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（优秀毕业全套设计）基于ProE及ANSYS的轻型载货汽车车架结构设计

部断面高两端较低来达到。载货汽车纵梁的断面形状多为开口朝内的槽形，也有形工字形的脊梁式车架的纵梁则多为管状的轿车车架的纵梁则为箱形断面。槽型断面梁的扭转刚度及强度均好。纵梁多为冲压件，超重型汽车的纵梁则常采用焊接结构或轧制的成型材。横梁将左右纵梁联接在起，构成完整的车架，并保证车架有足够的扭转刚度，限制其变形和降低些部位的应力。横梁还起着支承些总成的作用。汽车车架常有根横梁，其分布于有关总成驾驶室货箱或车身的支承位置有关。当发动机的前支点位于左右纵梁上时，前横梁则可减小宽度并采用槽型或形断面。中横梁常做成拱形以留出传动轴的跳动空间。货车在后钢板弹簧前后支承附近也分别设置根横梁。横梁的断面形状与纵梁的联接形式如图.和图.所示。选择横梁的断面形状时既要考虑其受载情况又要考虑受其支承总成的支承方便。腹板直立的槽形断面横梁和由两槽形组成的工字形断面横梁的弯曲刚度及强度均好，常用于后钢板弹簧的支架处帽形断面梁因其断面高度较小，较易做成大弯度梁，宜于用于需向下凹的前横梁和拱形的中横梁封闭形断面梁和管梁的扭转刚度大，宜用于需加强扭转刚度处，但货车多采用扭转刚度不大的非封闭形断面的钢板冲压横梁。轿车车架的纵横梁采用焊接方式联接，而货车则多以铆钉联接见图.。铆钉联接具有定弹性，有利于消除峰值应力，改善应力状况，这对于要求有定扭转弹性的货车车架具有重要意义。当纵横梁以它们的上下翼缘均分别联接时，由于联接跨度大，刚度亦较大，这时其扭转刚度及扭转应力均较大。当横梁与纵梁的腹板相连接时则情况会相反，这时应注意不使其联接跨度和联接刚度太小，以免影响对纵梁的局部扭转的必要约束。横梁在与纵梁的连接处往往应力较高，故常将其端部翼缘加宽或采用较厚及尺寸较大的联接板也可使其中部的断面尺寸适当缩小，或在其腹板上加设些较大的孔，以降低横梁连接处的应力。图.横梁的断面形状及其与纵梁的联接横梁纵梁图.纵横梁的铆钉联接方式.车架的制造工艺车架纵梁和其他零件的制造，多采用钢板的冷冲压工艺在大型压力机上冲孔及成形也有采用槽型钢工字钢管料等型材制造的。轿车车架的组装多采用二氧化碳保护焊塞焊和点焊，设计时应注意对焊接规范焊缝布置及焊接顺序的选择货车车架的组装多采用冷铆工艺，必要时也可采用特制的放松螺栓联接。为保证车架的装配尺寸，组装时必须有可靠的定位和加紧，特别应保证有关总成在车架上的定位尺寸及支承点的相对位置精度。车架材料应具有足够高的屈服极限和疲劳极限，低的应力集中敏感性，良好的冷冲压性能和焊接性能。低碳和中碳合金钢能满足这些要求。车架材料与所选定的制造工艺密切相关。拉伸尺寸较大或形状复杂的冲压件需采用冲压性能好的低碳钢或低碳合金钢等钢板制造拉伸尺寸不大形状又不复杂的冲压件常采用强度稍高的等钢板制造。强度更高的钢板在冷冲时易开裂且冲压回弹较大，故不宜采用。有的重型货车自卸车越野车为了提高车架强度，减小质量而采用中碳合金钢板热压成形，再经热处理，例如采用钢板的纵梁经正火后抗拉强度即由提高到。用钢板制造纵横梁也可采用冷冲压工艺。钢板经冷冲成形后，其疲劳强度要降低，静强度提高延伸率小的材料的降低幅度更大。常用车架材料在冲压成形后的疲劳强度约为。轿车车架纵梁横梁的钢板厚度约为，货车根据其装载质量的不同，轻中型货车冲压纵梁的钢板厚度为，重型货车冲压纵梁的钢板厚度为。且槽形断面纵梁上下翼缘的宽度尺寸约为其腹板高度尺寸的。.本章小结本章通过系列的图例对车架的结构型式纵横梁及其联接车架的制造工艺及材料做了详尽的介绍。