燕山大學(xué)車能學(xué)院二級項(xiàng)目設(shè)計(jì)-救護(hù)車車架設(shè)計(jì)與性能仿真分析

.車輛與能源學(xué)院二級項(xiàng)目設(shè)計(jì)題目 救護(hù)車車架設(shè)計(jì)與性能仿真分析作者姓名 李同學(xué) 李學(xué)同 王同 羅同學(xué) 王學(xué) 專 業(yè) 車輛工程指導(dǎo)教師 梁 晨 陳俊云 董國疆 崔亞平 王建國2017年12月燕山大學(xué)車輛與能源學(xué)院二級項(xiàng)目任務(wù)書學(xué)院：車輛與能源學(xué)院 專業(yè)(方向)： 車輛工程 交通運(yùn)輸工程序號學(xué)號姓名班級項(xiàng)目分工1140113030059李同學(xué) (組長）車輛3班整體規(guī)劃、前期調(diào)研工作、三維圖元寶梁的建立、車架橫梁有限元分析、整體說明書的完善修改、實(shí)驗(yàn)室測量考察、方案優(yōu)化。（19%）2140113030058李學(xué)同車輛3班前期調(diào)研工作、二維圖的設(shè)計(jì)建立、三維圖整體裝配的建立、整體有限元分析、接頭的有限元分析、第一章說明書的編寫、優(yōu)化。（22%）3140113030057王同車輛3班前期調(diào)研工作、三維圖車架橫梁的建立、保險(xiǎn)杠的有限元分析、第四章說明書的完善、方案二二維圖的建立、方案優(yōu)化、總結(jié)。（18%）4140113030067羅同學(xué)車輛3班前期調(diào)研工作、二維圖的設(shè)計(jì)建立、三維圖后保險(xiǎn)杠的建立、縱梁的有限元分析、PPT的制作、第二章說明書的編寫、方案優(yōu)化。（22%）5140113030056王學(xué)車輛3班前期調(diào)研工作、截面力學(xué)性能分析、三維圖縱梁的建立、元寶梁的有限元分析、接頭的有限元分析、第三章說明書的編寫、優(yōu)化。（19%）題目選題方向車架設(shè)計(jì)與性能仿真分析題目救護(hù)車車架設(shè)計(jì)與性能仿真分析主要內(nèi)容(1) 調(diào)研與方案論證。查閱文獻(xiàn)資料，給出項(xiàng)目實(shí)施思路、實(shí)施流程及初步設(shè)計(jì)方案。了解典型車輛車架在不同工況下的承載條件，以及總體布置設(shè)計(jì)方法；調(diào)研并進(jìn)行產(chǎn)品對標(biāo)，明確關(guān)鍵的性能指標(biāo)。(2) 車架總布置設(shè)計(jì)與3D模型建立。結(jié)合車輛特點(diǎn)和需求，車架總布置主要包括：發(fā)動(dòng)機(jī)變速器布置懸置點(diǎn)及連接方式、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)連接位置及方式、電瓶位置、與車身連接的懸置點(diǎn)位置及連接方式、備胎位置及連接方式等；根據(jù)載荷設(shè)計(jì)主要縱橫梁結(jié)構(gòu)斷面形狀和尺寸；確定車架各個(gè)組成零件連接方案；繪制車架總布置方案草圖；建立車架縱橫梁的三維幾何模型，裝配車架。(3) 性能分析與評價(jià)。根據(jù)目標(biāo)車輛的典型工程需求和法規(guī)要求，應(yīng)用有限元軟件分析車架的整體扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度，并分析接頭剛度。結(jié)果分析，考慮制造成本、制造對環(huán)境的影響等因素，提出改進(jìn)方案，對車架總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化再設(shè)計(jì)。(4) 制造工藝論證與成本評估。對車架零件沖壓、焊裝工藝流程進(jìn)行分析論證，評估制造成本。(5) 撰寫研究報(bào)告，制作答辯PPT，進(jìn)行小組匯報(bào)與答辯?；疽?1) 項(xiàng)目應(yīng)由小組成員共同完成，組員要分工明確，采用調(diào)研和討論等方式，充分了解所設(shè)計(jì)系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系和制約關(guān)系，并作為影響因素考慮到設(shè)計(jì)中。(2) 項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、法律、安全、健康等制約因素，并體現(xiàn)一定的創(chuàng)新意識。(3) 提交設(shè)計(jì)綜合報(bào)告、方案設(shè)計(jì)2D草圖、車架設(shè)計(jì)3D模型和有限元模型，以及PPT匯報(bào)材料。時(shí)間節(jié)點(diǎn)17周 完成調(diào)研與方案論證，形成調(diào)研報(bào)告18周 完成車架總布置設(shè)計(jì)2D草圖，建立車架3D模型。19周 完成車架性能分析與評價(jià)，提出優(yōu)化方案。20周 完成制造工藝論證與成本評估。撰寫研究報(bào)告，進(jìn)行小組匯報(bào)與答辯。整體參數(shù)總長（mm）總寬（mm）保險(xiǎn)杠寬度（mm）厚度（mm）縱梁（mm）第三橫梁（mm）元寶梁長寬厚長寬厚長寬厚6321.4511561667.74138.558906571070.28271149218.77指導(dǎo)教師：梁 晨 陳俊云 董國疆 崔亞平 王建國2017 年12月15日目錄目錄目 錄第1章 車架調(diào)研及方案論證11.1 國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)展11.1.1 車架結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展11.1.2 車架性能分析技術(shù)進(jìn)展41.1.3 車架制造工藝技術(shù)進(jìn)展41.2 車架設(shè)計(jì)與制造中的存在問題51.3車架總布置設(shè)計(jì)方案61.3.1 方案一61.3.2 方案二71.4 車架總布置方案論證81.4.1 使用性能分析81.4.2 制造工藝分析121.5 參考文獻(xiàn)13第2章 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維建模142.1 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)142.1.1 梁截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)162.2.2接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)182.2 車架三維建模192.2.1 縱梁幾何模型建立192.2.2 保險(xiǎn)杠幾何模型建立192.2.3 橫梁幾何模型建立212.2.4 接頭幾何模型建立222.2.5 車架整體裝配23第3章 車架有限元模型建立與性能仿真分析243.1有限元模型建立要點(diǎn)技術(shù)說明243.1.1刪除細(xì)節(jié)243.1.2減維243.2零部件性能仿真分析253.2.1 縱梁性能仿真分析253.2.2 保險(xiǎn)杠性能仿真分析263.2.3 