設計（論文）題目 載重貨車車架設計及有限元分析工程設計 應用研究 開發(fā)研究 基礎研究 其它設計（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)動機、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、駕駛室、和貨箱等所有簧上質(zhì)量的有關機件。并且使用條件十分惡劣受力狀況非常復雜，承受著來自車內(nèi)外的各種力和力矩。同時載貨汽車行駛路況復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。因而車架應該有足夠的剛度、強度和足夠的可靠性與壽命。車架剛度不足會引起振動和噪聲，也是的汽車的舒適性和操作穩(wěn)定性下降。同時汽車的扭轉(zhuǎn)你剛度不宜過大，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。因此在車架設計時要充分考慮這些問題。傳統(tǒng)的車架設計方法很難綜合考慮汽車的復雜受力及變形情況，利有限元法正好能夠解決這一問題。同時利用有限元法進行結(jié)構模態(tài)分析，可以得到車架結(jié)構的動態(tài)特性。從設計上避免車架出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。通過對車架結(jié)構的優(yōu)化設計，可以進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，對降低車架的成本具有重要的意義。通過本次設計要熟練掌握載重汽車車架的設計流程及車架設計參數(shù)確定，同時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)構有限元分析的規(guī)范化步驟，為將有限元技術應用于車架設計做好基礎性工作。通過運用有限元軟件對車架結(jié)構進行分析，可供車架設計提供參考。對所研究的車架進行結(jié)構的靜、動態(tài)特性分析，為車架的設計提供理論支持。最后對車架的設計做出優(yōu)化，盡量做到輕量化，提高車架的強度。同時盡可能的節(jié)省成本。二、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）1.了解熟悉目前國內(nèi)各種重型貨車底盤種類，借鑒以往經(jīng)驗結(jié)合目前國內(nèi)路況設計車架總成結(jié)構。確定車架的總成參數(shù)，對車架縱梁參數(shù)，橫梁參數(shù)計算。對總體車架進行強度剛度等校核。符合設計標準。做出三維模擬圖。2.對車架在各種典型工況下受到的載荷進行分析，根據(jù)受到的載荷信息結(jié)合ANSYS 有限元分析軟件對車架進行靜態(tài)和模態(tài)分析。3.根據(jù)有限元分析結(jié)果對車架進行適當?shù)膬?yōu)化。三、 文獻綜述（國內(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是屬于兩個獨立的構造。這種設計的最大好處，在于輕量化與剛性得以同時兼顧。由于鋼骨設計的車架必須通過許多接點來連結(jié)主梁和副梁，加之籠狀構造也無法騰出較大的空間，因此除了制造上比較復雜、不利于大量生產(chǎn)。隨后單體結(jié)構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。 關于單體車架，簡單的說就是將引擎室、車廂以及行李廂三個空間合而為一，這樣的好處除了便于大量生產(chǎn)，模組化的運用也是其中主要的考慮。通過采取模組化生產(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。 除了有利于共用，車體車架也可以通過材料的不同來發(fā)揮輕量化的特性，鋁合金是 80 年代末期相當熱門的一種工業(yè)材料，雖然重量比鐵輕，但是強度卻較差，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，但是強度卻無法達到和鐵制車架同樣的水準。除非增加更多的鋁合金材料，利用更多的用量來彌補強度上的不足。不過這樣一來，重量必然會相對增加，而原本出于輕量化考量而采用鋁合金材料的動機，當然也就失去了意義。也正因為這個原因，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度更高的碳纖維，或是用碳纖維結(jié)合蜂巢狀夾層鋁合金的復合材料取代了鋁合金。但是要用碳纖維制成單體車架，在制作上相當復雜且費時，成本也相對更高，所以至今仍無法普及到一般市售車上，而僅有少數(shù)售價高昂的跑車使用，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，不過用鋼鐵車架搭配鋁合金鈑件的方式，近年來卻受到不少車廠的重視，這樣的結(jié)構不僅可以保留車架本身的強度，同時也可以通過鈑件的鋁合金化來取得輕量化效果，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。目前國內(nèi)商用車車架設計開始從原有的單純經(jīng)驗設計進入優(yōu)化設計階段,主要特點是以有限元計算分析等手段輔助設計,在零件試制之前對產(chǎn)品就有了初步判斷,可以提前解決相當數(shù)量的設計問題,但目前有限元分析還只局限在強度計算方面,壽命計算做的較少再有一點就是目前國內(nèi)車架的開發(fā)很少經(jīng)過臺架強度和壽命試驗,而目前國內(nèi)各汽車生產(chǎn)廠車架臺架試驗所需的硬件應該沒有問題,主要問題缺少參數(shù)輸入方面的積累。另外,由于目前國內(nèi)還無法杜絕超載現(xiàn)象的存在,所以我們的車架設計偏于保守。相反,國外商用車車架開發(fā)過程中有限元分析應用比較廣泛,而且臺架試驗應用也被大量采用,有比較成熟的車架臺架試驗經(jīng)驗,比如奧地利斯太爾公司的臺架試驗現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟,車架總成在通過斯太爾的 250 小時脈沖臺架試驗后只需要進行 300 小時的場地試驗,檢驗連接件的可靠性即可,通過這兩項試驗,車架的使用壽命可到 100 萬公里,目前 BENZ，MAN 等公司仍利用斯太爾的試驗臺進行車架臺架試驗,它們的車架如果不經(jīng)過脈沖試驗,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,國內(nèi)外重型商用車車架普遍采用了高強度鋼板,²S500Mpa 的鋼板已經(jīng)廣泛應用 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備及大型模具沖壓成型,一次性生產(chǎn)準備投入大,周期長,柔性化差,精度不高,很難適應產(chǎn)品和市場的變化。