前变速从车架下面走线的车子，带蛙腿，如何安装中支撑？中支撑安装的位置正好变速过线挡到了，不好装。。_百度知道
前变速从车架下面走线的车子，带蛙腿，如何安装中支撑？中支撑安装的位置正好变速过线挡到了，不好装。。
美利达MATTS TFS大陆版车架，绿火那个，X5套件前拨走线从下面走的。。。买了个中撑，可惜中撑安的时候会卡变速线按不了。。。。。。。。能提供解决方案的或者是提供专用脚撑的，继续给分。
我有更好的答案
你的车安不了中支的亲。。建议你只能再买个后支了，虽然花钱有点啊冤枉。。不过没办法。最好去车店装，那东西也不贵，去美利达专卖店或别的车店都一大堆这种后支。
跑遍南京全部美利达车店，没有这货卖
不勒个是吧。。那你可以去其他的单车店也看看呀，不一定要美利达店，这东西都是通用的。或者淘宝买也行，淘宝绝对有。
真心没有啊。。。。。。你不行上个图给我我好让老板给我找。。。。。。SRAMX5 前拨比DEORE差点就够要命了
你看这辆车，后下叉位置，那个支撑架就是后支。完全不影响前拨。
你这是普通后支啊。。。这车又不是蛙腿。。当然装的上。。。我是让你给我上那个【美利达专卖店或别的车店都一大堆这种后支】那个你说的后支的图
好吧，那我估计只有一个办法了，就是不用支撑。玩的专业一点的车友一般都不会用支撑的，停车的时候找个路基用脚踏靠，或者靠墙，在家还可以用停车架放。那个蛙腿设计的时候就没考虑装支架的问题，只是为了车架性能设计的。
用打磨机打磨 重撑
留够变速线的位置
要么用后脚撑
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[chē jià]
车架是跨接在汽车前后车桥上的框架式结构，俗称大梁，是汽车的基体。一般由两根纵梁和几根组成，经由悬挂装置﹑﹑后桥支承在车轮上。车架必须具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。车架的功用是支撑、连接汽车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受汽车内外的各种载荷。
车架1车架作用及布置要求
现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的。汽车绝大多数部件及总成都是通过车架来固定的，如、、、、、货箱和相关操作机构。车架起到支撑连接汽车各零部件的作用，并承受来自车内外的各种载荷。
车架的结构形式首先应满足汽车总布置的要求。汽车在复杂的行驶过程中，固定在车架上的各总成和部件之间不应该发生干涉。汽车在崎岖道路上行驶时，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；当一边车轮遇到障碍时，还可能使整个车架扭曲成菱形。这些变形将会改变安装在车架上的各部件之间的相对位置，从而影响其正常工作。因此，车架还应具有足够的强度和适当的刚度。为了提高汽车整车的轻量化水平，要求车架质量尽可能小。此外，车架应布置得离地面近一些，以使汽车重心降低，以利于提高汽车的行驶稳定性。这一点对于客车和轿车来说尤为重要。
车架2早期设计
早期所使用的车架，大多都是由笼状的钢骨所构成的，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。建构在车架之上，至于车门、沙板、、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，因此受到了不少制造商的青睐，早期的法拉利与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感的四门房车上。因此单体结构的车架在车坛上渐渐成为主流，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（如：货柜车），单体车架一般以“”称之，也就是衍生自英文的“Platform”。
车架目前根据结构形式不同，分为梯形车架、脊梁式车架、周边式车架及桁架式车架。
车架梯形车架
由两根纵梁和若干横梁组成。纵梁断面形状为槽形、Z字形或箱形等。纵梁在水平面内或纵向平面内可以做成弯曲的、等断面或变断面的。
梯形车架因抗弯强度大，零件安装紧固、方便，在商用货车及部分客车上得到广泛应用。在乘用车上极少应用。
车架脊梁式车架
脊梁式车架只有一根位于中央且贯穿汽车前后的纵梁。纵梁断面形状可以是圆管形或箱形。
脊梁式车架的车架质量小、强度、刚度较大，与独立悬架配合使用能提高汽车的通过能力。车架的制造精度要求高、保养维修困难是它的缺点。
车架周边式车架
车架中部加宽，不设横梁，其主要件常用封闭形断面。
周边式车架因地板高度低、乘客舱容积大、结构简单、质量小、易于制造等原因，在排量大的乘用车上得到应用。
车架桁架式车架
桁架式车架由钢管组合焊接而成。具有刚度大、质量小的特点，但制造困难，主要用于赛车。
此外，还有一些其他类型的车架。目前，在某些高级轿车上采用了一种ISR型车架。后部车架与前部车架用活动铰链连接，后驱动桥总成（主减速器、差速器）安装在后车架上，半轴与驱动车轮之间用万向节连接。后独立悬架连接在后车架上。这样，不仅由于独立悬架可使汽车获得良好的驾驶平顺性，而且活动铰链处的橡胶衬套也使整车获得一定的缓冲，从而进一步提高了汽车的驾驶平顺性。
有的轿车为了减轻整车质量，尽量做到轻量化而采用了半车架。半车架就是在车身前部有一部分车架，发动机和前悬架安装在车架上，这样可使车身局部得到加强。
部分轿车和一些大客车车取消了车架，而以车身兼起车架的作用，即将所有部件部件固定在车身上，所有的力也由车身来承受。这种车身称为承载式车身[1]。
大梁式和承载式车架是占绝大多数的主流车架形式，但它们都分别有着显著的缺点，即笨重和刚度不足。出现了融合这两者优点和车架设计方案，三菱PAJEROIO的独创车架，在承载式结构的车厢底部增加了独立的钢框架，可以认为是简化的大梁结构，从而在保证刚度的同时，重量和重心又比大梁式结构大为下降。另一个例子是，由于对性能要求很高，而敞篷车身的刚度不足，于是在承载式车架的底部加焊了类似大型横梁的补强结构，从而增强了刚度。今后这种“杂交”车架的形式肯定会更层出不穷。
车架要承受的4种作用力的形式
1）负载弯曲
从字面上就可以十分容易的理解这个压力，部分汽车的非悬挂重量（unsprung mass）。因此车架底部的和横梁（member），一般都要求较强的刚度。
2）非水平扭动
当前后对角车轮遇到道路上的不平而滚动，车架的梁柱便要承受这个纵向扭曲压力（longltudinal torsion），情况就好像要你将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。
3）横向弯曲
4）水平菱形扭动
因为车辆在行驶时，每个车轮因为路面和行驶情况的不同，（路面的铺设情况、凹凸起伏、障碍物及进出弯角等等）每个车轮会承受不同的阻力和牵引力，这可以使车架在水平方向上产生推拉以至变形，这种情况就好像将一个长方形拉扯成一个菱形一样。
检查车架识别事故车，我们在选择旧车时，对于车架号的检查可以说是最为重要的一项，当我们消费者没有准确的把握经验，必须要找一个懂得维修的人来进行帮忙，对于我们消费者来说，检查车架可以识别出是否为事故车。
