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压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985 毕 业 设 计（论 文） 题 目：某型客车车架设计及部分工况仿真分析学生姓名二级学院 班级 提交日期压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985目 录摘 要IIAbstractIII1 绪 论11.1课题背景和意义11.2课题的研究现状和方向11.3课题的研究内容与分析方法12车架的基本结构分析32.1车架设计的基本技术要求32.1.1 强度要求32.1.2车架的轻量化32.2 车架的类型33 车架的结构设计73.1车型的主要参考数据73.2 车架结构形式的设计73.2.1宽度的确定73.2.2纵梁的确定73.2.3车架横梁形式的确定73.2.4车架纵梁与横梁的连接方式83.3车架的受载分析93.4 计算强度时的基本假设93.5纵梁的弯矩和剪力的计算103.6小结134车架的建模144.1 纵梁的建模144.2 支撑块的建模154.3 保险杠的建模174.4 其他横梁的建模174.5 小结195 车架的有限元分析205.1 有限元基本思想205.2 车架有限元分析205.3 客车车架的部分工况分析216总结与展望28参考文献29致 谢30VIII压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985某型客车车架设计及部分工况仿真分析摘 要车架是横跨在汽车前后车桥上的结构，起到支撑和连接汽车各个总成的作用，并使各总成的保持相对正确的位置，来承受汽车受到的各种载荷。设计在研究了车架发展的现状之后，进行了某型客车的结构设计。其中包含车架类型的选择、车架结构形式的确定、车架的建模以及车架部分工况下的仿真分析。利用三维画图软件pro/e画出车架几个主要构件的模型，然后用ANSYS软件对它们进行分析。比较分析结果和计算结果之间的差异，来验证设计是否合理。关键词：车架；pro/e；有限元分析。 AbstractDesign and simulation analysis of a certain type of bus frameAbstract窗体顶端 Frame is across between the automobile front and rear axle structure, supporting and connecting each automobile assembly, which keeps the assembles in correct position, and bears the load of the car. After studying the present situation of the development of the vehicle frame, the structure design of a certain type of passenger car is carried out, which contains the choice of the type of frame, structure determination of the the frame , modeling of the frame and simulation analysis of the frame. Using three-dimensional drawing software pro/e to draw several major components of the model, and using ANSYS software to analyze them. Comparison between the analysis results and calculation results show the design of this paper is reasonable.Keywords: Frame; pro/e; Finite Element Analysis 第一章 绪论1 绪 论1.1课题背景和意义随着我国经济的快速发展，汽车产业在我国经济中所占的比重越来越高。