某越野车车架结构设计.docx
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某越野车车架结构设计
某越野车车架结构设计
摘要:
车架是汽车上重要的承载部件,车辆所受到得各种载荷最终都传递给车架,因此,车架结构性能的好坏直接关系到整车设计的成败。
特别是对经常需要行驶在恶劣路面的越野车,对车架要求更高,在进行车架设计时考虑车架结构的优化,对提高整车的各种性能,降低设计与制造成本,增强市场竞争力等都具有十分重要的意义。
本文介绍了一种越野车车架结构的设计方案。
文章阐述了车架的功用和分类等基本知识,并介绍了完成本设计所需要的UG、ANSYS等软件。
本设计采用边梁式车架设计方案,文章描述了车架纵梁、横梁的设计形式;横梁的形式及布置方案;纵梁与横梁的固定及联接;对车架进行受载分析;并对车架中间纵梁进行了有限元分析。
关键词:
车架结构设计有限元
Abstract:
Theframeisanimportantloadbearingpartoftheautomotive,differenttypesofloadwhichareforcedontheautomotive/(thattheautomotivesubject)arefinallytransmittedtotheframe.Thus,thepropertyofthestructureoftheframeisthekeytothedesignofentirecar.Especiallythefull-wheel--drivencarwhichusuallyworksinbadconditionhasahighdesireoftheframe.Weshouldtaketheoptimizationofthestructureoftheframeintoconsiderationwhenweperformthedesignoftheframeforithasangreatinfluenceonimprovingthepropertyoftheentirecar,reducingthecostofthedesignandmanufacturingandenhancingthecompetitionofthemarket.Thispaperintroducesanewdesignofthestructureoffull-wheel-drivenframe.Itdiscussessomebasicknowledge,suchasthefunctionandclassification.Italsointroducesthesoftwareswhichareneededinthisdesign,forexample,UGandANSYS.Thisdesignadoptsladdertypeframe,anddescribestheformofthedesignofthetransverseandlongitudinalbeamoftheframe;theformandlayoutofthetransversebeam;thefixationandconnectionofthetransverseandlongitudinalbeam;theanalysisoftheloadoftheframe;theanalysisofmiddlelongitudinalbeamwiththeANSYS.
Keywords:
Automotiveframe;Designofstructure;FiniteElementAnalysis
1绪论
1.1课题背景
中国汽车工业规模在迅速增长,目前我国的汽车年产量已跃居世界第三位,仅次于美国、日本。
近几年来,我国越野车行业飞速发展,市场规模急剧扩大。
在低端市场,涌现了如长城和双环等一批知名民营汽车企业;在中端市场,主流越野车企业通过引进国外技术,形成了北京吉普切诺基、长丰猎豹、郑州日产帕拉丁、华泰汽车特拉卡等知名企业和品牌。
通过消化吸收引进技术,我国越野车厂家已掌握了一些关键技术,初步建立了稳定、成熟的越野车零部件配套体系。
汽车作为交通运输工具之一,在人们的日常生活中发挥着非常重要的作用。
随着国民经济的快速发展,汽车工业也得到了飞速发展,在现代化发展的今天,生产出结构轻、性能好、质量高、用途广、安全可靠的汽车,成为了厂家和客户共同关注的焦点。
汽车作为工程领域的一个分支,面临很多问题和困难,包括复杂的几何形状、复杂的载荷作用以及复杂的支承约束等。
在实际汽车结构设计中,安全性是首要的,在保证安全的前提下,又要使车架的结构合理,便于加工和装配,同时也要减少材料的量。
这需要对车架的强度进行分析,通过强度分析,有针对地对一些主要构件进行结构优化设计。
1.2课题的目的和意义
作为汽车总成的一部分,车架承受着来自道路及各种复杂载荷的作用,特别是对越野车,经常行驶在较差的路面或者无路的野外,要求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。
而且汽车上许多重要总成件都是以车架为载体,因此,设计出重量轻而各方面性能达到要求的车架结构是一项重要的工作。
传统的车架结构设计是采用类比的思想进行经验设计,设计出的车架结构除了个别部位的应力水平较高外,大部分部位的应力水平低,强度富余大。
因此,有必要采用合理的设计方法以降低车架的重量,减小汽车的制造成本,提高市场竞争力。
1.3国内外发展现状
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。
车体在车架之上,至于车门、沙板、引擎盖、行李厢盖等板件,则是另外再包覆于车体之外,因此车体与车架其实是两个独立的构造。
这种设计的最大好处,在于轻量化与刚性得以同时兼顾,因此受到了不少跑车制造商的青睐,早期的法拉利与兰博基尼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的四门房车上。