橫梁性能仿真分析283.2.4 接頭性能仿真分析333.2.5 車架總體結(jié)構(gòu)性能仿真分析35第4章 車架制造工藝可行性分析394.1關(guān)于制造工藝過程中的討論394.1.1關(guān)于“車架縱橫梁連接方式的確定”的討論394.1.2關(guān)于“沖壓工藝的確定及其對環(huán)境的影響”的討論394.1.3關(guān)于“焊裝工藝的確定及其對環(huán)境的影響”的討論404.2零件沖壓工藝可行性分析404.2.1車架整體設(shè)計(jì)說明：404.2.2橫縱梁成型工藝414.2.3保險(xiǎn)杠成型工藝424.3總體裝焊工藝可行性分析444.3.1裝焊工藝對環(huán)境的影響444.3.2 裝焊流程454.4車架總體制造成本評估484.4.1材料費(fèi)的計(jì)算：484.4.2模具費(fèi)的計(jì)算：494.4.3沖壓費(fèi)的計(jì)算：494.4.4機(jī)加工費(fèi)的計(jì)算：504.4.5焊接費(fèi)的計(jì)算：504.4.6 機(jī)器磨損費(fèi)及其他費(fèi)用：504.4.7總費(fèi)用的計(jì)算：50總 結(jié)52第1章 車架調(diào)研及方案論證第1章 車架調(diào)研及方案論證1.1 國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)展國內(nèi)外車架整體朝著輕量化、大梁式和承載式車架是占絕大多數(shù)的主流車架形式，但它們都分別有著顯著的缺點(diǎn)，即笨重和剛度不足。于是近年出現(xiàn)了融合這兩者優(yōu)點(diǎn)和車架設(shè)計(jì)方案，在承載式結(jié)構(gòu)的車廂底部增加了獨(dú)立的鋼框架，可以認(rèn)為是簡化的大梁結(jié)構(gòu)，從而在保證剛度的同時(shí)，重量和重心又比大梁式結(jié)構(gòu)大為下降。由于對性能要求很高，而車身的剛度不足的汽車，在承載式車架的底部加焊了類似大型橫梁的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)了剛度。今后這種“雜交”車架的形式肯定會更層出不窮。1.1.1 車架結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展1.1.1.1車架整體結(jié)構(gòu)車架主要由縱梁、橫梁、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、離合器支架及其他附件組合而成。車架按照工藝的不同又分為焊接車架、鉚接車架、鉚/焊接的車架。中重型卡車主要采用鉚接車架。車架按結(jié)構(gòu)的不同來分類主要結(jié)構(gòu)型式有：邊梁式車架、X型車、無梁式車架、中梁式車架（或稱脊骨式車架）和綜合式車架。其中以邊梁式車架應(yīng)用最廣。邊梁式車架由兩根位于兩邊的縱梁和若干根橫梁組成，用鉚接法或焊接法將縱梁與橫梁連接成堅(jiān)固的剛性構(gòu)架。通常用低合金鋼板沖壓而成，斷面形狀一般為槽形，也有的做成Z字形或箱形斷面。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是便于安裝駕駛室、車廂及一些特種裝備和布置其它總成，有利于改裝變型車和發(fā)展多品種汽車。被廣泛采用在載貨汽車，皮卡和大多數(shù)的越野汽車上。近代轎車為了保證良好的整車性能，盡量降低中心和有利于前后懸架的布置，把結(jié)構(gòu)需要放在第一位，兼顧車架加工工藝性，所以車架形狀設(shè)計(jì)的比較復(fù)雜而實(shí)用，具體形式見圖1-1。圖1-1 邊梁式車架無梁式車架用車身兼做車架。汽車的所有零部件、總成都安裝在車身上，載荷也由車身來承受如具體形式見圖1-2所示。車身底板用縱梁和橫梁加固，車身剛度較好，質(zhì)量較輕，但制造要求高。目前廣泛用于轎車和客。 圖1-2 無梁式車架X型車架由兩根縱梁以及X梁組成，如圖1-3，實(shí)際上是邊梁式車架的改進(jìn)，有一定的抗扭剛度，X橫梁能將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)閺澗?，對短而寬的車架，這種效果最明顯。圖1-3 X車架中梁式車架只有一根位于中央而貫穿汽車全長的縱梁，亦稱為脊骨式車架，具體形式見圖1-4。中梁式車架有較好的抗扭轉(zhuǎn)剛度和較大的前輪轉(zhuǎn)向角，在結(jié)構(gòu)上允許車輪有較大的跳動(dòng)空間，便于裝用獨(dú)立懸架，從而提高了汽車的越野性；與同噸位的載貨汽車相比，其車架輕，整車質(zhì)量小，同時(shí)質(zhì)心也較低，故行駛穩(wěn)定性好；車架的強(qiáng)度和剛度較大；脊梁還能起封閉傳動(dòng)軸的防塵罩作用。但是制造工藝復(fù)雜，精度要求高，總成安裝困難，維護(hù)修理也不方便，故目前應(yīng)用較。 圖1-4 中梁式車架綜合式車架的前后部分相似于邊梁式車架，以便分別安裝發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)橋，中部為一短脊梁管，傳動(dòng)軸從短管內(nèi)通過，具體形式見圖1-5。是邊梁式和脊梁式的綜合，中部的抗扭剛度合適，但中部地板凸包較大，制造工藝復(fù)。 圖1-5 綜合車架1.1.1.2車架設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展由于車架的結(jié)構(gòu)和受力的復(fù)雜性，手工計(jì)算是無法完成的。自20世紀(jì)80年代以來，隨著CAD/CAE技術(shù)的發(fā)展和推廣以及計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，國內(nèi)汽車行業(yè)已開始將CAD/CAE應(yīng)用于汽車車架的設(shè)計(jì)計(jì)算中。運(yùn)用大型通用軟件進(jìn)行汽車車架零件CAD建模，采用構(gòu)件裝配方法建立了車架三維模型。利用ideas對某車型車架進(jìn)行有限元建模，對車架按5個(gè)靜態(tài)工況進(jìn)行計(jì)算分析，同時(shí)對車架進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較分析。分析后得到車架應(yīng)力和變形的數(shù)值及規(guī)律，從而設(shè)計(jì)和改善車。 1.1.2 車架性能分析技術(shù)進(jìn)展早期汽車車架的結(jié)構(gòu)分析方法采用的是試驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)交叉這兩種。通過將車架簡化成兩根縱梁,再對其進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核,顯然滿足不了汽車車架的設(shè)計(jì)要求早期多采用梁單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散化。