基于及的轻型载货汽车车架结构设计摘要表.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。对于复杂的结构，进行动力学性能的研究及优化设计，有限元方法被证明是种最为成功，应用最广泛的近似分析方法。有限元法的发展历程可追溯到世纪年代。年，提出了所谓网格法，它将平面弹性体看成是杆件和梁的组合。年第次在论文中定义了在三角形域上的分片连续函数并利用最小势能原理研究了．的扭转问题。有限单元法的基本思想“离散化”概念就在这时期提出，由于当时计算条件的限制，没有引起重视。十年后，英国航空工程教授阿吉里斯和他的同事运用网格思想成功地进行了结构分析。年和等人在他们的经典论文中首次应用三角形单元求得的平面应力问题的真正解答。年，进步解决了平面弹性问题，并首次提出了“有限单元法这个名称，有限元方法受到工程技术人员的关注。年代中后期，数学家们开始介入对有限元法的研究，使有限元的发展有了坚实的数学基础。年，津基威茨和同事宣布，有限元法适用于所有能按变分形式进行计算的场问题，有限元法的应用被推广到了更广阔的范围。有限元法最先应用到航空工程领域，后来迅速推广到机械与汽车基于及的轻型载货汽车车架结构设计摘要计到优化设计跨出了大步。在关于优化算法方面的研究，国外将遗传算法引入到结构形状优化算法中并获得良好的效果。总的看来，国外轻量化研究主要有以下几个方面提出先进的设计理念，发展先进的制造工艺并通过尺寸参数优化而得到新的轻量化结构将拓扑优化和形状优化引入到结构轻量化过程中提出新的现代优化方法，并进入到结构轻量化中利用硬件优势，大量考虑动态过程中的各种约束，对尺寸参数进行优化而得到轻量化结构。在国内，高等院校对基于结构优化的车辆轻量化研究发展也很多，但由于没有完备的结构设计数据库和设计规范，有时只能按解剖进口车结构来进行参照性设计。具体在车架结构分析方面，车架的刚度分析对结构分析的重要性近些年已受到广泛的重视。从分析类型上看，仍以车架结构静态分析为主。虚拟试验场整车分析正在着手研究，此外还有焊装模拟分析喷涂模拟分析等。其中，车架刚度强度分析，碰撞模拟分析，空气动力特性分析。金属板件拉延成形特性分析等已步入实用化阶段，为车架的全面优化设计奠定了基础。国内目前的轻量化研究主要集中在汽车般零部件底盘车架结构等的改形设计方面，在产品设计阶段引入有限元法对车架轻量化设计的研究很少。与国外相比，国内关于在轻量化设计过程中引入新的现代优化算法的研究比较匮乏，轻量化设计过程中的分析规模较小，体化在产品设计开发阶段的应用还不成熟以至于汽车生产厂家很少采用。概括起来与国外轻量化研究的主要差距有汽车结构开发工作主要还是依赖经验和解剖进口结构进行参照性设计的，多用来解决样车试验以后出现的设计问题，设计与分析未能真正做到并行。由于软硬件对计算模型规模的限制，模型的细化程度不够，因而结构的刚度强度分析的结果还比较粗略。计算结果多用来进行结构的方案比较，离虚拟试验的要求还有相当大的差距。有限元分析主要应用在结构的强度和刚度分析方面，在碰撞振动噪声外流方面的模拟计算才刚刚起步，对车架结构或部件的各项性能指标进行系统分析研究的实例还未广泛进行。同时，国内外不少公司科研机构及高等院校陆续开发了些通用性很强的大型有限元结构分析软件程序，这些程序可用来分析任意规模的结构，如整架飞机或整个汽车的结构。这些有限元软件已发展到成熟的阶段，比较成熟并且普及较广的有美国加利福尼亚大学伯克利分校研制的美国麻省理工学院研制的美国国家航空与航天局研制的德国斯图加特大学宇航结构静力学研究所研制的世界上最大的有限元分析软件公司之的美国开发的软件等等。