而汽车车架又是汽车产业链的重要一环，更是趁着近年的经济大潮得到了发展。汽车车架是整个汽车的最重要的一部分，它把汽车的主体部分和部件部分连接成一个整体。在交通发达的现代社会，能不能正确合理设计汽车车架使得汽车的动力性、安全性达到一定的标准，越来越受到人们的关注了。车架强度性能的好坏不仅决定着车辆能否正常运行，还关系到乘客乘坐车辆的安全。可以这样说，车架结构性能的好坏决定了一辆汽车的优劣。如果想保证汽车能够平稳运行并且满足乘客乘坐的舒适性就必须要设计出一个好的车架。虽然说我国汽车行业的发展虽然在国际上属于领先水平，但是仅仅就车架这一块来说，国外对车架的研究和设计技术远远超出了我国的发展水平。基于这个现状，每个人都应该努力学习汽车专业的相关知识，并积极投身到汽车行业的发展当中去。1.2课题的研究现状和方向如今科技发展越来越快，道路建设越来越发达，汽车行驶的速度也变得越来越快，这在无形之中提高了汽车设计的一些要求。所以对车架的设计研究一定不能安于现状，停滞不前，必须时时刻刻跟进这一趋势，生产和设计出满足现代交通条件的车架。从20世纪末开始，一些发达国家就开始专门对汽车车架开始研究和设计了并且取得了相当硕大的成果，一些著名的汽车品牌更是趁着这个时机得到了空前规模的发展。相比同时期的中国汽车品牌而言，它们的产品各方面都比我们优秀，最为显著的特点就是具有非常好的舒适性和非常高的安全性。但是不可否认的是它们的产品同样存在了一些问题，比如消耗的能源较多，制造的成本也很高。由此可见，车架设计的研究仍然有很大的发展空间。 但基于我国的经济条件和汽车产业发展的状况，汽车车架技术还尚未成熟。我们国家在车架方面研究所涉及的领域不多，国外的技术要远比我们先进和成熟。欧美一些发达国家，早在上世纪90年代对汽车车架研究这一块已经取得了一定的成就，因为他们设计出的车架遇到结构复杂，能耗较大，成本较高等难题，我国想在这一领域有大的突破还是有一定难度的。可以预言的是，舒适和安全就是未来车架发展的两个重要主题。所以，本次毕业设计的车架也应该满足这两个条件。1.3课题的研究内容与分析方法这次毕业设计的主要部分是微型客车车架的设计，以及对其在几种常见工况下的仿真分析。为确保本次课题的顺利进行，需要部分计算机辅助工具来协助完成。CAE有几个较为突出的优点：(1)可以很轻松的完成大量复杂的计算，这是人工所不能做到的；(2)在产品设计出来之前，我们并不能看到实体的具体形态，更不能对产品直接进行实验，因此这个时候就可以体现出这种分析方法的优越性了，它可以在无形中为我们节约了好多成本；(3)分析的结果与设计的结果偏差不大。有限元法是近似分析方法中相对比较成熟并且精确度很高的一种数值方法。有限元法的分析步骤一般是先将，分析单元，接着进行分析，然后解出方程，最后得出，计算出和应变。本次毕业设计使用ANSYS软件来对车架进行分析，因为其优点明显，在我国得到了广泛的使用。对车架进行有限元分析。因为车架会受到许多力的作用，当然也包括静力在内，我们通过对车架的受力进行分析可以了解车架的大致变形情况和受力的分布，用这个作为参考判断车架承受的载荷是不是过大、形变是否超出要求的范围。由于已经分析了车架的受力情况，那么就可以根据分析结果中车架的变形和力的分布找出车架上刚度较大和较小的两个位置。一般的车架在受到了强度较大的作用力时会发生变形，可以依据这个特性，来判定我们设计的车架是否安全可靠。由以上分析从而确定所设计车架结构是否合理、可靠，能不能达到技术要求，对车架结构设计和优化思路的打开有重要作用。对设计车架进行有限元分析，能够显著提高设计效率并使设计的结构更加科学。今后在设计汽车车架的时候，对结构进行仿真分析，再根据分析结果对设计进行优化，能够很大程度上提高生产车架的数量和质量并且节约更多的金钱和劳力。6 第二章 车架的基本结构分析2车架的基本结构分析 2.1车架设计的基本技术要求客车车架主要用来承载货物。所以在设计车架时必须满足车架在汽车运行中不会因为发生振动、碰撞时发生松动；汽车发生事故时，汽车框架会因为碰撞发生变形和扭曲，如果车架刚度不足，对汽车安全性能有很大的威胁，会使车门发生变形，车架下沉，更严重的发生不可补救的危险情况，极大的影响了乘客乘车的乘坐体验，甚至威胁到乘客的人身安全。由此可见车架刚度对整个车架设计的影响至关重要，所以要想尽一切办法来保证车架具有足够的刚度，这也是本次毕业设计的一个重要环节。