小轿车尾部外货物架设计

题 目： 小轿车尾部外货物架设计 3摘 要本次毕业设计的内容是关于小车尾部外货物架的设计。经过调研，汽车外置架一般是用来运输自行车的，固本次设计主要是以搭载自行车为主来进行设计的。考虑到产品的使用性能，本次设计采用的材料是碳纤维，结构采取可以折叠的，连接形式采取手拧式离合器固定装置，前后基本等宽的货物架。经过对国内外优秀汽车尾架分析，取其长处，弥补其不足，并且评判了其材料与结构发展趋势，制定了本次设计的样本设计。在设计的过程中，对其材料、结构、连接、生产工艺和力学性能进行充分的讨论，以便于研究投入生产的可行性。关键词: 小车；货物架；设计；有限元分析Title the design of the outside rack at the rear of the car Abstract:The contents of this graduation design is about the tail of the car outside the shelf design. After research, car exterior rack is generally used to transport the bike, solid this design is mainly to carry a bike to design the main. Taking into account the performance of the product, the design of the material used in the carbon fiber, the structure can be folded, the connection form to take the hand-type clutch fixed device, before and after the basic width of the cargo rack. After the analysis of the excellent car tailstock at home and abroad, take its strengths, make up for its shortcomings, and judge the development trend of its materials and structure, developed the design of the sample design. In the process of design, its material, structure, connection, production process and mechanical properties of the full discussion, in order to facilitate the feasibility of production into the study.Keywords: small cars；Cargo rack；design；finite element analysis中南林业科技大学本科毕业设计 小汽车与越野车通用旅行自行车架设计目 录1 绪论11.1选题背景11.2汽车装架调研11.3国内外需求展望21.4货物架的发展方向21.5设计方向32 单车架设计的技术要求32.1 尾置架的安装32.2 汽车货物架的类型42.3 设计思路及方法42.4 货物架的具体使用53 碳纤维材料63.1 碳纤维型材73.2碳纤维应用的优势73.3碳纤维材料的化学性83.4碳纤维材料的物理性能83.5碳纤维型材的力学性能参数93.6碳纤维型材的外观及使用质量104 单车架的设计104.1 外观设计114.2主要管架和零件的设计124.3工艺155 有限元分析165.1 主视图165.2 俯视图175.3 左视图175.4 有限元的处理过程185.5 最大变形图215.6 最大应力图226 总结23致 谢24参考文献2531 绪论1.1 选题背景 随着国内经济发展大好，人民生活水平的普遍提高，未来可以说家家都能拥有私家车。