HQJ-500型節(jié)油車車架優(yōu)化設(shè)計(jì)開題報(bào)告

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1、SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 學(xué)生姓名 系部 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)、班級 指導(dǎo)教師姓名 職稱 教授 從事 專業(yè) 車輛工程 題目名稱 HQJ-500型節(jié)油車車架優(yōu)化設(shè)計(jì) 一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義 1、節(jié)油車車架的研究現(xiàn)狀 1.1節(jié)油車簡介 節(jié)能、環(huán)保、低碳已逐漸成為當(dāng)今在能源領(lǐng)域的主題。汽車領(lǐng)域的節(jié)能技術(shù)對節(jié)約能源也至關(guān)重要。以節(jié)能為主題的節(jié)油車競賽在國內(nèi)外開展的也越來越多。 本田（?Honda）科研工業(yè)（中國）投資有限公司曾主辦過以“挑戰(zhàn)一升、環(huán)保一生”為口號的?Honda中國節(jié)能競技大賽。

2、節(jié)能競技大賽積累的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以所具備的專業(yè)知識及理論，將符合“節(jié)能減排”要求的創(chuàng)意融進(jìn)節(jié)能競技大賽，通過調(diào)研、方案對比、優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出合理、有效的“節(jié)能”參賽車的設(shè)計(jì)方案，為制作新型“節(jié)能車”提供依據(jù)。去年我校（黑龍江工程學(xué)院）的汽車與交通工程學(xué)院的師生們攜自主研制的節(jié)能車到上海參加了比賽，并在比賽中獲得佳績，其他高校也展示了各自的成果。 由日本本田公司舉辦的節(jié)能競技大賽從1981年開始，至今已成功舉辦了27屆，曾有人以參加本田節(jié)能大賽的參賽車(簡稱節(jié)能車)為基礎(chǔ)，在比賽規(guī)則范圍內(nèi)，對影響車輛燃油消耗的相關(guān)因素進(jìn)行了研究，并通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)、道路試驗(yàn)及軟件模擬，對發(fā)動(dòng)機(jī)部件及車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)

3、行改進(jìn)，對比改進(jìn)前后的燃油消耗量，得出降低燃油消耗的一些可行性方案。以此為基礎(chǔ)，把試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用到節(jié)能車的研發(fā)中，比賽結(jié)果證明取得了顯著效果。改進(jìn)方案中包括了壓縮比的改進(jìn)，供給系統(tǒng)的改進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱片的改進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)其他部件的改進(jìn)等。 除了發(fā)動(dòng)機(jī)部件改進(jìn)對整車油耗有重要影響外，節(jié)能車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及裝配質(zhì)量對油耗也有一定影響。如車架及車身外型設(shè)計(jì)是否滿足強(qiáng)度和空氣動(dòng)力學(xué)要求，轉(zhuǎn)向及制動(dòng)是否操控靈活，輪胎的選型及傳動(dòng)比選擇是否合理，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配位置及安裝姿態(tài)是否恰當(dāng)?shù)?。結(jié)合以上因素，先用軟件對節(jié)能車進(jìn)行建模，并通過計(jì)算機(jī)模擬分析得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，按照此方案制造出節(jié)能車實(shí)車，通過大量道路試驗(yàn)，再對車輛整體

4、結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)進(jìn)行對比改進(jìn)，再與改進(jìn)后的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行匹配，達(dá)到了降低油耗的目的。 目前的很多節(jié)能賽車根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的要求，對車手的體型和坐姿定下整車的初步控制尺寸進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測量，并在CATIA中建模，確立車架的寬度長度、車身高度等。車身設(shè)計(jì)成流線型，車身高度盡量低矮，一般可以取發(fā)動(dòng)機(jī)豎直放置時(shí)的最高點(diǎn)，這個(gè)高度車當(dāng)手躺下時(shí)的視野一般是可以保證的。底盤高度要保證有盡量大的離地間隙，同時(shí)又不能使得重心太高，以免高速轉(zhuǎn)彎時(shí)翻車。輪距軸距不必考慮太多。輪距軸距的計(jì)算、前后載荷分配等是為了保證有足夠的地面附著力。 1.2 車架設(shè)計(jì)要考慮的因素、優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和幾種優(yōu)化分析 車架的很多尺寸都來源于其他

