載重貨車車架設(shè)計(jì)及有限元分析開題報(bào)告

設(shè)計(jì)（論文）題目 載重貨車車架設(shè)計(jì)及有限元分析工程設(shè)計(jì) 應(yīng)用研究 開發(fā)研究 基礎(chǔ)研究 其它設(shè)計(jì)（論文）類型（劃“” ） 一、 本課題的研究目的和意義汽車車架作為重型載重汽車的基體，支承著發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、駕駛室、和貨箱等所有簧上質(zhì)量的有關(guān)機(jī)件。并且使用條件十分惡劣受力狀況非常復(fù)雜，承受著來(lái)自車內(nèi)外的各種力和力矩。同時(shí)載貨汽車行駛路況復(fù)雜車架在各種載荷作用下，將發(fā)生彎曲、偏心扭轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)等變形。因而車架應(yīng)該有足夠的剛度、強(qiáng)度和足夠的可靠性與壽命。車架剛度不足會(huì)引起振動(dòng)和噪聲，也是的汽車的舒適性和操作穩(wěn)定性下降。同時(shí)汽車的扭轉(zhuǎn)你剛度不宜過(guò)大，否則將使車架和懸架系統(tǒng)的載荷增大并使汽車車輪的的接地性變差。因此在車架設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮這些問(wèn)題。傳統(tǒng)的車架設(shè)計(jì)方法很難綜合考慮汽車的復(fù)雜受力及變形情況，利有限元法正好能夠解決這一問(wèn)題。同時(shí)利用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，可以得到車架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。從設(shè)計(jì)上避免車架出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步降低車架的重量，在保證車架性能的前提下充分的節(jié)省材料，對(duì)降低車架的成本具有重要的意義。通過(guò)本次設(shè)計(jì)要熟練掌握載重汽車車架的設(shè)計(jì)流程及車架設(shè)計(jì)參數(shù)確定，同時(shí)更好的提高自己的二維三維作圖能力和有限元分析能力。建立車架結(jié)構(gòu)有限元分析的規(guī)范化步驟，為將有限元技術(shù)應(yīng)用于車架設(shè)計(jì)做好基礎(chǔ)性工作。通過(guò)運(yùn)用有限元軟件對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可供車架設(shè)計(jì)提供參考。對(duì)所研究的車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析，為車架的設(shè)計(jì)提供理論支持。最后對(duì)車架的設(shè)計(jì)做出優(yōu)化，盡量做到輕量化，提高車架的強(qiáng)度。同時(shí)盡可能的節(jié)省成本。二、 本課題的主要研究?jī)?nèi)容（提綱）1.了解熟悉目前國(guó)內(nèi)各種重型貨車底盤種類，借鑒以往經(jīng)驗(yàn)結(jié)合目前國(guó)內(nèi)路況設(shè)計(jì)車架總成結(jié)構(gòu)。確定車架的總成參數(shù)，對(duì)車架縱梁參數(shù)，橫梁參數(shù)計(jì)算。對(duì)總體車架進(jìn)行強(qiáng)度剛度等校核。符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。做出三維模擬圖。2.對(duì)車架在各種典型工況下受到的載荷進(jìn)行分析，根據(jù)受到的載荷信息結(jié)合ANSYS 有限元分析軟件對(duì)車架進(jìn)行靜態(tài)和模態(tài)分析。3.根據(jù)有限元分析結(jié)果對(duì)車架進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。三、 文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）早期汽車所使用的車架，大多都是由籠狀的鋼骨梁柱所構(gòu)成的，也就是在兩支平行的主梁上，以類似階梯的方式加上許多左右相連的副梁制造而成。車體建構(gòu)在車架之上，至于車門、沙板、引擎蓋、行李廂蓋等鈑件，則是另外再包覆于車體之外，因此車體與車架其實(shí)是屬于兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造。這種設(shè)計(jì)的最大好處，在于輕量化與剛性得以同時(shí)兼顧。由于鋼骨設(shè)計(jì)的車架必須通過(guò)許多接點(diǎn)來(lái)連結(jié)主梁和副梁，加之籠狀構(gòu)造也無(wú)法騰出較大的空間，因此除了制造上比較復(fù)雜、不利于大量生產(chǎn)。隨后單體結(jié)構(gòu)的車架在車壇上成為主流，籠狀的鋼骨車架也逐漸改由這種將車體與車架合二為一的單體車架所取代，這種單體車架一般以“底盤”稱之。 關(guān)于單體車架，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將引擎室、車廂以及行李廂三個(gè)空間合而為一，這樣的好處除了便于大量生產(chǎn)，模組化的運(yùn)用也是其中主要的考慮。通過(guò)采取模組化生產(chǎn)的共用策略，車廠可以將同一具車架分別使用在數(shù)種不同的車款上，這樣也可節(jié)省不少研發(fā)經(jīng)費(fèi)。 