分析的初步結(jié)果是令人滿意的，但由于梁單元本身的缺陷，例如梁單元不能很好的描述結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的車架結(jié)構(gòu)，不能很好的反應(yīng)車架橫梁與縱梁接頭區(qū)域的應(yīng)力分布，而且它還忽略了扭轉(zhuǎn)時(shí)截面的翹曲變形，因此梁單元分析的結(jié)果是比較粗糙的，而板殼單元克服了梁單元在車架建模和應(yīng)力分析時(shí)的局限，基本上可以作為一種完全的強(qiáng)度預(yù)測手段，逐漸被應(yīng)用到汽車車架結(jié)構(gòu)分析中，使分析精度大為提。從60年代起就開始運(yùn)用有限元法進(jìn)行汽車車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的計(jì)算。1970年美國宇航局將NASTRAN有限元分析程序引入汽車結(jié)構(gòu)分析中，對車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜強(qiáng)度有限元分析，減輕了車架的自重，是最早進(jìn)行車架輕量化的分析。當(dāng)前國外各大汽車公司利用有限元軟件進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其工作重心已轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)分析、噪聲分析、碰撞分析等領(lǐng)域。而我國大約是在七十年代末才把有限元法應(yīng)用于車架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析中。在有限元法對汽車車架結(jié)構(gòu)的分析中，早期多采用梁單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散化。近十年來，由于計(jì)算機(jī)軟件與硬件的飛速發(fā)展，板殼單元逐漸被應(yīng)用到汽車車架結(jié)構(gòu)分析中，使分析精度大為提高，由過去的定性或半定量的分析過度到定量階段，當(dāng)前國內(nèi)對于有限元法應(yīng)用于車架結(jié)構(gòu)分析的研究只是限于車架或車架結(jié)構(gòu)在靜態(tài)扭轉(zhuǎn)、彎曲載荷以及幾種極限工況載荷作用下的分析，得出車架結(jié)構(gòu)的靜態(tài)應(yīng)力分布，并對其進(jìn)行了局部的修改，由于軟硬件對計(jì)算模型規(guī)模的限制，模型的精細(xì)化程度不夠，因而結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度分析的結(jié)構(gòu)還比較粗略，計(jì)算結(jié)果多用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的方案比較，離虛擬實(shí)驗(yàn)的要求還有相當(dāng)大的差距。1.1.3 車架制造工藝技術(shù)進(jìn)展（1）加工方式的進(jìn)展車架是重要承載件，多用模壓成型工藝，故要求材料有較高的強(qiáng)度、塑性、疲勞耐久性、碰撞能量吸收能力和焊接性等，一般選用成型性能較好的高強(qiáng)度鋼板、超細(xì)晶粒鋼板和超高強(qiáng)度板。傳統(tǒng)制造方法分為熱加工和冷加工，熱加工包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面改性等。冷加工包括切削、沖壓、特種加工等?，F(xiàn)代制造技術(shù)以機(jī)械為主，交叉融合了光、電、聲、材料、管理等學(xué)科的綜合。（2）選材方面的進(jìn)展車架選材方面，汽車大梁不但承受較大的靜載荷，而且要承受一定的沖擊、振動(dòng)等，故要求鋼板有一定強(qiáng)度、耐疲勞性能、沖壓性能和冷彎性能。目前在汽車制造中，汽車車架使用最多的是優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼16Mn厚鋼板制造橫縱梁等結(jié)構(gòu)件。這種鋼板具有良好的塑性加工性能、沖壓性能、冷彎性能、拼焊性能，強(qiáng)度和剛度也能滿足汽車車架使用要求。（3）加工工藝流程的進(jìn)展車架焊接一般經(jīng)歷下列幾個(gè)工程，加熱熔化冶金反應(yīng)結(jié)晶固態(tài)相變形成接頭。目前國內(nèi)車架一般加工工藝流程已經(jīng)發(fā)展為：縱梁準(zhǔn)備縱梁橫梁裝配支撐板裝配橫梁鉚接翻轉(zhuǎn)鉚接零部件補(bǔ)裝零部件鉚接翻轉(zhuǎn)、打印流水號車架調(diào)整調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)涂。 1.2 車架設(shè)計(jì)與制造中的存在問題（1） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面1) 車架輕量化問題 通過加厚車架板件能夠很好地提高其剛度，但是這會增加車架質(zhì)量，降低汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。為了保證汽車具有足夠的剛度和燃油經(jīng)濟(jì)性，車架輕量化成為載貨汽車的發(fā)展趨勢。 2） 車架受激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)的問題 現(xiàn)代汽車絕大多數(shù)都具有車架，用于支承聞結(jié)汽車的各零部件，并承受來自車內(nèi)外的各種載荷。汽車車架受到來自路面和車橋的激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)，因某些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，由于振動(dòng)而產(chǎn)生彎曲，扭轉(zhuǎn)等變形，會造成某些部件疲勞破壞，甚至斷裂。 （2）性能分析方面1）車架總體碰撞性能能否達(dá)到要求對于非承載式車身結(jié)構(gòu)的車輛來說,車架是汽車碰撞中最主要的吸能元件,50%以上的撞擊能量均為車架所吸收,因此研究車架的碰撞特性有著重要意義。2）車架碰撞恢復(fù)性能問題汽車碰撞后車架可修復(fù)的能力。3） 由于有限元分析法等技術(shù)的缺陷引發(fā)的問題有限元方法僅把車架簡化為理想的模型，所加載的力和所處工況并不能全面體現(xiàn)車架實(shí)際使用時(shí)的復(fù)雜條件下的形式。（3）制造工藝方面車架涂裝問題我國車架涂裝水平相差比較懸殊，大批量生產(chǎn)總體上好于小批量生產(chǎn)。存在的共性問題是，銳邊、焊縫及縫隙部位涂漆不完全，即使采用陰極電泳，由于結(jié)構(gòu)限制及工序間銹蝕導(dǎo)致前處理不良，也不能避免這些質(zhì)量缺陷。與國外相比，我們最好的水平與日本和韓國相當(dāng)，但不及歐美。1.3車架總布置設(shè)計(jì)方案1.3.1 方案一采用邊梁式車架，動(dòng)力裝置采用前置后驅(qū)，見圖1-6。 圖1-6 總布置一優(yōu)點(diǎn)：1.操控性好。后輪負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)，令前輪可專注于轉(zhuǎn)向工作，因此轉(zhuǎn)向時(shí)的車輛反應(yīng)更加敏捷；2.