我们先来看表面，由于在经过试车以后，大部分的事故车会在车架号上留下一定的痕迹，这必须要我们进行详细的观察才可以进行准确的判断。特别是在轿车一般车架号都可以采用整体车身的结构来进行构架，所以车身以及车架的整体设计上来说，很多的货车或是说SUV型的车都会采取单独的车身处理，车架式在设计上也以单独的方式进行处理，对于公路型或是城市型的SUV型车也会采取整体的车身设计，也就是我们通常所说的轿车底盘设计的车型。如果当车架受到一定的损伤以后，车辆在行驶的过程中会发生一些不良的影响，如果在转向的过程中存在不稳定的情况时，由于直行车辆的车轮会有一定的声音，轮胎会存在一定的磨损痕迹，转向是侧面时会产生不均匀的现象或是存在跑偏等问题，这都是与车架的弯曲度有很大的关系，如果是这样就说明已经出现过相应的交通事故，这车就不能购买。我们在进行现场勘察的过程中，可以对前后轮进行直线检查，如果左前后轮与右两侧的前后轮都不是一条线就说明车架整体已经变形了。如果车轮后侧与轮罩之间的间隙长短不一，就说明整车的车身有了一定的弯曲现象，以上这种车不能购买。
断裂或变形的原因
1)汽车行驶在不平路面上，引起的车架垂直，超过车架的。另外，在汽车上下坡、转弯或装载不均时，也会引起车架局部过载而导致车架断裂。
2）车架设计或附属装置造成局部转矩而使车架断裂。如有的车架纵梁前部横截面较小，同时因发动机和变速器的影响，故横梁分布较少，从而使车架的刚度变差，若在动载作用下，可能导致纵梁前部断裂，即常见在纵梁下翼断裂。另外，车架还受垂宜于纵梁的悬臂载荷（如油箱、悬架和备胎等）所产生的局部扭曲，也是造成车架断裂的原因。
3）汽车行驶时，前轮一侧受到很大阻力，使车架易发生对角线的平面变形。
4）汽车发生撞击事故，严重的撞击会造成车架变形
车架变形是指车架改变了原来的几何形状，并使在车架上安 装的各总成零件相对位置发生变化，引程车辆的技术状况变坏，导致汽车不能正常行驶。车架变形常因作用于车架的力超过其弹性极限，当作用于车架的力消除后，车架不能恢复原状，形成了。
陈家瑞．汽车构造：机械工业出版社，
汽车百科全书编纂委员会．汽车百科全书：中国大百科全书出版社，]
中国汽车工程学会（SAE-Chin...
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轿车前副车架设计及优化
本科毕业设计（论文）轿车前副车架设计全日制本科生毕业设计（论文）承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） 是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中 所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭 他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问 题，本人愿意承担相关法律责任。承诺人（签名） ： 日 期：轿车前副车架设计摘要汽车轻量化设计是现代汽车产业发展的必然趋势，本课题围绕 Roewe 轿车前副车架采 用镁合金的轻量化设计，实现平衡轿车驾驶的操控性和舒适性的目标。通过对轿车前副车 架功能的分析，确立前副车架的设计方案，建立三维模型和有限元分析模型，并对前副车 架采用镁合金材料强度分析，并对于结构薄弱的位置提出优化思路。 研究过程中， 首先了解了汽车轻量化设计的目的和方法， 并学习前副车架的相关知识， 明确其在汽车中的作用，前副车架的发展历史，功能设计要求，结构特点，型式，与车身 连接方式，材料等，本课题的前副车架采用镁合金，文中也分析了镁合金的特性优点以及 在汽车制造上的应用。然后建立了前副车架的三维模型。 接着对前副车架进行结构强度的理论分析，包括所受到的载荷类型和强度理论，确定 载荷工况，为之后的有限元分析奠定基础。 在学习有限元分析理论和了解有限元分析法在汽车行业中的应用之后，利用有限元分 析软件 hypermesh 对前副车架的三维模型进行简化处理，网格划分，施加刚性连接和载荷 工况， 完成前副车架有限元分析模型的建立。 在对前副车架进行强度分析后得出应力云图， 并对其结构薄弱的位置提出优化思路。本课题的研究工作，无论在设计上还是分析上，都对汽车行业零部件现代化开发提供 了参考。关键词: 前副车架 汽车轻量化 镁合金 有限元方法DESIGN OF FRONT SUB-FRAME OF ROEWE CARABSTRACTAutomotive lightweight design is an inexorable trend of the development of modern auto industry. In this paper, magnesium alloy is used to design the front sub-frame of Roewe car by lightweight technology to achieve the balance of control and comfort during the car driving. By analysing the function of front sub-frame, the design scheme is established, as well as the 3D model and the finite element model. Strength analysis is carried out to the front sub-frame of magnesium alloy and optimized idea is suggested to the weak link of the structure. In the process of research, first, the intention and method of automotive lightweight design are comprehended. The related knowledge of the front sub-frame has been learned, and also the function, the development ,the design requirement, the shape ,the type ,the connection with the car body and the material have been confirmed. In this paper, the character and the application in the automotive manufacture of magnesium alloy is also analyzed. After that, a 3D model of front sub-frame is built.Strength theoretic analysis is carried out to the front sub-frame, including load type and strength