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。
目前国内外车架的结构形式主要有三种:
边梁式车架、中梁式车架(或称为脊梁式车架)和综合式车架。
1.4车架的功用和要求
在有车架汽车(例如各种货车、大部分越野车、一些客车等)中,车架被用作汽车各总成(包括发动机、底盘、车身中的各总成)的安装基体,承受这些总成的重量及传给车架的各种力和力矩。
对车架的主要要求包括以下几点。
具有足够的强度,以保证在汽车大修里程内,车架的主要零部件不因受力而破坏。
具有足够的抗弯强度,以保证车架的变形在允许范围之内,利于车架上各总成的正常工作。
货车车架的最大弯曲挠度应该小于10mm。
具有合适的扭转刚度。
一般希望车架两端的扭转刚度大些,而中段小些。
车架要轻。
车架自身质量一般应该在整车整备质量的10%以内。
车架按其总成结构形式可分为框式(包括边梁式和周边式)、脊梁式、综合式。
2基于UG的车架实体建模
2.1UG软件简介
图2.1UG初始界面
UGNX(原名:
Unigraphics)是一个由西门子UGSPLM软件开发,集CAD/CAE/CAM于一体的产品生命周期管理软件。
UGSNX支持产品开发的整个过程,从概念(CAID),到设计(CAD),到分析(CAE),到制造(CAM)的完整流程。
UG从CAM发展而来。
20世纪70年代,美国麦道飞机公司成立了解决自动编程系统的数控小组,后来发展成为CAD/CAM一体化的UG1软件。
90年代被EDS公司收并,为通用汽车公司服务。
2007年5月正式被西门子收购;因此,UG有着美国航空和汽车两大产业的背景。
自UG19版以后,此产品更名为NX。
目前最新版本是NX7.5。
NX是UGS新一代数字化产品开发系统,它可以通过过程变更来驱动产品革新。
NX独特之处是其知识管理基础,它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。
NX可以管理生产和系统性能知识,根据已知准则来确认每一设计决策。
NX建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上,这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率,削减成本,并缩短进入市场的时间。
NX使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。
NX提供了完整的集成的流程自动化工具套件,使公司可以收集和重用产品及流程知识,从而促进使用企业最佳实践。
设计效率
NX利用独特的三维精确描述技术和功能强大的新设计工具重新定义了CAD生产效率,可提高工作效率、加快设计流程、降低成本并改善决策过程,同时还可增强PLM精确描述框架的三维外观。
CAE效率
通过集成主流几何体工具及最新的用于建模、仿真、自动化和测试相关性的强大分析技术,NX重新定义了CAE效率。
将仿真与设计同步,执行更快的设计分析迭代,作出更好的工程决策,从而更快更好地提供产品。
制造效率
通过利用下面两个新应用程序将您置于特定编程任务环境中,NX重新定义了零件制造效率:
NX叶轮切削,用于复杂的叶轮编程;NXCMM数控检测编程,可根据PMI模型数据自动运行。
UG软件基于约束的特征建模技术和传统的几何建模技术相结合,具有极为强大的及按摩功能。
实体建模
在UG中可以进行二维模型和三维模型的草图设计、各种曲线的生成和编辑、扫描实体和旋转实体建模,以及参数化设计等实体建模工作。
2.曲面建模
UG同时具有强大的曲面建模能力,可以实现直纹面、扫描面、自由曲面的建模,而且还能够实现广义扫描、动态调整曲面以及曲面编辑等功能
3.特征建模
UG特征建模模块提供了各种标准特征的设计,如孔、键槽、腔体、方形、圆形、凸台、圆柱、球体、管道、圆角和倒角等的设计,另外,特征扩展包括特征拉伸、特征旋转、特征扫描等。
4.装配建模
UG装配建模模块主要提供了以下几种功能
装配导航;
参数化装配模块;
坐标系定位;
定义不同零件和组件间的参数关系;
标准件库调用;
直接访问零件或子装配件;
统计零件装机数量;
生成支持汉字的装配明细表;
装配干涉检查功能;
管理、共享和检查用于确定复杂产品布局的数字模型。
5.工程制图
UG工程制图模块可以使工程设计者方便地从三维模块中获得二维图形。
UG提供了自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、自动或者手工尺寸标注、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图、形位公差、粗糙度标注和明细表自动生成等工程制图工具。
6.工业设计
UG工业设计模块提供了材料和纹理设置、光源设置和动画制作等功能,能够产生视觉效果并渲染产品图片。
2.2典型的车架分类与特点
2.2.1框式车架
框式车架又可以分成两种,即边梁式和周边式。
边梁式车架
边梁式车架由左右分开的两根纵梁和若干根横梁组成,如图2.2所示。
当承受扭转载荷时,这种车架的各部分同时产生弯曲和扭转。
在这种车架上便于安装车身和布置其他各种总成、零部件,易于满足改装和变型的需要。
这类车架广泛应用于货车、越野车、特种车和用货车底盘改装的大客车上。
图2.2一种周边式车架
周边式车架
周边式车架的特点是前、后两段纵梁变窄,中部纵梁加宽,如图2.3所示。
其中,前、后狭窄端是通过所谓缓冲臂或抗扭盒与中部纵梁焊接相连。
其中
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- 越野车 车架 结构设计
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