因?yàn)橐恍┙M件從車輛前部移至后部，使整車的前后配重比可以接近或達(dá)到50：50的完美比例，大大提升了車輛行駛的平衡性和穩(wěn)定性，所以操控性更加優(yōu)異，這就是為什么大多數(shù)跑車采用后輪驅(qū)動(dòng)的原因；3.起步加速表現(xiàn)好，舒適度高。車輛汽車起步、加速或爬坡時(shí)重心后移，后輪作為驅(qū)動(dòng)輪抓地力增強(qiáng)，有利于車輛起步、加速或爬坡，提供更好的行駛穩(wěn)定性和舒適度；4.維修容易，前置后驅(qū)的安排使發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器等部件更接近駕駛室，簡化了操縱機(jī)構(gòu)的布局和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，便于車輛的保養(yǎng)和維修。缺點(diǎn)：傳動(dòng)路線長，動(dòng)力損耗大，傳動(dòng)效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加，不利于車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。 將運(yùn)用有限元分析法對車架的靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析，進(jìn)而對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、改性和優(yōu)化。將從車架的使用性能、制造工藝進(jìn)行分析。1.3.2 方案二采用中梁式車架，中梁式車架只有一根位于中央貫穿前后的縱梁，因此亦稱為脊梁式車架，見圖1-7，多用于越野車。圖1-7 總布置二優(yōu)點(diǎn)：這種結(jié)構(gòu)對于橫向彎曲及其水平菱形扭動(dòng)有很好的抵御作用。缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜，維修不便。1.4 車架總布置方案論證1.4.1 使用性能分析1.4.1.1碰撞安全性車架碰撞變形主要有5種類型：左右彎曲變形、上下彎曲變形、斷裂變形、菱形變形、扭轉(zhuǎn)變形。圖1-8、圖1-9、圖1-10所示為車架碰撞變形圖。圖1-8 車架前后部的左右彎曲變形 圖1-9 車架前后部的上下彎曲變形圖1-10 車架扭曲變形方案一：由以上分析可以看出，車架縱梁的主要變形發(fā)生在縱梁的拱形處。拱形凸起處是縱梁結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，針對這種情況，我們在設(shè)計(jì)時(shí)，在前后縱梁端部增加一段波紋加工過的碰撞吸能區(qū)，如圖1-11，并將該吸能區(qū)用螺栓連接在縱梁上，在碰撞時(shí)可以充分吸收碰撞能量。圖1-11 車架吸能區(qū)示意圖邊梁式車架的縱梁在其最大寬度處支撐著車身，在車身受到側(cè)向沖擊時(shí)可以為乘員提供保護(hù)，在正面碰撞時(shí)，可以吸收大部分能量，在側(cè)向碰撞中，由于中心梁靠近前面地板邊側(cè)構(gòu)件，使乘坐室受到保護(hù)，同時(shí)因乘坐室地板低，從而質(zhì)心降低，具體布置見圖1-12。圖1-12 邊梁式車架示意圖在縱梁內(nèi)部增加防撞梁可以有效避免碰撞，布置如圖1-13。 圖1-13 前后保險(xiǎn)杠示意圖方案二：碰撞時(shí)對于橫向彎曲及其水平菱形扭動(dòng)有較好的抵御作用。傳動(dòng)軸由中梁內(nèi)孔通過，主減速器殼通常固定在中梁尾端。中梁式車架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是中梁的斷面可做成管形或箱形，中梁式車架有較大的扭轉(zhuǎn)剛度并使車輪有較大的運(yùn)動(dòng)空間，便于采用獨(dú)立懸架，車架較輕，減輕了整車質(zhì)量，重心也較低，行駛穩(wěn)定性好。但整體碰撞性能不如邊梁式車架。1.4.1.2強(qiáng)度方案一：邊梁式車架由兩根位于兩邊的縱梁和若干橫梁組成，用鉚接法或焊接法將縱梁與橫梁連接成堅(jiān)固的剛性結(jié)構(gòu)。方案二：中梁式車架只有一根位于中央貫穿前后的縱梁，中梁的斷面可以做成管型或者箱型。這種結(jié)構(gòu)的車架有較大的扭轉(zhuǎn)剛度，使車輪有較大的運(yùn)動(dòng)空間。1.4.1.3成本 車架的使用性能成本主要體現(xiàn)在保養(yǎng)與故障維修方面。方案一：邊梁式車架出現(xiàn)的主要故障及其解決方法有：（1） 車架總成變形的校正，其解決辦法為：用兩根導(dǎo)鏈栓住某一個(gè)固定位臵,用千斤頂將車架寬度最小的位臵用力往外頂,頂出超出車架寬度的尺寸,停留半小時(shí)后在把千斤頂松掉進(jìn)行檢測車架的寬度是否符合尺寸的要求即可。（2） 彎曲變形，其解決方法為：用一個(gè)導(dǎo)鏈栓住縱梁離地面高的一端固定在地樁上,用千斤頂頂住離地面低的一端,用力往上頂超出另一端的高度5-10CM停留半小時(shí)后松掉進(jìn)行檢測,左右離地面高度在公差范圍內(nèi)即可。（3） 車架各部位鉚釘松動(dòng)脫落的維修，其解決方法為：車架總成原使用的鉚釘松動(dòng)脫落可用10.9級的高強(qiáng)度螺栓緊固.平衡軸懸掛橫梁下邊的鉚釘松動(dòng)脫落必須用高強(qiáng)度螺栓自鎖螺母緊固,并使用螺紋緊固膠。方案二：中梁式車架的維護(hù)，其解決方法有：（1）按期清洗車架上的泥垢，清洗時(shí)，只能用水沖或用毛刷子洗刷，而不能用鐵片鏟刮。（2）帶拖車時(shí)，起步應(yīng)緩慢，以免掛鉤或牽引鉤斷裂或車架變形。拉桿不可彎曲，要能靈活移動(dòng),可用機(jī)油加以潤滑。（3）車架上的漆如脫落，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)好，以防銹蝕。（4）在進(jìn)行一級維護(hù)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)檢查車架的鉚釘是否松動(dòng)，縱橫梁有無裂紋和彎曲之處。（5）進(jìn)行二級維護(hù)時(shí)，應(yīng)全面檢查車架是否彎曲、扭轉(zhuǎn)、斷裂、開焊或鉚釘松動(dòng)。1.4.1.4法規(guī) 設(shè)計(jì)車架符合標(biāo)準(zhǔn)編號：QC/T 457-2013 救護(hù)車、標(biāo)準(zhǔn)編號：WS/T 292-2008 救護(hù)車、標(biāo)準(zhǔn)編號：GB17354-1998 汽車前、后端保護(hù)裝置1.4.2 制造工藝分析1.4.2.1成本 方案一汽車結(jié)構(gòu)的輕量化對汽車節(jié)能和環(huán)保具有重要意義，對汽車進(jìn)行減重，可以節(jié)約原材料的使用，使汽車的制造成本隨之下降，同時(shí)重量輕的汽車也意味著較低的燃油消耗，有利于節(jié)能環(huán)保。由于車架重量占汽車重量的比重較大，所以減輕車架重量又成為車輛輕量化研究中的重點(diǎn)。槽型梁主要工序?yàn)檎蹚?，成本低。邊梁式車架結(jié)構(gòu)簡單，較為容易制造出。橫縱梁之間采用鉚接，易加工，成本低。