輕型貨車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)及有限元分析【說(shuō)明書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、翻譯】

輕型貨車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)及有限元分析【說(shuō)明書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、翻譯】,說(shuō)明書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、翻譯,輕型,貨車(chē),車(chē)架,設(shè)計(jì),有限元分析,說(shuō)明書(shū),仿單,開(kāi)題,報(bào)告,講演,呈文,翻譯 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 輕型貨車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)及有限元分析 學(xué)生姓名： 二級(jí)學(xué)院： 班　　級(jí)： 提交日期： 目 錄 摘 要 II Abstract III 第1章 緒 論 1 1.1概述 1 1.2 車(chē)架?chē)?guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展 1 1.3課題研究?jī)?nèi)容 3 第2章 輕型載貨汽車(chē)的車(chē)架設(shè)計(jì) 4 2.1 車(chē)架概述 4 2.1.1 車(chē)架的制造工藝及材料 4 2.1.2車(chē)架縱梁、橫梁的聯(lián)接 4 2.2 車(chē)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2.2.1 車(chē)架參數(shù)的確定 5 2.2.2 車(chē)架的彎曲應(yīng)力計(jì)算 6 2.2.3 車(chē)架的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)算 8 第3章 貨車(chē)車(chē)架三維模型的建立 11 3.1 CATIA軟件簡(jiǎn)介 11 3.2 三維模型的建立 11 第4章 汽車(chē)車(chē)架的有限元分析 17 4.1 ANSYS軟件介紹 17 4.2車(chē)架有限元的靜力分析 17 4.2.1 三維實(shí)體模型的網(wǎng)格劃分 18 4.2.2施加約束條件 19 4.2.3車(chē)架工況分析 19 結(jié)　　論 25 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 II 輕型貨車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)及有限元分析 摘 要 車(chē)架跨接在前后車(chē)橋上，是支承車(chē)身，承受汽車(chē)載荷的基礎(chǔ)構(gòu)件。貨車(chē)的絕大部分部件和總成都是通過(guò)車(chē)架來(lái)固定位置。本課題主要參考貨車(chē)解放CA1040的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，首先進(jìn)行輕型載貨貨車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)的計(jì)算，主要計(jì)算車(chē)架的彎曲應(yīng)力以及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。然后根據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)使用CATIA軟件進(jìn)行車(chē)架的建模，將車(chē)架模型導(dǎo)入ANSYS軟件，進(jìn)行分析車(chē)架的彎曲工況與扭轉(zhuǎn)工況。通過(guò)對(duì)比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與分析結(jié)果，得出車(chē)架的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：車(chē)架，設(shè)計(jì)，CATIA，有限元分析 Frame design and finite element analysis of light truck Abstract The frame connected across the front and back axles, is supporting the body, foundation structure under vehicle load. The vast majority of parts of the automobile and assembly are fixed by the frame. In the first place, the paper does the calculation of light-duty truck frame design, mainly by reference to related parameters of truck liberation of ca1040, calculating the frame bending stress and torsional stress. And then refers to the relevant data to build a model by means of CATIA software, simultaneously, importing the frame model into ANSYS software, for the analysis of the frame condition under the circumstance of bending and torsion. Finally, through the comparison of the design data and analysis results, it is concluded that the frame design meets the design requirements. Key words: Frame，design ，CATIA ，the finite element analysis 3 第1章 緒 論 1.1概述 現(xiàn)在汽車(chē)制造這一行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越大，并且與其相關(guān)的制造技術(shù)也是越來(lái)越先進(jìn)。車(chē)架作為汽車(chē)的主要承載結(jié)構(gòu)，車(chē)身的壽命以及車(chē)輛的性能與車(chē)架的質(zhì)量密切相關(guān)。實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化，就是盡可能地減小汽車(chē)車(chē)身的重量，但與此同時(shí)也要能夠滿(mǎn)足汽車(chē)的各個(gè)性能的要求，從而達(dá)到提升汽車(chē)性能的目的。曾經(jīng)有實(shí)驗(yàn)可以證明，當(dāng)汽車(chē)的質(zhì)量可以降低一半的話，其燃料消耗量大概也能夠降低一半左右。當(dāng)今，隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，眼光也越來(lái)越挑剔，因此我們需要設(shè)計(jì)生產(chǎn)出不僅僅質(zhì)量好而且車(chē)輛性能較好汽車(chē)。汽車(chē)輕量化作為目前汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)之一，已經(jīng)引起了人們足夠的重視，因其可以節(jié)約能源和材料，實(shí)現(xiàn)低碳生活。因此在汽車(chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在可以達(dá)到車(chē)輛運(yùn)行中對(duì)車(chē)架剛度、強(qiáng)度等因素要求的情況下，需要最大程度的減小車(chē)架自身質(zhì)量和生產(chǎn)成本。 