人们对生活的品质要求也随之越来越高，比如人们在出行时，有时候会要求多带一些东西在车上，当然这会受到车身的空间影响。另外，人们对于户外活动的要求也越来越高，随着4+2模式的流行，（即四轮小车及自行车的出行方式),由于自行车体积的原因，必不可少的是拥有一款位于车尾部的车架，可想而知这一产品将会在国内拥有很广泛的市场。1.2 汽车装架调研在国外的商场中，有形形色色的自行车架的产品销售。在国外有许多的公司凭借着技术优势和出色的人才，在汽车尾架的研究上取得了不错的成果，我们无需去模仿，而是要借鉴别人的，取其精华去其糟粕，别人设计的这个东西为什么好，好在什么地方，我们应该了解清楚，要站在巨人的肩膀上，才能看的更远。我在对国内外此种产品的调研中发现了几种典型的汽车外置架，通过对实物图的分析和网上的资料查阅，对其有了一个较为全面的了解，我在下面的分析中会对具体的架子做一个简要的总结。顶置行李架：在我们的记忆中，我们看到的大部分车载外架都是放在车顶上的，车顶行李架的分类方式有很多种，第一种是分离式纵轨，这种结构有一个很明显的特点，就是行李架的大部分架构是与车顶分离的，只有几个固定的点与车顶连接，当然很容易可以想出来，当货物架上放置的物体稍重时，会产生比较大的压强，对汽车漆会造成损伤，这也是为什么我在后面设计小车尾部外货物架 的时候为什么要加装海绵垫的原因；还有一种是一体化纵式，纵轨道完全贴合在车顶上，对车顶产生的压强较小，这一点还有一个好处是避免违章，因为这样的设计可以减小整体的高度。我个人认为第二种是优于第一种的。后拖式自行车架：经过对市场商品的实际考察，这种设计给我的第一印象就是结实耐用，换句话说，就是这种设计显得特别的笨重，这种笨重的设计也不是没有理由的，因为要考虑遮挡号牌和车尾灯的原因，就相当于加长了整个车身，出于整车协调的考虑，不得不将货物架做的厚实一些。这种设计带来的后果就是使货物架的安装与拆卸变的很不方便，尤其对于女性消费者，拆卸的时候是很麻烦的一件事。固此这个设计给我的启示就是一定要对结构进行优化设计，使产品更加轻量化，更加的便于拆卸。备胎式自行车架：算是后托式挂架的延伸，这一结构的设计灵感来源于一些汽车有的备胎外挂的汽车，当然，汽车设计制造商设计时是考虑实际的，即用备胎实际的作用力来进行应力分析的，如果盲目的添置一些重物，有可能会使后备箱的铰链承载过大的压力而产生变形，考虑到这个因素，即使这种装置有多么的稳固，多么的轻便，有多么的便于拆卸，都可以认为是不合理的，另外这种架子的适用范围仅限汽车尾部有备胎架子的汽车，当我在设计货物架的时候，要充分考虑产品的普适性，我觉得也是非常有必要的。以上介绍了国外市面上常用的汽车自行车架，对每一款产品，我都会有自己的一些思考，不好的地方有了大体的了解，这样能更好的为下面的设计指明方向。1.3 国内外需求展望无论是国内还是国外，城市的生活节奏会向着越来越快的方向发展，这预示着人们的生活压力会越来越大，户外活动成为不可缺少的一部分。4+2的户外休闲娱乐方式越来越受到人们的推崇。当人们想进行这项活动时，自行车的携带问题成为了首当其冲的问题。因此，能推出一款针对大众的，能适应不同车身的，具有可靠性的车载货物架肯定是大势所趋。这些架子根据固定在车上位置的不同大致可以分为三类：顶置自行车架、后置自行车架两种。并非所有的人都乐于在车顶上搭载自己的脚踏车，尤其是对于车身较高的SUV、MPV等车型的客户或者女士来说，把自行车搭载在车顶就变成了比较困难的事情。我在网上查阅了资料，75%的人选择后置自行车架，究其原因，第一是因为价格的原因，第二就是使用的可靠性，第三就是拆卸及安装是否方便快捷。综上所述，我认为，在接下来的时间，无论是国内还是国外，这个需求会不断的上升。