖壓制制造，鉚鉚釘聯(lián)接接。車(chē)架的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)車(chē)架橫、縱梁設(shè)設(shè)計(jì)1、車(chē)架架長(zhǎng)度大大致接近近整車(chē)長(zhǎng)長(zhǎng)度，約約為軸距距的1.41.77倍，取取車(chē)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、橫梁均均由6mm厚的的16MMn鋼板板沖壓而而成（輕輕、中型型貨車(chē)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3.11 車(chē)架架橫截面面2、鉚釘釘?shù)倪x擇擇7根據(jù)GBB/T 8677-19986 選擇半半圓頭鉚鉚釘，如如圖3.2。d=100mm，=17.35