重型载货汽车驾驶室结构及其优化设计.doc

1、摘 要载重汽车驾驶室是汽车非常关键的部件，其设计质量的高低将关系到载重汽车的安全性、振动、噪声等动态性能参数，进行载重汽车驾驶室的结构设计及其动态性能的分析具有重要的社会意义及经济价值。随着我国载重汽车向国际化市场的不断推进,竞争将日趋激烈,对于其性能的要求不再局限于动力性、载重性方面,而将朝着低噪声、舒适性的方向发展,为了降低噪声和减少振动,就必须去全面深刻的了解驾驶室的动态特性。本文通过有限元分析的方法对驾驶室的动态特性进行了初步的研究，首先应用三维软件建立了该驾驶室的CAD模型,然后将其导入Hyper Mesh中，分别进行前处理和划分网格,将生成好的有限元模型输入到ANSYS中计算。通过

2、调研和查阅相关文献，了解了载重汽车驾驶室的结构设计与动态性能的分析方法，通过Proe等三维软件建立三维模型，利用有限元分析方法分析对驾驶室进行动态性能分析，确定在给强度、刚度、振动模态等性能指标。通过分析对比不同结构形式的载重汽车驾驶室，选择出综合性能指标最合适的载重汽车驾驶室的结构。 设计从计算尺寸到出图的这个过程,都是在先进的计算机软件平台上来完成的。此外如今越来越发达的网络平台也为设计提供了数据、模型等方面的资料。同时在考虑到载重汽车驾驶室在工程应用上的参数的时候，能够更好的满足现在越来越先进的工程机械行业的要求,这样才能更好的体现本设计的先进性以及人与机械和谐化的要求,同时在Proe等

3、先进软件的辅助下,充分体现了设计的严谨和缜密性,这样也就能够更好的达到设计的目的。关键词:载重汽车驾驶室；有限元分析；动态性能分析 AbstractThe truck cab is the key components of the car, the design quality of high and low in relation to the safety of trucks and vibration and noise dynamic performance parameters , the structure design and dynamic performance analy

4、sis of the truck cab has important economic value and social significance.With the overloaded car the advancement of the international market, competition is increasingly fierce, its performance requirements are no longer limited to the load , the dynamic aspect ,but towards the direction of comfort

5、, low noise, and to reduce vibration and noise, we must fully understand the dynamic characteristics of the cab. In this paper, the finite element method for dynamic characteristics of the cab and interior sound field, the first application of 3D software to build the cab model, import Hyper Mesh pr

6、e-processing and meshing will generate a limited element model input in ANSYS calculations.Through research and relevant literature, grasp the master truck cab structural design and dynamic performance analysis methods. By the 3D software of Proe to create three-dimensional model, using finite eleme

7、nt analysis method for dynamic performance analysis to determine the performance indicators in stiffness, strength, vibration modes on the cab. Select the optimal comprehensive performance truck cab structure through analysis and comparison of the different structural forms of the truck cab.Design d

8、iagram of the process from the surveying and mapping, are in advanced computer software platform. At the same time is becoming increasingly well-developed net work platform provide a model for the design, data and other aspects of reference .We also take into account the compactors cab on the projec

9、t meet the construction machinery industry developed the requirements, so as to reflect the design of advanced, and the machinery of the requirements of harmony, while in UG and other advanced software support, the design embodies the strict and careful, this will achieve the significance of the des

10、ign. Key words: Heavy truck cab; Finite Element Analysis; Dynamic Performance Analysis目 录引言11 载重汽车驾驶室的结构及其优化设计21.1 载重汽车驾驶室的结构组成21.2 不同结构形式的载重驾驶室21.2.1 悬置装置不同的分类21.2.2 国内载重汽车驾驶室的结构对比31.2.3 货车驾驶室的分类41.3 载重汽车驾驶室优化设计51.3.1 载重汽车驾驶室优化设计简介51.3.2 驾驶室重量及重心坐标测量51.3.3 减振器及前后弹簧参数改进61.3.4 后支撑横梁的结构问题及其优化措施71.3.5