为了能够得到符合要求的车架结构，在设计车架的时候要按照规定的要求一步一步进行设计，不可投机取巧敷衍了事，一定要严格根据要求设计车架。2.1.1 强度要求 设计车架时，必须要保证车架有足够的疲劳强度，汽车框架即使受到了复杂的应力也能完好无损。这是车架强度要求的体现。 由于汽车在行驶时，纵梁会受到多种复杂的应力，如果这些力达到了最大值并且出现在同样的地方，那么纵梁就会损坏而使汽车发生事故。所以在设计的时候要避免它们的最大值发生在同样的位置。例如，可以把纵梁承受较大力的位置放在中间位置来防止纵梁发生疲劳。2.1.2车架的轻量化对车架部分零件的抗压与抗弯曲能力进行简单分析和校核是本设计的主要内容，使所设计车架纵梁的强度同设计要求相吻合，汽车车架的截面尺寸也得到了确定。在设计时应该注意减轻车身的整体重量，这在很大程度上降低了汽车生产过程中的成本消耗。然后分析汽车生产的工艺性和车架横纵梁采用相对简单的组合方式，不仅能减轻设计的工作量，同时也提高了车架的强度。通常来说，车架的重量要低于整车重量的10%。2.2 车架的类型第一种车架类型是边梁式车架。它只有两根纵梁和几根横梁组成，通过几根横梁将纵梁的结构固定。这种车架类型的结构相对比较简单，安装比较方便，能够避免纵梁宽度转折的地方应力过于集中影响车架的使用寿命。车架的前部的保险杠，它能对车架起到很好缓冲的同时也用来防止散热器等部件受到破坏。这种车架优点在于安装简单方便。 图 2-1 边梁式车架第二种车架结构叫做周边式车架。它是在边梁式车架的基础上衍生而来。与边梁式车架比较起来，它的前轮离后轮更近并且车架的中间部分变的更宽，并且在零件连接的地方装置一些缓冲臂设计而成。这种设计特点极大提高了框架的弹性，在一定程度上改善了汽车的乘坐舒适性。当路面对车架产生冲击力的时候，它会发生小幅变形来吸收这些力，同时吸收噪音。这种车架一般在一些高档轿车车架使用的比较常见。图 2-2周边式车架第三种典型的车架结构叫X型车架是在边梁式车架的基础上演变来的，它由两根纵梁和一根X型横梁组成。这种车架长度短，宽度宽，通过刚度就能体现出它的这些特点。车架的中间部位装有空心的脊梁，形状为一矩形截面，前后两端是由叉形梁焊接而成，这就便于后桥的安装。在经过中间部分的管梁至车身的后部还有一根传动动力的轴。为避免使两侧车身地板距地面的高度降低，通常将管梁安装在汽车车身的中部。为安全起见，通常要求其有足够的强度和刚度，同时也应使门槛有一定的宽度。X型车架就很广泛的适用于各种轿车之上。图 2-3 X形车架 还有一种车架叫脊梁式车架。该车架通常由一根贯穿于整车的粗纵梁和几个托架一起组合而成，这种形状拓宽了车轮的运动范围。圆管形和箱形一般是中央纵梁断面的两种常见的设计形式。对脊梁式车架而言，它的刚度比较大，能够保证在各种复杂路面上一样可以稳定行驶。这种车架的强度和刚度普遍都要优于其他形式的车架，别其他车架的这两种属性高出不少。脊梁式车架也有较多的缺点，它们的制造工序繁琐，出现事故的时候不能及时维修，对汽车的行驶造成了很大的麻烦。一般对行驶平顺性要求较高的越野车会使用这种车架。图2-4 脊梁式车架第五种车架形式是综合式车架。它的前后端和边梁式车架很像，此种形式车架的发动机与驱动桥的安装过程比较简易。综合式车架是边梁式和脊梁式两种车架形式的结合体，在车架的中间位置的轴能够承受比较大的扭转力，不过会使中间轴发生明显的凸起，给生产带来了挺大的难题。一般来说，这种车架结构用于轿车上。图2-5综合式车架 结合上述几种车架的特点，最终选择边梁式车架来作为所要设计的微型客车的车架。这样设计出的车架结构简单，成本低廉，工作量较小，能够确保设计顺利完成，并且为后面设计车架结构，强度的计算奠定了基础。 第三章 车架的结构设计3 车架的结构设计3.1车型的主要参考数据 本文设计的车架结构形式参考长安之星某款车型，其相关参数如下：尺寸（长宽高）：399517101910；前轮距：1425mm；轴距：2605mm；前悬：497mm；后悬：497mm。3.2 车架结构形式的设计3.2.1宽度的确定发动机的宽度指的就是车架前端宽度的最小值，前轮所能旋转的最大角度是车架的宽度最大值。通常把从轮胎到弹簧片之间的距离定为车架的最大宽度。所以为了保证汽车行驶的横向稳定性，可以通过增加车架横向之间的距离来实现。一般而言，通常由汽车的整体布局来确定车架左右之间的宽度，并且规定车架左右之间的距离要小于2.5m。因此可见，同时要想满足以上条件是有一定困难的。