轻型载货汽车车架结构设计与性能分析.docx

1、题 目：轻型载货汽车车架结构设计与性能分析轻型载货汽车车架结构设计与性能分析摘要车架是汽车承受各种载荷的关键总成部件，其设计的合理与否直接关系到整车的使用效果。本文结合实际，简要探讨轻型载货汽车的车架设计方法以获得有益结论从而促进汽车整车设计水平的提高。以轻型载货汽车车架为参考系，研究了车架相关尺寸的确定方法。详细分析各因素对纵梁抗弯抗扭能力及弯扭联合工况下车架结构的影响，通过对比分析，最终确定纵梁的各项设计参数。与此同时，车架“模型化”在车架性能分析中“功不可没”。文章以合理方式简化车架获取模型，对其进行静态结构、模态、疲劳强度分析，较为明了反映出车架在不同载荷与状态下的对应物理特性进而对车

2、架的使用性能予以分析与评估。据此充分说明有限元分析计算法为车架结构优化与功能分析提供了理论支撑。在相关领域应广泛运用以获取设计依据。关键词: 轻型车架；结构设计；静模态分析；疲劳强度分析45论文题目AbstractThe automobile frame is one of the key assemblies for the automobile to bear all kinds of loads. Based on the engineering practice, this paper briefly discusses the frame design method of light

3、 truck, and obtains some useful conclusions to promote the improvement of vehicle design level. Taking the frame of a light truck as the research object, this paper studies the method of determining the frame assembly outer dimension. The influences of various factors on the flexural and torsional c

4、apacity of the longitudinal beam and the frame structure under combined flexural and torsional conditions are analyzed in detail. The design parameters of the longitudinal beam are finally determined through comparative analysis. At the same time, the frame model in the performance analysis of the f

5、rame can not help. This paper simplifies the frame acquisition model in a reasonable way, and analyzes the static structure, mode and fatigue strength of the frame, which clearly reflects the corresponding physical characteristics of the frame under different loads and states, and then analyzes and

6、evaluates the performance of the frame. Therefore, the finite element analysis method provides theoretical support for the structural optimization and functional analysis of vehicle frame. In related fields should be widely used to obtain the design basis.Keywords:light frame: structure design； stat

7、ic mode analysis； fatigue strength analysis轻型载货汽车车架结构设计与性能分析目录绪论61.1 车架总成概述61.2 车架的分类61.3 车架设计需考虑的问题72 车架结构设计与分析82.1 车架材料选取82.2 设计条件输入82.2.1 市场使用条件输入82.2.2 轻型载货汽车基本配置输入82.3 车架总成结构设计92.3.1 设计预期目标92.3.2 设计手段92.3.3 车架总成外廓尺寸分析92.4 轻型载货汽车车架总成轻量化考虑102.4.1 零件材料方面102.4.2 优化结构降低零部件质量1112.5 本章小结1113 车架纵梁的参数设计

8、初步1223.1 车架纵梁设计概述1223.2 槽形纵梁抗弯性能的一般分析1333.2.1 槽形断面梁的一般特性1343.2.2 浅析槽形断面梁抗弯截面系数1663.2.3 上下不对称加强板对W的影响1883.3 本章小结2094 有限元模型建立214.1 车架有限元模型的建立214.1.1 车架结构的简化214.1.2 单元的选取与网格划分224.2 材料特性224.3 本章小结225 车架的静态分析235.1 车架静态分析简述235.1.1 静力分析理论依据及流程235.1.2 边界约束条件235.1.3 载荷工况的确定235.1.4 结果分析245.2 动强度分析265.2.1 动载荷的

9、计算265.2.2 计算结果分析275.3 车架刚度分析285.3.1 车架抗弯刚度分析295.3.2 抗扭刚度分析305.3.3 弯扭综合分析325.4 本章小结346车架模态分析356.1 理论基础【13】356.2 车架的模态计算356.3 结果分析356.4 车架动态特性评价396.5 本章小结397 车架疲劳强度分析407.1 疲劳破坏综述407.1.1 疲劳破坏基本原理407.1.2 S-N曲线407.2 车架疲劳寿命简单分析407.3 分析结果评价417.4 本章小结428 总结43致 谢44参考文献45轻型载货汽车车架结构设计与性能分析1绪论1.1 车架总成概述车架是汽车总成中