11、总结92 驾驶室CAD模型的建立102.1 驾驶室建模主要的思想102.2 驾驶室建模的简化102.3 驾驶室CAD模型103 驾驶室CAE模型的建立133.1 有限元分析理论基础133.1.1 有限元分析基本原理133.1.2 Hyper Mesh、ANSYS软件介绍133.2 驾驶室有限元分析模型的建立144 载重汽车驾驶室动态性能分析164.1 载重汽车驾驶结构静力学分析164.2 载重汽车驾驶室的结构模态分析174.2.1 驾驶室模态计算174.2.2 驾驶室模态有限元分析184.2.3 驾驶室模态优化设计215 载重汽车驾驶室振动及其响应分析245.1 驾驶室壁板厚度变化245.2

12、驾驶室的声固耦合的作用255.3 驾驶室振动及其响应分析小结276 载重汽车驾驶室设计技术现状296.1 先进的驾驶室产品特征296.2 先进的造型设计技术296.3 先进的工程设计技术306.4 先进的设计理念并行工程(CEConcurrent Engineering)316.4.1 开发流程的并行316.4.2 设计方案的并行326.4.3 项目团队的协同工作327 总结34谢 辞35参考文献36引言载重驾驶室是汽车的非常重要的组成部分，它的设计质量的好坏对整个汽车总体设计有着重大的影响。通过对驾驶室进行CAD建模及CAE有限元分析，对于驾驶室的动态性能有了比较细致的研究和分析，同时也对驾

13、驶室的安全性及噪音等等有了初步的认识和了解。在此基础上对驾驶室进行优化设计，使驾驶室的性能得到显著的提高，为将来驾驶室设计的研究方向提供了一些参考。通过使用有限元分析软件，对于驾驶室的刚度、强度、模态性能等有了更透彻的了解。总结最先进的驾驶室设计技术，对未来驾驶室的设计趋势有了明确的方向和指导。1 载重汽车驾驶室的结构及其优化设计1.1 载重汽车驾驶室的结构组成载重汽车驾驶室的主要组成是前围板、左右前围侧盖板、左右前立柱、顶盖及横梁、前风窗框边梁、地板及门槛、后围板及后立柱、等。下面分别介绍：（1）前围板：它是驾驶室和发动机舱内的隔板，具有封闭、降噪、隔热、保护等作用。（2）左右前立柱：它是前

14、部的加强部分，受力后，会产生变形或者折皱甚至折断。（3）左右前围侧盖板：它的强度低，主要起封闭作用，也可以抵挡住侧面的撞击。（4）前风窗框边梁：它是前风窗的安装框架，撞击后会变形，同时玻璃会破碎，边梁很可能发生拱曲变形。（5）顶盖及横梁：它的作用是顶部封闭，防止漏雨，也可以起遮阳作用。（6）后围板后立柱：其中立柱是骨架部分，起加强作用。后围板作为驾驶室后部的封闭面，更主要的作用是抵制一部分后部货物前移引发的撞击。（7）地板及门槛：有封闭底部，强度较高，支撑作用，变形复杂，空洞较多。1.2 不同结构形式的载重驾驶室1.2.1 悬置装置不同的分类 按照悬置装置不同可以分为半浮式驾驶室以及全浮式驾驶

15、室。全浮式驾驶室就是驾驶室是由前后左右四组弹性元件所构成的悬置系统，然后将驾驶室悬置于车架之上。全浮式驾驶室悬置系统主要由前、后两组悬置系统组成。前悬置结构包括简式减振器、螺旋弹簧、拉杆、横向稳定杆等。后悬置结构包括螺旋弹簧、横梁以及拉杆等。如图11及图12分别给出了全浮式驾驶室前、后悬置结构。 图1-1 驾驶室前悬置结构图 图1-2 驾驶室后悬置结构图 半浮式驾驶室与全浮式驾驶室相比较，其驾驶室的前部两个支承点通过铰接方式与车架连接，后悬置结构采用阻尼元件和弹簧构成后悬置连接到车架上。除了按结构形式的不同来区分驾驶室悬置系统外，还可以根据悬置结构所采用的弹性元件的不同来分类，主要包括：钢板弹簧驾驶室悬置、螺旋弹簧驾驶室悬置、空气弹簧驾驶室悬置等。1.2.2 国内载重汽车驾驶室的结构对比（1）东风天龙图1-3 东风天龙天龙驾驶室内部空间很大，它的环绕式仪表台是以驾驶员为中心来布置，从而使得按钮、开关都触手可及。它还包括大储物柜、可调式座椅和人机工程学等应用，极大的提高了驾驶室的人性化和舒适性。天龙在左右门中都安装了