而且,隨著縱梁所用材料強度等級的不斷提高,采用傳統(tǒng)制造工藝所需的沖壓設備會越來越大,對材料的成型性能要求也高,很難適應發(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,其特點是:柔性化好,精度高,一次性生產(chǎn)準備投入小。歐美從 90 年代開始逐漸提高了撞擊事故的安全防護標準，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)生時能夠確保車內(nèi)乘員的安全，惟有針對車架以及車體進行全面強化，這也使得除了車架以外的強度有所改善，包括鈑件厚度的改變以及各種輔助梁的增設也成為各廠慣用的手法。不過在這樣的情況下，伴隨而來的是車重相對增加，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。 關于剛性的確保，大多數(shù)車廠在新車的設計階段，都是利用電腦計算出車架的剛性需求，并以此作為設計依據(jù)。有些車廠在用電腦完成設計雛形后，還會再由專業(yè)的試車人員進行實際測試。中國第一汽車集團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)線競標成功。 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計制造了合肥江淮汽車廠汽車縱梁數(shù)控平板沖孔生產(chǎn)線的基礎上，在汽車縱梁數(shù)控沖孔方面的又一標志性成果，填補了國內(nèi)設計制造汽車車架 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)線的設計制造成功，在汽車制造行業(yè)具有劃時代的意義，標志著中國在汽車車架數(shù)控沖孔加工的生產(chǎn)設備方面達到了國際先進水平，降低了汽車制造行業(yè)購置汽車車架數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的巨大費用，積極推動了中國汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，為中國汽車制造業(yè)早日與國際接軌奠定了基礎。 目前我國的車架企業(yè)基本擁有剪切、沖壓、焊接、鉚接、油漆、機加工六大工藝能力和完善的檢測手段、研究設計中心，具有 16 噸至 3000 噸的冷沖壓能力，具備了開發(fā)、設計、生產(chǎn)各種類型車架四、 擬解決的關鍵問題1、運用大學期間所學的專業(yè)課程知識、理論和畢業(yè)實習中學到的實踐知識，設計一款重型貨車車架總成，確定各方面詳細參數(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度。按照行業(yè)標準對車架進行校核。做出三維模擬圖。2、利用 ANSYS 有限元分析軟件對車架進行靜態(tài)和模態(tài)分析，并根據(jù)分析結(jié)果對車架進行優(yōu)化。五、 研究思路和方法1、首先采用類比的方法，查閱目前國內(nèi)外市場上載重貨車的車架類型及參數(shù)，分析消化，對已有的某一款車架作出改進，重新確定其總成及參數(shù)。對車架的剛度和強度進行校核。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)其所受載荷進行靜態(tài)和模態(tài)分析，確定其強度及使用可靠性。3、根據(jù)分析結(jié)果對車架做出優(yōu)化改進。六、 本課題的進度安排第 3-4 周 查閱資料確定課題，填寫開題報告。查找翻譯英語譯文。 第 5-7 周 車架結(jié)構設計，確定車架總成，車架縱梁、橫梁確定，強度校核。第 8-9 周 車架二維圖紙，三維模型建立。第 10-13 周 對車架進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1 陳家瑞. 汽車構造. 北京：人民交通出版社，2008,9.1611682 余志生. 汽車理論. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2000,10.961033 尹輝俊 ,沈光烈. 貨車車架有限元分析J. 機械設計 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態(tài)強度分析J. 西華大學學報(自然科學版), 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. Design of Improvement for Heavy Dump Truck Frame without Assistant Frame. 2010 International Conference on Computational Intelligence and Vehicular System,2010，107 Hirak Patel, Khushbu C. Panchal, Chetan S. Jadav. Structural Analysis of Truck Chassis Frame and Design Optimization for Weight Reduction.2013,4:6656688 Tushar M. Patel ,Dr. M. G. Bhatt，Harshad K. Patel .Analysis and validation of Eicher 11.10 chassis frame using Ansys. International Journal of Em erging Trends And Technology in Computer Science, 2013,4:85919 Dr.R.Rajappan, M.Vivekanandhan. Static and model analysis of chassis by using FEA. Proceedings of the National Conference on Emerging Trends In Mechanical Engineering， 2013，2：252270 指導教師意見指導教師（簽名）：年 月 日所在系（所）意見負責人（簽章）：年 月 日