1.4 单车架的发展方向 随着生产力的发展，随着人们对尾置货物架的需求的上涨，根据市场规律，会有很多的厂家从事这方面的生产活动，生产出纷繁复杂的商品。前面我已经论述到尾部货物架是大势所趋，而对于它厂家，就要比拼谁的商品作的好，究竟是怎么样的好法呢？根据我的调研，比拼的是谁的材料选取的合理使得架子变得轻量化，高强度化。比拼的是谁的结构设置的合理，当然其中包括结构的美观化，使得架子能和车浑然一体。谁的耐用度高，这涉及到外敷料的选择。谁更能通过对生产工艺的优化来控制成本。消费者的需求决定货物架的发展方向。在这里我有一个大胆的设想，在未来这些汽车外置架甚至能结合机械控制来生产出智能化，自动化的装置，只要我们敢想敢做，不久的将来我坚信我现在所想的一定会出现在眼前。1.5 设计定位 针对有车一族，要做出一款能让设计车架的使用价值能达到消费者的心理预期，支架的材料采用碳纤维，制成质量轻，冲击吸收性好，有一定强度的尾置自行车架，为了满足一家三口出行，安装以后能最多容纳三辆自行车或者是放置其他的货物。我想这种方向一定会满足有车一族的需求从而在市场上能的到更大的推广。2 单车架设计的技术要求 在汽车行驶的过程中，因为是涉足远郊，所以不可避免的会碰到各种不同的路面，同时，根据物理学的知识，汽车在加速或者减速的过程中汽车的各个部件会有大大小小不同的惯性。所以，这对我们设计的货物架的要求就是能保证在各种复杂受力的情况下能够保证工作的可靠性，通俗的讲就是保证货物架不受损坏。货物架的储存及安装能够方便快捷的完成。货物架与汽车表面接触的地方不能够对车漆产生损伤。在设计的过程中，绝对不能有尖锐的物件外漏，以免刺伤人体，在本次设计中，这个安全帽的设计我认为是很合理的。对于尺寸及安装位置的设计，最最基本的是要考虑交通管制方面的，不能够遮挡号牌。同时也要考虑汽车的使用性能，要让结构简单，不能像市面上的某些结构一样，安装货物架以后还要加装尾灯装置。针对受力，我认为是必须要进行有限元分析的，这样才能让设计的强度设计更加的可用。2.1 尾置架的安装本次汽车尾置货物架的设计不像市面上已经出现的商品，往往是汽车的尺寸来决定货物架的种类，这种货物架是基本上适应于我们常见的各种私家车类型。因此结构尺寸相对较大，这种设计我觉得是非常棒的，普通的车架尺寸较小，这样可能会带来一个非常严重的问题，就是放置了自行车以后，会带来遮挡号牌的严重后果，这在交规里面是要扣12分的。在安装时，首先取出各个部件，用我们的汽车离合器式固定器通过手旋的方式将其拆开，这个操作过程是非常简单的，将上下两架用四个固定带分别通过挂钩挂在后车门的上下接缝处，结构已经通过已有产品的考验，是完全符合实际要求的，这个配图会在接下来的论述中有说明。当消费者按照使用说明书把所有的安装步骤都完成以后，还有一个很重要的步骤，就是用手在自行车固定器上用合适的力压几下，以使整个结构更加的紧凑来适应复杂的地形。加装货物架以后，也会有一些注意事项，需要在使用以前检查离合器紧固器的松紧程度，以使整个结构浑然一体，不会造成颠簸；货物架上摆放的货物一定不能超过设计重量；货物在摆放的过程中应该尽量的放置在靠近车尾的位置，因为这样才能使力臂减小，增强货物架的承载能力；除自行车以外，如果遇到体积稍大的物体，需要用行李网固定；在储存的过程中，应尽量放置在通风干燥的地方以延长货物架的使用年限；2.2 汽车货物架的类型 固定在车顶上的顶置自行车架； 固定在后备箱/后尾门部位的后置自行车架； 固定在拖车球上的后拖式自行车架。2.3 设计思路及方法 通过对市场现有产品的总体考察，对有车一族的问卷调查分析，结合我们日常生活知识对一款产品的发展趋势进行评估，会产生对这个货物架的一个大体的了解，只是有大致的了解还是很不够的，因为要实实在在的把这个产品做出来，这就少不了对市场现有成熟产品的全方位分析别人哪里可取，哪里不行，不行的地方就要做出改进。