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某汽车车架第三横梁静力有限元分析.doc
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于轻型载货汽车车架和悬架设计论文的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：轻型载货汽车车架和悬架设计论文 ..第1章前言概述车架和悬架系统是汽车设计的重要部分,因为它们的好坏直接关系到汽车各个方面(操控、性能、安全、舒适)性能。现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架。汽车车架是整个汽车的基体,在它上面安装着汽车的各个主要总成(发动机、传动系、汽车车身和车箱等)/并把这些总成联合成为一辆完整的汽车。另外,车架还承:受作用于汽车上的所有静载荷(悬挂以上的汽车各总成的重量和有效载荷)和汽车行驶时产生的动载荷(各种力和力矩)。为了使车架具有上述功能,对汽车车架有如下的一些要求:要有足够的强度:必须保证在各种复杂受力的情况下不致破坏。要求具有足够的疲劳强度,在汽车运行 3050 万公里以前,不致有严重的疲劳损伤。1. 要有合适的刚度:保证汽车在各种使用条件下,固定在车架上的各总成不致因为车架的变形而早期损坏或失去正常工作能力,故车架应有足够的刚度。但是,当汽车行驶于不平路面时,为了保证汽车对路面不平度的适应性,以提髙汽车的平顺性和通过能力,又要求车架具有一定的挠性,即扭转刚度不宜过高。2. 在保证强度的前提下,应尽量地减轻车架的重量:车架的重量约占汽车自重的 10%(来源：淘豆网[/p-2130282.html]), 用于车架的钢板消耗量也相当大,例如解放牌汽车的车架纵、横梁所消耗的钢板占全车钢板消耗量的 40%左右。因此,车架应按照等强度的原则进行设计,以减轻汽车的自重和降低材料消耗量。当今,对车辆轻量化和降低成本的要求越来越高,于是对车架的结构形式设计有高的要求。首先要满足汽车总布置的要求。汽车在复杂多边的行驶过程中,固定在车架上的各总成和部件之间不应发生干涉。汽车在崎岖不平的道路上行驶时,车架在载荷作用下可能产生扭转变形以及在纵向平面内的弯曲变形;车架布置的离地面近一些,以使汽车重心位置降低,有利于提高汽车的行驶稳定性。车架是一种受力情况很复杂的构件,目前在进行车架设计时,一般只进行抗弯强度计算,在抗扭强度计算方面还有不少问题尚未得到解决,所以车架设计尚未建立完整的计算方法。设计时除进行抗弯强度计算之外,还对国内现有的同类型汽车车架断面尺寸进行统计和核算,以作为选择断面的参考依据.悬架设计是研究悬架系统的搌动特性,讨论悬架设计对平顺性、稳定性和通过性等性能的影响,从而作出妥善设讣。汽车悬架是将车架(来源：淘豆网[/p-2130282.html])(或车身)与车轴(或直接与车轮)弹性联接的部件,其主要功用如下:1. 缓和、抑制由于不平路面所引起的振动和冲击,以保证汽车有良好的平顺性。2. 迅速衰减车身和车桥(或车轮)的振动。3. 传递作用在车轮和车架(车身)之间的各种力(垂直力、纵向力和横向力)和力矩(制动力矩和反作用力矩)。..4. 保证汽车行驶所必要的稳定性。汽车悬架通常由弹性元件、导向机构和减震器等三部分组成。弹性元件主要用来传递垂直力和缓和冲击。当横向角刚度较小时,有时还装有横向稳定器以减小车身的横向摆动。导向机构用来决定车轮相对于车架(或车身)的运动特性,以保证有必要的稳定性,同时传$ 除垂直力以外的力和力矩。减震器用来迅速衰减车身和车桥(或车轮)的振动。目前,最广泛采用的钢板弹簧,不仅用作弹性元件而且兼起导向作用(通过卷耳和支座)和阻尼作用、(通过片间摩擦)。在进行设计时,要满足以下几点要求:a.规范合理的型式和尺寸选择,结构和布置合理。b.保证整车良好的平顺性能。c.工作可靠,结构简单,装卸方便,便于维修、调整。d.