方案二：中梁式車架要求精度較高，與同噸位的載貨汽車相比，其車架輕，整車質(zhì)量小，采用的制造方法多為較精細(xì)的方案，加工難度高，總成安裝困難，維護(hù)修理也不方便，目前應(yīng)用較少。1.4.2.2法規(guī) 設(shè)計(jì)車架符合標(biāo)準(zhǔn)編號：QC/T 457-2013 救護(hù)車、標(biāo)準(zhǔn)編號：WS/T 292-2008 救護(hù)車、標(biāo)準(zhǔn)編號：GB17354-1998 汽車前、后端保護(hù)裝置1.4.2.3環(huán)境保護(hù)不管是方案一還是方案二，裝配過程中都有可能用到焊接的裝配方法，焊接對環(huán)境的主要危害有： （1）焊接操作者面臨隨時(shí)可能發(fā)生的著火、爆炸、觸電、灼燙、高處墜落和急性中毒等危險(xiǎn)，以及弧光、電焊煙塵、有毒氣體、高頻電磁輻射、射線、噪聲和熱輻射等有害因素的影響，容易發(fā)生工傷事故和職業(yè)危害，并造成環(huán)境污染。 （2）焊接煙塵： 焊接煙塵粒子小，煙塵呈碎片狀，粒徑為1m左右,粘性大。 有害氣體：焊接時(shí)高溫電弧下產(chǎn)生的，主要有臭氧、氮氧化物、一氧化碳、氟化物及氯化物等。 （3）高頻電磁輻射：氬弧焊接和等離子焊接的擴(kuò)大應(yīng)用產(chǎn)生的。當(dāng)?shù)入x子焊和氬弧焊采用高頻振蕩器引弧時(shí)，振蕩器要產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻振蕩，擊穿鎢極與噴嘴之間的空氣隙，引燃等離子弧。另外，又有一部分能量以電磁波的形式向空間輻射，形成了高頻電磁場，對局部環(huán)境造成污染。 （4）光輻射:各種明弧焊、保護(hù)不好的隱弧焊以及處于造渣階段的電渣焊，都要產(chǎn)生外露電弧，形成光輻射。光輻射的強(qiáng)度取決于以下因素：焊接工藝參數(shù)，焊接方法，距施焊點(diǎn)的距離以及相對位置，防護(hù)方法。綜上所述，經(jīng)過綜合考慮，選擇方案一進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.5 參考文獻(xiàn)1 黃天澤，黃金陵.汽車車架結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)J. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 2 王永倫.汽車制造工藝基礎(chǔ)J. 機(jī)械工業(yè)出版設(shè),2012-01-013 汽車構(gòu)造M. 機(jī)械工業(yè)出版社 , 李晶華主編, 20064 陳家瑞 汽車構(gòu)造 下冊 北京：人民交通出版社 2002.25 谷安濤,常國振.汽車車架設(shè)計(jì)計(jì)算的有限元法J. 汽車技術(shù),1977(6):54-656 張宏偉. 客車車身結(jié)構(gòu)有限元分析，大連理工大學(xué)碩士論文，2005.127 王永倫.汽車制造工藝基礎(chǔ)J. 機(jī)械工業(yè)出版設(shè),2012-01-018 汽車制造工藝基礎(chǔ) 謝永東 機(jī)械工業(yè)出版社 2008-1-19 有限元法應(yīng)用于汽車車架結(jié)構(gòu)分析中的幾個(gè)問題 黃金陵 吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 1980年01期.59第2章 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維建模第2章 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維建模2.1 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）功能和可靠性 車架設(shè)計(jì)首先要保證的就是產(chǎn)品的功能和可靠性，并且要保證產(chǎn)品有良好的工藝性。車架設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造性勞動(dòng)，新穎的設(shè)計(jì)要求有新的構(gòu)思，對此設(shè)計(jì)人員一方面應(yīng)大膽的采用新理論和新結(jié)構(gòu)，另一方面也要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)采用原有的成功的技術(shù)和結(jié)構(gòu)。車架設(shè)計(jì)涉及到工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，主要基本要素有：材料、強(qiáng)度、撓度、剛度、穩(wěn)定性；摩擦、磨損、潤滑；形狀、尺寸、表面加工、體積、重量、風(fēng)格；溫度、噪聲、腐蝕；可靠性；控制；使用、安全、價(jià)格；以及維修等。（2）強(qiáng)度計(jì)算 車架屬于整車中的關(guān)鍵件，其中強(qiáng)度不夠產(chǎn)生的斷裂直接影響著整車可靠性和安全性。因此在設(shè)計(jì)車架時(shí)強(qiáng)度時(shí)零件的基本要求。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)盡可能精確地確定作用在零件上載荷地性質(zhì)、大小、方向和作用點(diǎn)。由于在設(shè)計(jì)中一方面很難確定載荷的全部要素；而且即使同一種材料做成的試樣對載荷、溫度、環(huán)境等條件 所顯示地抵抗能力也會出現(xiàn)差異。這樣，計(jì)算的結(jié)果就不能準(zhǔn)確的表示實(shí)際的承載能力。為此，在車架設(shè)計(jì)中常做出各種假設(shè)，以便對產(chǎn)品進(jìn)行力學(xué)計(jì)算和強(qiáng)度分析。假設(shè)既要反映實(shí)際情況，又要便于計(jì)算。一般這種假設(shè)都偏于保守，也有考慮不周而失效的。所以對于車架的設(shè)計(jì)必須要通過試驗(yàn)和試用，證明該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是成功的。車架一般設(shè)計(jì)流程如圖2-1所示圖2-1 設(shè)計(jì)流程圖注釋說明：1）需要設(shè)計(jì)輸入的參數(shù)有如下內(nèi)容：整車總體尺寸參數(shù)、貨箱尺寸參數(shù)、軸距布置尺寸、整車前后懸尺寸、整車最大承載量等2）影響車價(jià)寬度的尺寸確定的參數(shù)有：整車寬度、車橋輪距、轉(zhuǎn)向橋的最大轉(zhuǎn)向、懸架彈簧中心跨距、發(fā)動(dòng)機(jī)外廓尺寸等3）車架材料確定需考慮的參數(shù)有：縱梁截面尺寸范圍、加工制造工藝可能性、Benchmark、車輛承載范圍等4）確定車技縱梁截面尺寸需要考慮的指標(biāo)有：縱梁截面抗彎強(qiáng)度5）確定車架橫梁結(jié)構(gòu)需要考慮的指標(biāo)有：加工制造工藝可能性、Benchmark、車架抗扭強(qiáng)度、動(dòng)力傳動(dòng)總成的布置情況、是否帶牽引鉤等6）車架布置需要考慮的因素有：動(dòng)力傳動(dòng)總成布置情況、取力器或減震器的布置、懸掛布置7）車架FEA分析按國家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8）車價(jià)零件工程設(shè)計(jì)輸出的數(shù)據(jù)有：零件詳細(xì)三維數(shù)模、零件詳細(xì)工程圖紙、零件材料、零件重量、零件加工公差要求9）車架臺架測試方法：車架臺架疲勞試驗(yàn)根據(jù)設(shè)計(jì)慣例、各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)及要求，擬選用邊梁式車架，主要由兩根縱梁和7根橫梁鉚接而成。