5、部分的設(shè)計(jì)。車架的作用主要是連接其他組件，并保證安裝的穩(wěn)定性。所以設(shè)計(jì)車架要了解轉(zhuǎn)向、車身和后軸，思考怎么將他們可靠地定位。設(shè)計(jì)節(jié)油車車架要先了解鋼材和焊接，怎么對各種鋼材加工，并把車架搭出來。有些節(jié)能車采用第23號鋼（含碳量0.23%）料焊接而成，分別采用了車架20×20×1，20×20×2焊接矩形鋼管、20×20×2角鋼。車架采用邊梁形式，中間主要承載部份以金型材搭建，前橋以及后橋等受力較大部分由焊接矩形鋼管以及20×20×2角鋼搭建，前懸以及發(fā)動(dòng)機(jī)支架等非大承載部位由20×20×2角鋼搭建。 在整車質(zhì)量中，車架是輕量化設(shè)計(jì)的主要對象之一，故車架的輕量化程度對于節(jié)能車的節(jié)能成效來講固然有

6、重要意義。而車架的輕量化程度還不得不考慮其剛度，強(qiáng)度等性能指標(biāo)。因此，需在保證足夠剛度和強(qiáng)度的前提下，采用較優(yōu)的結(jié)構(gòu)、材料使車架質(zhì)量達(dá)到最輕。完成車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是建立合理的力學(xué)模型、優(yōu)化參數(shù)模型、有限元模型、優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并且熟悉SNSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)。 1.2.1 車架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 車架是汽車主要的承載部件,汽車大部分部件如:動(dòng)力總成、駕駛室、貨廂和車橋等都與車架直接相連。因此車架就必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度以保證有承受沖擊載荷和承受各種工況的能力。目前節(jié)油賽車的車架結(jié)構(gòu)主要有兩種類型：上浮式和下沉式。最后取兩種性能均較好的一種作為車架結(jié)構(gòu)。對于上浮式和下沉式兩種車架，主要由于橫梁的數(shù)

7、量和布置不同，帶來了剛度和強(qiáng)度上的差異。 （1）建立有限元模型 在ANSYS8.0中建立車架模型時(shí),略去對整體強(qiáng)度影響較小的孔及其他工藝特征，上浮式車架由左右分開的兩根縱梁和若干根橫梁組成，縱梁和橫梁是由薄壁型鋼沖壓而成，再通過焊接和鉚接形成整體。有限元單元選用2節(jié)點(diǎn)梁單元Beam188，該單元可以有效地模擬細(xì)長或中等厚度的梁及其線性彎曲變形和應(yīng)力水平分析，且計(jì)算速度快，單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)均有6個(gè)自由度，即x、y、z 向平動(dòng)自由度和繞x、y、z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。梁與梁之間進(jìn)行節(jié)點(diǎn)耦合，車輪和車架是剛性連接，無需用彈簧單元來模擬懸架。對于車架材料的選擇，通常是采用16Mn 鋼。但是基于本項(xiàng)目是要達(dá)