综上所述，因为梯形车架便于安装车身车厢和布置其他总成，易于汽车的改装和变型，所以设计对象选为梯形车架。纵横梁采用钢板冲压制造，铆钉联接。第章车架的结构设计.车架横纵梁设计车架长度大致接近整车长度，约为轴距的倍，取车架长度为，在纵梁的全长范围内具有相等的高度和宽度。纵横梁均由厚的钢板冲压而成轻中型货车冲压纵梁的钢板厚度为。槽型断面纵梁上下翼缘的宽度尺寸约为其腹板高度尺寸的，纵梁槽形断面如图.所示。图.车架横截面铆钉的选择根据选择半圆头铆钉，如图.。，.，.，。，.，.，.。图.铆钉为保证机动性，左右转向轮处于最大转角时，前外轮的转弯半径值在汽车轴距的.倍范围内小值适于大轴距汽车，而大值适于小轴距汽车。图.汽车转弯示意图已知前轮距为。根据，轮胎.的外直径为。依据图.和相关数据可以确定车架横梁宽度为，并确定腹板高度，翼缘宽度。.车架的弯矩及弯曲应力计算以下数据为参考车型解放赛虎Ⅲ的相关参数表.解放赛虎Ⅲ相关参数基本信息驱动形式轴距车身长度车身宽度车身高度轮距前轮距后轮距整车质量额定载质量后桥质量准乘人数货厢参数长度宽度高度型式栏板式发动机型号玉柴质量变速器型号质量当车架纵梁承受的是均匀分布的载荷见图.时，车架的简化计算可按下述进行，但需要定的假设。即认为纵梁为支承在前后轴上的简支梁空车是簧上负荷货车可取，为汽车整备质量均布在左右纵梁的全长上，满载时有效载荷则均布在车厢长度范围内的纵梁上忽略不计局部扭矩的影响。图.货车车架上均布载荷的分布情况在图.中，为根纵梁的前支承反力，由该图可求得.在驾驶室的长度范围内这段纵梁的弯矩为.驾驶室后端至后周这段纵梁的弯矩为.显然，最大弯矩就发生在这段纵梁内，可用对上式中求导数并令其为零的方法求出最大弯矩发生的位置，即，由此求得.将式.代入式.，即可求出纵梁承受的最大弯矩。已知。如果考虑到动载荷系数及疲劳安全系数，并将它们代入式.，则可求出纵梁的最大弯矩为.取.，.，得则弯曲应力可按下式求得.式中纵梁在计算断面处的弯曲截面系数，对于槽型断面系数，对于槽型断面纵梁.式中槽型断面的腹板高，翼缘宽，梁断面的厚度，。式.中。因此最大弯应力为.钢板的疲劳极限，.。所以，车架强度满足要求。.车架的挠度计算为了保证整车及有关机件的正常工作，对纵梁的最大挠度应予以限制。这就要求对纵梁的弯曲刚度进行校核。弯曲工况约束后桥在车架纵梁腹板上的竖直投影点的垂直位移，约束车架前悬与车架纵梁联接处纵梁腹板中点的垂直位移，让车架形成简支梁结构，并在前后支承中点处加垂直向下的力，让车架产生弯曲变形，如图.。车架弯曲刚度由下式计算得到.式中弯曲刚度，集中载荷，轴距，从支点到测点的距离，挠度，。图.车架弯曲刚度计算示意图若以前后轮轴中点处即的刚度作为车架的弯曲刚度，则计算公式简化为.根据车架的受载情况，将车架的挠度分为两部分计算假设车空载时，簧上负荷货车可取，为汽车整备质量均布在左右纵梁的全长上，由于算根纵梁的挠度，取所加载荷的半。由材料力学知.根据矩形截面的惯性矩的计算公式惯性矩的组合公式和平行移轴公式，得对低碳钢和钢，弹性模量。假设汽车满载时，所载货物的重量都集中在跨度为的简支梁中间，此时所求出的挠度值加的载荷比实际的载荷要大。同理，算根纵梁的挠度取所加载荷的半。货车车架最大弯曲挠度通常小于根据可知根据德国对各种汽车车架的实验结果表明，当轴距单位为，的单位为时，为使纵梁在汽车满载时挠度在容许值以内，则应使或使。大多数汽车的值在间，日本的些平头载货汽车甚至达到.。.纵梁钢板弹簧跨度计算表.板弹簧的伸直长度应用场合前弹簧后弹簧载货汽车轴距轴距有效长度，式中形螺栓中心距，。所以前钢板弹簧有效长度，后钢板弹簧有效长度。.本章小结本章应用传统的方法对车架的各零部件进行了设计和相应尺寸的选择。本章的重点是对车架强度及刚度的校核，并将校核结果反馈到些参数的选择，保证车架满足实际工作要求。