尽量使(来源：淘豆网[/p-2130282.html])用通用件,以便降低制造成本。e.在保证功能和强度的要求下,尽量减小整备质量。f.其它有关产品技术规范和标准。目前,农用运输车不能满足“三农”市场需求,突出表现为一般产品生产能力过剩,技术水平低,质量和维修服务水平差,价格较高,而市场急需的高质量经济型产品不能满足需求。结合生产实际,在农用运输车基础上对低速载货汽车车架及悬架系统进行了设计。1.2 车架的发展早期汽车所使用的车架,大多都是由笼状的钢骨梁柱所构成的,也就是在两支平行的主梁上,以类似阶梯的方式加上许多左右相连的副梁制造而成。车体建构在车架之上,至于车门、沙板、引擎盖、行李厢盖等钣件,则是另外再包覆于车体之外,因此车体与车架其实是属于两个独立的构造。这种设计的最大好处,在于轻量化与刚性得以同时兼顾,因此受到了不少跑车制造商的青睐,早期的法拉利与兰博基尼都是采用的这种设计。由于钢骨设计的车架必须通过许多接点来连结主梁和副梁,加之笼状构造也无法腾出较大的空间,因此除了制造上比较复杂、不利于大量生产之外,也不适合用在强调空间的四门房车上。随后(来源：淘豆网[/p-2130282.html])单体结构的车架在车坛上成为主流,笼状的钢骨车架也逐渐改由这种将车体与车架合二为一的单体车架所取代,这种单体车架一般以“底盘”称之。关于单体车架,简单的说就是将引擎室、车厢以及行李厢三个空间合而为一,这样的好处除了便于大量生产,模组化的运用也是其中主要的考虑。通过采取模组化生产的共用策略,车厂可以将同一具车架分别使用在数种不同的车款上,这样也可节省不少研发经费。除了有利于共用,车体车架也可以通过材料的不同来发挥轻量化的特性,例如本田 NSX 所使用的铝合金以及法拉利 F50、Enzo 所使用的碳纤维材料等。铝合金是 80 年代末期相当热门的一种工业材料,虽然重量比铁轻,但是强度却较差,因此如果要用铝合金制成单体车架,虽然在重量上比起铁制车架更占优势,但是强度却无法达到和铁制车架同样的水准。除非增加更多的铝合金材料,利用更多的用量来弥补强度上的不足。不过这样一来,重量必然会相对增加,而原本出于轻量化考量而采用铝合金材料的动机,当然也就失去了意义。也正因为这个..原因,铝合金车架在车坛上并未成为主流(来源：淘豆网[/p-2130282.html]),少数高性能跑车或是使用了强度更高的碳纤维,或是用碳纤维结合蜂巢状夹层铝合金的复合材料取代了铝合金。但是要用碳纤维制成单体车架,在制作上相当复杂且费时,成本也相对更高,所以至今仍无法普及到一般市售车上,而仅有少数售价高昂的跑车使用。尽管铝合金车架鲜有车厂使用,不过用钢铁车架搭配铝合金钣件的方式,近年来却受到不少车厂的重视,这样的结构不仅可以保留车架本身的强度,同时也可以通过钣件的铝合金化来取得轻量化效果,在研发成本上自然也不像碳纤维制的单体车架那样昂贵。欧美从 90 年代开始逐渐提高了撞击事故的安全防护标准,这也是凸现出车架刚性重要的另一原因。许多车厂为了在撞击事故发生时能够确保车内乘员的安全,惟有针对车架以及车体进行全面强化,这也使得除了车架以外的强度有所改善,包括钣件厚度的改变以及各种辅助梁的增设也成为各厂惯用的手法。不过在这样的情况下,伴随而来的是车重相对增加,这也正是欧美日许多市售车的重量比起 10 年前、20 年前增加不少的主要原因。关于刚性的确保,大多数车厂在新车的设计阶段,都是利(来源：淘豆网[/p-2130282.html])用电脑计算出车架的刚性需求,并以此作为设计依据。有些车厂在用电脑完成设计雏形后,还会再由专业的试车人员进行实际测试。中国第一汽车集团凌源汽车制造有限公司汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线竞标成功。汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线是我公司继两年前成功设计制造了合肥江淮汽车厂汽车纵梁数控平板冲孔生产线的基础上,在汽车纵梁数控冲孔方面的又一标志性成果,填补了国内设计制造汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线的空白。汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线的设计制造成功,在汽车制造行业具有划时代的意义,标志着中国在汽车车架数控冲孔加工的生产设备方面达到了国际先进水平,降低了汽车制造行业购置汽车车架数控冲孔生产线的巨大费用,积极推动了中国汽车制造业的飞速发展,为中国汽车制造业早日与国际接轨奠定了基础。我国的车架企业基本拥有剪切、冲压、焊接、铆接、油漆、机加工六大工艺能力和完善的检测手段、研究设计中心,具有 16 吨至 3000 吨的冷冲压能力,具备了开发、设计、生产各种类型车架。第 2 章总体方案论证2.1 设(来源：淘豆网[/p-2130282.html])计选型原则2.1.1 车架的设计方案根据纵梁的结构特点,车架可分为以下几种方案X 形车架,,它是由二根纵梁及 X 型横梁组成的 X 型车架实质上是边梁式车1 的改进,其目的在于提高车架的抗扭刚度。X 型车架之所以能达到这一目的,是因为当车架受扭时,X 型横梁能将扭..矩转换成弯矩的缘故。但是狭而长的车架采用 X 型横梁并无明显优点,这是因X 型横梁太长时,受压的一根可能丧失稳定,失去抵抗能力因此,X 型横梁的优点仅对短而宽的车架较有效,最适宜于小客车。2、梯形车架,梯形车架是由两根相互平行的纵梁和若干根横梁组成。其弯曲刚度较大,而当承受扭矩时,各部分同时产生弯曲和扭转。其优点是便于安装车身、车箱和布置其他总成,易于汽车的改装和变型,因此被广泛地用在载货汽车、越野汽车、特种车辆和用货车底盘改装的大客车上;梯形车架3、中粱式车架;中梁式车架,或称脊骨式车架: 它只有一根位于中央且贯穿汽车全长的纵梁。中央纵梁可以是圆管状的,也可以是箱形断面的。中梁的前端做成伸出支架,用以固定发动机。传动轴在中粱内穿(来源：淘豆网[/p-2130282.html])过。主传动器通常是固定在中梁的尾端,而形成断开式的驱动桥。在中梁上固定有横梁,用以支承汽车车身。4、综合式车架;是中梁式车架的变型,它的一部分为管或梁,而其余部分成叉形。采用中梁式或综合式车架, 可以获得很强的抗扭能力。但是它们也存在很多缺点 I 如..车身等其总成在车架上面的连结是比较复杂的,而且横梁悬臂较长,弯矩较大,使横梁与中梁的连接处容易损坏。因此,目前尚未获得广泛的采用。结合生产实际及设计要求,选用方案 2。2.1.2 悬架的设计方案a.前轮和后轮均采用非独立悬架;b.前轮采用独立悬架,后轮采用非独立悬架;c.前后轮均采用独立悬架;非独立悬架的结构特点是,左右车轮用一根整体轴连接再经过悬架与车架(或车身)连接;独立悬架的结构特点是左右车轮通过各自的悬架与车架(车身)连接。结合生产实际及设计要求,选用方案 a。由于是载货汽车,前后悬架均采用纵置半椭圆形钢板弹簧,当采用纵置钢板弹簧作弹性元件时,它兼起导向装置作用。缓冲块用来减轻车轴对车架(或车身)的直接冲撞,防止弹性元件产生过大的变形。(来源：淘豆网[/p-2130282.html])装有横向稳定器的汽车,能减少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角振动。2.1.3 整体设计方案综合上述两方案确定了整体设计方案:梯形车架和前后悬架均采用纵置半椭圆形钢板弹簧非独立悬架。2.2 设计内容a.参与总体设计;b.车架、悬架结构型式分析和主要参数的确定;c.车架、悬架结构设计。