《毕业设计（论文）-轻型卡车货车车架设计（全套图纸三维）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-轻型卡车货车车架设计（全套图纸三维）（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、XX大学毕业设计摘 要车架也称大梁，是汽车的基体，通常的是由两根纵梁和几根横梁构成的，经过悬挂装置前桥后桥支承在车轮上。拥有足够的刚度和强度来承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击，因此车架的刚度和强度在汽车整体设计中起着非常重要的作用。于是，车架结构性能的好坏关乎着整个设计结果的成败。为了避开传统力学计算的弊端本文采用了有限元分析技术，以此来缩短工作周期提高效率。本文使用三维建模软件CATIA和有限元分析软件ANSYS对某轻型卡车车架进行了三维建模和有限元分析。关键词：轻型货车车架，三维建模，载荷，有限元静力学分析全套图纸，加153893706ABSTRACT The frame is the b
2、ase of the car, which is also called girder. The noemal frame is composed of two stringers and several beams and it is supported on wheels by suspension system, front axle and rear axle. The frame must have enough stiffness and strength to withstand the loads and shocks coming from the wheels, so th
3、e stiffness and strength of the frame play a very important role in the designing of the full vehicle. Consequently, the quality of the frame have ralation to the success of the design. In order to avoid the drawbacks of traditional mechanical calculation, this paper adopted the finite element analy
4、sis technique to shorten the work cycle and improve efficiency.This paper complete the modeling and the analysis of a light truck frame using CATIA and ANSYS software.Key words: Light truck chassis, Three-dimensional modeling, Loading, Finite element static analysisI目 录摘 要IABSTRACTII前 言11轻型货车车架设计31.
5、1车架的设计要求31.2车架的结构形式31.3横梁、纵梁及其联接62车架的结构设计72.1车架长度及材料的选取72.2纵梁截面尺寸的确定72.3纵梁的强度计算92.4纵梁的刚度条件112.4.1公式计算112.4.2有限元分析142.4.3对比分析153车架三维模型的建立163.1三维模型的建立及视图163.1.1纵梁的建模163.1.2前梁的建模173.1.3元宝梁的建模173.1.4中、后梁的建模183.1.5总装配模型184车架有限元分析及优化194.1满载静态工况194.1.1启动Workbench194.1.2新材料参数的添加194.1.3网格的划分214.1.4满载时施加约束和载荷
6、224.1.5结果处理224.6求解结果224.2满载转弯工况244.3纵向载荷最大工况254.4车架优化27结 论29参考文献30致 谢31前 言研究目的和意义在汽车制造市场竞争日趋激烈的今天，汽车制造技术愈来愈先进，作为载货汽车主要承载结构的车架，它们的质料和结构形式直接影响车身的使用寿命和整车性能，如动力性、经济性、操纵稳定性。自从上世纪末叶继马车摩托化以后第一辆汽车问世以来，至今已经有一百多年的历史了，汽车的结构形式已经发生了很大的变化。早期汽车的主要结构及其制造方法，除了增装发动机以外，基本上都是沿袭马车，都具有作为整车基础的车架，而且地盘上的各总成大部分都需要依靠车架连接才能成为一
7、体。当时，设计和制造只注重发动机和底盘两个部分，很少考虑车身。车架结构设计的目的是为了保证车架在满足强度、刚度和动态性能的前提下，减少车架总的质量，从而使钢材和燃油的消耗得以降低，排放的污染物得以降低，车速得以提高，汽车起动性能和制动性能得以改善，而且也可有效的控制振动和噪声的产生，增加汽车和公路的使用寿命。车架国内外研究状况从60年代开始外国人便尝试用有限元分析法对汽车车架进行强度和刚度的分析，1970年美国宇航局首先将NASTRAN有限元分析程序运用到了汽车结构分析中，并对车架的相关组织结构进行了静强度的有限元分析，从而降低了车架的自重。当前，运用有限元分析软件对车架的结构进行静态分析、模
8、态分析在国外此类技术已经达到非常成熟的地步，他们的工作重点已转向了瞬态响应分析、噪声分析和碰撞分析等范畴。国外将有限元分析法引入到车架强度计算中是比较早的，而我国大约是在七十年代末才把有限元分析法用到了车架结构强度分析中。在有限元分析法对汽车车架结构的分析中，初期较多的选用梁单元进行结构离散化。虽然分析的初步结果还算令人满意，但是由于梁单元自身存在的弊端，例如梁单元不能较好的描述结构略微复杂的车架结构，不能较好的反映车架横梁与纵梁衔接区域的应力分布，而且它还忽略了扭转时截面的翘曲变形，因此用梁单元分析出的结果是比较粗糙的。而板壳单元却能克服梁单元在车架建模以及应力分析时的不足，基本上能够作为一