進(jìn)行車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是既能夠滿(mǎn)足車(chē)架生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)要求，也能夠減小車(chē)架的自身重量，從而可以節(jié)約制造材料以及減少車(chē)輛使用過(guò)程中的燃油消耗，還能夠減小污染氣體的排放。我們國(guó)家的汽車(chē)工業(yè)比較落后，設(shè)計(jì)主要是參考和模仿國(guó)外的一些設(shè)計(jì)，自己獨(dú)立研究設(shè)計(jì)的產(chǎn)品較少。國(guó)內(nèi)的一些生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)和制造貨車(chē)的過(guò)程中還是沿用一些老的設(shè)計(jì)方法和創(chuàng)新理念，因此導(dǎo)致了產(chǎn)品存在一些缺陷，比如車(chē)架一些部位的強(qiáng)度過(guò)高，最終導(dǎo)致制造材料浪費(fèi)嚴(yán)重。而且我國(guó)生產(chǎn)的貨車(chē)，在實(shí)際操作使用的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有比較多的問(wèn)題。因此在使用的過(guò)程中存在著一定程度的安全隱患。所以在貨車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)生產(chǎn)之前進(jìn)行車(chē)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算，有著重要的意義。 在最近的十幾年以來(lái)，有限元法漸漸在成熟起來(lái)的同時(shí)，也產(chǎn)生了許多與其相關(guān)的通用程序和專(zhuān)用程序，這些程序的計(jì)算求解功能強(qiáng)大，在處理數(shù)據(jù)方面也比較簡(jiǎn)便。車(chē)架結(jié)構(gòu)中的大部分部件的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析等，都能夠使用上述相關(guān)程序來(lái)分析求解，得出結(jié)論。我國(guó)汽車(chē)工業(yè)目前的設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)水平還是比較落后，所以在其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及改進(jìn)的過(guò)程中，需要學(xué)習(xí)西方先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)，比如應(yīng)用有限元分析法。 1.2 車(chē)架?chē)?guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展 如果單純從車(chē)架的設(shè)計(jì)方法這一模塊來(lái)講的話，在剛起步研究設(shè)計(jì)車(chē)架的時(shí)候人們是一邊設(shè)計(jì)一邊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。在經(jīng)過(guò)好多次的理論設(shè)計(jì)之后，車(chē)架結(jié)構(gòu)才能夠基本定型，車(chē)架設(shè)計(jì)的對(duì)象是一個(gè)真實(shí)的物體，看起來(lái)還是比較的直觀，車(chē)架的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中必須要經(jīng)歷制造樣品這一環(huán)節(jié)，然后再進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，檢驗(yàn)其性能。最后再進(jìn)行修改設(shè)計(jì)這一過(guò)程的不斷循環(huán)，這種方法最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)車(chē)架設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)間太長(zhǎng)，而且對(duì)于人力和物力以及財(cái)力等資源的造成嚴(yán)重的浪費(fèi)。導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程不是很順暢。但隨著人們?cè)O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的日積月累，人們把計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，比如本文所講的車(chē)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析，減小了人力資源的浪費(fèi)，提高了工作效率。最初的車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，首要任務(wù)是將其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，在得到簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)之后再進(jìn)行車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)計(jì)算。目前這種車(chē)架的計(jì)算分析方法人們?nèi)栽趨⒖际褂?，可是它已?jīng)跟不上人們的需求。后來(lái)，人們把比較設(shè)計(jì)的思想應(yīng)用到汽車(chē)的設(shè)計(jì)中。運(yùn)用比較設(shè)計(jì)方法的前提是必須有相同類(lèi)型設(shè)計(jì)的經(jīng)典案例，將那些經(jīng)典的設(shè)計(jì)案例作為模版進(jìn)行參考設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法目前在我國(guó)各大汽車(chē)公司能夠經(jīng)常見(jiàn)到。但是，這種設(shè)計(jì)方案也存在著缺點(diǎn)，比如導(dǎo)致車(chē)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不均勻，有些部件的強(qiáng)度太大，有些部件強(qiáng)度又太小，浪費(fèi)材料。 21世紀(jì)以來(lái)，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，有限元分析法得到了人們的重視，被廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。如今不在需要對(duì)所分析的結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)分的簡(jiǎn)化，能夠滿(mǎn)足多種計(jì)算要求與條件，也能夠計(jì)算各種工況，并且它的計(jì)算精度比較高。有限元法是將無(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)體離散為有限個(gè)自由度的單元集合體，復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛴脭?shù)值解法解決的問(wèn)題。比如我們?nèi)绻軌虼_定單元的受力情況，然后按照結(jié)構(gòu)分析的方法，將其整個(gè)分析過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化然后計(jì)算求解，原來(lái)看來(lái)非常復(fù)雜的工程問(wèn)題解決起來(lái)也非常的簡(jiǎn)便。 在國(guó)外的汽車(chē)生產(chǎn)制造工業(yè)中，他們?cè)?0年代起就已經(jīng)可以運(yùn)用有限元法對(duì)汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。