第章车架三维模型的建立.软件介绍年，公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。年，.的诞生了。经过余年的发展，已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了。的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理功能仿真制造产品数据管理等等。还提供了目前所能达到的最全面集成最紧密的产品开发环境。下面就的特点及主要模块进行简单的介绍。全相关性的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的些功能提前发挥其作用。基于特征的参数化造型使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如设计特征有弧圆角倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。装配加工制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数不但包括几何尺寸，还包括非几何属性，然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。数据管理加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了独特的全相关性功能，因而使之成为可能。装配管理的基本结构能够使您利用些直观的命令，例如“啮合”“插入”“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。易于使用菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。.三维模型的建立纵梁的建模纵梁是由厚的钢板冲压成的，全长，翼缘宽度，腹板高，在翼缘上打数个圆孔，用于横梁与纵梁连接时的放置铆钉的孔，。同时在腹板处也打有相应的孔用于钢板弹簧与车架的连接时的螺栓孔。为减少应力集中，在纵梁的相应部位倒圆角。在对纵梁建模时用到的命令主要是拉伸，如图.。图.纵梁前后横梁的建模梁全长，翼缘宽度，腹板高，如图.。图.前梁中梁总成的建模中梁长度，翼缘宽度，腹板高度，如图.。图.中梁前后钢板弹簧处横梁为了降低成本，提高互换性，前后钢板弹簧处横梁采用与中梁相同的形状和尺寸。发动机后悬置横梁横梁设计为下凹结构，这样可以适当降低发动机高度。后悬置横梁的长度与前后横梁的相同，采用铆钉铆接在纵梁上，如图.。图.发动机后悬置横梁横纵梁联接件的创建横纵梁是以联接件为中间零件，通过铆钉联接的。连接件上打有两种孔，种是与横纵梁的连接孔，另种用于铆接钢板弹簧两端的铆接孔。结构如图.。图.后横纵梁联接件铆钉的建模根据，对铆钉建模，如图.。图.铆钉模型装配运用匹配与对齐操作对车架横纵梁及其他零件进行装配，如图.。图.模型装配图车架的爆炸图为了更清晰地表达各零部件的装配关系，对装配图进行分解，如图.。图.爆炸图.本章小结本章根据设计数据，应用软件对横纵梁和其他零件创建三维模型。在建模的过程中主要应用拉伸扫描旋转等操作，最后通过装配功能将各零部件实施装配。因为车架靠铆钉联接的，装配过程中对铆钉的操作十分频繁，所以在此过程中也加入阵列的操作。本章最终获得车架的装配图，为下步进行有限元分析提供基础。第章车架静态有限元分析.有限元概述以有限元法为代表的技术是分析各种结构问题的强有力的工具，它是伴随着电子计算机技术的进步而发展起来的种新兴数值分析方法。对于