第 3 章主要尺寸参数的选定参考车型及其参数参考车型:欧铃 ZB5040XXYBSC3S 厢式运输车详细参数:发动机型号:SD4W58-3U 发动机功率:58 kw发动机排量:2156ML 发动机类型:柴油发动机外形尺寸(长×宽×高):95×2660 mm货箱栏板内尺寸:85×1700 mm总质量:3770 Kg 整备质量:1780 Kg额定载质量:1665 Kg 接近角/离去角:21/16前悬/后悬: mm 轴距:2700 mm轴荷: N 最高车速:90 km/h前轮距:1240 mm 后轮距:(来源：淘豆网[/p-2130282.html])1360 mm底盘型号:ZB5040XXYBSC3S 轴数:2底盘尺寸(长×宽×高):05×1990弹簧片数:6/5+3..3.1 外廓尺寸我国对低速载货汽车的限制尺寸是:总高不大于 2.05 米;总宽不大于 2 米;总长不大于 6 米。3.2 质量参数3.2.1 装载质量 Gm按要求取 Gm =.2 整备质量 0m汽车的装载量与整备质量之比 Gm/ 0m称为汽车的整备质量利用系数 0m。它表明单位汽车整备质量所承受的汽车装载质量。参考国内外同类型同级别的汽车整备质量利用系数和查《汽车设计》表 2-10,所以:0m = Gm /0.8=2125 ㎏在轻型载货汽车之列,所以满足设计要求取 0m =2100。 33.2.3 满载质量 amma=mG+m0=.4 车架宽度车架宽度是指左右纵梁腹板外侧面之间的宽度。在总体设计中,整车宽度确定后,车架前后部分宽度就可以根据前轮最大转向角、轮距、钢板弹簧片宽、装在车架内侧的发动机外廓宽度及悬置等尺寸确定。从提高整车的横向稳定性以及减小车架纵梁外侧装置件的悬伸长度来看,车架尽量宽些,同时前后部分宽度应相等。以便简化制造工艺和避免纵梁宽度变化处产生应力集中。我国汽车专业标准(汽 132-59 载重汽车车架宽度标准)规定“车架宽度标准为 865 ±5 毫米”。由(汽车设计)表 2-25 取的车架宽 860mm。3.2.5 轴距 L由总体设计取轴距 2700mm。第 4 章车架总成设计..4.1 车架的结构设计车架是支撑、连接汽车备总成的零部件,并承受来自车内外的各种载荷的基础构件。传统的梯形车架由于其所起到的缓冲、隔振、降低噪声、延长车身使用寿命等特点及生产上的继承性、工艺性等原因仍广泛应用在大型挂车上。货车车架应具有足够的强度和适当的刚度。同时要求其质量尽可能小。此外,车架应布置得离地面近一些,以降低整车重心位置,有利于提高汽车行驶的稳定性。图4-1 车架结构示意图4.1.1 纵梁形式的确定纵梁是车架的主要承载部件,在汽车行驶中受较大的弯曲应力。车架纵梁根据截面形状分有工字梁和槽形梁。由于槽形梁具有强度高、工艺简单等特点,因此在载货汽车设计中选用槽形梁结构。另外为了满足低速载货汽车使用性能的要求,纵梁采用直线形结构。这样既可降低纵梁的高度,减轻整车自身重量,降低成本,亦可保证强度。材料选用16Mn低合金钢,16Mn低合金钢在强度,塑性,可焊性方面能较好地满足刚结构,是应用最广泛的低合金钢,综合机械性能良好,正火可提高塑性,韧性及冷压成型性能。4.1.2 横梁形式的确定横梁是车架中用来连接左、右纵梁,构成车架的主要构件。横梁本身的抗扭性能的好坏及其分布,直接影响着纵梁的内应力大小及其分布合理设计横梁,可以保证车架具有足够的扭转刚度。从早期通过试验所得出的一些结论可以看出,若加大横梁的扭转刚度,可以提高整个车架的扭转刚度,但与该横梁连接处的纵梁的扭转应力会加大;如果不加大横梁,而是在两根横梁间再增加横梁,其结果是增加了车架的扭转刚度,同时还降低了与横梁连接处的纵梁扭转应力在横梁上往往要安装汽车上的一些主要部件和总成,所以横梁形状以及在纵梁上的位置应满足安装上的需要。横、纵梁的断面形状、横梁的数量以及两者之间的连接方式,对车机架的扭转刚度有大的影响。纵、横梁材料的选用有以下三种:车架A:箱型纵梁、管型横梁,横、纵梁间采用焊接连接,扭转刚度最大。车架B:槽型纵梁、槽型横梁,横、纵梁间采用铆接连接,扭转刚度适中。车架C:..槽型纵梁、工字型横梁,横、纵梁间采用铆接连接,扭转刚度最小。从以上三种车架的对比可以看出:低速载货汽车应该选用车架B。本设计共有六根横梁,有前横梁,第二横梁,第三横梁,第四横梁,第五横梁,第六横梁。4.1.3 纵梁与横梁的连接横梁和纵梁多数是用搭接板通过铆钉连接,也有些车架是采用焊接或用螺钉连接(螺钉连接易生锈)的。