theory. Load cases are confirmed and ADAMS dynamics model is introduced in order to set the base of finite element analysis. After learning finite element analysis theory and knowing the application in the automotive manufacture, hypermesh software is used to simply dispose the 3D model, and also mesh shell, add rigid joint, load cases so that a finite element analysis model can be established. Then the hypermesh optistruct function is used to get the stress nephogram, and the optimized idea is brought forward to the position of weak structure. The results showed that the dynamic characteristics of designed front sub-frame of magnesium alloy meet the front sub-frame use requirements.Key Word:Front sub-frame，Automotive lightweight design， ， ， Magnesium alloy， Finite element method ，目录中文摘要 ABSTRACT 第一章 绪论---------------------------------------------------- 1 1.1 课题研究意义--------------------------------------- 1 1.2 课题研究背景--------------------------------------- 1 1.3 本课题研究的主要内容------------------------------- 2 第二章 前副车架总体方案设计----------------------------------- 3 2.1 前副车架简介--------------------------------------- 3 2.1.1 副车架的作用--------------------------------- 3 2.1.2 汽车前副车架的发展历史----------------------- 3 2.2 前副车架设计方案----------------------------------- 3 2.2.1 副车架功能设计要求--------------------------- 4 2.2.2 前副车架形状--------------------------------- 42.2.3 前副车架型式的选取--------------------------- 4 2.2.4 前副车架工艺分析----------------------------- 5 2.2.5 前副车架与车身的连接方式--------------------- 5 2.2.6 前副车架材料的选取--------------------------- 6 2.2.7 前副车架主要部件----------------------------- 7 2.2.8 前副车架几何建模----------------------------- 7 2.2.9 前副车架结构特点----------------------------- 8 第三章 结构强度分析理论--------------------------------------- 9 3.1 强度理论------------------------------------------- 9 3.2 前副车架所受载荷概述------------------------------- 11 3.3 前副车架计算工况选择------------------------------- 11 第四章 前副车架有限元分析------------------------------------- 13 4.1 有限元分析理论及应用------------------------------- 13 4.1.1 有限元分析理论------------------------------- 13 4.1.2 有限元分析法在汽车行业中的应用--------------- 13 4.2 有限元分析模型建立--------------------------------- 14 4.2.1 Hypermesh 软件介绍--------------------------- 14 4.2.2 前副车架有限元建模过程----------------------- 15 4.2.3 单元的选用和网格划分------------------------- 16 4.2.4 前副车架有限元模型--------------------------- 16 4.2.5 设置材料特性和单元属性----------------------- 16 4.2.6 施加刚性连接和载荷工况----------------------- 17 4.3 前副车架有限元计算--------------------------------- 18 4.4 前副车架优化设计思路------------------------------- 20 第五章 总结与展望--------------------------------------------- 21参考文献------------------------------------------------------- 22 致谢----------------------------------------------------------- 23