改进的过程中就要大量的阅读参考文献资料，了解国内外新材料的的发展，继续深层次学习结构的力学分析进行有限元的分析，确保能做出一款符合现代人品味及要求的高质量汽车尾部外货物架。2.4 货物架的具体使用图2-1 货物架侧面图2-2 货物架背面 这是国外一款成熟的汽车尾部单车架的设计，最突出的特点就是结构简单也比较美观，经过我对该公司的了解，此款产品收纳也比较方便，收纳以后体积比较小，完全可以放入汽车的后备箱，当人们出行时，如果选择4+2的出行模式，这个单车家可以说是不二选择。当然，我们此次的设计会从这款成熟的产品吸收灵感。3 碳纤维材料碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。是20世纪50年代迅猛发展出的一种重要的新型非金属材料，但是早在18世纪中期，碳纤维只是一种被钨丝淘汰的灯丝材料。后来研究人员发现，碳纤维具有很多优良的特性而被人们重新认识而有所发展。作为无机非金属材料，它展现出一般的金属难以触及的优势，碳纤维主要的组成元素是碳元素，因此具有碳的本质特点，又因为它是不具有刚性的，所以又决定了这种材料加工起来也是可能的。类比其他的合金，往往是以一种材料为基体通过添加其他的溶质来取得人们想要的金属特质。当然碳纤维也不例外，在一般的情况下如果是单单的使用碳纤维的话，只是简单的作为一种绝热保温的材料，并不具备去制造某种结构去承担一定的力的能力，设计一款结构绝对不能容许有这种情况的存在。但是肯定是有解决方法的，比较典型的就是像做一件一服一样，先将碳纤维编制成碳纤维步，进行一步一步的缠绕将其连接成一个整体，经过相关的测试，这种结构的强度甚至比钢铁的强度还要强，但是材料的质量下降了一个甚至是几个台阶。目前碳纤维增强的复合材料已经可以广泛的应用于除电、人工韧带、飞机结构、防热、火箭外壳、汽车板簧、汽车和飞机的驱动轴等领域。但是在当前的情况下，虽然世界上的碳纤维产量已经取得突飞猛进的发展，发展一片大好，但是对于我们中国来说，碳纤维主要用于质量要求较低的民用领域。核心技术一定要突破，慢慢的要以把碳纤维应用于航天为目标，这样才能生产出世界领先的碳纤维复合材料。3.1 碳纤维型材 碳纤维可以按照四种不同的方式分类：（1）按照原丝类型分类分为聚丙烯腈基、粘胶基、沥青基、木质素纤维基、其他有机纤维基（2）按照碳纤维性能分类分为通用级碳纤维和高性能碳纤维（3）按照碳纤维的功能分类分为受力结构用碳纤维、耐焰用碳纤维、导电用碳纤维等（4）按照制造条件和方法分类分为碳纤维、石墨纤维、活性炭纤维和气相生长碳纤维。 在接下来的论述中，由于篇幅的原因，我会着重的介绍几种在国内常见的碳纤维材料，然后针对它们各自的特点做一个简要的介绍。当然也对针对实际联系各自的特点，为后面的具体选材做出更进一步的指示提供依据。 粘胶基炭纤维是经过一系列的物理和化学过程处理而得到的碳纤维，其中碳化处理是为了增强材料的强度，高温处理是为了使结构更加的严谨。从宏观的角度出发，与各向异性不同，都是各同向性的碳纤维。某些元素所占的元素百分比相对较低，比方说Na，因此适合烧蚀防热的复合材料。与此相似的是聚丙烯腈基炭纤维，它是聚丙烯腈原丝经过预氧化处理、炭化和在尽可能高的温度下热处理制成的炭纤维。 沥青基碳纤维可以分为力学性能相对较差的通用沥青基碳纤维和与之力学性能较好的各向异性沥青基碳纤维。生产它们的工艺也会有所不同，前者经过一定的程序，比如说稳定化和碳化，后者则需要进行高温处理而使里面的纤维呈现出各向异性。是由于各向异性的纤维丝才能使其模量得到一个质的飞跃。 气相长碳纤维是一种生产工艺比较特殊的材料，是没有经过化学反应的，因此可以在很大的程度上去保留了碳元素的固有特性，它是以C-H气体为原料，借助一定的催化剂在高温下进行催化制成，这种碳纤维具有一种特殊的特性就是相对于上面的碳纤维，在我们日常生活使用的过程中化学性质是十分的稳定的。3.2 碳纤维应用的优势 我此次将碳纤维型材应用到小车尾部外货物架的应用上，也参考了国外的文献，综合了一系列的特点。