9、种完全的强度预测手段。近十年来，由于计算机软件和硬件的迅速发展，板壳单元也渐渐地被应用到汽车车架分析中，使分析精度大为提高，开始从过去的定性和半定性的分析逐步向定量分析过度。随着计算机软、硬性技术的发展，特别是微机机能的大幅度提高和普及，利用微机进行有限元分析已不在是什么困难的事，从而促使了有限元分析的应用向广度和深度方向发展。综合分析这些文献便可得知，目前，国内利用有限元分析方对车架结构的研究仅限于静态扭转、弯曲载荷和极限荷载作用下的车架或者车架结构的分析，并从分析数据中得到车架结构的静态应力分布，并进行局部修正。正是因软、硬件对计算机模型规模的限制性的存在，模型的细化程度依然不够，因此对结
10、构强度和刚度的分析仍然是比较粗略的，并且计算结果较多的是用来进行结构的方案比较，这就离虚拟实验的要求还有相当大的距离。主要设计内容利用三维软件CATIA V5R21建模并应用有限元ANSYS分析软件对的车架进行分析，具体内容如下：车架设计方法以及设计步骤的研究，确定车架结构形式。以某轻型货车车架为参考进行车架设计并对其进行建模，绘制车架三维实体模型并生成二维工程制图。将建成的车架模型导入到ANSYS中准备进行有限元分析并对车架进行优化设计。1轻型货车车架设计1.1车架的设计要求车架作为汽车承载的基体，除了要支承发动机、离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等全部簧上质量的相关机件外，还要承
11、受着传给它的各类力和力矩。所以，车架必须要具有足够的弯曲刚度，以来保证装在其上的相关机构之间的相对位置在汽车行驶的过程当中能保持恒定并保证能让车身的变形减少到最低限度；车架也应有足够的强度，以来确保其有足够的可靠性和更久的使用寿命，纵梁等主要零件在使用期内不会出现严重的变形和开裂现象。若是车架的刚度不够便会引起振动和噪声，也会使汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性以及某些机件的可靠性大幅度降低。货车车架的最大弯曲挠度一般不要超出10mm。但车架扭转刚度又不应太大，不然将会使车架和悬架系统的载荷增大，同时会使汽车轮胎的接地性变糟糕，使通过性变差。通常在使用过程中其轴间扭角应在1/m左右。在保证强度、刚度
12、的前提下车架的本身的质量应该尽可能的小，以便减小车身质量。货车车架质量正常的应约为整车整备质量的1/10。另外，车架设计时还应考虑车型系列和改装车等方面的需求1-5。1.2车架的结构形式按照纵梁的结构特点，可以将车架分为如下几种结构类型：周边式车架周边式车架用于中级以上的轿车。从俯视图上可以看出此车架属于中间宽两端窄型。该车架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以及前轮最大转角；后端宽度则是靠后轮距来确定。图1.1 周边式车架Fig.1.1 Perimeter frameX形车架这种车架被一些轿车所采用。车架的中部为位于汽车纵向对称平面上的一根矩形断面的空心脊梁，其前后端焊以
13、叉形梁，形成俯视图上的X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。图1.2 X形车架Fig.1.2 X-frame梯形车架梯形车架又称边梁式车架，它是由两根相互平行的纵梁和若干根横梁组成的。它的弯曲刚度较大。当其承受扭矩时，各部分便会同时产生弯曲和扭转。边梁式车架的优点有，结构简单，容易制造；有利于改装变型车或者多品种车辆；便于布置和安装；具有较高的强度和刚度；车架与驾驶室分开，采用弹性悬置安装，有利于隔振。图1.3 梯形车架Fig.1.3 Ladder frame 上述三种车架的自身质量差别并不是很大。无论是哪一种车架，都要求在前、后桥处具有较大的扭转刚度，为此，相关的
14、纵、横梁可采用封闭式断面。脊梁式车架脊梁式车架顾名思义它犹如一根脊梁支撑着整车。它是由一根位于汽车左右对称中心的大断面管形梁和某些悬伸托架构成。管梁将汽车的动力系与传动系连成一体，传动轴从其中间通过，所以采用这种结构时驱动桥必须是断开式的并且要与独立悬架相匹配。与其他类型的车架比较，其扭转刚度是最大的。图1.4 脊梁式车架Fig.1.4 Backbone tube frame综合式车架综合上述脊梁式和边梁式两种型式而成。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，所示的X形车架也应归于这一类型，但该车架可与非断开式驱动桥及非独立悬架相匹配。图1.5 综合式车架Fig.1.
15、5 Platform frame其中边梁式车架由于其车身、车厢结构和布置方式的特点，从而使汽车的改装和变型变得易于方便，因此被广泛的应用在载货汽车、越野车、特种车辆、和用货车的盘改装的客车上。在中、轻型客车上也有所采用，轿车则较少。尤其是在载货汽车上应用最为广泛。本文采用边梁式车架结构2。1.3横梁、纵梁及其联接载货汽车的车架纵梁沿全长多采用平直且断面不变或少变的形式，以便简化工艺。载货汽车的纵梁断面形状多采用匚形，除此之外也有Z形、工字形，本文采用匚形。横梁主要用于将左、右纵向梁连接在一起，从而形成一个完整的车架，也是为了确保车架能有足够的扭转刚度，限制其变形，减少应力和应变。除以上作用外横梁还起着支承某些总成的作用。汽车车架一般存在46根横梁，其分布与总成、驾驶室、货箱或车身的支承位置有关。横梁的种类：槽形 鸭嘴型 背靠背槽型形 拱形 圆形 方形横梁的布置：车架最前端开口处，务必布置扭转刚度较大的横梁。在前轴后端约1米