除了有利于共用，車體車架也可以通過(guò)材料的不同來(lái)發(fā)揮輕量化的特性，鋁合金是 80 年代末期相當(dāng)熱門的一種工業(yè)材料，雖然重量比鐵輕，但是強(qiáng)度卻較差，因此如果要用鋁合金制成單體車架，雖然在重量上比起鐵制車架更占優(yōu)勢(shì)，但是強(qiáng)度卻無(wú)法達(dá)到和鐵制車架同樣的水準(zhǔn)。除非增加更多的鋁合金材料，利用更多的用量來(lái)彌補(bǔ)強(qiáng)度上的不足。不過(guò)這樣一來(lái)，重量必然會(huì)相對(duì)增加，而原本出于輕量化考量而采用鋁合金材料的動(dòng)機(jī)，當(dāng)然也就失去了意義。也正因?yàn)檫@個(gè)原因，鋁合金車架在車壇上并未成為主流，少數(shù)高性能跑車或是使用了強(qiáng)度更高的碳纖維，或是用碳纖維結(jié)合蜂巢狀?yuàn)A層鋁合金的復(fù)合材料取代了鋁合金。但是要用碳纖維制成單體車架，在制作上相當(dāng)復(fù)雜且費(fèi)時(shí)，成本也相對(duì)更高，所以至今仍無(wú)法普及到一般市售車上，而僅有少數(shù)售價(jià)高昂的跑車使用，這些是不可能用在載重貨車上的。 盡管鋁合金車架鮮有車廠使用，不過(guò)用鋼鐵車架搭配鋁合金鈑件的方式，近年來(lái)卻受到不少車廠的重視，這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以保留車架本身的強(qiáng)度，同時(shí)也可以通過(guò)鈑件的鋁合金化來(lái)取得輕量化效果，在研發(fā)成本上自然也不像碳纖維制的單體車架那樣昂貴。 載貨汽車行駛路況復(fù)雜車架在各種載荷作用下，將發(fā)生彎曲、偏心扭轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)等變形。目前國(guó)內(nèi)商用車車架設(shè)計(jì)開始從原有的單純經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)入優(yōu)化設(shè)計(jì)階段,主要特點(diǎn)是以有限元計(jì)算分析等手段輔助設(shè)計(jì),在零件試制之前對(duì)產(chǎn)品就有了初步判斷,可以提前解決相當(dāng)數(shù)量的設(shè)計(jì)問(wèn)題,但目前有限元分析還只局限在強(qiáng)度計(jì)算方面,壽命計(jì)算做的較少再有一點(diǎn)就是目前國(guó)內(nèi)車架的開發(fā)很少經(jīng)過(guò)臺(tái)架強(qiáng)度和壽命試驗(yàn),而目前國(guó)內(nèi)各汽車生產(chǎn)廠車架臺(tái)架試驗(yàn)所需的硬件應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題,主要問(wèn)題缺少參數(shù)輸入方面的積累。另外,由于目前國(guó)內(nèi)還無(wú)法杜絕超載現(xiàn)象的存在,所以我們的車架設(shè)計(jì)偏于保守。相反,國(guó)外商用車車架開發(fā)過(guò)程中有限元分析應(yīng)用比較廣泛,而且臺(tái)架試驗(yàn)應(yīng)用也被大量采用,有比較成熟的車架臺(tái)架試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),比如奧地利斯太爾公司的臺(tái)架試驗(yàn)現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟,車架總成在通過(guò)斯太爾的 250 小時(shí)脈沖臺(tái)架試驗(yàn)后只需要進(jìn)行 300 小時(shí)的場(chǎng)地試驗(yàn),檢驗(yàn)連接件的可靠性即可,通過(guò)這兩項(xiàng)試驗(yàn),車架的使用壽命可到 100 萬(wàn)公里,目前 BENZ，MAN 等公司仍利用斯太爾的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行車架臺(tái)架試驗(yàn),它們的車架如果不經(jīng)過(guò)脈沖試驗(yàn),整車不投產(chǎn)。從材料的使用情況看,目前在節(jié)油、輕量化的壓力下,國(guó)內(nèi)外重型商用車車架普遍采用了高強(qiáng)度鋼板,²S500Mpa 的鋼板已經(jīng)廣泛應(yīng)用 從成型工藝方面看,傳統(tǒng)的縱梁制造工藝采用大型沖壓設(shè)備及大型模具沖壓成型,一次性生產(chǎn)準(zhǔn)備投入大,周期長(zhǎng),柔性化差,精度不高,很難適應(yīng)產(chǎn)品和市場(chǎng)的變化。而且,隨著縱梁所用材料強(qiáng)度等級(jí)的不斷提高,采用傳統(tǒng)制造工藝所需的沖壓設(shè)備會(huì)越來(lái)越大,對(duì)材料的成型性能要求也高,很難適應(yīng)發(fā)展的需要。所以目前普遍采用的是縱梁滾壓成型制造工藝,其特點(diǎn)是:柔性化好,精度高,一次性生產(chǎn)準(zhǔn)備投入小。歐美從 90 年代開始逐漸提高了撞擊事故的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，這也是凸現(xiàn)出車架剛性重要的另一原因。許多車廠為了在撞擊事故發(fā)生時(shí)能夠確保車內(nèi)乘員的安全，惟有針對(duì)車架以及車體進(jìn)行全面強(qiáng)化，這也使得除了車架以外的強(qiáng)度有所改善，包括鈑件厚度的改變以及各種輔助梁的增設(shè)也成為各廠慣用的手法。不過(guò)在這樣的情況下，伴隨而來(lái)的是車重相對(duì)增加，這也正是歐美日許多市售車的重量比起 10 年前、20 年前增加不少的主要原因。 關(guān)于剛性的確保，大多數(shù)車廠在新車的設(shè)計(jì)階段，都是利用電腦計(jì)算出車架的剛性需求，并以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)。