运用碳纤维可以使设计更加轻量化。因为碳纤维型材密度低，使整架质量减轻，能降低油耗，也降低了安装和拆卸的难度。安全性高。碳纤维材料做成的结构中，每个截面都有很多的独立纤维，即使有一部分因为过载断裂，载荷会迅速的分配到尚未破坏的纤维上，不至于突然断裂。吸震减震能力强。因为是非均质多相体系，纤维与机体之间存在大量界面，这种界面会对震动有反射和吸收的作用。有较高的抗疲劳性。碳纤维材料的塑性好，纤维比较细小。这使得架子具有缺陷少和能够抑制裂纹发展的特点。3.3 碳纤维材料的化学性能 在设计货物架时，一定要考虑材料的化学性能。因为汽车货物架的工作环境是室外，少不了风吹雨洒，所以一定要考虑设计材料的化学性能。我们知道，碳元素原子外有四个电子，即不容易被氧化，也不容易被还原，这就说明碳元素具有一点的化学稳定性。实际上，只有温度超过两百摄氏度的时候，碳纤维才会出现缓慢的氧化，当温度上升到四百摄氏度以上时才会出现明显的氧化其伴随的现象是会有一氧化碳和二氧化碳气体从碳纤维表面溢出。另外，碳纤维的耐酸碱性也非常好，只有在强酸强碱的条件下才能被氧化和还原。 当然，自然环境下是不可能存在上述高温，高酸，高碱的条件，即使在自然环境下有及其慢速的腐蚀，也是可以忽略不计的，因此碳纤维在耐腐蚀方面的性能相对于一般金属来说非常的出色，完全符合设计要求。3.4 碳纤维材料的物理性能 从某种程度上来讲，碳纤维的化学性能影响着物理性能。由于其化学性质稳定，它在各种极端的条件下仍然能够维持其较高的强度，无论是天寒地冻还是酷日炎焱，这仍是碳纤维的工作温度范围，而且真正的范围也远远大于自然环境温差。由于碳纤维的各向异性，在加上碳元素的特点，在沿着纤维分布的方向可以能够较好的传递热能和电能。由于这种特性，所以人们在研发产品时往往将碳纤维材料作为锅炉集热器的材料或者是高科技科研时的导电材料。当然上述两点和本次设计没有太大关系。另外，碳纤维材料的稳定性也表现在其型材体积随着温度的变化及其微弱，这也是为什么这次要采用碳纤维的原因，因为这种特性会使得我们设计的结构尺寸不会随着温度的改变而发生太大的变化从而影响使用体验。3.5 碳纤维型材的力学性能参数1.碳纤维的设计性能指标表3-1碳纤维的设计性能指标性能项目单向织物（布）高强度级高强度级抗拉强度设计值ft(MPa)重要构件16001400一般构件23002000弹性模量设计值Ef(MPa)重要构件2.31052.0105一般构件抗应变设计值f重要构件0.0070.007一般构件0.010.012.碳纤维布原材料力学指标表3-2材料的力学指标纤维类别性能项目抗拉强度（MPa）弹性模量（GPa）伸长率（%）碳纤维高强度级49002402.0高强度级41002101.83.碳纤维布的安全性能指标表3-3安全性能指标性能项目CFS-I-300CFS-I-200CFS-II-300CFS-II-200强度级别高强I级高强I级高强II级高强II级克 重（g/m）300200300200理论厚度(mm)0.1670.1110.1670.111抗拉强度(MPa)国标安全指标3400340030003000卡本测试数据3647369632023249弹性模量(GPa)国标安全指标2402402102103.6 碳纤维型材的外观及使用质量1、观察表面情况。碳纤维制作成的各种构件，一般是将浸泡树脂的碳纤维布经过各种高温在模具中进行固化所得到的。但是用树脂进行加工会有一系列的不良反应，由于在加工的过程中，因为某些原因如树脂的流动性差，温度不适合等原因，压力的原因，会产生大小不等的气泡。随着人们审美的提高，对时尚的追求，对产品的质量甚至是外观的要求也会越来越严格。当我们拿到一个成品时，如果整体美观但是因为有一点小小的瑕疵很是影响心情。所以这要求厂家在制造产品的时候更应该注重质量的把控。2、看尺寸精度。根据品控标准，每个产品各方位的尺寸都要控制在允许的公差范围之内。