重型汽车双层车架结构传力特征分析
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汽车车架的动力学分析--模态分析(总10页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--北京科技大学机械工程进展(论文)题目:汽车车架的动力分析计算(模态分析)院别:机械工程学院专业班级:机研106班学生姓名:学号:导师:评分:2010年11月26日轻型载货汽车车架模态分析摘要:车架作为汽车的承载基体,安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成,承受着传递给它的各种力和力矩。
所以对车架的结构十分重要。
本文主要采用有限元方法对车架的进行模态分析,研究了车架结构与其固有频率及其振型的关系, 给出车架在一定约束下的固有频率及固有振型,为解决车架结构的动力学问题和结构的改进提供了一定的依据。
关键词:有限元方法;车架;固有频率;模态分析1 引言车架是一个弹性系统,在外界的时变激励作用下将产生振动。
当外界激振频率与系统固有频率接近时,将产生共振。
共振不仅使乘员感到很不舒适,还会带来噪声和部件的疲劳损坏,威胁到车架的使用寿命和车辆安全。
车架是一个多自由度的弹性系统。
因此,它也有无限多的固有振型,而作用在车架上的激励来自于悬架系统、路面、发动机、传动系等的振动,这些振动对车架的激励可以认为是全频率的,但是,路面和悬架系统对车架结构激励的特点一样,每种激励在所有频率范围内并不是等能量分布的,所以,试图在所有频率上消除作用在车架上的激励,与车架结构的某些振型的共振是不可能。
因此,只有将注意力集中在各激励的能量集中的频率上,使之与所关心的车架的某阶振型不发生共振。
因而对车架进行模态分析以掌握车架对激振力的响应,从而对车架设计方案的动态特性进行评价,己经成为车架设计过程中必要的工作[1]。
2 模态分析理论基础在有限元分析程序中,振动方程表示为:1-1该方程可作为特征值问题,对无阻尼情况,方程可简化为:1-2其中。
ω2(固有频率的平方)表示特征值;{μ}表示特征向量,在振动的物理过程中表示振型,指示各个位置在不同方向振动幅值之间的比例关系,它不随时间变化。
动力传递的纽带卡车车桥结构图文讲解发动机,变速箱和车桥是卡车的三大动力核心总成,三者中车桥虽不像发动机和变速箱一样常被人们提及,但却在汽车动力传输的过程中发挥着纽带的作用,对整车的行驶的动力性和稳定性有着举足轻重的作用。
● 什么是车桥车桥,通过悬架和车架(或承载式车身)相连,两端安装汽车车轮的桥式结构。
图为车桥总成● 车桥的作用车桥的功能就是传递车架(或承载式车身)与车轮之间各方向作用力及其力矩,其对汽车的动力性,稳定性,承载能力等性能有着重要的影响。
如果是作为驱动桥,除了承载作用外还起到驱动、减速和差速的作用。
● 车桥的结构卡车一般采用发动机前置,后轮驱动的布置方法。
一般情况下,前桥都是转向桥,而驱动桥在后桥。
前桥的结构前桥定型结构卡车前桥由主要由前梁,转向节,主销和轮毂等部分组成。
车桥两端与转向节绞接。
前梁的中部为实心或空心梁。
● 驱动桥结构驱动桥位于汽车传动系统的末端,主要由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等组成。
驱动桥典型结构1.主减速器主减速器一般用来改变传动方向,降低转速,增大扭矩,保证汽车有足够的驱动力和适当的速度。
主减速器类型较多,有单级、双级、双速、轮边减速器等。
卡车后桥主减速器1)单级主减速器由一对减速齿轮实现减速的装置,称为单级减速器。
其结构简单,重量轻。
2)双级主减速器对一些载重较大的载重汽车,要求较大的减速比,用单级主减速器传动,则从动齿轮的直径就必须增大,会影响驱动桥的离地间隙,所以采用两次减速,通常称为双级减速器。
双级减速器有两组减速齿轮,实现两次减速增扭。
双级主减速器为提高锥形齿轮副的啮合平稳性和强度,第一级减速齿轮副是螺旋锥齿轮。
二级齿轮副是斜齿圆柱齿轮。
主动圆锥齿轮旋转,带动从动圆锥齿轮旋转,从而完成一级减速。
第二级减速的主动圆柱齿轮与从动圆锥齿轮同轴而一起旋转,并带动从动圆柱齿轮旋转,进行第二级减速。
因从动圆柱齿轮安装于差速器外壳上,所以,当从动圆柱齿轮转动时,通过差速器和半轴即驱动车轮转动。
半挂牵引车车架的强度特性分析摘要:车架是车辆的关键承重结构,各种载荷最终都会传递到车架上。
因此,车架的结构性能直接关系到整车结构性能。