将车架做成左右等宽的形式可以在一定程度上解决车架总体布置与加宽车架之间所产生的矛盾。3.2.2纵梁的确定 设计车架纵梁的时候，要使所设计的纵梁符合整个汽车的配置，不可以过长也不可以太短，同时还应该确保车架的基本功能。为了降低制造车架的困难，最好把它设计的简单一点。纵梁设计的形状是多种多样的，既可以把它设计成弯曲的也能把它设计成的。这种形状的纵梁，便于制造出性能好的车架；如果纵梁的上侧是水平的，那么就必须要确保货箱的底板部分与纵梁接触的部分也要平坦。而且生产出的纵梁工艺简单，被广泛用于现代多数汽车车架的纵梁生产设计上。如果它的上侧是的，那么纵梁也会跟着它一起下降，从而底板的高度也会变低。这种形式的纵梁便于上下车，对整车的稳定性提升也有一定的帮助，这种纵梁结构制造困难且成本高，一般应用于轿车和微型汽车上。结合上面的讨论结果，设计纵梁的的时候，最好将它的上侧面做成水平的形状，并且尽量让中间的断面大一点，两边的断面尽量设计的小一点，并且要和它所受到的弯矩适应。微型客车的纵梁最好采用形状为槽形的断面，因为这种形状的断面能够抵抗更强的弯曲变化，也方便对它进行较为牢固的安装，不过也有它的缺点，例如抗扭转能力弱。将毕业设计的要求和纵梁平面的综合起来考虑，最终选用矩形刚来当作上下平面的材料。设其总长度为。这样设计能很好地简化了它的加工制造和各种零部件的安装。3.2.3车架横梁形式的确定横梁的作用是支撑汽车的各种零部件。它把两边的纵梁连接在一起，使其构成一个完整的框架，在一定程度上提高了框架的抗弯曲能力。本次毕业设计所设计的横梁由几个小横梁组成，而且它们各有各的作用，互不相同。1、前横梁是将是水箱支撑起来，使水箱可以牢固的安置在汽车内。如果左右纵梁受到了发动机前端力的作用的时候，这时候通常采用断面为圆管形的小横梁。为了开阔汽车的视野，我们可以降低汽车顶部的高度，把水箱位置安放的低一点。2、中横梁的作用是把传动轴托起来，以使传动轴不会发生脱落。中部横梁的形状适合做成向上凸起的拱形，这样设计能够拓宽传动轴的活动空间，使其可以在较为宽阔的空间内移动。但是对微型客车来说，它们的车架内并没有这种向上凸起的拱形装置。为了实现这个功能我们可以添加一根抗扭转强度大、连接宽度广的横梁。3、后横梁上面通常会有托钩，用来拉拽其它的部件。为了设计出可以缩短横梁之间距离的斜撑，把横梁设计成K形，使后部横梁能够承受更强的载荷。由于所要设计的是微型客车，所以没有必要安装这种装置。鉴于本次要设计的是微型客车车架，它的体积较小。通过分析，最终确定了使用6根不同大小的横梁来固定车架的轮廓，它们分别承担不同的作用。横梁1、2的作用分别是将水箱和发动机支撑起来，并且横梁2的断面应该设计的大一点，让横梁拥有足够强度；横梁3受到的作用力是6根横梁里最大的，为了防止零件发生疲劳，一定要把它的尺寸设计的最大；横梁4、5用来支撑后钢板的弹簧；最后用横梁6将车架封闭成一个完整的整体，进一步加强车架的刚度强度。最终决定将横梁设计中部为空心的管状形式。因为这样可以节省更多空间和材料，很好地满足了车架对的需要。3.2.4车架纵梁与横梁的连接方式纵梁和横梁采用怎样的方式跟车架的受力情况息息相关。基本的连接情况有三种常见的型式：连接方式是横梁和纵梁的连接。当采用这种连接方式的时候，虽然车架的制造相对比较简单，零件连接的地方强度不够，但是可以减轻纵梁所受应力。这种连接方式在车架中部横梁连接时比较常见。第二种是横梁和纵梁的腹板同时又跟任一翼缘连接在一块。这种连接方式是最广泛的一种连接方式。因为它相比第一种连接方式来说除了制造工艺简单之外，还可以提高连接的刚度。第三种是横梁和上边缘连接的同时也跟下边缘连接。这种连接形式能够更大程度的加固车架结构，并且能使其侧面得到良好的支撑，这样就能保证翼缘外侧不会因收到压力发生变形，从根本上加强了整个车架的强度。但是由于纵梁不能发生自由的弯曲，当纵梁发生大幅度的弯曲时，横梁的侧面会发生严重变形，而且在设计的时候，难度也比较大。纵梁和横梁的连接方式确定之后，还需要将它们用工艺连接起来。比较常见的方法有铆接、焊接和螺栓连接等。是指使用搭铁板与铆钉进行连接，是大部分的车架的连接方式。车架的刚度会受到铆钉数量和位置的分布情况影响。这种连接方式的优势比较明显，可以大幅度降低制造成本，大批生产。使用焊接的方法可以使车架各之间的连接更加，不会因为受到外力频繁发生。但是这种连接方式也有弊端，在焊接的过程中会改变车架的形状，必须要求质量较高的焊接才能消除这一弊端，所以焊接常用于小规模生产。