如果条件受到限制，就要用游标卡尺进行随机的检测把控，如果时间受到限制，则随机检测几个部位，通过查阅有关标准来评估这个尺寸是否在规定的范围之内。如果检测是在连接处或者是受力较大的杆件，精确度尤为重要。3、看使用情况。实践是检验真理的唯一标准，如果想了解此次小车尾部货物架的使用性能，需要放在实际中，固定在汽车的尾部，承重，通过各种复杂的路面来检测货物架的使用情况。 4 单车架的设计1.本次设计的车载货物架采用市面上最常见的碳纤维材料。表4-1 碳纤维材料的参数属性数值单位弹性模量400000MPa泊松比0.394无 中抗剪模量50000MPa质量密度2000kg/m3张力强度3500MPa压力强度4170MPa屈服力1410MPa2.小车尾部货物架大体尺寸的设计为了增加设计的汽车外货物架的适用范围，我选择了车尾体积比较大的奥迪Q5为样本来设计这个货物架，在国内因为交通规则的原因，我吸取了一些失败案例的教训，就是放置货物或者是自行车以后会产生遮挡号牌和车尾灯。因此我需要将放置货物的位置提高如图所示。取安装后的高度为700毫米，这样即使搁置了自行车，也不会出现上述问题。取车向长度为500毫米，这样就可以满足能够搭载更多货物或者是自行车的需求。图3-1尺寸设计4.1 外观设计图4-1 货物架外观 结构尺寸：690mm600mm465mm480mm518mm 海绵管套外径：75mm 长：160mm此次结构设计能够在四条固定带的作用下紧密的贴合在市场上常见的汽车尾部，甚至包括面包车，将基础支撑升高，将货物架通过离合器式固定器固定在基础支撑的最上端是为了将装载的货物尽量太高以免遮挡车牌。4.2 主要管架和零件的设计 基础支撑：基础支撑是货物架在受力的过程中受力最大的杆件，因为这个杆件是和小车尾部直接接触的，会产生比较大的压强，故在基础支撑设置海绵管套，防止因为急加减速而引起的车体划伤。开的四个槽是方便与另外两个结构的连接。图4-2 基础支撑副支撑架：因为根据有限元分析得知，此支撑架相对于基础支撑来说受力相对较小，所以命名副支撑架。支撑架与车尾上端的车玻璃相接触，虽然受力不大，但是为了避免划伤车玻璃，同理也要加上海绵。图4-3 支撑架货物支撑结构：用于支撑货物包括自行车和其他物体。包括货物架，货物固定架和海绵护管，每个货物固定架用三个内六角圆柱头螺钉固定在套有护管的货物架上，添加海绵护管的原因是通过螺栓连接，将货物固定架牢牢的固定在货物架上，这样不会因为受到汽车在行驶的过程中因为颠簸而产生脱落的情况。图4-4 货物支撑连接设计：此连接处的设计受到了汽车离合器的启发，通过手把来控制离合器的张合，进而达到控制汽车尾架的角度，这和传统的扳手相比，更加的安全，因为我们在活动有时候会无意的碰到了扳手，影响了整个结构的紧密性，造成不必要的麻烦。 图4-5 离合器式连接器安全帽：安全帽套在每个杆件的末端，防止杆件上的毛刺对人体造成损伤，这是一个人性化的设计图4-6 安全帽4.3 工艺我们运用碳纤维来制作一个结构就是要创造更轻、更坚固、更耐用的产品。只有有了这样的理念不断追寻着高超的制造工艺，尽可能重复利用原料并减少浪费。才能让这种材料的设计走向量产，更好的提升我们的生活品质。 碳布有一定的“保鲜期”，需要低温环境存放，保持柔软和粘性。车架是由许多不同形状、不同角度的碳布粘合而成，一般会有10-30层。碳布会先经过剪裁，也叫划碳布。卷制：碳布需要一层层的在模具上进行卷制，卷制完后要抽出模具，并进行称重，不能误差太大，那会影响架子重量。卷制需要20度的恒温，让碳布有一定粘性，在卷制过程中还要加热将碳布紧紧贴合。预型：把所有杆件的零部件放到内模中拼接成为一体，预型过程还要穿入气袋，缠上风嘴，为下一步成型充气做好准备。成型：预型完成后，形成零杆件的各个部分，需要放进模具中进行高温高压成型。把要成型的组件放在钢制的模具中，成型的部件越大，模具的尺寸越大。目前还没有技术能达到完全一体成型。最终还是需要用套管粘合在一起。