本文以某型半挂牵引车车架设计为例,采用有限元分析法对车架结构强度展开深入分析,提出优化方案并进行仿真验证,结果显示结构优化方案可显著降低车架关键测点的等效应力最大值,实现强化车架结构的目的。
关键词:半挂牵引车;车架;强度分析;有限元分析半挂车是公路运输的重要车型。
欧美等发达国家的公路货运绝大多数由半挂车完成。
而在国内,半挂车是目前第二常见的大型牵引车类型,其车架除了要承受发动机、车架和货物的重量,还要承受车辆行驶过程中产生的各种力和力矩,所以其可靠性不仅与承载能力有关,也关系到车辆的运行安全[1]。
车架出现疲劳裂纹会导致车架断裂等安全问题。
为确保车架结构强度符合要求,需对车架结构强度进行有限元分析,根据分析结果提出结构优化方案。
本文对某型半挂车车架结构强度进行了有限元分析,建立相关有限元分析模型,并利用有限元分析软件对半挂车车架的强度进行了有限元分析,根据分析结果提出车架结构的改进方案并进行验证。
1车架有限元模型建立1.1车架结构某型半挂车车架材料为16MnL,结构为梯形边梁结构,框架外宽876mm,内侧边梁与盖梁采用直径15mm的铆钉牢固连接。
前后梁为槽式结构,第二梁为圆管梁,中梁为铸件,平衡轴梁为背靠背槽式结构,其余梁为上下叶片结构体。
为了增加车架的坚固性和方便挂斗,在车架两侧的轴梁水平处铆接厚8mm的侧角板。
前桥悬架板簧满载垂直刚度为383 N/mm,中、后桥平衡器悬架板簧满载垂直刚度为2285 N/mm。
主成分材料的弹性模量为2.17×105,泊松比为0.30。
图1为优化前的原始车架结构设计。
图1 优化前的原始车架结构设计1.2模型构建改性半挂牵引车车架结构复杂,由大梁、立梁、双梁、平衡器轴、平衡器悬挂支架、前后板簧支架等众多大型部件组成[2]。
重型商用车车架纵梁制造技术的研究与应用一、前言近几年,随着我国西部大开发和整体国民经济的快速发展及高速公路通车里程的不断增加,重型商用车出现俏销局面,由于国内汽车制造厂一直以生产中型车和轻型车为主,面对新的机遇,各制造厂家积极调整产品结构,以适应市场的变化。
生产重型车首先要解决的是底盘问题,底盘中,车架纵梁是关键的零件之一,是制约车架总成质量和能力的瓶颈。
我公司作为国内主要三大重型商用车生产厂之一,近两年也推出多种市场热销的重型车,这些新车型的车架纵梁都是全新结构设计,复杂程度及加工难度比以往车架纵梁都大,而且原有模具加工无法利用。
在这些新车型车架纵梁的生产准备过程中,如采用常规工艺和常规模具设计方案,不仅不能适应目前市场经济条件下的“多品种、小批量、多批次”的生产方式,而且投入成本很高,准备周期也很长,难以适应产品和市场的变化。
在参考国内、外纵梁制造技术和结合自身实际情况的基础上,我们将柔性化制造技术作为目标,一次规划,分期实施具体项目,逐步形成具有企业特色的车架纵梁柔性化制造体系。
二、重型商用车车架纵梁的产品特征重型商用车车架纵梁普遍采用双梁结构,纵梁与加强梁料厚匹配目前国内主要有:“7+5”、“7+7”、“8+5”、“8+7”等几种。
与中型商用车车架纵梁相比,主要变化是“加强、加长、加宽”等,产品特征如下:材料:高强度钢板16MnL,抗拉强度σb在510~610MPa,甚至更高。
结构:双大梁结构,即纵梁+加强梁料厚:纵梁:7.0mm,8.0mm加强梁:5.0mm,7.0mm断面尺寸:280mm,300mm,甚至更大长度:5600~11500mm车架宽度: 780~850mm纵梁和横梁连接方式:国内产品以翼面连接为主,采用铆钉铆接。
国外产品以腹面连接为主,采用高强度螺栓连接。
纵梁类型:通常有以下几种类型(见图一)断面形式纵梁形式备注等断面直线式多数变断面直线式等断面前段弯曲式装配大发动机变断面前段弯曲式装配大发动机三、国内外车架纵梁目前的制造技术概况(一)传统的冲压模具制造技术1、工艺和设备特点采用冲压模具制造纵梁是一种传统的制造工艺,工艺特点是生产效率高、质量稳定,适用于单一品种的大批量生产。
某重型多轴线汽车列车性能分析及使用注意事宜张强中国人民解放军92502部队,辽宁大连,116023摘要:某重型多轴线汽车列车专门承担重要大件货物运输工作,为满足大件货物运输的承载要求,实现大件货物的安全顺利运输,该汽车列车在组成结构、道路适应性、牵引能力、承载能力等方面都进行了针对性的设计,通过对该汽车列车的能力分析,提出了使用注意和后续型号改进建议。