采用连接可以非常方便的拆卸或者互换车架上的零件。但是这种连接方式一般不适用于车架连接，原因也比较明显，因为经过长时间使用，车架的零件会发生不同程度的松动，使横梁与纵梁的连接强度变松，更严重的还会造成不幸，对驾驶员和乘客的人身安全造成威胁。因为要设计的微型客车对纵横粱之间的连接强度有较高的要求，在节约成本的前提下，所以最终选用铆接方式进行连接。用这种连接方式可以使车架构件之间的连接更为牢固，保证了客车正常运行的同时也保障了乘客与驾驶员的生命安全。3.3车架的受载分析在汽车行驶时，在遭遇到不同的路况时车架的受力情况也不同，作用在车架上的作用力的变化范围很大。常见的几种车架载荷有静载荷、垂直方向的动载荷、斜对称方向的动载荷和一些其他载荷。静载荷是指在汽车静止不动的时候，悬架弹簧往上的零部件的质量。换而言之，也就是车架和车架上物品的总重量；垂直方向的动载荷是指当汽车在相对平坦的道路上以高速行驶时产生的动载荷，由于垂直动载荷的存在，车架的形状会因此发生不同程度的弯曲；斜对称的动载荷是指当汽车在崎岖不平的路面上行驶时所产生的的动载荷。由于汽车在不平整的道路行驶时，前轮和后轮会滚动在不同的平面内，这会使汽车的车身不正。道路的崎岖程度越高，斜对称的的动载荷就越大，车架会在这种动载荷的作用下发生变形；其他载荷包括汽车在转弯的时候受到的沿侧面方向的作用力；当汽车在加油门或者踩刹车的时候，由于车架受到惯性力的作用会改变其前后部分的载荷；当汽车在行驶的过程中经过道路上的凸起部分的时候产生的作用力等等。所以在汽车行驶时车架会受到不同方向的载荷作用，加上车架横梁与纵梁复杂的截面形状以及多样的连接方式，我们在分析车架的受力时同样也很复杂。3.4 计算强度时的基本假设为了简化车架弯曲强度的计算，对车架的结构做了三个假设。第一个假设：由于设计的车架结构是两边大致相同的，故两个纵梁的受力也差不多相等，所以可以直接用纵梁来撑起汽车的前后轴；第二个假设：用车架受到的作用力来代替整个汽车受到的作用力；第三个假设：车架所受的作用力都经过车架截面的中心。根据这三个假设，就可以很直观很容易地对车架的弯曲强度进行分析和计算了。3.5纵梁的弯矩和剪力的计算通过一系列的分析并根据上文提出的三个假设，将车架的载荷分布情况作出了简化并画出了它的示意图，如下： 图3-1车架简化图若想要求得该纵梁的弯矩的大小，就必须先计算出车架前支座的反作用力，计算过程如下： 其中，； ；,选取的各数据如下表所示: 表3-2主要参数及数据将数据分别代入（3.1）与（3.2）的方程，然后可以解出：计算纵梁弯矩时，我们需要将整个车架拆分成3个区间，分别为AB、BC、CD区间，那么（1）（ 单位：米）： （2）（）： （3）（）： 可以计算出最大弯矩，最大剪力如果想得到完整的设计数据，不能只分析汽车在静止时的情况，还要分析汽车行驶时的情况，这样计算出的结果才更全面更有说服力。通过用同样的方法，也可以计算出汽车在运行过程中车架实际受到的最大弯矩和最大剪力： 这里的Kd称之为汽车动载系数，通常把Kd的值取为2.0，即： 考虑到汽车在行驶时遇到的各种车况，在选取汽车框架材料的时候要特别关心其是否有较高的抵抗弯曲的能力，这样可以避免即使汽车长时间工作也不容易随便发生损坏和故障，可以保证汽车在遭遇各种复杂路况的时候都能保持良好的工作状态。能满足这些要求的材料即使在产品丰富的市场上也不容易买到。车架在生产制造时的效率与其使用的材料有关，使用不一样的材料制造车架时所花费的时间也不相同。在选择从车架材料的时候，一般不使用高强度的钢板作为车架材料，主要是因为钢板在受到冷冻时，容易发生损坏。不同用途的汽车对钢板厚度的要求也不尽相同。由于本课题是设计微型客车车架，我们可以选用45钢来作为制造车架的材料，因为45钢的成本较低，从经济的角度来讲比较合适。通过查询可得，45钢的屈服极限为。通过结合已经学习的力学知识来计算车架各个梁的W ，计算步骤就像下面：，,： ， 其中 ， 为可以得出 截面的如下：纵梁的最大弯曲应力为：45刚的许用应力为：，通过比较以上的计算结果，可以得到小于，所以我的设计符合要求。通过对进行一系列的分析与大量的，我们最终了的数据分别为。当在受到了力的作用下发生了的时候，那么这时车架的侧面部分就特别容易受到破坏。先求解出临界弯曲应力： 上式中：-：；-，；-；-。上式中的不可以比材料的屈服极限大。