在20世紀(jì)末，一個(gè)美國(guó)人將有限元分析程序引用到汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析中，他對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的靜態(tài)強(qiáng)度的有限元分析，最后在一定程度上減輕了車(chē)架本身的重量，成為了最早的車(chē)架輕量化的分析案例。當(dāng)前，國(guó)外各大汽車(chē)制造公司的有限元分析技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，利用有限元分析技術(shù)對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)分析、模態(tài)分析已經(jīng)不再是重點(diǎn)，他們不僅僅局限于分析這些簡(jiǎn)單內(nèi)容，他們已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)、噪聲、碰撞等領(lǐng)域的分析。還有人們的特別關(guān)注的機(jī)激勵(lì)響應(yīng)分析，因?yàn)樗軌蜻M(jìn)行分析汽車(chē)的強(qiáng)度、剛度、以及振動(dòng)舒適性和噪聲等。 總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)的有限元技術(shù)與國(guó)外相比較發(fā)展較晚，在上個(gè)世紀(jì)七十年代我們國(guó)家的汽車(chē)工業(yè)方面的技術(shù)還是相當(dāng)?shù)谋∪?，那個(gè)時(shí)候才開(kāi)始接觸有限元技術(shù)并其運(yùn)用到汽車(chē)設(shè)計(jì)中。要想在汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域有較好的成績(jī)，有限元技術(shù)一定要重視起來(lái)。早期運(yùn)用有限元法對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)一般以梁為結(jié)構(gòu)單元。剛開(kāi)始的效果雖然不錯(cuò)，但還是因?yàn)榱簡(jiǎn)卧陨斫Y(jié)構(gòu)存在一定的缺陷，最終還是不能精確的反映車(chē)架結(jié)構(gòu)中橫梁和縱梁接觸部位的應(yīng)力分布情況，還存在著一個(gè)問(wèn)題就是有時(shí)不能夠體現(xiàn)出車(chē)架截面的扭轉(zhuǎn)變形，所以他的分析不是非常的精確，而只是一個(gè)大概情況。近十幾年以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件的快速發(fā)展，板殼單元漸漸的被應(yīng)用到汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)分析中，車(chē)架結(jié)構(gòu)的分析精度比起以前精確了許多，由以前的比較模糊的分析進(jìn)步到比較精確的分析。 綜合分析相關(guān)文獻(xiàn)能夠知道，目前我們國(guó)內(nèi)對(duì)于有限元法應(yīng)用于分析車(chē)架結(jié)構(gòu)的技術(shù)還不成熟，目前的研究?jī)H僅是對(duì)于車(chē)架和車(chē)架結(jié)構(gòu)在靜態(tài)扭轉(zhuǎn)、彎曲載荷等幾種工況載荷作用下的分析，得出車(chē)架結(jié)構(gòu)的靜態(tài)應(yīng)力分布圖，然后對(duì)其進(jìn)行局部的修改。與汽車(chē)工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，我國(guó)這一方面的技術(shù)還是有許多需要學(xué)習(xí)改進(jìn)的地方。只有不斷革新，不斷學(xué)習(xí)進(jìn)步，才能夠跟上社會(huì)快速前進(jìn)的步伐，不被殘酷的社會(huì)所淘汰。 1.3課題研究?jī)?nèi)容 本課題通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外輕型載貨車(chē)車(chē)架的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)車(chē)架進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)計(jì)算，然后利用CATIA建模并應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)的車(chē)架進(jìn)行有限元分析，具體工作如下。 （1）以輕型貨車(chē)車(chē)架為研究對(duì)象，參照解放CA1040的參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，計(jì)算其彎曲應(yīng)力以及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。 （2）應(yīng)用該貨車(chē)車(chē)架參數(shù)，用CATIA軟件建立車(chē)架有限元模型。 （3）將建好的車(chē)架模型導(dǎo)入ANSYS軟件中，利用ANSYS軟件對(duì)車(chē)架有限元模型進(jìn)行靜態(tài)有限元分析。 第2章 輕型載貨汽車(chē)的車(chē)架設(shè)計(jì) 2.1 車(chē)架概述 車(chē)架作為汽車(chē)的一個(gè)重要組成部分，需要承受著車(chē)身的大部分重量以及車(chē)身其它部件傳給它的各種力和力矩。所以車(chē)架應(yīng)有足夠的彎曲剛度，從而使裝在車(chē)架上的有關(guān)機(jī)構(gòu)之間的相對(duì)位置在汽車(chē)行駛過(guò)程中保持不變并使車(chē)身的變形最?。卉?chē)架也要有足夠的強(qiáng)度，從而保證車(chē)架的可靠性和壽命。車(chē)架的結(jié)構(gòu)型式主要是根據(jù)縱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)分類(lèi)，一般有周邊式車(chē)架、X形車(chē)架、梯形車(chē)架、脊梁式車(chē)架等幾種車(chē)架。 2.1.1 車(chē)架的制造工藝及材料 車(chē)架縱梁和其他零件的制造，多采用鋼板的冷沖壓工藝在大型壓力機(jī)上沖孔及成形；也有采用槽型鋼、工字鋼、管料等型材制造的。轎車(chē)車(chē)架的組裝多采用二氧化碳保護(hù)焊、塞焊和點(diǎn)焊，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)焊接規(guī)范、焊縫布置及焊接順序的選擇；貨車(chē)車(chē)架的組裝多采用冷鉚工藝，必要時(shí)也可采用特制的放松螺栓聯(lián)接。為保證車(chē)架的裝配尺寸，組裝時(shí)必須有可靠的定位和加緊，特別應(yīng)保證有關(guān)總成在車(chē)架上的定位尺寸及支承點(diǎn)的相對(duì)位置精度。 車(chē)架材料應(yīng)具有足夠高的屈服極限和疲勞極限，低的應(yīng)力集中敏感性，良好的冷沖壓性能和焊接性能。低碳和中碳合金鋼能滿(mǎn)足這些要求。車(chē)架材料與所選定的制造工藝密切相關(guān)。拉伸尺寸較大或形狀復(fù)雜的沖壓件需采用沖壓性能好的低碳鋼或低碳合金鋼08、09MnL、09MnREL等鋼板制造；拉伸尺寸不大、形狀又不復(fù)雜的沖壓件常采用強(qiáng)度稍高的20、25、16Mn、09SiVL、10TiL等鋼板制造。有的重型貨車(chē)、自卸車(chē)、越野車(chē)為了提高車(chē)架強(qiáng)度，減小質(zhì)量而采用中碳合金鋼板熱壓成形，再經(jīng)熱處理，例如采用30Ti鋼板的縱梁經(jīng)正火后抗拉強(qiáng)度即由450MPa（HB156）提高到480～620MPa（HB170）。本課題研究的車(chē)架材料為沖壓成型的16Mn鋼板。 2.1.2車(chē)架縱梁、橫梁的聯(lián)接 縱梁是車(chē)架的主要承載元件，也是車(chē)架中最大的加工件，其形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單。