左图是纵与横梁的几种连接方式;搭接板多数是固定在纵梁的上、下翼面上和纵梁的腹板上,也有连接在纵梁的腹板上和一个翼面上的。(如下图)轿车车架的纵、横梁采用焊接方式连接,而货车则多以铆钉连接(见下图)。铆钉连接具有一定弹性,有利于消除峰值应力,改善应力状况,这对于要求有一定扭转弹性的货车车架有重要意义。图4-2 车架铆接示意图铆接设计注意事项:a.尽量使铆钉的中心线与构件的端面重心线重合;b.铆接厚度一般不大于5d;c.在同一结构上铆钉种类不益太多;..d.尽量减少在同一截面上的铆钉孔数,将铆钉交错排列; 84.2 车架的技术要求a.车架左右纵梁间的距离为860 02
,而在车架前横梁及转向器范围内应为860 0.1 。b.车架总成左右纵梁上表面应在同一平面内,其不平度在全长上不大于3.0,且在转向器固定处,该表面与纵梁侧面的垂直度应不大于0.5。c.车架总成驾驶室前后固定点的相对位置尺寸应符总装图要求,驾驶室后支点与前支点高度差为10 0.1 。d.在车架总成上,左右对称的前后钢板弹簧支架及吊耳支架其销孔中心线应在同一直线上,且与车架中心线垂直,偏差不大于,左右对称支架的相对位置尺寸应符合要求。e.车架总成铆接零件的接合面必须紧固无缝隙,紧接面的直径应不小于铆钉直径的1.5倍,且具有正确形状不允许有倾斜,呲牙等缺陷,铆接后的铆钉头和铆钉中心线的不同轴度应不大于1.0。f.车架的全部铆接部分应仔细检查,铆后零件上不得有裂缝,若有裂缝须更换重铆。g. 车架总成车架第二横梁连接的螺母应装置于车架的内部。第 5 章车架的设计计算5.1 车架的计算:5.1.1 纵梁弯曲应力弯矩 M 可用弯矩差法或多边形法求得。对于载重汽车,可假定空车簧上重量 Gs 均布在纵梁全长上,载重 Ge 均布在车箱中,空车时簧上负荷 sG (对 4X2货车可取 sG =2 3/0gm ) 0m 整备质量。 3..图 5-1 纵梁弯曲应力由上图得:
lccGbLGR esf4/]22[ 2(5-1))(4 LbaGM s)(4])([GaLxbLxaLxxL e])([222221cLxLxcLxc (5-2)
lGLaGRx esesf//]//2[ 1 . (5-3)a=1010mm,b=1105mm,l =2700mm,L=4815mm,c=1500mm,c=2200mm,c=3700mm。将已知量代入上式得:Rf=[2×.8/3×(4.815-2×1.105)+.8×(3.7-2×1.5)]/4/2.7=5723Nx=[2×5;.8/3×1.01/4.815+.8×(2.7-2.2)/3.7]/(2×.8/3/4.815+.8/3.7)=1.05mM=2×.8/3/4(1.01+1.105+2.7) ×[2.7(1.05-1.05^/2.7)+1.01^×1.05/2.7-1.105^×1.01/2.7-1.01^]+.8/4(2.2+1.5)[2.2^×1.05/2.7-1.5^×1.05/2.7-(1.05-2.7+1.5)^]=3307.4N.m5.1.2 局部扭转应力相邻两横梁如果都同纵梁翼缘连接,扭矩 T 作用于该段纵梁的中点,则在开口断面梁中扇性应力可按下式计算:WWIBW /(5-4)播放器加载中，请稍候...
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轻型载货汽车车架和悬架设计论文 ..第1章前言概述车架和悬架系统是汽车设计的重要部分,因为它们的好坏直接关系到汽车各个方面(操控、性能、安全、舒适)性能。现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架。汽车车架是整个汽车的基体,在它上面安装着汽车的各个主要总成(发动机、传动系、汽车车身和车箱等)/并把这些总成联合成为...
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