通过简化上式，得出: 然后将,代入公式（3.14）,得出结果：因此本毕业设计的计算结果在设计要求的范围之内，即设计合理。3.6小结本章主要阐述了车架整体构造的大体设计，然后通过对纵梁进行弯矩和剪力计算来验证和校核所设计车架的合理性。并且确定了车架的使用材料，为接下来工作的开展打了下基础。所设计车架的二维平面图如下所示： 31 第四章 车架的建模4车架的建模在信息化高速发展的今天，计算机技术得到了空前发展，已经被广泛应用于各种领域之中。各种各样的三维画图软件也逐渐兴起，日益成为零件设计的主流辅助工具。它们的优点很多，例如可以保证产品的设计质量，将制造产品过程中所用的时间变短，让设计的图案简单便于观看等。本章节在前面提到的内容基础上，对车架进行实体建模。本次设计使的三维画图软件为PROE5.0。4.1 纵梁的建模首先双击打开三维制图软件；第二步：找到新建零件这个选项并点击把它打开；第三步，在状态栏里找到下拉菜单并点击打开；第四步：使用选择扫描-伸出项这一功能，对其定义，接着选定两个平面，一个平面用于画图，另一个平面用来作参照。在front平面内粗略的画出需要的黄色线条：图4-1扫描曲线紧接着点击项按钮，并且需要扫描的几个线条，画出截面： 图4-2扫描截面点击完成按钮，纵梁1的示意图就直接被做了出来，设计其长度为3m，截面形状为槽形断面，生成图在下面：图4-3纵梁1由于两根纵梁的大小相等，材料相同，所以纵梁2的生成形式可以直接复制纵梁1，生成图：图4-4纵梁24.2 支撑块的建模首先，确定支撑块的位置位于纵梁2的，设计其长度为1.2m，截面形状为槽形断面，粗略描绘出的，最后将线条连接得到草图：图4-5支撑块草图紧接着，使用pro/e软件中的按钮对草图进行:图4-6支撑块拉伸图 另外一个操作与上面的，上一个即可。第三步，使用命令对前面做出的两个支撑块做操作就可以直接得到另外一个纵梁的：图4-7支撑块4.3 保险杠的建模保险杠：先画出其截面的草图，接着对其进行拉伸的操作就可以得到：图4-8截面草图然后对截面进行操作后，保险杠的模型就被做出来了。图4-9保险杠4.4 其他横梁的建模由于横梁1，横梁3，后钢板弹簧附近的两根横梁以及横梁6的建模方法过于简单，本文就不对它们一一罗列了，通过使用同样的方法。对它们进行建模的过程图：图4-10横梁1横梁1的长度设计为1m，它的作用是安装水箱。图4-11横梁3横梁3的位置处在纵梁受力最大的地方，所以将它的横截面设计的大一点：图4-12横梁4、5这两根横梁是用来支撑钢板弹簧的，它们的结构及尺寸大小相同。图4-16横梁6横梁6的使车架连接成了一个密封的整体，同时也提高了整个车架各个方面的性能。4.5 小结车架的pro/e三维建模比较复杂，它跟二维制图软件AUTOCAD比较起来难度更大，不过车架的三维图能更加直观地看出车架内部构造，方便之后对车架进行进一步的优化。 第五章 车架的有限元分析5 车架的有限元分析5.1 有限元基本思想 当今社会科技发展迅速，物质生活水平不断提高，越来越多的高质量、先进水平并且结构复杂的机构和装置被人们研究设计出来。之后，还必须得通过高效系统的计算手段，将工程的结构准确的描绘出来，但是传统的分析工程问题的方法已经无法满足这些要求了，因为分析的结果不够准确。基于这个现状，一种有效并且精确的数值分析方法有限元法就应运而生了。有限元法涉及的领域也越来越广泛，从基础的理论方法的研究到计算机程序的开发以及应用领域的开拓等方面都取得了巨大的发展，最近几年更是应用于解决动力学问题。它可以避开复杂的矩阵运算，从而大大减少计算工作量。 有限元的基本思想是将一个实际的结构划分成有限大小、个数的单元组合体进行研究。这些单元仅在节点处连接，单元之间的载荷也仅由节点传递。把连续体划分成离散结构的过程叫有限元的离散化，也叫单元划分，有限个的单元称为有限单元，简称单元。利用离散而成的有限元集合体代替原来的连续体，建立近似的力学模型并对该模型进行数值计算。有限元法的优点很多，实用性很高，在好多方面都被广泛使用，能够更加简单精确的把想要设计的东西设计出来。 ANSYS软件是一种大型的工程分析软件，它集中了热力学、结构学和电磁学等多种物理学科理论，如今已经广泛使用于航天、汽车交通、海上交通以及电子等工业科技领域。ANSYS的使用相对比较复杂，因为它经过多门科学的糅合并且又超出这些科学里的知识，但是我们只需要简单的了解这一软件，把握它的基本思想，再在此基础上熟练的进行一些基本的操作，这对我们的设计分析有非常重要的意义。