8、到節(jié)能的效果，在同樣強(qiáng)度下無需大的壁厚，因此選用的是Q360 高強(qiáng)度鋼材。 （2）載荷及約束的處理 汽車在行駛過程中要承受各種載荷的作用，在建立車架的有限元模型時(shí)就必須對載荷進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以便施加在相?yīng)的節(jié)點(diǎn)或單元上。由于是行駛于良好路面，無需急轉(zhuǎn)彎掉頭和急剎車。也不可能經(jīng)受外界的猛烈撞擊，故可將車架主要承受的載荷簡化為只受駕駛員和發(fā)動(dòng)機(jī)的重力,將它們作為集中載荷加載到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上，其他質(zhì)量較小的部件可以忽略。由于賽道是環(huán)形瀝青路面，路況比較良好，沒有諸如臺(tái)階或凹坑之類的路況?？梢詫⑵浼s束情況按彎曲工況和彎扭工況分別處理。 （3） 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算 在此計(jì)算過程中，將兩種結(jié)構(gòu)的車架材料均

9、取外廓尺寸為40 mm*20 mm，壁厚1 mm 的矩形截面鋼，在彎扭工況下進(jìn)行有限元分析。聽過分析可以看出，用同樣材料、截面尺寸的上浮式和下沉式車架，下沉式車架結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度比較好。且結(jié)構(gòu)更為簡單，質(zhì)量更輕。 1.2.2車架的輕量化分析 輕量化設(shè)計(jì)可從材料上入手,如采用碳纖維或鋁合金等輕質(zhì)材料來替代傳統(tǒng)的鋼,但成本偏高,且制作上存在難度(鋁合金不易焊接),所以從車架梁的截面形狀和面積來入手顯得更為實(shí)際.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所逐漸興起的有限元法可有效地計(jì)算車架在各種工況下的響應(yīng)，為設(shè)計(jì)提供有力的理論依據(jù)。 （1） 有限元模型及載荷處理 這部分的有限元模型建立方法和載荷處理方法與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

10、中完全相同。 （2） 截面分析計(jì)算 車架各梁之間的幾何位置關(guān)系由上述結(jié)構(gòu)選型時(shí)確定.但在進(jìn)行有限元分析時(shí),車架結(jié)構(gòu)的薄壁梁截面特性(包括截面形狀、截面尺寸大小)是可以很方便地進(jìn)行調(diào)換的，當(dāng)車架所用梁的截面類型不同時(shí)，計(jì)算得出的車架強(qiáng)度和剛度也不同，通過比較，就可以選出在剛度與強(qiáng)度水平相一致的情況下，質(zhì)量最輕的梁淵即截面面積最小。 1.2.3 車架的模態(tài)分析 固有頻率和振動(dòng)向量是進(jìn)行車架動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必不可少的參數(shù)。因此有必要對車架進(jìn)行固有特性的模態(tài)分析，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)較低階固有頻率及相應(yīng)振型對動(dòng)態(tài)特性的影響最大，故在研究結(jié)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)，往往只需要了解前幾階的固有頻率和振動(dòng)特性，需要考慮的是低階

11、頻率應(yīng)避開發(fā)動(dòng)機(jī)的的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，以免發(fā)生共振。 2、車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的 對節(jié)油車的車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的從狹義上講：當(dāng)代大學(xué)生可以理論聯(lián)系實(shí)際，將所學(xué)用于所用，激發(fā)創(chuàng)新意識，深化專業(yè)技能，了解汽車某領(lǐng)域的發(fā)展步伐，使得工科類的大學(xué)生有一種責(zé)任感和使命感，為將來的節(jié)油車產(chǎn)品創(chuàng)造出大批設(shè)計(jì)人才；同時(shí)對節(jié)油車的車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)更會(huì)是對我個(gè)人的一次歷練，對個(gè)人的發(fā)展同時(shí)也起到一定的奠定作用。通過設(shè)計(jì)節(jié)油車不僅可以把課堂所學(xué)的理論知識和實(shí)際操作掛鉤，還可以更多地體會(huì)設(shè)計(jì)創(chuàng)作帶來的樂趣，充分發(fā)揮個(gè)人創(chuàng)作才能。 對節(jié)油車的車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的從廣義上講：目前國際國家能源緊縮，節(jié)油車的問世具有一