載貨汽車(chē)的車(chē)架縱梁多取平直且斷面也不變或少變，以簡(jiǎn)化工藝；為使縱梁各斷面的應(yīng)力接近，可通過(guò)改變其斷面高度即使其中部斷面高、兩端較低來(lái)達(dá)到。因槽型斷面梁的扭轉(zhuǎn)剛度和強(qiáng)度都比較好，所以載貨汽車(chē)縱梁的斷面形狀多為開(kāi)口朝內(nèi)的槽形。車(chē)架的縱梁多為沖壓件，超重型汽車(chē)的縱梁則常采用焊接結(jié)構(gòu)或軋制的成型材。 轎車(chē)車(chē)架的縱、橫梁采用焊接方式聯(lián)接，而貨車(chē)則多以鉚釘聯(lián)接。鉚釘聯(lián)接具有一定彈性，有利于消除峰值應(yīng)力，改善應(yīng)力狀況，這對(duì)于要求有一定扭轉(zhuǎn)彈性的貨車(chē)車(chē)架具有重要意義。當(dāng)縱、橫梁以它們的上、下翼緣均分別聯(lián)接時(shí)，由于聯(lián)接跨度大，剛度亦較大，這時(shí)其扭轉(zhuǎn)剛度及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力均較大。當(dāng)橫梁與縱梁的腹板相連接時(shí)則情況會(huì)相反，這時(shí)應(yīng)注意不使其聯(lián)接跨度和聯(lián)接剛度太小，以免影響對(duì)縱梁的局部扭轉(zhuǎn)的必要約束。橫梁在與縱梁的連接處往往應(yīng)力較高，故常將其端部翼緣加寬或采用較厚及尺寸較大的聯(lián)接板；也可使其中部的斷面尺寸適當(dāng)縮小，或在其腹板上加設(shè)一些較大的孔，以降低橫梁連接處的應(yīng)力。 2.2 車(chē)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 以下設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)都參考解放CA1040的相關(guān)參數(shù)，如表2.1所示： 表2.1　車(chē)輛參數(shù) 車(chē)總長(zhǎng) /mm 5100 軸距 /mm 2500 載重量 /kg 1850 空車(chē)質(zhì)量 /kg 1960 滿(mǎn)載質(zhì)量 /kg 4010 駕駛室長(zhǎng) /mm 1765 貨箱長(zhǎng) /mm 3335 乘員 滿(mǎn)油油箱 /kg 220 2.2.1 車(chē)架參數(shù)的確定 1、首先選取的是梯形車(chē)架，主要由兩根縱梁和七根橫梁組成，縱梁和橫梁之間用鉚釘連接。梯形車(chē)架的優(yōu)點(diǎn)是車(chē)身和車(chē)廂安裝起來(lái)比較方便，而且其它部件也比較容易布置。又因?yàn)樨涇?chē)車(chē)架上面布置比起其它類(lèi)型的車(chē)輛還是相對(duì)簡(jiǎn)單，因此梯形車(chē)架在載貨汽車(chē)上面應(yīng)用的比較多。車(chē)架全長(zhǎng)等寬，取750mm。車(chē)架長(zhǎng)度大致接近整車(chē)長(zhǎng)度，約為軸距的1.4～1.7倍，取車(chē)架長(zhǎng)度為4600mm，在縱梁的全長(zhǎng)范圍內(nèi)具有相等的高度和寬度?？v、橫梁均由7mm厚的16Mn鋼板（一般情況貨車(chē)的縱梁鋼板厚度為6.5-8.0mm，鋼板使用沖壓技術(shù)）。車(chē)架縱梁的槽型截面的上、下翼緣的寬度大概是車(chē)架腹板厚度的百分之三十五到百分之四十左右，縱梁槽形斷面如圖2.1所示。 圖2.1 縱梁斷面 2、鉚釘?shù)倪x擇 根據(jù)GB/T 867-1986 選擇半圓頭鉚釘，如圖2.2所示。 其中d=6mm； =11.35mm； k=3.84mm； R6mm； L =8～60mm。 圖2.2 鉚釘 2.2.2 車(chē)架的彎曲應(yīng)力計(jì)算 假設(shè)我們?cè)O(shè)計(jì)的貨車(chē)車(chē)架的縱梁承受均布載荷，如圖2.3所示，將車(chē)架的彎曲應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化。將縱梁想象成支承在車(chē)輛前后軸上面的簡(jiǎn)支梁；如果是空車(chē)的話就僅僅是簧上負(fù)荷(貨車(chē)可取，為汽車(chē)整備質(zhì)量)，重量即貨車(chē)整體質(zhì)量，它們均勻分布在兩根縱梁上。如果是貨車(chē)滿(mǎn)載的情況，那么所有的有效載荷則全部均勻的分布在車(chē)廂所在位置的縱梁上面；（計(jì)算過(guò)程中忽略掉局部扭轉(zhuǎn)的影響）。 圖2.3 車(chē)架載荷的分布情況 如圖2.2.3中，其中表示的是車(chē)架上其中一根縱梁的前支承反力，a是車(chē)架前端到前輪中心軸的距離，b是車(chē)架后端到后輪中心軸的距離，c為車(chē)廂長(zhǎng)度，為車(chē)廂前端到后輪中心軸的距離，為車(chē)廂后端到后輪中心軸的距離，L為車(chē)架總長(zhǎng)。 由以上信息可以得出： （2-1） 求的貨車(chē)駕駛室所在位置的縱梁的彎矩是： （2-2） 求的除過(guò)貨車(chē)駕駛室所在位置的這一段縱梁的彎矩是： （2-3） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以很明顯的看出，在這一段縱梁上會(huì)出現(xiàn)最大彎矩值，然后對(duì)表達(dá)式（2-3）中做一計(jì)算處理，讓它等于0然后進(jìn)行求導(dǎo)，最后得出最大彎矩的所在位置，如以下計(jì)算： 計(jì)算得出： （2-4） 將x的表達(dá)式代入公式（2-3），最終可以得出貨車(chē)車(chē)架縱梁所承受的最大彎矩值。 已知4600mm，2357mm，=900mm，997mm，=3507 mm，=1903mm，=1503mm。 = N =966.90mm =1169262.92 查閱相關(guān)書(shū)籍可知貨車(chē)車(chē)架動(dòng)載荷系數(shù)可以取值的范圍是；貨車(chē)車(chē)架疲勞安全系數(shù)可以取值的范圍是，確定它們要取的值，然后代入表達(dá)式（2-5），最后計(jì)算車(chē)架縱梁的最大彎矩。 （2-5） 疲勞安全系數(shù)和與動(dòng)載荷系數(shù)的值確定為：n=1.40，=4.0 經(jīng)過(guò)計(jì)算求得最大彎矩： 則車(chē)架的彎曲應(yīng)力可以由表達(dá)式（2-6）求得： （2-6） 上述表達(dá)式中的代表一個(gè)系數(shù)，這個(gè)系數(shù)是我們所要計(jì)算的縱梁的彎曲截面系數(shù)，對(duì)于梁的槽型斷面有表達(dá)式（2-7）： （2-7） 表達(dá)式中：—表示梁的槽型斷面的腹板高，它的單位為mm；h=120.0mm。 —梁的翼緣寬，它的單位為mm；b=45.0mm。 —車(chē)架梁的斷面的厚度，它的單位也為mm；t=5.0mm。 經(jīng)計(jì)算求的車(chē)架最大彎曲應(yīng)力： =109.13Mpa 查閱相關(guān)資料書(shū)籍，可知16Mn鋼板的疲勞極限范圍是：=320～360MPa； =109.13Mpa 2.2.3 車(chē)架的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)算 為使其計(jì)算過(guò)程比較簡(jiǎn)單，需要先將車(chē)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，其中車(chē)架的一個(gè)懸架梁作為車(chē)輛的牽引梁，剩余六根橫梁分別是：用來(lái)布置貨車(chē)工具箱的一個(gè)橫梁，三個(gè)形狀為方形的橫梁，還有一個(gè)矩形的橫梁以及后端橫梁，七根橫梁之間的距離是：=413.0mm； =910.0mm； =906.0mm； =885.0mm； = 835.0mm；=280.0mm。 圖2.4 貨車(chē)車(chē)架扭轉(zhuǎn)情況分析簡(jiǎn)圖 分析求解車(chē)架的最大扭矩值： 首先假設(shè)車(chē)架受扭時(shí)每一個(gè)橫梁的扭轉(zhuǎn)角度相同。而且，無(wú)論車(chē)架橫梁還是縱梁它們單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角也是相等的。