5.2 车架有限元分析 ANSYS软件处理模块一般包含前处理、求解和后处理。第一个模块的主要任务是实体建模和网格划分；第二个模块的任务是分析计算；第三个模块的作用是把计算分析的结果用颜色和梯度等指标显示出来。 ANSYS软件可以和很多种CAD软件相接来互换和共享数据。受限于操作的难度较高，我选择了使用ANSYS Workbench这个软件，来对车架进行有限元分析。 我们在进行ANSYS分析的时候，首先把数据库里的内容全部消除，然后创建一个新的分析界面，在界面创建好之后，要为其设置一个标题和它的文件名称，最后把我们分析需要用到的零件存到电脑的相关索引目录中。在创建模型的时候，通过了解零件的特性，把它的单元类型确定下来，并且确定它的各种属性，之后就可以创建几何模型，最后把模型转化成网格单元的形式。通过检验，如果正确合理，便可以将文件进行保存。在分析运算的过程中，首先选择出分析的类型并设置分析选项，接着对零件作用一个力并为其设置合适的载荷选项，最后对这些力进行计算。在检验分析结果的时候，首先大体观察分析的情况，然后对结果进行评估。 到目前为止将pro/e三维模型图插入ANSYS软件中有三种比较常见的手段。它们分别为把制图文件的后缀改成或者.还有一种直接插上特定的接口。它们各有各的优点，在分析不同的对象时通常选用不同的方法。本次毕业设计我把三维图的后缀改成的格式进行保存，然后打开ANSYSY软件，找到模块并打开，通过把改成IGS格式的文件导入其中.5.3 客车车架的部分工况分析由于客车在实际运行的过程当中，受力的复杂多样，例如、制动、转向等等。因为本设计所设计的客车是为了乘客，故设计的安全与合理与否密切关系到驾驶员和乘客的生命安全。为了较为全面的了解所设计客车的和，本文主要对客车在行驶时、扭转、等常见的工况进行分析。运用ANSYS12.0 Workbench对整个车架部分进行网格划分，如图下：图5-1车架的网格划分图5.3.1.水平弯曲工况 水平弯曲工况计算主要是对客车满载时，四轮着地时的结构强度和刚度进行校核。由于车身承受的载荷主要是汽车零件与乘客的总质量。车身结构上的集中质量根据质心位置以及车身骨架连接部位分别施加6000N载荷。在前悬约束所有自由度，后悬板簧的前端部位约束UX、UY、UZ。根据受力情况和对车架结构进行计算，通过计算可以得出结果：图5-2水平弯曲工况的位移图图5-3水平工况的应力图 由于发动机的位置偏后安置，故客车车架的重心也靠后。通过车架在水平下的位移图可以看出来，最大位移发生在车架后方的第三根上。这里发生位移的原因主要是空气的和下沉，符合实际情况。由应力图可以得出，应力最大的地方发生在第三根与纵梁交界处，最大应力值为94.5122MPa，小于材料的屈服极限，可以得出结论：设计的车架满足强度要求，是比较合理的。 5.3.2极限扭转工况 许多实验表明，客车行驶在崎岖路面上的时候，车身遭受的工况是最严重最恶劣的。这种情况下发生的，由于车架受到的力一般较小，车架受到的特性可以大体上看做是的。客车车架扭转工况的约束处理通常是将四个车轮设置成同样的高度，紧接着去掉两个的，让车架的高度降低。由于客车左右对称，所以本文只考虑撤去右轮的扭转研究。约束左前轮处节点的自由度，释放右前轮处节点的所有自由度，对右前轮车架连接处施加1000N载荷。图5-4极限扭转工况的位移图图5-5极限扭转工况的应力图 通过加载计算，可以得出在极限扭转工况下车架的最大位移在第三根横梁中部，最大应力发生在第三根横梁与纵梁交界处，也就是因为前后车轮位置处附近，最大应力值为95.0163MPa，小于材料的屈服极限，满足车架的强度要求，所以设计是合理的。 5.3.3紧急制动工况 汽车在发生紧急制动的时候，会受到地面对车架的纵向惯性力。对车身施加纵向惯性力，以附加等效载荷的形式施加到车架上，来反映地面制动力对车身的影响。这种工况下，除了施加常规的载荷外，对整车施加纵向加速度0.7g，来模拟由于制动产生的惯性力的作用。约束前轮装配处节点的三个平动自由度UX、UY、UZ，约束后轮节点的垂直自由度UZ和纵向自由度UX，释放其他自由度。对后轮装配处施加水平方向1000N的载荷。图5-6紧急制动工况的位移图图5-7紧急制动工况的应力图 因为汽车在制动的时候产生力，车架会向前。由图5-6可得，最大位移发生在车架前后两头。由图5-7可以得出，最大应力值为93.8424MPa，小于材料的屈服极限，最大应力发生在拉杆处。