上海理工大学本科生毕业设计（论文）第一章1.1 课题研究意义绪论汽车的底盘性能无外乎舒适性、操控性两大主题，而这两大功能又是一对相互制约的 矛盾。传统悬挂系统通常只能偏向一方调校。也就是说注重操控性的悬挂系统势必会损失 一些舒适性能，而注重舒适性的悬挂势必也会影响一些操控性能。所以在悬挂系统的设计 和匹配上设计师们都尽可能的用一些复杂结构来实现舒适性和操控性的平衡。因而一些对 舒适性和操控性影响较大的装备和设计也应运而生。副车架就是一个典型的代表。对于承 载式车身的轿车，其悬架和非悬挂质量一般先安装在一个支架上，然后将它们做成一个整 体总成，通过弹性橡胶垫或螺栓与车身连接起来。这个支架就称为轿车的副车架。因此， 本课题针对这一问题设计的前副车架能在一定程度上帮助实现平衡轿车驾驶的操控性和 舒适性。1.2 课题研究背景 目前，全球汽车产量和保有量不断增加，对日益紧缺的能源和日益恶化的环境产生了 巨大的压力。为了缓解能源紧张、降低汽车有害气体的排放、提升汽车燃油经济学，各大 汽车公司主要采用以下方式来解决汽车节能环保问题。一是加快开发新能源汽车技术，通 过采用混合动力技术，使用气体燃料、生物质燃料、煤基燃料、燃料电池等替代能源来减 少汽车燃油消耗和对石油资源的依赖；二是大力发展先进发动机技术，如研发和采用涡轮 增压、机械增压、燃油直喷、分层燃烧等新技术来提高燃料燃烧效率，改善燃油经济性和 排放性能；三是大力发展汽车轻量化技术，在保障汽车安全性和其他基本性能的前提下，[1]通过减轻汽车自身重量来实现节能减排 。 汽车轻量化的主要指导思想是：在确保稳定提升性能的基础上，节能化设计各总成零 部件，持续优化车型谱。即在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的 整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，约 75%的 油耗与整车质量有关，若汽车整车重量降低 10%，燃油效率可提高 6%―8%；汽车整备质量[2]每减少 100 公斤， 百公里油耗可降低 0.3―0.6 升； 汽车重量降低 1%， 油耗可降低 0.7% 。 汽车轻量化设计实际上是功能改进、质量降低、结构优化和价格合理的结合。当前，由于 环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。 目前汽车轻量化的主要途径是： ①汽车主流规格车型持续优化，规格主参数尺寸保留的前提下，提升整车结构强度， 降低耗材用量； ②采用轻质材料，一类是低密度轻质材料，如铝合金、镁合金、塑料、玻璃纤维或碳 纤维复合材料等； 另一类是高强度材料来降低钢板厚度，如高强度钢；1Roewe 轿车前副车架设计③采用计算机进行结构设计和整车优化。如采用有限元分析、结构解析技术等，在确 保汽车性能和功能的前提下,对现有材料或者新型材料的结构进行分析,寻求零部件的轻 质,数量的精简和结构的整体化、合理化； ④实现制造加工工艺方面的轻量化。如液压成形技术，热冲压成形技术、激光拼焊技 术、电磁成形技术、等温精密塑性成形技术等，这些技术不仅能实现汽车轻量化，还大幅 度提高了汽车安全性能、降低制造成本。 前副车架作为汽车底盘的重要部件，因此对其实施轻量化设计。1.3 本课题研究的主要内容 轿车的副车架作为支撑结构零件，一定程度上可以独立进行设计。本课题是以 Roewe 轿车原始前副车架为参考，重新设计前副车架，采用镁合金作为材料，实现轻量化设计， 利用三维软件 CATIA 建立几何模型，以有限元方法为依据，运用 hypermesh 软件对初始设 计进行有限元分析，并提出改进意见，基本掌握汽车轻量化设计的方法和步骤。2上海理工大学本科生毕业设计（论文）第二章2.1 前副车架简介前副车架总体方案设计 前副车架总体方案设计轿车副车架可以看成是前后车桥的骨架,是前后车桥的组成部分。副车架并非完整的车 架，只是支承前后车桥、悬挂的支架，使车桥、悬挂通过它再与“正车架”相连，因此习[5]惯上称为“副架” ，副车架是当前主流轿车底盘的重要组成部分。副车架的结构形式、 刚度及强度对整车耐久性、舒适性、操控性有很大影响，是衡量轿车底盘设计水平的重要[6]依据，因此轿车的副车架结构设计和优化技术方面的研究备受关注 。2.1.1 副车架的作用 1）传统的没有副车架的承载式车身，其悬挂是直接与车身钢板相连的。因此前后车 桥的悬挂摇臂机构都为散件，并非总成。由于副车架的出现，前后悬挂可以先组装在副车 架上，构成一个车桥总成，然后再将这个总成一同安装到车身上，如此以来同样的悬挂总 成只要稍作调整，就能实现与不同汽车的良好匹配，可安装在不同的汽车车身上，提升悬 挂的通用性，降低研发和装配成本。同时还可以使车身局部得到加强。 2）由于副车架的存在，相当于在悬架和车身之间增加了一级缓冲，有效地阻隔振动 和噪声，减少其直接进入车厢，减轻车身的负荷，可以起到明显改善整车平顺性和操纵稳 定性的作用。装有前副车架的汽车驾驶起来会感觉地盘非常扎实、紧凑，提升舒适性。2.1.2 汽车前副车架的发展历史 早期，由于副车架的成本很高，所以更多地出现在豪华车身上。现在，随着技术的进 步和成本的降低，副车架已经逐步向低端车型扩展，有的紧凑级别车型也开始采用这种设[7]计 。 目前，通过新材料的研究、改进设计形状已经通过一些有限元软件分析的方法，轿车 副车架的技术水平越来越高，使得副车架在轿车上普及应用更广。2.2 前副车架设计方案 根据前副车架的组成和主要设计部件可得前副车架设计的一般步骤： 1）确定前副车架设计要求 2）据前副车架的主要设计部件，确定前副车架形状并列出各子部件； 3）根据总体设计方案以及实际参数初选前副车架的型式和材料； 4）采用有限元设计方法对前副车架的结构进行有限元分析； 5）根据有限元分析结果对前副车架结构进行调整并完成整体设计。3Roewe 轿车前副车架设计2.2.1 副车架功能设计要求 副车架的结构形式首先应满足汽车总布置的要求。当汽车在复杂多变的行驶过程中， 固定在副车架上的各总成和部件之间不应发生干涉。当汽车在崎岖不平的道路上行驶时， 副车架在载荷的作用下会产生扭转变形以及在纵向平面内的弯曲变形，当一边的车轮遇到 障碍物时，也可能使副车架扭曲变形。这些变形将会改变安装在副车架上的各部件之间的 相对位置而影响到其正常工作。因此，副车架应具有足够的强度和适当的刚度。为了减轻 整车的质量，还要求副车架的质量尽可能小。2.2.2 前副车架形状――全框式独立副车架 全框式副车架有很多优点，由于其尺寸更大，可以布置更结实的悬架，支承更强力的 发动机；尺度覆盖整个发动机舱，与车身连接后能提供更好的机舱刚性；可以使机舱的布 置余度更大；通过合理其侧边纵梁，能更好的控制发动机的下沉轨迹，同时能吸收一部分 碰撞能量； 由于整个发动机底部都在其包围之中， 只要将其离地间隙设计的比动力总成底， 就可以有效的保护动力总成。2.2.3 前副车架型式的选取[8]目前轿车的前副车架主要有 2 种制造工艺，冲压焊接式和液压成型技术 。 冲压焊接式前副车架由钢或者铝经过冲压、 焊接而成， 对设计和生产工艺的要求很高， 具有很好的操作响应性，而且传递较少的震动和噪音，但缺陷是刚度不足。目前主要采取 的办法的优化前副车架的几何形状和采用局部增粗或补焊以增强抗扭强度。冲压成型的制 造方式适合现代化的大批量生产。 液压成形技术，是一种把管状或板状材料放在密封的模具中，再把流体介质（水、油 等）引入管件的内腔或板件与模具的内腔，通过增加液体的压力，使坯料在施力介质作用 下，贴合凸模或凹模面在常温下变形，经过膨胀、压缩和成形三个阶段，最终成为所需零[9]部件形状 。其特性是具备优良的可延伸性，原则上适用于冷成形加工的材料均适用与管 件液压成形技术，目前主要以碳钢、特殊钢、铝合金为主。具有模具费用低、工序少、可 以形成不规则形状、可保持紧密的公差配合、换模快等优点，在产品质量，生产工艺简捷 性等方面比传统的冲压焊接方式优越得多，是形状复杂零件或采用强度高、成形性差材料 的零件的理想成形方法。 实现汽车轻量化的一个有效方法就是开发实现轻量化的新工艺，其中管材液压成形技 术作为一种新工艺成为目前研究热点之一，并逐渐在车身结构件中得到推广应用。 