橫梁也用鋼板沖壓成槽形，以增強(qiáng)車架的抗扭強(qiáng)度。前橫梁上裝置冷卻水散熱器，第二根橫梁作為發(fā)動(dòng)機(jī)的前懸置支座。為了盡可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置，以改善駕駛員的視野，因此該橫梁做成下凹形。兩根縱梁和所有橫梁鉚接后，其前后寬度有相應(yīng)變化，避免縱梁寬度轉(zhuǎn)折處應(yīng)力集中，提高車架的使用壽命。車架前端裝有橫梁式的緩沖件保險(xiǎn)杠。當(dāng)汽車突然受到障礙物的沖擊時(shí)，它可以保護(hù)翼子板和散熱器，使之不受損傷。2.1.1 梁截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)縱梁用鋼板沖壓成槽形。其特點(diǎn)是容易成型，彎曲剛度大、強(qiáng)度高，零件安裝與緊固方便?？v梁斷面尺寸確定應(yīng)依據(jù)車型的最大承載量、用途和使用工況來確定。首橫梁即第一橫梁，一般為通用槽型橫梁。元寶梁整體形狀設(shè)計(jì)為U型，一方面可以避開發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的干涉，另一方面可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱部位車架的強(qiáng)度和抗扭剛度，減少安裝在車架上的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)懸置的振動(dòng)幅度。第三橫梁則應(yīng)避開與變速箱傳動(dòng)軸等部件的干涉的同時(shí)，還要考慮平臺之間車架的通過性，而且要盡量靠前，改善元寶梁的受力狀態(tài)。對于單后橋車型，后懸架為鋼板彈簧結(jié)構(gòu)，在后懸與車架的前后支架點(diǎn)處各布置一橫梁，以承受后橋傳來的載荷，同樣采用槽型梁結(jié)構(gòu)。前后保險(xiǎn)杠統(tǒng)一采用呂型截面縱梁、橫梁、保險(xiǎn)杠截面設(shè)計(jì)草圖如圖2-2所示，其中a、c為橫梁，d為縱梁，b為保險(xiǎn)杠。 a b c d圖2-2 各梁及保險(xiǎn)杠截面所選材料依據(jù)建議的類型（形狀、高度）以及材料厚度可以滿足材料應(yīng)力極限，一般情況下，通過計(jì)算后可得到的應(yīng)力值是材料屈服極限的三分之一，被認(rèn)為是安全的。衡量截面校核：截面形狀校核,將縱梁簡化為簡直梁，應(yīng)用平行移軸定理和圖乘法計(jì)算當(dāng)撓度為1mm時(shí)縱梁所承受的載荷，圖2-3為圖乘法力矩圖。圖2-3 圖乘法力矩圖求得F=404kN，載重滿足要求2.2.2接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鉚接的主要特點(diǎn)是：工藝簡單、聯(lián)接可靠、抗振、耐沖擊。相對螺栓聯(lián)接而言，鉚接更為經(jīng)濟(jì)、重量更輕，適于自動(dòng)化安裝。縱梁與橫梁連接接頭采用鉚接，如圖2-4所示。圖2-4 鉚接接頭元寶梁與橫梁連接采用電阻點(diǎn)焊。電阻點(diǎn)焊具有的采用內(nèi)部熱源、熱量集中、熱影響區(qū)小、產(chǎn)品變形小，能獲得較好地表面加工質(zhì)量、易操作、不使用外加焊接耗材等特點(diǎn)，如圖2-5所示。圖2-5 焊接接頭2.2 車架三維建模2.2.1 縱梁幾何模型建立縱梁使用CATIA多截面曲面功能，在縱梁首尾兩端截面建立截面的草圖，并以縱梁空間曲線為引導(dǎo)線，建立多截面曲面，如圖2-6所示。圖2-6 縱梁-多截面曲面然后使用加厚曲面功能，雙向偏移生成實(shí)體，如圖2-7所示。圖2-7 縱梁幾何模型2.2.2 保險(xiǎn)杠幾何模型建立使用CATIA掃掠功能，輪廓為保險(xiǎn)杠截面，引導(dǎo)曲線為能反映保險(xiǎn)杠形狀的草圖曲線，如圖2-8所示。圖2-8保險(xiǎn)杠-掃掠然后使用加厚曲面功能，雙向偏移生成實(shí)體，如圖2-9所示。圖2-9 保險(xiǎn)杠幾何模型吸能盒則用凸臺建立，如圖2-10所示。圖2-10 吸能盒幾何模型最后得到完整保險(xiǎn)杠幾何模型如圖2-11所示。圖2-11 保險(xiǎn)杠與吸能盒幾何模型2.2.3 橫梁幾何模型建立橫梁幾何模型建立與保險(xiǎn)杠相似，均是以掃掠功能為基礎(chǔ)，然后使用加厚曲面得到的。包括元寶梁在內(nèi)，一共7根橫梁，如圖2-12所示。圖2-12 橫梁幾何模型2.2.4 接頭幾何模型建立接頭幾何模型建立與吸能盒相似，通過建立凸臺生成，接頭模型如圖2-13所示圖2-13-a 接頭幾何模型圖2-13-b 全部接頭幾何模型2.2.5 車架整體裝配簡述車架整體裝配過程，并給出車架幾何、物理信息，包括質(zhì)心、重量、慣量等。按照統(tǒng)一坐標(biāo)系建立各零件模型，將各Part導(dǎo)入同一Product，即可自動(dòng)裝配。使用應(yīng)用材料命令，分別將鋼和鋁應(yīng)用給車架和保險(xiǎn)杠，得到渲染圖，再使用測量慣量命令，即可得出質(zhì)心、重量、慣量等物理量，如圖2-14所示。圖2-14渲染圖及慣量測量第3章 車架有限元模型建立與性能仿真分析第3章 車架有限元模型建立與性能仿真分析3.1有限元模型建立要點(diǎn)技術(shù)說明將實(shí)際結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為有限元分析模型時(shí)，一般需考慮下面幾點(diǎn)：(1) 結(jié)構(gòu)對稱性的利用；(2) 刪除細(xì)節(jié)；(3) 減維（選取合適的單元類型）；(4) 有限元網(wǎng)格劃分；(5) 邊界條件的處理；(6) 建立節(jié)點(diǎn)載荷。對于具體對稱性的結(jié)構(gòu)，可利用對稱性來減少計(jì)算的規(guī)模。3.1.1刪除細(xì)節(jié)實(shí)際結(jié)構(gòu)往往是復(fù)雜的，在建立力學(xué)模型時(shí)常常將構(gòu)件或零件上的一些細(xì)節(jié)加以忽略而刪去，例如構(gòu)件的小孔、淺槽等。刪除細(xì)節(jié)的基本思想是“著眼于整體特征而不及其余”，因?yàn)檫@些細(xì)節(jié)對問題求解的影響很小，因而可以忽略。從幾何上看，細(xì)節(jié)的某些尺寸與分析對象的總體尺寸相比是很小的，而且對問題的影響可以忽略；但尺寸細(xì)小是一個(gè)必要的條件而不是充分條件，例如有一個(gè)小孔橫向貫穿于軸，這個(gè)小孔對軸的剛度也許沒有多大影響，但是對于疲勞強(qiáng)度和應(yīng)力集中卻不一定能予以忽略。