有些車廠在用電腦完成設(shè)計(jì)雛形后，還會(huì)再由專業(yè)的試車人員進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。中國(guó)第一汽車集團(tuán)凌源汽車制造有限公司汽車車架 U 型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線競(jìng)標(biāo)成功。 汽車車架 U 型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線是我公司繼兩年前成功設(shè)計(jì)制造了合肥江淮汽車廠汽車縱梁數(shù)控平板沖孔生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，在汽車縱梁數(shù)控沖孔方面的又一標(biāo)志性成果，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造汽車車架 U 型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的空白。汽車車架 U 型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)制造成功，在汽車制造行業(yè)具有劃時(shí)代的意義，標(biāo)志著中國(guó)在汽車車架數(shù)控沖孔加工的生產(chǎn)設(shè)備方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，降低了汽車制造行業(yè)購(gòu)置汽車車架數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的巨大費(fèi)用，積極推動(dòng)了中國(guó)汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，為中國(guó)汽車制造業(yè)早日與國(guó)際接軌奠定了基礎(chǔ)。 目前我國(guó)的車架企業(yè)基本擁有剪切、沖壓、焊接、鉚接、油漆、機(jī)加工六大工藝能力和完善的檢測(cè)手段、研究設(shè)計(jì)中心，具有 16 噸至 3000 噸的冷沖壓能力，具備了開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)各種類型車架四、 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題1、運(yùn)用大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)課程知識(shí)、理論和畢業(yè)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，設(shè)計(jì)一款重型貨車車架總成，確定各方面詳細(xì)參數(shù)，完善汽車車架，選擇合適的車架材料和加工工藝，保證車架的剛度和強(qiáng)度。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車架進(jìn)行校核。做出三維模擬圖。2、利用 ANSYS 有限元分析軟件對(duì)車架進(jìn)行靜態(tài)和模態(tài)分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)車架進(jìn)行優(yōu)化。五、 研究思路和方法1、首先采用類比的方法，查閱目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上載重貨車的車架類型及參數(shù)，分析消化，對(duì)已有的某一款車架作出改進(jìn)，重新確定其總成及參數(shù)。對(duì)車架的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行校核。2、分析貨車的各種典型行駛工況，確定其所受到的各種動(dòng)態(tài)載荷形式，利用 ANSYS 有限元分析軟件根據(jù)其所受載荷進(jìn)行靜態(tài)和模態(tài)分析，確定其強(qiáng)度及使用可靠性。3、根據(jù)分析結(jié)果對(duì)車架做出優(yōu)化改進(jìn)。六、 本課題的進(jìn)度安排第 3-4 周 查閱資料確定課題，填寫開題報(bào)告。查找翻譯英語(yǔ)譯文。 第 5-7 周 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定車架總成，車架縱梁、橫梁確定，強(qiáng)度校核。第 8-9 周 車架二維圖紙，三維模型建立。第 10-13 周 對(duì)車架進(jìn)行有限元分析并作出優(yōu)化。第 14-15 周 寫畢業(yè)論文，做畢業(yè)答辯。七、 參考文獻(xiàn)1 陳家瑞. 汽車構(gòu)造. 北京：人民交通出版社，2008,9.1611682 余志生. 汽車?yán)碚? 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000,10.961033 尹輝俊 ,沈光烈. 貨車車架有限元分析J. 機(jī)械設(shè)計(jì) 2005.11:26384 肖柳勝,劉健,袁艷艷,馬曉偉,吳漢川. 基于多工況的的重載壓裂車架靜動(dòng)態(tài)強(qiáng)度分析J. 西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015,2.5 胡亞莊,黃天澤.載重汽車與掛車的車架M.北京:人民交通出版社,1964.6 Dr.R.Rajappan，M.Vivekanandhan. 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