（定稿）基于ProE及ANSYS的轻型载货汽车车架结构设计（全套下载）

参考文献杨忠敏.探现代汽车的材料及其轻量化技术.汽车研究与开发.李波.载货车车架结构分析与优化设计.合肥工业大学硕士学位论文，.叶勤.轻型载货汽车车架有限元分析与优化.武汉理工大学硕士学位论文，.靳福来．汽车轻量化技术现状．汽车技术.华润兰．论汽车轻量化．汽车工程.刘惟信.汽车设计.北京.清华大学出版社，.成大先.机械设计手册.化工工业出版社，.杨中明.型汽车架结构性能研究.华中科技大学硕士学位论文，.西南交通大学应用力学与工程系.工程力学教程.高等教育出版社，.于志伟，李明.完全手册.人民邮电出版社，.大久保信行.机械模态分析.尹传家译.上海交通大学出版社，.浦广益基础教程和实例详解.中国水利水电出版社，.宋允祁，王中亭.解放系列轻型货车构造与维修.吉林科学技术出版社，.黄贵东，沈光烈.汽车车架有限元分析模型的改进与应用.装备制造技术，.曲昌荣，郝玉莲，戚洪涛.汽车车架的有限元分析.轻型汽车技术，.刘新田，黄虎，刘长虹，郭辉，范平清.基于有限元的汽车车架静态分析.上海工程技术大学学报，.冯宝林，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.。

车架宽度的标准化有利于产品的三化，例如可使车架横梁前后桥及驾驶室货箱等进行互换。

车架等宽也简化了纵梁的冲压工艺且在纵梁上不会产生附加扭矩。

有时根据设计要求需将车架前后端的宽度做得窄些或宽些，但其尺寸与限定的汽车轮廓宽.相适应。

车架的长度大致接近整车长度，约为轴距的倍。

脊梁式车架如图.所示脊梁式车技由根位于汽车左右对称中心的大断面管形梁和些悬伸托架构成，犹如根脊梁。

管梁将动力传动系连成体，传动轴从其中间通过，故采用这种结构时驱动桥必须是断开式的并与独立悬架相匹配。

与其他类型的车架比较，其扭转刚度最大。

容许车轮有较大的跳动空间，使汽车有较好的平顺性和通过性。

但车架的制造工艺复杂，维修不便，仅用于些平顺性通过性要求较高的汽车上。

综合式车架系综合上述脊梁式和边梁式两种型式而成，如图.所示。

这时，主减速器与脊梁相固定，该驱动桥应为断开式的且独立悬架相匹配。

其实，图.所示的形车架也应归于这类型，但该车架可与非断开式驱动桥及非独立悬架相匹配。

采用周边式车架时采用形车架时采用梯形车架时.传动轴通道.地板.门槛.车架图.采用不同车架时的车身底板图.载货汽车的梯形车架图.具有脊梁式车架的汽车底盘图.综合式车架.横梁纵梁及其联接型式纵梁是车架的主要承载元件，也是车架中最大的加工件，其形状应力求简单。

载货汽车的车架纵梁沿全长多取平直且断面也不变或少变，以简化工艺为使纵梁各断面的应力接近，可通过改变其断面高度即使其中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。

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。

经成为现代汽车设计的重要工具之，在汽车产品更新速度快，设计成本低轻量化和舒适性要求越来越高的今天，对于提高汽车产品的质量降低产品开发与生产制造成本，提高汽车产品在市场上的竞争能力具有重要意义。

.研究背景汽车问世百余年来，特别是从汽车产品的大批量生产及汽车工业的大发展以来，汽车为世界经济的大发展为人类进入现代生活产生了无法估量的巨大影响。

今天，在发达国家，汽车的普及已经达到很高的程度，在美国平均每个家庭拥有各种汽车辆虽然中国的汽车人均拥有量远低于发达国家水平，但是由于中国巨大的市场和国际汽车工业对中国汽车工业的影响，中国汽车工业经过年的风雨历程，已形成个比较完整的工业体系。

任何问题都有两面性，汽车工业的发展为人们带入现代生活的同时也带来了许多问题。

例如，能源问题，每年汽车的石油消耗量保持在亿桶，并每年以定的速度增加，而世界石油资源只能开采几十年，煤炭资源也只够开采百来年，人类面临着严重的能源危机，节能环保成为工业领域不可避免的课题，汽车工业同样不可避免。

二环境问题，汽车每年向大气排放大约几亿吨的有害气体，占大气污染物的以上，被认为大气污染的“头号杀手”。

汽车尾气中是大气污染的主要有害气体，特别是温室效应近年来倾向日趋明显。

汽车作为现代化社会大工业的产物，在推动人类文明向前跃进并给人类生活带来了便捷舒适的同时，对大自然生态环境的恶化也有着难以推卸的责任。

随着人们对环境保护的日益重视，以缓解石油资源紧缺所带来的能源危机，节能环保技术越来越多为广大汽车公司所采用。

汽车轻量化是汽车节能环保关键技术之，各国和相关的汽车公司投入大量资金和人力进行相关研究，研究涉及汽车材料汽车设计思想和汽车相关的材料成型技术，从而促进了相关汽车设计理念制造工艺汽车零部件成型技术迅速发展。

汽车自身质量的大小是影响燃油消耗的重要因素之，所以汽车设计轻量化成为发展趋势。

近年来，世界石油资源紧张，油价不断上涨，对汽车工业和汽车运输业来说，降低燃油消耗量成为关键。

随着中华人民共和国道路交通安全法新版汽车产业发展政策以及在全国开展车辆超载超限治理工作的实施方案的出台，这些都为加快汽车轻量化给予了政策支持和动力。

实现汽车轻量化降低燃油消耗增加载质量提高运输效率对约