10、的骨架部分。对于载货汽车来说，车架本体是整车的“中流砥柱”。汽车上几乎所有大总成和相关部件都直接或间接连接到车架上，对于载货汽车而言，车身自重及装载质量都将其载荷集中于车架。与此同时，车架还传递着驱动力与部分制动力，其工作可靠性好与否直接关系到整车的使用与寿命性能。为了使车架满足使用要求，其必须满足以下条件:具备足够强度。车架主要零部件在汽车大修里不应损坏，在使用期内不应该更换；具备足够的弯曲与扭转刚度，轻型载货汽车的车架最大挠度通常不应大于7mm，扭转刚度通常应和悬架系统角刚度相和谐，要保证汽车在各种道路条件下运行时，车架上各个总成不会因车架产生严重形变而早期损坏或失去正常性能。因此，车架应

11、该具备足够的刚度，但车架刚度也并非越大越好，汽车行驶在各种各样不平路面时，我们为了保证车辆对不平路面的适应能力以增强车辆行驶的平顺性与纵向通过性而应让车架具备一定的挠度，即其扭转刚度不宜过大，如果这几项因素互相产生干涉，也会导致车架的早期损坏。车架总成尽可能轻量化。载重汽车车架质量约为汽车自重的九分之一。为了减轻车架的质量，车架纵梁通常按照等强度设计，但考虑到改装与制造的方便性，大多数载货汽车车架纵梁后部仍按照等高断面梁设计。1.2 车架的分类考虑到纵梁的特点，车架可以分为梯形车架、X型车架，中梁式车架三种结构形式。梯形车架：梯形车架又被称为边梁式车架，它由两根纵梁及若干根横梁组成，该结构是目

12、前载货汽车中应用最广的一种，多为槽型纵梁匹配各种冲压成型的横梁。其结构简单，工艺性好，同时由于横纵梁均能提供平直平面，因而方便了其它总成和零部件的连接。X型车架：该车架由两根纵梁呈X型连接，中间采用若干根横梁用于总体加强从而增强其抗扭刚度，适用于小型客车，但目前应用较少。中梁式车架：该车架又被叫做脊柱式车架，即只用一根贯穿汽车全长的纵梁的车架，该纵梁可以是圆管状，也可是箱形断面的。这种结构的车架虽然抗扭强度高，但该结构对于其它总成的连接造成了一定程度上的困难，因此目前该结构在载货汽车上应用很少。1.3 车架设计需考虑的问题汽车车架受力情况极其复杂，静止时车架在悬架系统的支持下承受汽车各部件载荷

13、及重力；在汽车行驶时，载荷及汽车各部件的自身质量与相关工作载荷将会使车架承受不同方向，不同程度的及随机变化的动载荷。车架在各种载荷下，将发生弯曲、扭转等形变。故车架设计应同以下三个因素关联:车况:整车外形尺寸决定了车架的整体尺寸，整车的载重要求决定了车架的理论性能指标；路况:载货汽车在不同的道路条件下行驶时对应的行驶工况对车架纵横梁强度，连接件强度以及与各大总成连接的局部强度之要求都相当高；生产规模与工艺特点:大量生产时，常采用冲压铆接工艺，因其过程简单，劳动强度低。产量小时尽量采用断面简单的直梁。2 车架结构设计与分析2.1 车架材料选取应具备足够高的疲劳与屈服极限，较弱的应力集中效应，好的

14、冷冲压及焊接性能。为了满足车架的使用条件，当今多数汽车车架制造都采用低碳或中低碳合金钢。轻型载货汽车冲压纵梁的钢板厚度大约为35mm。当今汽车纵梁多采用16Mn钢板，其疲劳强度为210270MPa。2.2 设计条件输入2.2.1 市场使用条件输入某轻型载货汽车主要用途为:高等级公路与次等级公路、中短途运输、超载程度不大及运输效率高等。2.2.2 轻型载货汽车基本配置输入根据使用条件要求，整车基本配置参数如表2-1所示。表2-1 整车基本配置参数 重量参数整备质量（）3350满载质量（）9350 性能参数最高车速（/h）最大爬坡度（%）最小转弯直径（m）满载百/小时等速油耗 （L）1001204

15、015.545尺寸参数 外廓尺寸 （mm）长（mm）4060宽（mm）1980高（mm）2400轴距（mm）2645最小离地间隙（mm）215 推荐参数轮胎11.00R20 12.00R20后桥型号28.5速比352.3 车架总成结构设计2.3.1 设计预期目标作为一新事物，理应结合国内外市场的发展情况，提高技术含量和性能水平;符合路政要求及相关部门法律法规;主要功能指标接近或达到日欧系列相关水准;遵循强度化、标准化及轻量化思想;结合现工艺水平和生产条件，降低总体成本，合理制造价格区间;系列车型超载质量按照总重的30%考虑。2.3.2 设计手段采用新的材料加工工艺与高强度钢板，增大材料本身的屈服极限，在尺寸不变的情况下，极大提高其承载能力;采用新的设计计算方法和严格的设计程序，实现有限元分析方法在轻型载货汽车车架设计领域的全覆盖。在车架静