成型方式也是在不断变化，闪电以前是五通立管单独一块，上管头管下管又是一块，前三角也需要拼接，现在前三角都是一体了。碳架在成型前要先预热一下，变软一点刷上脱模剂才能放到模具中。碳架烤制的温度约是150度，加温加压（充气）让其中的树脂性质变化，并溢出多余的树脂，成为非常坚固的碳架。成型后要截掉气嘴，抽出气袋。已经成型的几个部分要粘合在一起，首先要把所有的孔钻好，接合部分要铣出公母阶，在这个过程需要使用高精度的数控机床，套管尺寸要分毫不差。再经过打磨清洗后就可以粘合了，粘合部位还要包碳纱加固，放进烤箱进行烤胶让它们紧紧接合，这样一个粗胚架就算完成了。补土：粗胚架要经过打磨、补土（把不平的地方补平）、粗磨细磨等一系列的步骤让车架表面光滑。特别是要将粘合处打磨平整。这些步骤都很耗费人工。这个过程还要进行车架校正，确保误差在允许范围之内。喷漆：要求喷的漆能具有美观的特点，还要有一定的使用年限。因为此次设计的货物架的工作环境是在室外的。5 有限元分析 有限元分析技术是将自然界中无限的粒子划分为有限个单元，然后进行模拟计算的技术。例如在求一个不规则图形的面积的时候，我们可以把图形放在直角坐标系中，然后对其x轴方向进行有限次的划分，得到有限个长方形，从而通过把无数个长方形的面积相加来得到这个不规则图形的面积。因为现实事物的复杂性的原因，即使计算能力比人类强成千上万倍，也无法将一个物体所有的实际情况全部考虑在内，在这里我们聪明的工程师发明了一个很贴近实际的算法，用许多个但是有限的物理量去模拟无限的物理量，虽然只是一个近似值，这样已经无限的接近实际值了，而且在日常的生产活动中，这些无限逼近现实的分析值已经足够的贴近事实来为我们服务。5.1主视图图5-1 主视图5.2俯视图图5-2 俯视图5.3左视图 图5-3 左视图5.4 有限元的处理过程1. 得到简化模型为了便于画网格，对结构整体部分不重要零件简化。 支撑海绵在实际中属于软体，不在考虑范围内，故在模拟仿真中去除装配体中 的支撑海绵和扶手架上的海绵 离合器式固定器的旋钮属于条件功能，在实际中对整体刚度不影响，故在仿真中去除。 车辆固定槽简化 图5-4 固定架的简化过程得到如图所示简化模型： 图5-5 简化模型2.设定零件件的接触形式为全局接触（并查看各零件之间的接触） 图5-6接触3.为了分析的方便，进一步理性化分析货物架模型，要进行夹具的固定（约束）。将基础支撑和支撑架与车尾接触的区域固定。 图5-6加约束4.设置模型某时间点的受力情况。受力的位置与变形量是成线性关系的，越靠近小车，变形量就越小。为了更好的检测货物架的性能，第一把固定架放在u形架的最前端，第二把受力的作用点安排在固定架的最前端，按两辆自行车的自重来进行校核，一共按照30kg垂直作用在固定架上来添加载荷。 图5-7施加受力通过网格密度中的精度条来调整网格的精度，尽量的将网格细化，这样可以让分析的结果接近真实值，生成网格后如图所示： 图5-8生成网格 局部网格图所示： 图5-9局部网格图5.5 最大变形量 变形量最大的地方出现在U形架的最前端为10mm，根据设计要求，因为整个结构为杆件结构，又相对于整体尺寸来说属于非常小的变形量，所以完全符合要求。 图5-10变形前位移 图5-11 变形后位移5.6 最大应力图分析的应力图显示车架上的最大应力出现在同一杆的两个离合器式固定器的中心位置，最大应力为28.03Mpa，车架材料的许用应力强度为1410/3=470Mpa，固此货物架的应力强度是非常符合要求的。 图5-12 最大应力图 总 结拿到这个题目的时候，虽然感觉简单，但是设计一款产品，要综合考虑各种因素，感觉还是挺难的。千里之行，始于足下。本次设计的小车尾部货物架我采取的材料是碳纤维管，因为这种材料质量轻，强度高，符合设计一款较高档产品的需求，在外部涂层上我的选择也是有考究的，珐琅能保护产品，也能美化产品。对于货物架的尺寸方面，我也是下了功夫的，为了选取合适的尺