因?yàn)榕まD(zhuǎn)角和扭矩T以及扭轉(zhuǎn)剛度之間有一定的聯(lián)系，如表達(dá)式（2-8）所示： (2-8) 在表達(dá)式中：T—車(chē)架上的零件的扭值矩，其單位是N·mm； L—車(chē)架上零件的長(zhǎng)度，其單位是mm； G—的是車(chē)架所用材料的剪切彈性模量，其單位是MPa； —的是貨車(chē)車(chē)架上零件的計(jì)算截面的極慣性矩，其單位是。 由上述內(nèi)容可知，車(chē)架上任意一個(gè)元件的扭矩值與其扭轉(zhuǎn)剛度值之間存在著正比例關(guān)系，所以存在如下關(guān)系： 上述關(guān)系式中： —車(chē)架橫梁所受的扭矩值； —車(chē)架橫梁的計(jì)算截面的極慣性矩值； —車(chē)架縱梁受到的的扭矩值； —車(chē)架縱梁的極慣性矩值。 如果將車(chē)架由對(duì)稱(chēng)平面處切開(kāi)見(jiàn)圖2.5，則切掉的一半對(duì)尚存在的一半的作用相當(dāng)于在切口橫斷面上作用著的扭矩和橫向力。對(duì)于最右邊的橫梁1取力矩的平衡方程式，所以有： 圖2.5 車(chē)架受扭轉(zhuǎn)載荷作用的受力分析簡(jiǎn)圖 (2-9) 由(2-8)式得：； ； ； ； ； 。 將上式代入(2-9)，經(jīng)整理后得: (2-10) 表達(dá)式（2-10）中： n—車(chē)架的橫梁數(shù)； M—車(chē)架的兩跟橫梁中間的縱梁區(qū)段數(shù)； C—車(chē)架的寬度，（文中設(shè)定車(chē)架的寬度參數(shù)為750mm）； L—貨車(chē)前橋與后橋之間的距離，（文中設(shè)定軸距為2500mm）。 因扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： （2-11） 綜合上述公式，帶入數(shù)值求的車(chē)架最大扭轉(zhuǎn)剪切力：315.35 Mpa 查閱相關(guān)資料書(shū)籍，可知16Mn鋼板的疲勞極限范圍是：=320～360MPa； 315.35Mpa。 這一章首先對(duì)車(chē)架的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行介紹，然后對(duì)縱梁、橫梁及其連接的型式和車(chē)架的制造工藝做出介紹。通過(guò)對(duì)已知車(chē)型的了解與學(xué)習(xí)，對(duì)車(chē)架的相關(guān)部件參數(shù)進(jìn)行選擇性設(shè)計(jì)，車(chē)架的材料選用16Mn，車(chē)架長(zhǎng)4600mm，寬750mm，高150mm。根據(jù)設(shè)定的基本參數(shù)計(jì)算車(chē)架的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，求得結(jié)果與車(chē)架材料的剛度強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，得出車(chē)架的結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。 10 第3章貨車(chē)車(chē)架三維模型的建立 第3章 貨車(chē)車(chē)架三維模型的建立 3.1 CATIA軟件簡(jiǎn)介 CATIA是基于變量化建模的CAD軟件，即在設(shè)計(jì)中可以先有特征、后定位，前面的設(shè)計(jì)特征可以參考后面的特征來(lái)進(jìn)行定位。這樣更符合人的設(shè)計(jì)思維。 CATIA是一個(gè)很好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，而不是強(qiáng)調(diào)建模功能的軟件，因?yàn)槠髽I(yè)的行為是產(chǎn)品。新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是來(lái)源與現(xiàn)有產(chǎn)品的，因此產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上有30%-90%的相似性，而我們一般會(huì)從頭來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。CATIA則提倡最大限度地利用現(xiàn)有的資源，因?yàn)檫@些是經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證的數(shù)據(jù)。比如說(shuō)：電視前面板零件，是由外觀和一些加強(qiáng)筋、安裝定位孔等組成，在CATIA中可以重復(fù)使用這些資源。 一般產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是在靜態(tài)的環(huán)境中完成的，但CATIA提供了動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)環(huán)境，我們可以在DMU的環(huán)境中完成對(duì)產(chǎn)品的虛擬裝配，機(jī)構(gòu)防真等操作，而且在這個(gè)工程中我們可以實(shí)時(shí)分析相關(guān)零件的位置、干涉等，保證產(chǎn)品的第一設(shè)計(jì)是真確的。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，我們會(huì)累積到很多知識(shí)，但目前這些知識(shí)只保存在工程師的大腦中，是隨著工程師的流失而流失的。在CATIA中，我們可以把這些知識(shí)以規(guī)則的形式保存下來(lái)，同時(shí)應(yīng)用到生產(chǎn)中去。最主要的是我們可以在CATIA的環(huán)境中完成這些工作，而不是在外部通過(guò)二次開(kāi)發(fā)來(lái)完成這些工作。所以企業(yè)并不會(huì)因?yàn)閾碛蠧ATIA就可以擁有別人的設(shè)計(jì)能力，它同樣是可以隨著企業(yè)行為而累積的。 PPR（流程、產(chǎn)品、資源）的概念在CATIA的設(shè)計(jì)中越來(lái)越重要。在CATIA的目錄樹(shù)中，我們可以看到其他工程師的分析結(jié)果，比如項(xiàng)目工程師進(jìn)行干涉分析后，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，通知相關(guān)結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行修改，而他的分析結(jié)果是掛在目錄樹(shù)中的，即結(jié)構(gòu)工程師修改后只需UPDATE就可以看到檢查結(jié)果，而不需要從新進(jìn)行分析。 3.2 三維模型的建立 貨車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化計(jì)算在建立有限元模型時(shí)，在不失對(duì)主要因素研究的前提下,省略掉那些為了實(shí)現(xiàn)其他功能設(shè)計(jì)的對(duì)于車(chē)架結(jié)構(gòu)并不不重要的部件。本文中設(shè)計(jì)的車(chē)架為梯形車(chē)架,主要是由兩根縱梁七根橫梁組成的。其連接方式主要是由鉚釘連接在一起，車(chē)架選用的材料是16Mn鋼鐵。貨車(chē)車(chē)架的長(zhǎng)度和寬度分別是是5100mm、750mm，車(chē)架前面和后面的高度都是相同的，高度是150mm。為了減少單元數(shù)量,縮短后續(xù)網(wǎng)格劃分工作，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程,對(duì)車(chē)架的部分細(xì)節(jié)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。本文應(yīng)用CATIA進(jìn)行實(shí)體建模。 1.建立車(chē)架縱梁模型 車(chē)架使用縱梁沖壓技術(shù)的鋼板厚度是5mm，車(chē)架總體長(zhǎng)度是4500mm，車(chē)架縱梁翼緣的寬度是55mm，腹板高度為150mm，在翼緣上打數(shù)個(gè)圓孔，用于橫梁與縱梁連接時(shí)的放置鉚釘?shù)目?