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1、 摘 要汽车车架作为汽车总成重要的一部分，车辆受到来自道路和装载的各种复杂载荷最终都会传递给车架，并且汽车上许多重要总成都是以车架为载体，因而车架的强度和刚度在汽车总体设计中起了非常重要的作用。因此，车架结构性能的好坏关乎这整车设计的成败。若用传统经典力学方法计算，结果失真太大；而用试验法进行测试，成本高，周期长。为此本文采用了有限元分析技术，来实现车架结构设计合理化和轻量化的目的从而大大减少设计费用，缩短设计周期，同时提高设计工作的效率。因为，ANSYS在对实体模型分析上具有强大的功能，在结构静力学分析以及优化设计方面相比很多其他软件拥有十分明显的优越性。本文利用三维建模软件Pro/E和有限
2、元分析软件ANSYS对某轻型载货汽车车架进行了Pro/E建模和ANSYS分析。全套图纸，加153893706通过对Pro/E和ANSYS软件的的了解和学习，采用Pro/E实体建模，导入ANSYS进行网格划分，应力加载，求解得出经动态分析结果，得出结论，之后可根据需要对已设计的实体单元为基础的车架结构进行拓扑优化模型和简单的尺寸优化模型，以车架的纵梁截面尺寸为设计变量，以车架结构的总体积最下为优化目标，对车架纵梁截面尺寸进行优化并分析优化结果。通过对初步设计出的轻型车架结构的实体建模及有限元分析，得到一些对车架设计有所帮助的结论，为今后车架的设计工作提供一定的指导作用。关键词：轻型货车车架；三维
3、建模；载荷；有限元静力学分析；模态分析ABSTRACT Automobile frame, as an important part of the vehicle, the vehicle being loaded from the road and the complex will eventually be passed to the load frame, and the car is the frame number of important general in Chengdu as the carrier, and thus the strength and the framest
4、iffness of the overall design of the car plays a very important role.Therefore, the performance is good or bad frame structure about the success of this vehicle design.If the traditional method of classical mechanics, the result is too large distortion; and tested using test method, high cost and lo
5、ng period.To this end this paper, the finite element analysis, design of the frame structure to achieve the purpose of rationalization and lightweight thus reducing design costs and shorten design cycles, while improving the efficiency of design work.Because, ANSYS solid model in the analysis of pow
6、erful features in the structure of static analysis and design optimization software, compared with many other obvious advantages.In this paper, three-dimensional modeling software Pro / E and the finite element analysis software ANSYS, a light truck chassis is a Pro / E modeling and ANSYS. On Pro /
7、E and ANSYS software, understanding and learning, the use of Pro / E solid modeling, meshing into ANSYS, the stress load, obtained by solving the dynamic analysis of the results, draw conclusions, and then as needed for. The solid element has been designed based on the topology optimization of frame
8、 structure model and the size of a simple optimization model to frame the longitudinal cross-section dimensions of design variables, the total volume of the frame structure to optimize the next goal, on the framelongitudinal section size optimization and analysis of optimization results.The prelimin
9、ary design by a light frame structure of solid modeling and finite element analysis, get some help on the conclusions of the frame design, frame design for the future to provide some guidance.Key words：Frame of track; Three-dimensional modeling; loads; Finite element static analysis; Modal analysis
10、I目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究目的和意义11.2 车架国内外研究现状21.3 主要设计内容41.4 拟解决的主要问题5第2章 轻型货车的车架设计62.1 车架的概述6 2.1.1 车架的设计要求6 2.1.2 车架的结构型式6 2.1.3 纵梁、横梁及其联接10 2.1.4 车架的制造工艺及材料112.2 车架的结构设计12 2.2.1 车架设计参考12 2.2.2 车架参数的确定13 2.2.3 车架的弯矩及弯曲应力计算14 2.2.4 车架的挠度计算162.3 本章小结18第3章 车架三维模型的建立193.1 Pro/E软件介绍193.2 三维模型的建立203
11、.3 本章小结24第4章 车架有限元分析254.1 ANSYS的特点254.2 ANSYS的基本组成和功能264.3 Pro/E与ANSYS接口的创建284.4 车架有限元的静力分析30 4.4.1 三维实体模型的网格划分30 4.4.2 施加约束条件31 4.4.3 车架4种工况分析32 4.5 车架有限元的模态分析424.6 本章小结48结论49参考文献50致谢51附录52 附录A 外文文献52 附录B 外文文献翻译58 附录C ANSYS分析程序命令流63 附C1 车架4工况分析前准备程序63 附C2 车架弯曲工况ANSYS分析程序70 附C3 车架扭转工况ANSYS分析程序75 附C4
12、 车架急刹车工况ANSYS分析程序79 附C5 车架转弯工况ANSYS分析程序85 附C6 车架模态分析程序90第1章 绪论1.1 研究目的和意义在汽车制造市场竞争日益激烈的今天，汽车制造技术越来越先进，作为载货车主要承载结构的车架，它们的质量和结构形式直接影响车身的寿命和整车性能，如动力性、经济性、操纵稳定性。汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。轻量化是21世纪整车发展趋势之一
13、，减轻汽车质量意味着节约了能源和材料。车辆设计中，在满足载货车运营中对车架的刚度、强度及工艺改造等因素要求的同时，应当尽可能减轻它们的质量和降低制造成本。车架结构设计的主要目的在于确保车架强度、刚度和动态性能的前提下，减轻车架的质量，由此不仅可以减少钢材和燃油的消耗，减少污染排放，提高车速，改善汽车起动和制动性能，而且可有效减少振动和噪声，增加汽车和公路使用寿命。但我国的汽车工业存在自己的特殊性：一是引进国外设计，国产化生产：二是仿制或改装设计，自己独立开发设计的新产品很少。国内许多厂家在载货车的设计、制造和改进过程中仍主要依靠和沿用传统的手工设计方法和设计理念，从而造成产品存在缺陷或结构设计
14、的不合理，目前国产载货车普遍存在的闯题是整车协调性较差；局部材料强度余量较大，无法预先判断，造成材料的浪费；在车辆实际使用过程中出现局部强度不足。所以，产品国产化或改装后，在使用过程中往往会出现强度、寿命、振动、噪声等方面的问题。这些问题影响了我国载货车产品质量，造成了使用中的安全隐患。由于缺乏必要的理论分析，我国载货车制造厂家对有问题的区域往往采取局部加强的方法，这不但需要进行多次全面的实车试验才能确定其有效性，而且会导致整车整备质量的不断增加；另外，对一些结构上的改进和优化，由于缺少一定的理论依据，往往得不到很好的实施，因此开展载货车车架结构强度的计算工作，在满足结构强度和刚度的前提下，合
15、理地进行结构设计，以达到轻量化的目的、对车架结构设计具有重要意义。此外，为了加速企业的新产品开发，进一步提高产品的性能和科技含量，必须对现有的车型进行结构强度、刚度分析计算和动态特性分析研究工作，为新车型的研制开发提供借鉴和校核方法。随着经济全球化进程的加快，汽车工业的竞争日益加剧，汽车巨头们都在加紧新车型的设计开发，由于发动机、底盘设计制造技术基本成熟，新车型便主要体现在电子设备和车架造型的更新上。同时，为减少新车型的开发成本、缩短新车型的开发周期、提高新产品的市场竞争力，全球各大汽车公司普遍实施了“平台战略，车架的开发便是该战略的主要组成部分。载货车车架是载货车的基体，一般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置、前桥、后桥支承在车