所以，細(xì)節(jié)可否刪除，要多方面考慮，諸如分析的目標(biāo)、載荷與約束情況等等，需要具體問題具體分析。3.1.2減維任何構(gòu)件或零部件都是三維的，但是當(dāng)其某一個(gè)方向或某兩方向的尺寸遠(yuǎn)小于其他方向的尺寸時(shí)，就可以簡化為桿或板，這種簡化稱為減維。如果構(gòu)件在兩個(gè)方向的幾何尺寸為同一數(shù)量級，則往往簡化為二維板件。通常，這種構(gòu)件的厚度至少應(yīng)小于長、寬最小尺寸的1/51/8，根據(jù)受力特點(diǎn)，分別用模單元、板單元或殼單元來模擬。本次分析的車架使用殼單元模擬。3.2零部件性能仿真分析3.2.1 縱梁性能仿真分析1) 幾何條件：槽形截面，厚度為7mm；2) 物理?xiàng)l件：采用16Mn制造，彈性模量E=210000MPa，泊松比=0.3；3) 邊界條件：在前后懸與縱梁連接處設(shè)置約束，前懸處約束x，y，z方向滑動(dòng)和繞x，z的轉(zhuǎn)動(dòng)；后懸處約束y，z方向滑動(dòng)和繞x，z方向轉(zhuǎn)動(dòng)。4) 加載條件：利用對稱性，經(jīng)過簡化，在單根縱梁的正中間選取幾個(gè)點(diǎn)加載所設(shè)計(jì)車輛的一半載重量，如圖3-1所示。圖3-1 縱梁約束與載荷的加載縱梁如上述加載約束和載荷后，進(jìn)入Hyperview查看計(jì)算結(jié)果，其中縱梁變形如圖3-2所示，縱梁在此工況下的應(yīng)力狀況如圖3-3所示。圖3-2 Hyperview縱梁變形分析圖圖3-3 Hyperview縱梁應(yīng)力分析圖3.2.2 保險(xiǎn)杠性能仿真分析1) 幾何條件：呂字形截面，與縱梁螺栓連接，厚度為7mm；2) 物理?xiàng)l件：采用鋁合金制造，彈性模量E=70000MPa，泊松比=0.3；3) 邊界條件：在兩邊設(shè)置全約束；4) 加載條件：經(jīng)過簡化，在保險(xiǎn)杠的正中間選取幾個(gè)點(diǎn)加載掛鉤所施加的載荷，如圖3-4所示。圖3-4 保險(xiǎn)杠約束與載荷的加載保險(xiǎn)杠如上述加載約束和載荷后，進(jìn)入Hyperview查看計(jì)算結(jié)果，其中保險(xiǎn)杠變形如圖3-5所示，保險(xiǎn)杠在此工況下的應(yīng)力狀況如圖3-6所示。圖3-5 Hyperview保險(xiǎn)杠變形分析圖圖3-6 Hyperview保險(xiǎn)杠應(yīng)力分析圖3.2.3 橫梁性能仿真分析3.2.3.1 元寶梁1) 幾何條件：槽形截面，與縱梁焊接，厚度為7mm；2) 物理?xiàng)l件：采用16Mn制造，彈性模量E=210000MPa，泊松比=0.3；3) 邊界條件：在其兩端與縱梁連接處設(shè)置全約束；4) 加載條件：利用對稱性，經(jīng)過簡化，在其正中間選取幾個(gè)點(diǎn)加載所設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，如圖3-7所示。圖3-7 元寶梁約束與載荷的加載元寶梁如上述加載約束和載荷后，進(jìn)入Hyperview查看計(jì)算結(jié)果，其中縱梁變形如圖3-8所示，縱梁在此工況下的應(yīng)力狀況如圖3-9所示。圖3-8 Hyperview元寶梁變形分析圖圖3-9 Hyperview元寶梁應(yīng)力分析圖經(jīng)過對元寶梁變形和應(yīng)力的分析，得出結(jié)論：目前所用方案可以被進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。于是將其厚度改為5mm。再次使用Hyperview分析：其中縱梁變形如圖3-10所示，縱梁在此工況下的應(yīng)力狀況如圖3-11所示。圖3-10 Hyperview優(yōu)化后元寶梁變形分析圖圖3-11 Hyperview優(yōu)化后元寶梁應(yīng)力分析圖優(yōu)化后的元寶梁較之前既能達(dá)到使用需求，又節(jié)省了材料，使得整車重量減輕。3.2.3.2 第三橫梁1) 幾何條件：槽形截面，與縱梁鉚接，厚度為7mm；2) 物理?xiàng)l件：采用16Mn制造，彈性模量E=210000MPa，泊松比=0.3；3) 邊界條件：兩端與縱梁連接處設(shè)置全約束。4) 加載條件：利用對稱性，經(jīng)過簡化，在橫梁的一側(cè)選取幾個(gè)點(diǎn)加載所設(shè)計(jì)油箱重量，如圖3-12所示。圖3-12 第三橫梁約束與載荷的加載第三橫梁如上述加載約束和載荷后，進(jìn)入Hyperview查看計(jì)算結(jié)果，其中縱梁變形如圖3-13所示，縱梁在此工況下的應(yīng)力狀況如圖3-14所示。圖3-13 Hyperview第三橫梁變形分析圖圖3-14 Hyperview第三橫梁應(yīng)力分析圖經(jīng)過對變形和應(yīng)力的分析，得出結(jié)論：目前所用方案可以被進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。于是將其厚度改為3mm。再次使用Hyperview分析：其中縱梁變形如圖3-15所示，縱梁在此工況下的應(yīng)力狀況如圖3-16所示。圖3-15 Hyperview優(yōu)化后第三橫梁變形分析圖圖3-16 Hyperview優(yōu)化后第三橫梁應(yīng)力分析圖優(yōu)化后的第三橫梁較之前既能達(dá)到使用需求，又節(jié)省了材料，使得整車重量減輕。3.2.4 接頭性能仿真分析3.2.4.1彎曲剛度分析1) 幾何條件：采用鉚接,橫梁、縱梁、接頭厚度均為7mm；2) 物理?xiàng)l件：采用16Mn制造，彈性模量E=210000MPa，泊松比=0.3；3) 邊界條件：在接頭兩邊設(shè)置全約束；4) 加載條件：在目標(biāo)橫梁上加載4000N的載荷，如圖3-17所示。圖3-17 接頭彎曲剛度測量約束與載荷的加載圖3-18 接頭彎曲剛度測量變形分析圖接頭剛度計(jì)算：3.2.4.2 扭轉(zhuǎn)剛度分析1）幾何條件：采用鉚接, 橫梁、縱梁、接頭厚度均為7mm；2）物理?xiàng)l件：采用16Mn制造，彈性模量E=210000MPa，泊松比=0.3；3）邊界條件：在接頭兩邊設(shè)置全約束；4）加載條件：在目標(biāo)橫梁上加載的載荷，如圖3-19所示。圖3-19 接頭扭轉(zhuǎn)剛度測量約束與載荷的加載圖3-20 接頭扭轉(zhuǎn)剛度測量變形分析圖接頭扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算：進(jìn)行優(yōu)化，將橫梁厚度改為3mm，縱梁厚度為7mm，接頭厚度改為3mm。優(yōu)化后的接頭剛度計(jì)算：3.2.5 車架總體結(jié)構(gòu)性能仿真分析3.2.5.1 彎曲剛度分析1) 幾何條件：除元寶梁為焊接外，其余部位連接均采用鉚接，橫梁厚度為 7mm，縱梁厚度為7mm； 2) 物理?xiàng)l件：采用16Mn制造，彈性模量E=210000MPa，泊松比=0.3；3) 邊界條件：在前后軸處設(shè)置全約束；4) 加載條件：在縱梁前后承重位置上加載總和為40000N的載荷，如圖3-21 所示。