本课题研究的荣威汽车前副车架设计，因采用的材料为镁合金，但由于其自身材料特 殊性，二次成形仍是世界性难题，因此在综合考虑性能制造可行性之后，选择采用镁合金 热挤压成形前副车架，并对总体结构方案进行优化设计。4上海理工大学本科生毕业设计（论文）受其塑性变形能力的限制，镁合金的挤压一般为热挤压和温挤压，也就是坯料和挤压 套筒等需要加热。挤压时金属坯料在三向压应力状态下变形，因此可以充分发挥金属坯料 的塑性，特别是对于塑性差的镁合金来说，挤压加工比轧制和锻造要容易得多，而且具有 以下优点：可以细化晶粒，通过保留挤压纤维织构可以提高强度，可获得优良的表面质量[10]以及良好的尺寸精度。2.2.4 前副车架工艺分析 前副车架 U 型构件是一个轴线为空间曲线的空心变截面构件，截面沿轴线变化大，具[11]有几个不同形状和尺寸的截面形状，典型截面有矩形、梯形等。如图 2-1 所示。图 2-1 前副车架主结构典型截面图 2-4 前副车 U 形管轮廓前副车架 U 型管的轴线为复杂的空间曲线,结构轮廓如图 2-4 所示。 传统钢材的前副车架液压成形工艺过程主要包括弯曲、预成形、胀形等主要工序。弯 曲工序是将管材弯曲到轴线与零件轴线形状相同或相近。由于副车架零件轴线为复杂空间 曲线，为了保证弯曲件精度，需要采用CNC弯曲。弯曲工艺的关键问题是控制外侧减薄和 内侧起皱。 对于形状和尺寸相差较大的复杂截面零件， 很难直接通过胀形获得最终的零件， 一般需要预成形工序。通过预成形预先分配材料，以控制壁厚分布、降低成形压力，并避 免终成形合模时在分模面处发生咬边形成飞边。 经过预成形，管材能顺利放入模具，闭合上模，与下模共同形成封闭的模腔，然后管 件两端的柱塞冲头在液压缸的作用下压入，将管件腔密封，进行液压成形成为所设计的零 件。之后再经过冲孔和端部切割等工序，就能得到副车架U型主结构。2.2.5 前副车架与车身的连接方式 副车架与车身的连接点通常由 6 个悬置点组成，这样既保证其连接刚度，又有很好的 震动隔绝效果： 1）以螺栓作刚性连接 刚性连接可以提高车身的整体刚度和悬架铰链点精度，使铰链点位移量减少，对操纵5Roewe 轿车前副车架设计稳定性有利，但对于隔绝路面振动和噪声的传入不利。 2）弹性橡胶垫连接 有效隔绝路面振动和噪声的传入，有利于汽车驾驶舒适性。2.2.6 前副车架材料的选取 随着先进制造技术的发展，轻量化、节能减排、提升性能是重大课题，因此推动新材 料的开发应用势在必行。本课题研究的荣威汽车前副车架设计采用目前先进的镁合金材料。3 ，大约 镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm 左右）是铝的 2/3，是铁的 1/4。比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合[12]金大，延展性和韧性好。其加工过程和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一定的尺寸稳定性、 抗冲击、 耐磨、 衰减性能好及易于回收； 另外还有高的导热和导电性能、 无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。主要合金元素有铝、锌、稀土元素、银、锂、锆、锰及 镍等，合金元素常起到固溶强化、沉淀强化、微晶强化和提高耐热性作用，目前使用最广 的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于汽车、航空、航天、运输等工业 部门，达到轻量化的目的。 镁合金铸件在汽车上使用最早的实例是车轮轮辋。在汽车上试用或应用镁合金的实例 还有离合器壳体、离合器踏板、制动踏板固定支架、仪表板骨架、座椅、转向柱部件、转 向盘轮芯、变速箱壳体、发动机悬置、气缸盖和气缸盖罩盖等。与传统的锌制转向柱上支 架相比，镁制件降重 65%；与传统的钢制转向轮芯相比，镁制件降重 45%；与全铝气缸盖 相比，镁制件降重 30%；与传统的钢制冲压焊接结构制动踏板支架相比，整体的镁铸件降 重 40%，同时其刚性也得以改善。 镁合金在汽车制造上应用的优势： 1）密度小：镁合金密度小，能够很大程度上减轻汽车自身质量。 2）比强度和比刚度高：由于镁合金的比强度（强度与质量之比）比铝合金和铁高，因 此， 在不减少零部件的强度下， 可减轻铝或铁的零部件的重量。 比刚度 （刚度与质量之比） 接近铝合金和钢。 3）抗震减噪性好：在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件 大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能，使汽车行驶更加平稳、安全和舒适。 4）熔点低：镁合金熔点比铝合金熔点低，熔化时耗能较少，凝固速度快，压铸成型 性能好。压铸件壁厚最小可达 0.5mm，适应制造汽车各类压铸件。 5）抗拉强度大：镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA，最高可 达600多Mpa。屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。 6）加工尺寸精度高：镁合金件稳定性较高，可进行高精度机械加工。 7）可回收再利用：镁合金有良好的电磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到 100%回收再6上海理工大学本科生毕业设计（论文）[13]利用，节约资源。因此，用镁合金作为前副车架的材料能有效实现汽车配件轻量化，提升性能。2.2.7 前副车架主要部件 前副车架主要设计部件包括前后横梁、左右纵梁和附件，附件包括发动机悬置支架， 控制臂支架、转向机安装支架等。 前横梁的主要功能是安装动力总成前悬置，因与车身连接，所以要考虑设计与车身连 接点的位置。 后横梁的主要部分是鞍型托架，主要功能是保证前副车架的扭转刚度和支持动力总成 后悬置，同时转向机支架安装在后横梁上，所以对后横梁有较高的刚度要求。 左、右纵梁的主要功能是安装动力总成左、右悬置，与悬架的下控制臂内点连接，纵 梁后端与车身连接，要考虑设计与车身连接点的位置。2.2.8 前副车架几何建模图 2-3 前副车架主结构横梁图 2-4 前副车架鞍型托架图 2-5 前副车架主结构左纵梁图 2-6 前副车架主结构右纵梁7Roewe 轿车前副车架设计图 2-7 前副车架三维模型图2.2.9 前副车架结构特点 前副车架结构主要由 U 型管主结构梁、前（中）支撑塔、鞍型托架总成、固定电动机 变速器横、纵梁、固定各附件的支架以及一些附属零件组成，U 型管主结构梁的材料为镁 合金。 U 型主结构梁为前副车架的基础，构成车架的基本框架，是车架上其他零件焊装的基 体；前、后支撑塔以及后部支撑点共 6 个连接点通过弹性衬套与车身相连接；鞍型托架连 接 U 型主结构梁后端，其上焊接有横向稳定杆和转向机固定支架;两横梁和纵梁上安装电 动机和变速器固定支架，电动机和变速器互相连接并固定在三个支架上；副车架上还设置 了安装空气压缩机、转向泵、电池堆水泵、动力控制单元水泵的支架和线束支架、加强筋 等附属结构。