，R=6mm。同時(shí)在腹板處也打有相應(yīng)的孔，用于鋼板彈簧與車(chē)架的連接時(shí)的螺栓孔?？v梁建模過(guò)程：新建零件設(shè)計(jì)→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凸臺(tái)→選取合適的面面→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凹槽→打孔→鏡像。縱梁模型如圖3.1。 圖3.1 縱梁 2.建立車(chē)架前梁模型 前梁建模過(guò)程：新建零件設(shè)計(jì)→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凸臺(tái)→選取合適的面面→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凹槽→打孔→鏡像。這一部分主要有兩個(gè)橫梁，橫梁的整體長(zhǎng)度為730mm，翼緣比較寬的地方是80mm，比較窄的地方為40mm，腹板的高度為140mm，橫梁模型如圖3.2。 圖3.2 前梁 3.中梁橫梁的建模 橫梁建模過(guò)程：新建零件設(shè)計(jì)→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凸臺(tái)→選取合適的面→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凹槽→打孔→鏡像。它包括4根橫梁，中梁由槽鋼和夾板構(gòu)成，梁全長(zhǎng)730mm，翼緣寬度60mm，腹板高度140mm見(jiàn)圖3.3和3.4所示。 圖3.3 橫梁a 圖3.4橫梁b 4.后鋼板彈簧橫梁 建模過(guò)程：新建零件設(shè)計(jì)→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凸臺(tái)→選取合適的面→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凹槽→打孔→鏡像。它包括2個(gè)橫梁，梁全長(zhǎng)為730mm，翼緣寬度為85mm，腹板高為140mm，見(jiàn)圖3.5所示。 圖3.5 后鋼板彈簧橫梁 5.后鋼板彈簧角板 建模過(guò)程：新建零件設(shè)計(jì)→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凸臺(tái)→打孔→鏡像。 圖3.6 后鋼板彈簧角板 6.后梁 后梁建模過(guò)程：新建零件設(shè)計(jì)→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凸臺(tái)→選取合適的面→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→凹槽→打孔→鏡像。梁全長(zhǎng)為740mm，翼緣寬度為75mm，腹板高為100mm，見(jiàn)圖3.7所示。 圖3.7 后梁的建模 7.鉚釘?shù)慕? 建模過(guò)程：新建零件設(shè)計(jì)→進(jìn)入草圖編輯器→輪廓→退出草圖編輯器→選取合適的軸→旋轉(zhuǎn)體。 圖3.8 鉚釘 8.模型裝配 打開(kāi)Product文件，建立部件與部件之間相對(duì)應(yīng)的約束，完成裝配。 圖3.9 模型裝配圖 這一章應(yīng)用CATIA軟件并根據(jù)第二章中的設(shè)計(jì)尺寸，然后對(duì)車(chē)架的橫梁、縱梁等部件根據(jù)相應(yīng)的尺寸進(jìn)行三維建模，建好模型之后并把各部件裝配起來(lái)。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化處理，形成初步完整的車(chē)架三維模型，為后面要進(jìn)行的車(chē)架的限元分析做好準(zhǔn)備。 16 第4章汽車(chē)車(chē)架的有限元分析 第4章 汽車(chē)車(chē)架的有限元分析 當(dāng)今社會(huì)科技發(fā)展迅速，物質(zhì)生活水平不斷提高，越來(lái)越多的高質(zhì)量、先進(jìn)水平并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)和裝置被人們研究設(shè)計(jì)出來(lái)。之后，還必須得通過(guò)高效系統(tǒng)的計(jì)算手段，將工程的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的描繪出來(lái)，但是傳統(tǒng)的分析方法因?yàn)榉治龅慕Y(jié)果不夠準(zhǔn)確已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足這些要求了?；谶@個(gè)現(xiàn)狀，一種有效并且精確的數(shù)值分析方法—有限元法就應(yīng)運(yùn)而生了。 4.1 ANSYS軟件介紹 ANSYS軟件處理模塊一般包含前處理、求解和后處理。第一個(gè)模塊的主要任務(wù)是講所繪制的圖改成網(wǎng)格；第二個(gè)模塊的任務(wù)是分析計(jì)算；第三個(gè)模塊的作用是把計(jì)算分析的結(jié)果用顏色和梯度等指標(biāo)顯示出來(lái)。 ANSYS軟件可以和很多種CAD軟件相接來(lái)互換和共享數(shù)據(jù)。 我們?cè)谶M(jìn)行ANSYS分析的時(shí)候，首先把數(shù)據(jù)庫(kù)里的內(nèi)容全部消除，然后創(chuàng)建一個(gè)新的分析界面，在界面創(chuàng)建好之后，要為其設(shè)置一個(gè)標(biāo)題和它的文件名稱(chēng)，最后把我們分析需要用到的零件存到電腦的相關(guān)索引目錄中。在創(chuàng)建模型的時(shí)候，通過(guò)了解零件的特性，把它的單元類(lèi)型確定下來(lái)，并且確定它的各種屬性，之后就可以創(chuàng)建幾何模型，最后把模型轉(zhuǎn)化成網(wǎng)格單元的形式。通過(guò)檢驗(yàn)，如果正確合理，便可以將文件進(jìn)行保存。在分析運(yùn)算的過(guò)程中，首先選擇出分析的類(lèi)型并設(shè)置分析選項(xiàng)，接著對(duì)零件作用一個(gè)力并為其設(shè)置合適的載荷選項(xiàng)，最后對(duì)這些力進(jìn)行計(jì)算。在檢驗(yàn)分析結(jié)果的時(shí)候，首先大體觀察分析的情況，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。 有限元的基本思想是將一個(gè)整體拆分成若干個(gè)部分，然后對(duì)每一個(gè)小部分一次進(jìn)行研究分析。通常，我們把這若干個(gè)小部分稱(chēng)為單元。它們一般不會(huì)相互接觸，只有在節(jié)點(diǎn)的時(shí)候才會(huì)發(fā)生連接。有限元的單元?jiǎng)澐质侵赴堰B續(xù)完整的物體分割成若干部分的過(guò)程。有限元法的優(yōu)點(diǎn)很多，實(shí)用性很高，在好多方面都被廣泛使用，能夠更加簡(jiǎn)單精確的把想要設(shè)計(jì)的東西設(shè)計(jì)出來(lái)。 有限元分析方法的的目的是把所要設(shè)計(jì)的東西變成它最初的東西，然后再對(duì)其進(jìn)行分析。有限元中的節(jié)點(diǎn)、單元等就能很直觀的體現(xiàn)出整體的分析結(jié)果。ANSYS軟件是一種大型的工程分析軟件，它集中了熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)和電磁學(xué)等多種物理學(xué)科理論，如今已經(jīng)廣泛使用于航天、汽車(chē)交通、海上交通以及電子等工業(yè)科技領(lǐng)域。ANSYS的使用相對(duì)比較復(fù)雜，因?yàn)樗?jīng)過(guò)多門(mén)科學(xué)的糅合并且又超出這些科學(xué)里的知識(shí)，但是我們只需要簡(jiǎn)單的了解這一軟件，把握它的基本思想，再在此基礎(chǔ)上熟練的進(jìn)行一些基本的操作，這對(duì)我們的設(shè)計(jì)分析有非常重要的意義。 