圖3-21 整體彎曲剛度測量約束與載荷的加載圖3-22 整體彎曲剛度測量Z向變形分析整體彎曲剛度計(jì)算：3.2.5.2 扭轉(zhuǎn)剛度分析1) 幾何條件：除元寶梁為焊接外，其余部位連接均采用鉚接，橫梁厚度為 7mm，縱梁厚度為7mm；2) 物理?xiàng)l件：采用16Mn制造，彈性模量E=210000MPa，泊松比=0.3；3) 邊界條件：在后軸處設(shè)置約束，約束XYZ三軸的滑動(dòng)；4) 加載條件：在縱梁前承重位置上扭矩為10840000Nmm的扭矩，如圖 3-23所示。圖3-23 整體扭轉(zhuǎn)剛度測量約束與載荷的加載圖3-24 整體扭轉(zhuǎn)剛度測量Z向變形分析整體扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算：經(jīng)過對整體彎曲扭轉(zhuǎn)工況下剛度的計(jì)算，得出結(jié)論：目前所用方案可以被進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。于是如前部分優(yōu)化所示，將橫梁厚度改為3mm，元寶梁厚度改為5mm，縱梁厚度為7mm。再次使用Hyperview分析：其中整體彎曲變形如圖3-25所示，整體扭轉(zhuǎn)變形如圖3-26所示。圖3-25 優(yōu)化后整體彎曲剛度測量Z向變形分析圖3-26 優(yōu)化后整體扭轉(zhuǎn)剛度測量Z向變形分析優(yōu)化后整體彎曲剛度計(jì)算：優(yōu)化后整體扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算：綜上所述：優(yōu)化后的整體車架較之前既能達(dá)到使用需求，又節(jié)省了材料，使得整車重量減輕。第4章 車架制造工藝可行性分析第4章 車架制造工藝可行性分析4.1關(guān)于制造工藝過程中的討論4.1.1關(guān)于“車架縱橫梁連接方式的確定”的討論討論時(shí)間：2018年1月4日 本次討論就車架縱橫梁連接方式的問題展開，經(jīng)查閱資料可知車架有三種連接方式，分別為焊接，鉚接和螺紋連接，本次討論要確定出哪種連接方式更適合本次項(xiàng)目中的車架。李學(xué)同同學(xué)提出觀點(diǎn)，她認(rèn)為焊接工藝更為適合我們的車架，因?yàn)楹附庸に囘m應(yīng)性很廣泛，可以適用于任何材料。羅同學(xué)同學(xué)進(jìn)行了補(bǔ)充，他贊同地說，除了適應(yīng)性廣泛之外，焊接工藝成本低廉，比起鉚接和螺紋連接工藝，焊接工藝更為經(jīng)濟(jì)，還可以節(jié)省材料，同時(shí)可節(jié)省劃線、鉆孔、裝配等工藝。王學(xué)同學(xué)提出了不同的觀點(diǎn)，根據(jù)他查閱的資料，他認(rèn)為焊接變形較大，鉚接連接變形小，對環(huán)境要求低，更占優(yōu)勢。王同同學(xué)認(rèn)為雙方觀點(diǎn)都有道理，但更偏向于焊接連接，因?yàn)楹附拥膬?yōu)點(diǎn)更突出。最后組長李同學(xué)提出我們可以更為細(xì)節(jié)化的去確定方案。比如橫縱梁連接可以與元寶梁與縱梁的連接區(qū)分開來看。最終由于其位置形式不同，將此次二級項(xiàng)目車架縱梁與橫梁連接確定為鉚接，而元寶梁是插入縱梁槽內(nèi)的，確定其連接方式為焊接。4.1.2關(guān)于“沖壓工藝的確定及其對環(huán)境的影響”的討論討論時(shí)間：2018年1月8日本次討論就沖壓工藝展開了討論，沖壓工藝是必不可少的工藝，購進(jìn)的原材料為鋼板，要把他沖壓為我們所需要的形狀，切斷多余的材料。大家查閱出整體要求，車架是整個(gè)汽車的基體，用于承載絕大部分重量和固定連接絕大多數(shù)零件。工作性質(zhì)要求車架具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承重載荷并且有形狀穩(wěn)定性，同時(shí)要求其質(zhì)量盡可能小?？傮w沖壓工藝流程：原材料入庫開卷線大件清洗涂油、小件開卷剪切沖壓生產(chǎn)線安裝模具、調(diào)試首件合格投入批量生產(chǎn)合格件防銹入庫所選沖壓為冷沖壓，包括分離工序和成型工序。操作簡單、省時(shí)省力、容易掌握，能獲得較為復(fù)雜的幾何形狀和尺寸。關(guān)于沖壓對環(huán)境的影響，主要是噪聲。集合大家提出的建議，總結(jié)為：嚴(yán)格控制工人在噪聲車間的工作時(shí)間。工廠應(yīng)建立在遠(yuǎn)離居民區(qū)的位置。設(shè)置隔聲屏障。優(yōu)先選用無噪聲或低噪聲的設(shè)備。采取可消減噪聲的工藝，盡量避免大負(fù)荷。4.1.3關(guān)于“焊裝工藝的確定及其對環(huán)境的影響”的討論討論時(shí)間：2018年1月9日本次討論就焊接工藝展開，因車架連接中用到了焊裝工藝，焊接對環(huán)境影響極大，因此，小組內(nèi)展開了討論?？紤]到各種焊接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定為二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，因?yàn)樵獙毩菏巧钊肟v梁槽內(nèi)的，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊對焊接空間要求低，無法采用縫焊和電焊。焊接工藝是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的工藝之一，但其本身工作條件惡劣，在焊接過程中，要在高溫條件下進(jìn)行，同時(shí)會產(chǎn)生粉塵、錳、臭氧、二氧化氮等有害物質(zhì)，與此同時(shí)，還有噪聲的影響。長期工作在焊接環(huán)境下，使用錳焊條的作業(yè)工人，極易導(dǎo)致慢性的錳中毒。由于工作環(huán)境煙塵大量超標(biāo)，工人的肺功能異常損傷超出平均百分比，嚴(yán)重噪聲，密閉環(huán)境，使工人聽力下降。經(jīng)討論分析，雖然工藝上近年已有改進(jìn)，在規(guī)定上也有進(jìn)步，但惡劣的工作環(huán)境還是有待改善，在煙塵、錳、噪聲等方面上仍需加大控制力度，減少對健康的損害。4.2零件沖壓工藝可行性分析4.2.1車架整體設(shè)計(jì)說明： 車架是整個(gè)汽車的基體，用于承載絕大部分重量和固定連接絕大多數(shù)零件。工作性質(zhì)要求車架具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承重載荷并且有形狀穩(wěn)定性，同時(shí)要求其質(zhì)量盡可能小。（具體結(jié)構(gòu)見4-1） 總體沖壓工藝流程：原材料入庫開卷線大件清洗涂油、小件開卷剪切沖壓生產(chǎn)線安裝模具、調(diào)試首件合格投入批量生產(chǎn)合格件防銹入庫所選沖壓為冷沖壓，包括分離工序和成型工序。操作簡單、省時(shí)省力、容易掌握，能獲得較為復(fù)雜的幾何形狀和尺寸。冷沖壓是塑性加工的基本方法之一，它是利用安裝在壓力機(jī)上的模具，在室溫下對板料施加壓力使其變形和分離，從而獲得具有一定形狀、尺寸的零件的壓力加工方法。金屬板料在沖壓力的作用下，其應(yīng)力超過其強(qiáng)度極限而沿一定的輪廓線斷裂，成為分離工藝。分離工序又可分為落料、沖孔、切斷、切邊、剖切、切口和剪切等；金屬板料在沖壓力的作用下，超過其屈服強(qiáng)度極限但低于強(qiáng)度極限而產(chǎn)生塑性變形，從而獲得一定形狀和尺寸要求