载重货车车架设计及有限元分析开题报告

设计（论文）题目 载重货车车架设计及有限元分析工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 其它设计（论文）类型（划“” ） 一、 本课题的研究目的和意义汽车车架作为重型载重汽车的基体，支承着发动机、离合器、变速器、转向器、驾驶室、和货箱等所有簧上质量的有关机件。并且使用条件十分恶劣受力状况非常复杂，承受着来自车内外的各种力和力矩。同时载货汽车行驶路况复杂车架在各种载荷作用下，将发生弯曲、偏心扭转和整体扭转等变形。因而车架应该有足够的刚度、强度和足够的可靠性与寿命。车架刚度不足会引起振动和噪声，也是的汽车的舒适性和操作稳定性下降。同时汽车的扭转你刚度不宜过大，否则将使车架和悬架系统的载荷增大并使汽车车轮的的接地性变差。因此在车架设计时要充分考虑这些问题。传统的车架设计方法很难综合考虑汽车的复杂受力及变形情况，利有限元法正好能够解决这一问题。同时利用有限元法进行结构模态分析，可以得到车架结构的动态特性。从设计上避免车架出现共振的现象。通过对车架结构的优化设计，可以进一步降低车架的重量，在保证车架性能的前提下充分的节省材料，对降低车架的成本具有重要的意义。通过本次设计要熟练掌握载重汽车车架的设计流程及车架设计参数确定，同时更好的提高自己的二维三维作图能力和有限元分析能力。建立车架结构有限元分析的规范化步骤，为将有限元技术应用于车架设计做好基础性工作。通过运用有限元软件对车架结构进行分析，可供车架设计提供参考。对所研究的车架进行结构的静、动态特性分析，为车架的设计提供理论支持。最后对车架的设计做出优化，尽量做到轻量化，提高车架的强度。同时尽可能的节省成本。二、 本课题的主要研究内容（提纲）1.了解熟悉目前国内各种重型货车底盘种类，借鉴以往经验结合目前国内路况设计车架总成结构。确定车架的总成参数，对车架纵梁参数，横梁参数计算。对总体车架进行强度刚度等校核。符合设计标准。做出三维模拟图。2.对车架在各种典型工况下受到的载荷进行分析，根据受到的载荷信息结合ANSYS 有限元分析软件对车架进行静态和模态分析。3.根据有限元分析结果对车架进行适当的优化。三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）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。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。随后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，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，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，这些是不可能用在载重货车上的。 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。 载货汽车行驶路况复杂车架在各种载荷作用下，将发生弯曲、偏心扭转和整体扭转等变形。目前国内商用车车架设计开始从原有的单纯经验设计进入优化设计阶段,主要特点是以有限元计算分析等手段辅助设计,在零件试制之前对产品就有了初步判断,可以提前解决相当数量的设计问题,但目前有限元分析还只局限在强度计算方面,寿命计算做的较少再有一点就是目前国内车架的开发很少经过台架强度和寿命试验,而目前国内各汽车生产厂车架台架试验所需的硬件应该没有问题,主要问题缺少参数输入方面的积累。另外,由于目前国内还无法杜绝超载现象的存在,所以我们的车架设计偏于保守。相反,国外商用车车架开发过程中有限元分析应用比较广泛,而且台架试验应用也被大量采用,有比较成熟的车架台架试验经验,比如奥地利斯太尔公司的台架试验现在已经非常成熟,车架总成在通过斯太尔的 250 小时脉冲台架试验后只需要进行 300 小时的场地试验,检验连接件的可靠性即可,通过这两项试验,车架的使用寿命可到 100 万公里,目前 BENZ，MAN 等公司仍利用斯太尔的试验台进行车架台架试验,它们的车架如果不经过脉冲试验,整车不投产。从材料的使用情况看,目前在节油、轻量化的压力下,国内外重型商用车车架普遍采用了高强度钢板,S500Mpa 的钢板已经广泛应用 从成型工艺方面看,传统的纵梁制造工艺采用大型冲压设备及大型模具冲压成型,一次性生产准备投入大,周期长,柔性化差,精度不高,很难适应产品和市场的变化。而且,随着纵梁所用材料强度等级的不断提高,采用传统制造工艺所需的冲压设备会越来越大,对材料的成型性能要求也高,很难适应发展的需要。所以目前普遍采用的是纵梁滚压成型制造工艺,其特点是:柔性化好,精度高,一次性生产准备投入小。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。 目前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、生产各种类型车架四、 拟解决的关键问题1、运用大学期间所学的专业课程知识、理论和毕业实习中学到的实践知识，设计一款重型货车车架总成，确定各方面详细参数，完善汽车车架，选择合适的车架材料和加工工艺，保证车架的刚度和强度。按照行业标准对车架进行校核。做出三维模拟图。2、利用 ANSYS 有限元分析软件对车架进行静态和模态分析，并根据分析结果对车架进行优化。五、 研究思路和方法1、首先采用类比的方法，查阅目前国内外市场上载重货车的车架类型及参数，分析消化，对已有的某一款车架作出改进，重新确定其总成及参数。对车架的刚度和强度进行校核。2、分析货车的各种典型行驶工况，确定其所受到的各种动态载荷形式，利用 ANSYS 有限元分析软件根据其所受载荷进行静态和模态分析，确定其强度及使用可靠性。3、根据分析结果对车架做出优化改进。六、 本课题的进度安排第 3-4 周 查阅资料确定课题，填写开题报告。查找翻译英语译文。 第 5-7 周 车架结构设计，确定车架总成，车架纵梁、横梁确定，强度校核。第 8-9 周 车架二维图纸，三维模型建立。第 10-13 周 对车架进行有限元分析并作出优化。第 14-15 周 写毕业论文，做毕业答辩。七、 参考文献1 陈家瑞. 汽车构造. 北京：人民交通出版社，2008,9.1611682 余志生. 汽车理论. 北京: 机械工业出版社, 2000,10.961033 尹辉俊 ,沈光烈. 货车车架有限元分析J. 机械设计 2005.11:26384 肖柳胜,刘健,袁艳艳,马晓伟,吴汉川. 基于多工况的的重载压裂车架静动态强度分析J. 西华大学学报(自然科学版), 2015,2.5 胡亚庄,黄天泽.载重汽车与挂车的车架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 指导教师意见指导教师（签名）：年 月 日所在系（所）意见负责人（签章）：年 月 日