4.2車(chē)架有限元的靜力分析 4.2.1 三維實(shí)體模型的網(wǎng)格劃分 用CATIA將車(chē)架模型建好之后，把車(chē)架模型文件另存為“igs”格式。然后再把另存好的模型文件傳入到有限元分析軟件ANSYS中，產(chǎn)生一個(gè)“.db”格式的模型文件。因?yàn)椴捎昧簡(jiǎn)卧脑挶容^方便，所以本文采用了梁?jiǎn)卧姆治龇椒ā７治鲕浖?duì)模型的前期處理中由于單元數(shù)與節(jié)點(diǎn)數(shù)都不是很多，所以整個(gè)過(guò)程工作量不是很大，計(jì)算起來(lái)比較快。但這個(gè)方法也有一定的弊端，即應(yīng)力集中的情況沒(méi)辦法詳細(xì)分析。在貨車(chē)車(chē)架有限元模型當(dāng)中，我們采用自由網(wǎng)格劃分的方法，將其大小尺寸選擇為10。最終確定的車(chē)架網(wǎng)格形狀與車(chē)架的材料屬性選擇參考圖4.1與 4.2，車(chē)架模型的網(wǎng)格劃分如圖4.3所示。 圖4.1單元定義 圖4.2 車(chē)架材料屬性選擇 圖4.3 網(wǎng)格劃分 4.2.2施加約束條件 這個(gè)課題所選的參考車(chē)架的后懸架采用有主、副簧結(jié)構(gòu)的鋼板彈簧，為了使計(jì)算分析過(guò)程比較簡(jiǎn)單，對(duì)車(chē)架靜力分析的時(shí)候運(yùn)用剛性支承。所以在車(chē)架的上面設(shè)置了八個(gè)固定好的支座為了便于和鋼板彈簧連接起來(lái)，車(chē)架縱梁的下面設(shè)置四個(gè)重要的位置點(diǎn)。 4.2.3車(chē)架工況分析 載貨貨車(chē)在實(shí)際使用時(shí)的工作狀況是非常復(fù)雜的，車(chē)架上的載荷也不是一直不變的，而是經(jīng)常變化且載荷的變化程度比較大。分析過(guò)程中，車(chē)架的加載方式都是選擇以均布載荷方式加載。 1.車(chē)架彎曲工況 （1）約束條件和應(yīng)力加載 車(chē)架彎曲工況的分析是當(dāng)貨車(chē)處于滿(mǎn)載的情況，并且貨車(chē)的車(chē)輪都與地面接觸，然后對(duì)車(chē)架的進(jìn)行的強(qiáng)度與剛度校核分析，假設(shè)貨車(chē)在比較平整的路面上勻速直線行駛，然后模擬車(chē)架的應(yīng)力分布和變形情況。因?yàn)槭潜容^理想的狀態(tài)，所以車(chē)輛的行駛速度比較快，因此動(dòng)載系數(shù)取值為3。然后進(jìn)行約束的車(chē)架自由度．具體做法是先將貨車(chē)的兩個(gè)前輪的UX，UY，UZ三個(gè)方向與兩個(gè)后輪的UY方向?qū)嵭凶杂杉s束．車(chē)輪剩余的自由度不用進(jìn)行約束。 由文章前面確定的貨車(chē)參數(shù)可知貨車(chē)的額定載荷為1.85t。假設(shè)車(chē)架所有載荷都均勻分布在車(chē)技的縱梁上面。貨車(chē)車(chē)廂所受到的載荷施加的位置在1718～4500mm處(z坐標(biāo)，下同)，載荷值為0.25459MPa；貨車(chē)駕駛室所受到的載荷的施加位置在0～1608mm處，載荷值為0.15707MPa。車(chē)架的加載情況如圖4.4所示。 圖4.4 車(chē)架加載情況 （2）有限元后處理與結(jié)果分析 經(jīng)過(guò)有限元軟件對(duì)車(chē)架的分析得到滿(mǎn)載工況下車(chē)架的位移云圖（如圖4.5所示）和應(yīng)力云圖（如圖4.6所示）。 圖4.5 車(chē)架滿(mǎn)載彎曲位移云圖 圖4.6 車(chē)架滿(mǎn)載彎曲應(yīng)力云圖 從上面兩張工況分析圖可以明顯的看到，在車(chē)架滿(mǎn)載的情況下此貨車(chē)車(chē)架的兩端變形都不是非常嚴(yán)重，車(chē)架的中部變形比較的厲害。出現(xiàn)這種情況的主要原因是載貨貨車(chē)在滿(mǎn)載情況下，車(chē)架需要承受車(chē)廂的重量大大增加，載荷變大；而車(chē)架的前半部分只需要承載貨車(chē)駕駛室，需要承受的重量比較小，所以車(chē)架中部變形最大。因此有限元分析結(jié)果和實(shí)際情況是一致的。車(chē)架的前部和前橋以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等連接，因此車(chē)架前部變形越小對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)向幾何特性的影響就越??；而車(chē)架中部較大的變形則有利于改善車(chē)架整體的應(yīng)力狀況，并起到一定的緩沖作用。 由上圖能夠得出該貨車(chē)車(chē)架在滿(mǎn)載的情況下應(yīng)力最大值等于86MPa。它要比車(chē)架選用的材料16Mn的屈服極限值（正常情況下320～360MPa）小，而汽車(chē)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù)表達(dá)式為，若結(jié)果是n>1，則表示在這個(gè)工況下，汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；反之，就表示汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能夠滿(mǎn)足要求，產(chǎn)品不合格。求的該車(chē)架的強(qiáng)度安全系數(shù)n>1，所以該車(chē)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 2.車(chē)架扭轉(zhuǎn)工況 （1）約束條件和應(yīng)力加載 實(shí)踐表明．車(chē)身承受的最劇烈的扭轉(zhuǎn)工況一般是在汽車(chē)低速通過(guò)畸嶇不平路面時(shí)發(fā)生昀。車(chē)速一般較低，故取動(dòng)載系數(shù)為1.5。模擬汽車(chē)左后輪和右前輪2個(gè)對(duì)角車(chē)輪之間扭轉(zhuǎn)工況，然后進(jìn)行約束車(chē)架自由度，具體做法是先將貨車(chē)的右前輪和左后輪UX、UY、UZ三個(gè)方向?qū)嵭凶杂杉s束，然后將剩下的兩個(gè)車(chē)輪在UX、UZ方向進(jìn)行約束，車(chē)輪剩余的自由度不用進(jìn)行約束。 貨車(chē)額定載荷為1.85t。貨箱的載荷施加位置為1718～4600mm處(z坐標(biāo)，下同)，與其對(duì)應(yīng)的的載荷等于0.1344MPa；貨車(chē)駕駛室對(duì)車(chē)架施加載荷的位置在0～1608mm處，載荷值為0.070288MPa。車(chē)架載荷的加載情況如圖4.7所示。 圖4.7 車(chē)架扭轉(zhuǎn)工況加載情況 （2）有限元后處理與結(jié)果分析 經(jīng)過(guò)有限元軟件對(duì)車(chē)架的分析得到各工況下車(chē)架的位移云圖（如圖4.8所示）和應(yīng)力云圖（如圖4.9所示）。 圖4.8 車(chē)架扭轉(zhuǎn)工況位移云圖 圖4.9 車(chē)架扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力云圖 從上面兩張工況分析圖可以明顯看出，在上述情況中車(chē)架的兩對(duì)角變形較大，由左后輪到右前輪向?qū)ΨQ(chēng)的兩側(cè)變形量逐漸減小至車(chē)架左前和右后部分，由于車(chē)架前后結(jié)構(gòu)的差異，左前部分車(chē)架變形最大，而且左前部分車(chē)架是整個(gè)車(chē)架上應(yīng)力最集中的部位。因此也證明了車(chē)架扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)該具有的特點(diǎn)，有上述信息可知車(chē)架在這種工況下的最大應(yīng)力值等于305MPa。其最大值要比車(chē)架所用材料16Mn的屈服極限（一般情況為320～360MPa）可選的最小值還要小，所以車(chē)架不會(huì)產(chǎn)生破壞現(xiàn)象，即本車(chē)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 這一章通過(guò)有限元軟件對(duì)車(chē)架進(jìn)行工況分析，得出其彎曲應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力并與車(chē)架材料屈服極限相比較，得出車(chē)架強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。