这些通用程序的研制成功，大大简化了结构分析工作，只要求使用任意掌握有限元法的基本理论，熟悉建立有限元分析模型的方法和通用程序的使用方法即可。这些大型商业通用有限元分析软件也像设计软件样在汽车研发过程中得到普及，有实力的汽车厂商甚至为自己的产品开发独立地从事这些有限元分析软件的二次开发。.主要设计内容本设计通过参考国内外轻型载货汽车车架的结构及工作原理的基础上，对车架进行设计计算和校核，利用建模并应用软件对车架进行有限元分析，主要设计内容如下选择车架结构型式材料和加工工艺，确定车架参数，对车架结构进行设计，并对车架进行校核。建立零件模型，并完成正确的装配。将建立好的模型导入有限元软件中，完成车架在各种工况下的静力分析。第章车架结构方案的选择.车架的设计要求车架作为汽车的承载基体，为货车中型及以下的客车中高级和高级轿车所采用，支承着发动机离合器变速器转向器非承载式车身和货箱等所用簧上质量的有关机件，承受着传给它的各种力和力矩。为此，车架应有足够的弯曲刚度，以使装在其上的有关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小车架也应有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命，纵梁等主要零件在使用期内不应有严重的变形和开裂。车架刚度不足会引起振动和噪声，也使汽车的乘坐舒适性操纵稳定性及些机件的可靠性下降。货车车架的最大弯曲挠度通常应小于。但车架扭转刚度又不宜过大，否则将使车架和悬架系统的载荷增大并使汽车轮胎的接地性变差，使通过性变坏。通常在使用中其轴间扭角约为。在保证强度刚度的前提下车架的自身质量应该尽可能减小，以减小车身质量。货车车架质量般约为整车整备质量的。此外，车架设计时还应考虑车型系列化及改装车等方面的要求。.车架的结构型式根据纵梁的结构特点，车架可分为以下几种结构型式周边式车架周边式车架用于中级以上的轿车。如图.所示，在俯视图上车架的中部宽两端窄。中部宽度取决于车身门槛梁的内壁宽前端宽度取决于前轮距及前轮最大转角后端宽度则有后轮距确定。左右相关纵梁由横梁连接。其最大特点是前后两段纵梁系经所谓的缓冲臂或抗扭盒与中部纵梁焊接相连。前缓冲臂位于车厢前围板下部倾斜踏板前方后缓冲臂位于后座下方。其结构形状容许缓冲臂有定的弹性变形，可吸收来自不平路面的冲击和降低车内噪声。此外，车架中部加宽既有利于提高汽车的横向稳定性，又减短了车架纵梁外侧装置件的悬伸长度。在侧视图上，与其他型式的轿车车架类似，在前方车轮处纵梁向上弯曲以让出前后独立悬架或非断开式后桥的运动空间。采用这种车架时车身地板上的传动轴通道所形成的鼓包不大，但门槛较宽，见图.。周边式车架形车架梯形车架图.轿车车架形车架如图.所示，这种车架为些轿车所采用。车架的中部为位于汽车纵向对称平面上的根矩形断面的空心脊梁，其前后端焊以叉形梁，形成俯视图上的形状。前端的叉形梁用于支承动力传动总成，而后端则用于安装后桥。传动轴经中部管梁通向后方。中部管梁的扭转刚度大。前后叉形边梁由些横梁相连，后者还用于加强前后悬架的支承。管梁部分位于后座乘客的脚下位置且在车宽的中间，因此不妨碍在其两侧的车身地板的降低，但地板中间会有较大的纵向鼓包。门槛的宽度不大，见图.，虽然从被动安全性考虑，要求门槛有足够的强度和刚度。梯形车架梯形车架又称边梁式车架，是由两根相互平行的纵梁和若干根横梁组成。其弯曲刚度较大，而当承受扭