8上海理工大学本科生毕业设计（论文）第三章3.1 强度理论结构强度分析理论 结构强度分析理论 分析车身在使用中承受着各种载荷，在此期间，要求前副车架能够完成作为结构体的承载 功能作用，因此要求前副车架使用时既不能产生塑性变形，也不能产生裂纹和损坏，这就 要求前副车架必须具备必要的静强度和疲劳强度，尤其是在汽车极限工况下具有足够强度。[15]1）最大拉应力理论（第一强度理论） 该理论认为：最大拉应力是引起材料发生脆性断裂的主要因素。不论材料处于何种应 力状态， 当结构危险处的第一主应力σ 1 达到材料的强度极限值 σ b 时， 就会引起材料的脆性 σ1 = σ b断裂。根据第一强度理论，破坏条件表达式为：[σ ] =σbs ，按照第一强度理论，建立的强度条件为：考虑到安全系数 s，许用拉应力σ 1 ≤ [σ ]试验表明脆性材料在双向或三向拉伸破坏时，最大拉应力理论的预测值与试验结果很 接近。当三个主应力中有压应力存在时，只要压应力不超过最大拉应力值，则理论预测也 与实验结果大致接近。脆性材料在纯扭转破坏时，断裂沿 45°斜截面发生，这也就是最大 拉应力所在的截面，与最大拉应力理论相符合。 2）最大拉应变理论（第二强度理论） 这一理论认为，最大拉应变ε 1 是引起材料发生脆性断裂破坏的主要因素。不论在何种 ε max = ε1 达到极限时，就会引起材料的脆性应力状态下，当结构危险处的最大伸长线应变断裂。在简单拉伸试验中，可测出材料破坏时发生的最大拉应变值为：ε1 =σbEσ b 为试件拉伸时材料的抗拉强度。因材料在脆性断裂前的变形很小，可设材料在破坏前服从胡克定律， 则在一般应力状态下， 根据广义胡克定律， 最大拉应变 1 ε 1 = [σ 1 ? ? (σ 2 + σ 3 )] E 由上两式可知材料的破坏条件为：ε 1 可以表示为：σ 1 ? ? (σ 2 + σ 3 ) = σ b考虑安全系数后，根据第二强度理论建立的强度条件为：σ 1 ? ? (σ 2 + σ 3 ) ≤ [σ ]9Roewe 轿车前副车架设计试验表明，这个理论对于脆性材料在三向拉-压应力状态下，且压应力（绝对）值超 过拉应力值较多时大致符合。 3）最大切应力理论（第三强度理论） 该理论认为，塑性材料的滑移沿着最大切应力方向发生，在材料发生塑性屈服过程中 最大切应力τ max 起了关键作用。于是这个理论认为，只要结构危险处的最大切应力 τ max 达到某个极限值时就会引起材料的塑性屈服。 在单向拉伸试验中最大切应力在与试件轴成 45° 斜面上发生，屈服时极限切应力其值为：τ max =在复杂应力状态下的最大切应力即：σ12=σy2τ max =σ1 ? σ 32由上两式可得一般应力状态下塑性材料的屈服条件为：σ1 ? σ 3 = σ y按照第三强度理论，建立的强度条件为：σ 1 ? σ 3 ≤ [σ ]由试验结果表明，对于塑性材料，如常用的 Q235 钢、45#钢、铜、铝等，都适用此理 论。 4）畸变能密度理论（第四强度理论） 结构受到力的作用后，其形状和体积都会发生变化，同时结构内部积累了一定的应变 能。因此，积累在单位体积内的应变能即应变能密度包括两个部分：因形状（畸变）改变 和因体积改变而产生的应变能密度。 u 畸变能密度 d 表达式为： 1+ ? ud = [(σ 1 ? σ 2 ) 2 + (σ 2 ? σ 3 ) 2 + (σ 3 ? σ 1 ) 2 ] 6E σ = σ s ， σ 2 = σ 3 = 0 时畸变能密度为： 在单向拉伸试验中，当试件屈服时，即 1 1+ ? ud = (2σ s 2 ) 6E 这一理论认为，材料发生塑性屈服的主要因素取决于畸变能密度。不论材料在何种应 u 力状态下，只要畸变能密度 d 达到极限值时，就会发生塑性屈服。所以第四强度理论的破 坏条件可写为：1 [(σ 1 ? σ 2 ) 2 + (σ 2 ? σ 3 ) 2 + (σ 3 ? σ 1 ) 2 ] = σ s 210上海理工大学本科生毕业设计（论文）根据第四强度理论，建立的强度条件为：1 [(σ 1 ? σ 2 ) 2 + (σ 2 ? σ 3 ) 2 + (σ 3 ? σ 1 ) 2 ] ≤ [σ ] 2对于塑性材料， 例如钢材、 铜等， 铝、 第四强度理论比第三强度理论更符合试验结果。 镁合金作为塑性材料，其强度判定通常可以用最大切应力理论或畸变能密度理论。因 此本课题中选用第四强度理论作为强度判定的依据。3.2 前副车架所受载荷概述 前副车架关系到汽车操控、性能、安全、舒适等各个方面，因此在设计前要先了解清 楚车辆在行驶时副车架所要承受的各种不同载荷。 汽车静止时，副车架只承受簧载质量作用，称之为静载荷。 汽车在行驶过程中，随着汽车的行驶条件（车速和道路情况）的变化，前副车架主要 承受以下几种不同性质的动载荷。 1）对称的垂直动载荷 这种载荷时当汽车在平坦道路上以较高车速行驶时产生的，其值取决于作用在前副车 架上的静载荷以及在其副车架上的分布，还受静载荷作用处垂直加速度的值的影响。这种 动载荷会使前副车架产生弯曲变形。 2）斜对称的动载荷 当汽车在崎岖不平的道路上行驶时，汽车的前后几个轮子不在同一平面上，从而使前 副车架连同车架一起歪斜， 其值取决于道路不平的程度以及车身、 前副车架和悬架的刚度。 这种动载荷会使前副车架产生扭转变形。 3）其他动载荷 汽车加速或制动时会导致车身和前副车架的前后部载荷重新分配； 汽车转弯时，惯性力将会使车身和前副车架受到侧向力的作用； 当汽车的一前轮撞上路面凸起时，将使车身和前副车架产生水平方向的剪切变形； 安装在车架和前副车架上的各种总成，例如发动机、变速器工作时所产生的力。3.3 前副车架计算工况选择 在概念设计阶段， 通常需要确定汽车结构部件的载荷谱， 作为耐久性评估计算的依据。 在本课题中采用简化评估载荷的方法对汽车前副车架的组成部件进行强度评估，根据经验 制定出一些典型工况，本课题选择采用以下三种工况：制动、转弯（左） 、垂直撞击等， 由于一般重力加速度用 g 表示，故常称为 gload。借助多体动力学仿真软件（Adams）建立 悬架模型，根据不同工况将 gload 施加于轮胎接地点或轮心处，仿真得到主要连接点的连 接载荷。每个零部件的载荷得到后就可以根据静态强度计算方法对结构部件进行强度分析。11Roewe 轿车前副车架设计简化汽车底盘一般疲劳载荷工况，工况评价指标可以用材料的屈服极限进行简化描述。 主要用于在疲劳载荷谱不完善或者不具备的情况下对结构进行初步评价或者优化设计。 如表所示，列出了该工况的计算条件，工况描述给出了上述工况的加速度载荷描述， 前后悬架的载荷结果是根据各工况描述经过简单计算得到的在 Adams 模型中施加载荷数据。表 3-1 典型底盘载荷工况工况名称 制动 转弯 垂直撞击路面附着系数 1 1 1纵向加速度（g） 1 0 0侧向加速度（g） 0 1 0垂向加速度（g） 1 1 2.5图 3-1 制动工况载荷计算示意图以制动工况为例，简单描述载荷计算方法： 前轮胎垂向受力： 前轮胎纵向受力：FZF = W F ? g / 2 + (W F + W R ) ? GF ? ( H / 2 L ) FXF = FZF ? 