與第二章傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果相比，兩者之間有存在一定誤差，但均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。在這一過(guò)程中，我們能夠看出有限元法其方便簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn)，能夠較大程度的解放勞動(dòng)力，提高人們的工作效率。 24 第5章結(jié)論 結(jié)　　論 在本課題中首先通過(guò)搜集相關(guān)資料確定了所要參考設(shè)計(jì)的車(chē)架參數(shù)，然后運(yùn)用自己所學(xué)相關(guān)知識(shí)，對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單計(jì)算設(shè)計(jì)，并運(yùn)用CATIA軟件對(duì)該車(chē)架進(jìn)行三維建模，最后又運(yùn)用有有限元軟件ANSYS對(duì)車(chē)架進(jìn)行靜態(tài)有限元分析。通過(guò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算以及分析，讓我對(duì)車(chē)架的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)及其優(yōu)化設(shè)計(jì)有了更深層次的認(rèn)識(shí)與了解。通過(guò)本課題的研究，最終得出以下結(jié)論： 1、完成了車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步選擇了車(chē)架結(jié)構(gòu)形式、材料，同時(shí)經(jīng)過(guò)計(jì)算得出該設(shè)計(jì)方案滿(mǎn)足車(chē)架設(shè)計(jì)的所要求的剛度，撓度應(yīng)在滿(mǎn)足車(chē)架本身的剛度，撓度，在此基礎(chǔ)上，可以利用ANSYS對(duì)已設(shè)計(jì)出的車(chē)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使最終設(shè)計(jì)出來(lái)的車(chē)架在不影響使用性能的前提下，達(dá)到節(jié)省材料，結(jié)構(gòu)輕量化的要求。 2、對(duì)載貨車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元建模，采取了車(chē)架設(shè)計(jì)經(jīng)常應(yīng)用的梁?jiǎn)卧?lèi)型，以及適當(dāng)調(diào)整網(wǎng)格劃分的精度，在不影響分析結(jié)果的前提下，使得設(shè)計(jì)求解時(shí)間更加快速，提高了車(chē)架設(shè)計(jì)和有限元分析工作的效率。 3、對(duì)于建模中經(jīng)常出現(xiàn)的不能網(wǎng)格劃分，以及模型邊界，應(yīng)力的問(wèn)題，通過(guò)ANSYS中軟件自動(dòng)指出錯(cuò)誤進(jìn)行模型修改，另優(yōu)設(shè)計(jì)分析更加快速精確，同時(shí)也了解了車(chē)架設(shè)計(jì)當(dāng)中需要注意的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)中還可以在不影響車(chē)架分析結(jié)果的前提下，對(duì)車(chē)架模型進(jìn)行當(dāng)如ANSYS過(guò)程中的簡(jiǎn)化，使得加載分析過(guò)程更加快速，避免了不必要的操作。 25 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 陳家瑞. 吉林大學(xué)(原吉林工業(yè)大學(xué))汽車(chē)工程系編著.汽車(chē)構(gòu)造[M]. 人民交通出版社, 2002. 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CATIA V5機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001. 26 致謝 致 謝 在大四的最后一個(gè)學(xué)期，經(jīng)過(guò)指導(dǎo)教師的熱心指導(dǎo)，我按規(guī)定完成的為期4個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，期間指導(dǎo)教師智淑亞教授給我了很多指導(dǎo)，并且很耐心的輔導(dǎo)我完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此特別想致以智老師衷心的感謝，同時(shí)也要感謝其他的老師和同學(xué)們，非常的感謝他們對(duì)我的幫助。 通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，讓我把大學(xué)4年以來(lái)學(xué)過(guò)的許多忘記的差不多的學(xué)科和知識(shí)撿回來(lái)了不少，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，了解了車(chē)架相關(guān)設(shè)計(jì)工作的過(guò)程，加強(qiáng)了對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)、CATIA建模、ANSYS軟件有限元分析這些快要遺忘的知識(shí)的印象，雖然對(duì)其中軟件的學(xué)習(xí)僅限于初級(jí)階段，但對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作將會(huì)是一個(gè)良好的鋪墊，在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，僅以我們現(xiàn)有的知識(shí)儲(chǔ)備真的不足以完成一個(gè)完美合格設(shè)計(jì)任務(wù)，但是通過(guò)了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)工作有了一定的體驗(yàn)。我知道如果想做好這份工作，我要學(xué)習(xí)的東西還有很多。 在這4個(gè)月畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，自己通過(guò)數(shù)字圖書(shū)館查閱了大量與設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān)的資料，仔細(xì)的了解設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，讓我對(duì)過(guò)去學(xué)過(guò)的一些知識(shí)有了更為深入的了解，重要的是我能利用這些資料和以前學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行我的設(shè)計(jì)任務(wù)。經(jīng)過(guò)了這次的設(shè)計(jì)，讓我得要許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，能讓我在今后設(shè)計(jì)過(guò)程中避免許多不必要的問(wèn)題，為今后的學(xué)習(xí)工作積累的寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，我順利的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于本人的能力有限，搜集的資料不夠全面，不能做到盡善盡美，本設(shè)計(jì)中可能存在著不夠完善的地方，希望各位老師多多批評(píng)指正。再次向幫助我的所有老師和同學(xué)致以真誠(chéng)的感謝! 謝謝你們! 27