12、定的可行性和現(xiàn)實(shí)意義。目前這種國際國內(nèi)的以這種競賽為導(dǎo)向的節(jié)油車優(yōu)化設(shè)計(jì)必然會(huì)對將來經(jīng)濟(jì)型汽車的問世起到一定的奠定作用。而通過車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對車架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)又能有效的減少車重，從而降低油耗。 3、車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義 經(jīng)濟(jì)意義體現(xiàn)在：隨著我國經(jīng)濟(jì)全球化的不斷加快，我國對國際能源及原材料市場的依賴程度不斷加大，從目前來看，國際油價(jià)和工業(yè)原材料的價(jià)格也是在不斷攀升，我國經(jīng)濟(jì)在能源領(lǐng)域比較棘手。我國的汽車保有量逐年增加，需要更多的燃油，所以節(jié)能減排是中國汽車產(chǎn)業(yè)需要考慮的關(guān)鍵，也值得國家重視。車架的輕量化能夠減少整車質(zhì)量，從而能使汽車達(dá)到節(jié)能減排的目的，節(jié)油了能源和資本，從而具有一定的現(xiàn)實(shí)

13、意義和經(jīng)濟(jì)意義。 社會(huì)意義體現(xiàn)在：自從工業(yè)革命以來，世界工業(yè)發(fā)展飛速，能源開采量逐年增高，汽車工業(yè)發(fā)展尤為迅速，汽車保有量也呈遞增趨勢。有限的能源如何能用的更長久是值得人類和社會(huì)反思的意見事情，節(jié)油車型的普及功在當(dāng)代，利在千秋。而通過這種節(jié)油車競賽恰恰就能為節(jié)油車產(chǎn)品的問世提供有效的依據(jù)，使得能源的利用率提高，為人類社會(huì)的順延提供了有效保證。車架的優(yōu)化設(shè)計(jì)是使得汽車能夠節(jié)能減排的主要手段之一，因此車架的優(yōu)化設(shè)計(jì)的社會(huì)意義重大。 二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1、研究的基本內(nèi)容 （1）進(jìn)行設(shè)計(jì)賽車總體布局設(shè)計(jì)； （2）進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （3）進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)

14、有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析； （4）進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。 （5）繪制設(shè)計(jì)總圖和上述部分的結(jié)構(gòu)裝配圖、零件圖。 2、擬解決的主要問題 通過用最少量的某種材料來設(shè)計(jì)節(jié)油車的車架，使得其在各種工況下的強(qiáng)度、剛度滿足必備的要求。 三、技術(shù)路線（研究方法） 分析題目，收集資料 借鑒以往經(jīng)驗(yàn)，確定設(shè)計(jì)方案 HQJ-500節(jié)油車總體布局設(shè)計(jì) 節(jié)油車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 用ANSYSY軟件對其進(jìn)行優(yōu)化 對車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 完成裝配圖、零件圖 完成設(shè)計(jì)說明書 NO YES 四、進(jìn)度安排 1周：領(lǐng)取題目，資料收集，調(diào)研； 2周：繼續(xù)調(diào)研，整理開題報(bào)告，制定完成方

15、案和路線； 3周：開題答辯，設(shè)計(jì)任務(wù)總體方案，草圖設(shè)計(jì)； 4周：總體設(shè)計(jì)方案，草圖的審核與修訂和計(jì)算； 5-10周：包括底盤，副車架，專用裝置的設(shè)計(jì)、計(jì)算與校核； 11-12周：總圖設(shè)計(jì)和部件圖的修訂，整理設(shè)計(jì)計(jì)算說明書； 13周：整理、修訂、審核； 14周：預(yù)答辯； 15周：修訂； 16-17周：答辯. 五、參考文獻(xiàn) [1]劉惟信. 汽車設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001. [2]卞學(xué)良.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008. [3]余志生. 汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000. [4]陳家瑞. 汽車構(gòu)造.下冊[M].北京:機(jī)械工

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