1式中 GF 为重力加速度系数表 3-2 整车基本参数 (荣威 750)前轴荷（kg） 后轴荷（kg） 总质量（kg） 质心高度（m） 816 784 轴距（m） 2.849前轮距（m） 1.507根据表的整车基本参数，计算得出用于 Adams 动力学模型的施加载荷，以制动工况为例计算如下： 前轮胎垂向受力：FZF = W F ? g / 2 + (W F + W R ) ? GF ? ( H / 2 L )= 816 × 9.8 / 2 + (816 + 784 ) × 9.8 × 0 .7 = 5925 N 2 × 2.849前轮胎纵向受力：FXF = FZF ? 1 = 5925 N12上海理工大学本科生毕业设计（论文）第四章4.1 有限元分析理论及应用 4.1.1 有限元分析理论前副车架有限元分析有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）是利用数学近似的方法对真实物理系 统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有 限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统,用较简单的问题替代复杂问题后再求解。 它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适且简 单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。由于大多数实际问 题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之 有效的工程分析手段。 以有限元法为代表的 CAE 技术是分析各种结构问题强有力的工具，是伴随着电子计算 机技术的进步而发展起来的兴新数值分析法，由于其方便性、实用性和有效性而引起力学 研究者的浓厚兴趣， 有限元分析法迅速从最先的航空工程领迅速扩展到机械、 汽车、 造船、 建筑等各种科学技术领域，并从固体力学领域拓展到流体、电磁场、振动等学科，成为了[16,17]应用广泛、实用高效的数值分析法。现在，应用大型有限元软件、建立汽车有限元模型、 进行汽车的动静态分析完成汽车的优化设计， 已是各大汽车公司普遍采用的一种方法。4.1.2 有限元分析法在汽车行业中的应用 在汽车机构分析中，有限元法以作为一种常用的基本方法被广泛使用，主要体现在： 一、在汽车设计中，利用有限元法对所有的结构件、主要机械零部件的强度、刚度、稳定 性分析；二、在汽车机构的计算机辅助设计、优化设计中，有限元法是作为最主要的分析 工具之一；三、将有限元法应用在汽车机构动态分析中，进行各个构件的模态分析，用时 在计算机屏幕上直观形象地再现各构件的振动模态，进一步计算出各构件的动态响应，较 真实地描绘出动态过程，为结构动态设计提供方便有效的工具。 有限元分析将汽车各部件看成是由许多单元所组成的整体，有的起承载作用，有的传 递外部载荷，以保证整个汽车的正常工作。由于要完成各自独特的功能，它们的机构形状 各不相同， 且都比较复杂。 一些构件的工作条件比较恶劣， 长期在振动和冲击载荷下工作。 寻求有关这些结构部件正确可靠的设计和计算方法是提高汽车工作性能的主要途径之一。 在汽车结构分析中，有限元方法由于其能够解决结构形状和边界条件任意的力学问题 的独特优点而被广泛使用。各种汽车部件都可以应用有限元法进行静态分析、固有特性分 析和动态分析，并从原来对工程实际问题的静态分析转化为要求以模态分析和动态分析为 主。虽然计算机技术飞速发展，利用有限元法求解分析也取得了质的飞跃，但是在应用中 仍有一些难题：有限元计算是否成功的关键在于形成的计算机模型中的各种连接、支承关13Roewe 轿车前副车架设计系怎样与实际结构相符，动态载荷在分析中的激励怎样反应支承特点；各种工况下的动态 载荷的变化曲线的获得。这样的问题影响到最终的有限元分析精度。 有限元分析汽车结构的一般过程： 1）研究分析结构特点。研究分析所需求解对象的结构特点，包括形状、边界条件、 工作载荷特点，利用 CATIA 等软件建立物理学模型，包括形状的简化、支承的简化、材料 的简化、截面特性的简化、载荷的分析等，为网格划分和程序的选择做前期准备。 2）形成有限元计算模型（网格模型） 。利用 Hypermesh 等软件，根据结构特点，确定 单元类型，并选取节点，形成网格图，同时选定支承及边界条件，以及决定载荷的处理， 最终形成计算数据文件。 3）选择求解软件进行计算。对计算模型准确性判定。当误差过大时，就应重新修改 甚至更新模型。修改模型可以从单元类型，节点与单元的划分和边界条件着手。 4）输出计算结果，进行结果整理及结构设计方案的修改。4.2 有限元分析模型建立 4.2.1 Hypermesh 软件介绍 Hypermesh 软件是美国 Altair 公司的产品，是世界领先的、功能强大的 CAE 应用软件 包，也是一个创新、开放的企业级 CAE 平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有 无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。 在 CAE 领域, Hypermesh 最著名的特点是它所具有的强大的有限元网格前处理功能和 后处理功能。一般来说，CAE 分析工程师 80％的时间都花费在了有限元模型的建立和修改 上，而真正的分析求解时间是消耗在计算机工组站上的，所以采用一个功能强大，使用方 便灵活，并能够与众多 CAD 系统和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工 具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。 Hypermesh 是一个高性能的有限元前后处理器，它能让 CAE 分析工程师在高度交互及 可视化的环境下进行仿真分析工作。与其他有限元前后处理器比较，hypermesh 的图形用 户界面易于学习，特别是它支持直接输入已有的三维 CAD 几何模型（CATIA,UG,PROE 等） 已有的有限元模型，并且导入的效率和模型质量都很高。在处理几何模型和有限元网格的 效率和质量方面，HyperMesh 具有很好的速度，适应性和可定制性，并且模型规模没有软 件限制。大大提高了 CAE 分析工程的工作效率 Hypermesh 软件与其他有限元分析前处理软件比较后所具有的鲜明特点： 1）特殊的分析结果优势：具有很高的有限元网格划分和处理效率，通过高性能的有 限元建模和后处理大大缩短工程分析的周期；直接输入 CAD 几何模型及有限元模型，减少 用于建模的重复工作和费用；高速度、高质量的自动网格划分极大地简化复杂几何的有限 元建模过程；在一个集成的系统内支持范围广泛的求解器，确保在任何特定的情形下都能14上海理工大学本科生毕业设计（论文）使用适用的求解器；高度可定制性，用户可以通过创建宏、定制界面、输出模板、输入转 换器和结果转换器更进一步提高效率。 2）接口及几何模型整理：Hypermesh 具有工业界主要的 CAD 数据格式接口。