由此可以得出结论，在紧急制动工况下，设计的车架合理，满足强度要求。5.4分析结果总结 本次设计的车架材料为45钢，它的屈服强度是。而对几种工况下最危险的紧急工况来说，最大应力也小于这个值，因此，车架满足要求。对车架进行不同工况下的仿真分析有重要的意义，能更加全面地了解车架的结构特点，为车架结构的和提供了。 第六章 总结与展望6总结与展望 从任务书下达的那一天开始，我就已经开始制定设计计划，并且按时完成指导老师每个阶段要求的任务，最终在期限的时间里成功完成了自己的设计。首先通过查阅资料了解了客车设计的一些基本知识，接着通过计算和力学分析确定设计车架的大致结构，随后，用pro/e软件对车架进行建模，最后用ANSYS对所设计车架的部分工况进行有限元分析。 当然，本次设计也存在一些不足之处，比如综合运用专业知识能力的欠缺，对设计目标的方向不明确，对三维制图软件操作的不熟练等等。这次毕业设计是对自己大学四年所学知识的彻底的检查，使我明白自己的知识还很浅薄，虽然马上就要步入社会了，但我知道以后的学习之路还很漫长，只有通过不断的学习才能充实完善自己，使自己成为一个对社会有用的人。 参考文献参考文献1 王晖云,吕宝占,朱思洪. 基于ANSYS的轻型载货汽车车架模态分析J. 煤矿机械, 2007. 2 傅永华. 有限元分析基础M. 武汉: 武汉大学出版社，2003. 3 陈锡栋,杨婕,赵晓栋,范细秋. 有限元法的发展现状及应用J. 中国制造业信息化, 2010.4 商曦文,张建寰. 基于ADAMS平台整车建模与仿真J. 机电技术, 2011.5 王国权，龚国庆 汽车设计课程设计指导书M北京：机械工业出版社，20096 王望予汽车设计（第四版）M 北京：机械工业出版社，20047 商曦文,张建寰. 基于ADAMS平台整车建模与仿真J. 机电技术, 2011. 8 黄天泽，黄金陵. 汽车车身结构与设计M. 北京:机械工业出版社，1997. 9 曾发林,李德华,范嫦娥. 某车架有限元建模及仿真研究J. 制造业自动化,2012.10 田芳,王涛,石琴. 全承载式客车车身结构有限元分析J. 客车技术与研究, 2012. 11 吴长风. 大客车车身骨架结构强度分析J. 客车技术与研究, 2010. 12 于国飞. 基于有限元的全承载式客车车身强度刚度分析J. 客车技术与研究, 2010.13 张焱,姚成. 客车车身骨架结构优化设计与先进技术应用J. 客车技术与研究,2007. 14 黄国权. 有限元基础及ANSYS应用M. 北京；机械工业出版社, 2004.15 许兆棠，刘永成汽车构造M北京：国防工业出版社，2012. 致谢致 谢 在几个月的不断努力下，本次毕业设计也终于尘埃落定了。这次做毕业设计的期间让我发现了自己在很多地方的不足之处。它不仅检验了我大学期间对所学知识的掌握情况，同时也锻炼了我自己发现问题、解决问题的能力。在这段时间中，将自己原有的知识和新学的知识熔炼为一体，积极地完成知识的综合运用。这期间虽然很辛苦、忙碌，但总的来说，感觉还是非常值得的。 在此我要特别感谢我的指导老师李鸿秋老师。本次毕业设计的选题、设计思路、三维建模、资料选取、修改完善等每一个环节老师都给了我非常细心、耐心、负责的指导。而且我不懂的地方也特别多，李老师却从来没有嫌我烦嫌我笨，真的很感谢她。在此我要对李老师说一句：老师，您辛苦了！毕 业 设 计（论 文）任 务 书 设计（论文）题目：某型客车车架设计及部分工况仿真分析 学生姓名：任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系（院）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生。2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写，不得涂改或潦草书写；或者按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，要求正文小4号宋体，1.5倍行距，禁止打印在其它纸上剪贴。3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系（院）主管领导审批后方可重新填写。4任务书内有关“学院”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要