可以直接 把已经生成的三维实体模型导入，而且一般导入的模型的质量都很高，基本上不太需要对 模型进行修复，这样就大大方便了 CAE 工程师对模型的处理。 3）建立和编辑模型：提供用户一整套高度先进、完善的、易于使用的工具包。对于 2D 和 3D 建模，用户可以使用各种网格生成模板以及强大的自动网格划分模块。Hypermesh 也可以快速地用高质量的一阶或二阶四面体单元自动划分封闭的区域。四面体自动网格划 分模块应用强大的 AFLR 算法。用户可以根据结构和 CFD 建模需要来单元增长选项，选择 浮动或固定边界三角形单元和重新划分局部区域。 4）提供完备后处理功能：Hypermesh 具有完善的可视化功能，使用等值面、变形、云 图、 瞬变、 矢量图和截面云图等表现结果。 它也支持变形、 线性、 复合以及瞬变动画显示。 5）支持多种求解器接口：Hypermesh 支持很多不同的求解器输入输出格式，这样在利 用 Hypermesh 划分好模型的有限元网格后，可以直接把计算模型转化成不同的求解器文件 格式， 从而利用相应的求解器进行计算。 Hypermesh 所具有的非常良好的求解器接口功能， 使其可以作为企业统一的 CAE 应用平台，即统一利用 Hypermsh 进行网格划分，然后对于 不同的问题利用不同的求解器进行求解，这样 CAE 工程师也可以很方便的进行数据文件的 管理，可以大大提高分析效率。4.2.2 前副车架有限元建模过程导入 CATIA 数模并进行几何模型的修改提取中面、进行网格划分检查单元质量并修改设置材料类型和参数设置单元属性和材料施加刚性连接、载荷工况检查，确立最终有限元模型15Roewe 轿车前副车架设计4.2.3 单元的选用和网格划分 前副车架有限元分析主要用到壳单元（shell） ，在导入格式为 igs 的前副车架模型 后，车架尺寸优化使用精度较高的板单元描述模型，故需要对副车架使用 hypermesh 中的 中面提取（midsurface）功能。但是提取的中面模型往往存在缝隙、重叠、错误等缺陷， 还需要利用软件中的几何清理（geometry cleanup）功能消除，以提高整个网格划分的速 度和质量，减少误差。4.2.4 前副车架有限元模型 根据以上建模标准，完成有限元建模。前副车架采用尺寸为 5mm 的二维壳单元进行 网格划分，以四边形为主，三角形为辅，焊缝网格采用壳单元中的四边形。整个模型的单 元数量为 79090 个，网格划分后前副车架有限元模型如图 4-1 所示。图 4-1 前副车架网格图4.2.5 设置材料特性和单元属性 完成了对前副车架各零件网格的划分后，需要对各零件赋予材料特性和单元属性。前 副车架采用镁合金作为材料，具体材料特性见表 4-1。表 4-1 材料特性参数参数 材料 镁合金σ-1 Mpa 400σb Mpa 460弹性模量 E Gpa 55泊松比 Nu密度 ρ3kg/m30.351.93e16上海理工大学本科生毕业设计（论文）4.2.6 施加刚性连接和载荷工况 轿车的载荷工况较为复杂，本课题仅研究在三种典型工况――制动、转弯（左） 、垂 直碰撞下前副车架经受纵向载荷，侧向载荷和垂向载荷作用时的应力、应变、位移变形情 况。 为了保证前副车架总成与整车其他总成和零部件之间的协调和装配关系，依据前副车 架在车上的安装及载荷传递情况，确定前副车架三维模型的硬点，作为前副车架设计控制 点和有限元分析的加载位置，前副车架设计硬点如图 4-2 所示。图 4-2 前副车架设计硬点前副车架设计硬点确定后，利用 adams 软件进行整车动力学模型进行动力学仿真，因 此得到各个工况下前副车架各硬点处的载荷情况，作为前副车架强度分析的载荷输入。 为了保证前副车架每个硬点在施加载荷后受力能均匀分布到部件上，因此在每个硬点 的几何中心施加刚性约束，如图 4-3 所示，相当于将载荷平均分配到硬点四周。图 4-3 在设计硬点施加刚性连接 17Roewe 轿车前副车架设计4.3 前副车架有限元分析 依据以上图所示加载完载荷，设定载荷步后，对有限元模型进行静力学求解，本课题 采用 hypermesh/optistruct 求解器进行求解，求得在三个工况下，所有单元的应力。图 4-4 转弯工况下的应力云图图 4-5 垂直碰撞工况下的应力云图 18上海理工大学本科生毕业设计（论文）图 4-6 制动工况下的应力云图依据三种工况的应力云图可以看出，镁合金前副车架局部应力偏大，应力主要分布在 U 型管、前支撑塔、中间支撑塔以及它们与纵梁的连接位置和鞍型托架上，最大应力出现 的位置也基本相同，主要出现在 U 型管左右段的中部和鞍型托架上。因此可以对这些部位 进行结构优化设计。具体结果见表 4-2。表 4-2 前副车架有限元模型强度分析结果载荷工况 制动 转弯 垂直撞击目标值（Mpa） &460 &460 &460模型计算值（Mpa） 303 439 279结果 满足要求 满足要求 满足要求19Roewe 轿车前副车架设计4.4 前副车架优化设计思路 对前副车架经过强度分析和观察应力云图，对于结构薄弱的位置提出优化思路如下： 1）对于镁合金前副车架在原有结构基础上增加部分部件的厚度，如 U 形管纵梁从而 增强部件的截面模量，减小局部应力，改善前副车架的强度； 2）在镁合金前副车架结构的薄弱位置处如前支撑塔、中间支撑塔处添加加强筋，在 中部横梁和横向稳定杆之间增加加强梁或加强材料等，对结构进行局部和整体加强，改善 前副车架的刚度。图 4-7 安装楔形加强筋图 4-8 安装加强纵梁20上海理工大学本科生毕业设计（论文）第五章总结与展望本课题采用镁合金作为前副车架的材料进行轻量化设计和有限元分析，在确保了刚度 和强度的前提下，实现了前副车架减重目的。现将本课题完成的工作总结如下： 1）明确课题研究目的，了解汽车部件轻量化设计背景，学习前副车架知识，确立前 副车架的设计方案，建立三维模型； 2）研究强度理论的适用性及有限元方法的基本原理，为全文奠定理论基础； 3） 利用有限元分析软件 hypermesh 对前副车架的三维模型进行简化处理， 网格划分， 施加载荷和约束，完成前副车架有限元分析模型的建立； 4）对前副车架进行强度分析，对于结构薄弱的位置提出优化思路。 前副车架作为汽车底盘的一个重要部件，从开发到应用，需要经历许多研究阶段，受 课题研究和论文完成时间的限制，本课题只是初步完成了对 Roewe 轿车的前副车架采用镁 合金的轻量化设计，要实现这款镁合金前副车架的应用，还需要开展大量的工作，如完成 镁合金前副车架的样件试制，检验其设计合理性，检验设计图纸和工艺可行性；研究镁合 金前副车架的加工制造工艺；由于镁合金耐腐蚀性较差，需要对镁合金前副车架的防腐蚀 性保护进行研究，同时还要考虑镁合金前副车架与其他金属材料连接时的防腐处理，防止 和避免前副车架腐蚀受损等。 综上所述， 本课题在前副车架轻量化设计方面进行了初步探索， 进而得到了一些结论， 为今后的设计和优化工作提供了参考，希望在现有的基础上对前副车架进行结构和尺寸优 化设计，并且再通过有限元分析论证和模态分析，取得更好的前副车架设计方案。21Roewe 轿车前副车架设计参考文献[1] 王智文. 汽车轻量化技术发展现状初探. 汽车工艺与材料,-5. 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