关键词:汽车列车;半挂车;性能分析;建议中图分类号:TH469.5收稿日期:2022-09-16DOI:10.19999/ki.1004-0226.2023.05.0081前言汽车列车是公路运输中重要的车种之一,具有其他运输方式无法替代的优势,能完成其他运输途径所不能完成的或难以完成的有特定要求的物资运输工作。
为了安全、便捷完成特定的大件货物的公路运输工作,对一些特殊重要的大件货物,往往针对运输对象特点、运输道路特点和运输要求设计专用的大件货物运输汽车列车。
大件货物运输汽车列车种类较多,特别是汽车半挂车运输列车在日常生产生活中经常可见,在一些超大尺寸、超大重量的特殊货物运输中,发挥了重要作用。
某重型多轴线汽车列车就是为完成某大件货物运输专门设计的,由专用牵引车和多轴线式半挂平板车构成。
该汽车列车的设计既要考虑货物尺寸大、重量大、运输平稳性要求较高等,也要考虑运输道路狭窄、坡度较大、以及存在多处转弯等因素,因此在该汽车列车结构功能设计上做了大量工作,用来实现安全运输工作。
2某重型液压悬挂汽车列车组成及结构设计特点汽车列车是指一辆汽车(货车或牵引车)与一辆或一辆以上挂车的组合[1]。
载货汽车和牵引车为汽车列车的驱动车节,简称主车,而被主车牵引的从动车节称为挂车。
汽车列车按照结构不同分为全挂汽车列车、半挂汽车列车、双挂汽车列车、特种汽车列车等。
半挂汽车列车是由一辆半挂牵引车和一辆半挂车组合而成的,由于半挂汽车列车具有操作性灵活、行驶的安全性和稳定性较好等突出优点,在汽车列车领域发展迅速,某重型多轴线汽车列车也采用了半挂汽车列车这种形式。
重型货车驱动桥桥壳结构分析及其轻量化研究一、本文概述随着全球经济的不断发展和贸易活动的日益频繁,重型货车作为物流运输的重要工具,其性能和效率的提升成为了行业关注的焦点。
作为货车关键部件之一,驱动桥桥壳的结构设计和轻量化研究对于提高货车的承载能力和燃油经济性具有重要意义。
本文旨在深入分析重型货车驱动桥桥壳的结构特点,探讨其受力特性和优化设计方案,并在此基础上研究轻量化技术在桥壳结构中的应用,以期达到提高货车性能、降低能耗和减少环境污染的目的。
文章首先将对重型货车驱动桥桥壳的基本结构进行概述,介绍其常见的材料、制造工艺以及结构形式。
随后,通过有限元分析等数值计算方法,对桥壳在不同工况下的受力状态进行详细分析,揭示其应力分布规律和失效模式。
在此基础上,结合结构优化设计理论,提出改进桥壳结构的方案,以提高其承载能力和耐久性。
接下来,文章将重点探讨轻量化技术在重型货车驱动桥桥壳结构中的应用。
通过对比分析不同轻量化材料的性能特点,研究其在桥壳结构中的适用性。
结合先进的制造工艺和结构设计理念,探索实现桥壳结构轻量化的有效途径。
通过对比分析轻量化前后的桥壳性能变化,评估轻量化技术在实际应用中的效果和潜力。
文章将对重型货车驱动桥桥壳结构分析和轻量化研究的成果进行总结,并展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究,旨在为重型货车的设计和制造提供有益的参考和指导,推动物流运输行业的可持续发展。
二、重型货车驱动桥桥壳结构分析重型货车驱动桥桥壳作为车辆动力传递和承载的关键部件,其结构设计对于整车的性能和使用寿命具有至关重要的影响。
桥壳的主要功能是支撑车轮和差速器,并传递来自发动机和传动轴的扭矩,因此,其必须具备足够的强度和刚度,以承受复杂多变的工作环境和载荷条件。
桥壳的结构通常分为整体式和分段式两种类型。
整体式桥壳具有较高的结构刚性和强度,适用于承载要求较高的重型货车。
分段式桥壳则通过分段设计,实现了桥壳的轻量化,同时在一定程度上降低了制造成本。
重型特种专用车异型车架结构有限元分析及设计优化摘要:本文以某重型特种专用车为研究对象,在Pro/E软件中建立了该车辆的三维模型,并对其异型车架结构进行有限元分析及设计优化。
首先,对原始的车架结构进行靜力学及疲劳强度分析,得出其在极限载荷下的受力状态,并进行结构的初步优化。
接着,针对优化后的异型车架结构,设计了不同的加强方案,并通过有限元仿真的方法进行了详细的受力分析和优化。
最終,得出了该车辆在极限载荷条件下的安全系数,并对车架结构进行了更加科学合理的设计优化。
关键词:重型特种专用车;异型车架结构;有限元分析;设计优化;极限载荷1. 异型车架结构的靜力学分析通过有限元分析工具对该车辆原始的异型车架结构进行受力分析,得出其在静态负载下的应力分布情况,并确定了其在极限载荷条件下的最大应力点位置、大小以及受力方向。
结合实际运行环境及实际使用条件,对车辆的应力状态进行优化设计。
2. 异型车架结构的疲劳强度分析通过有限元分析工具对该车辆原始的异型车架结构进行受力分析,确定其在疲劳载荷下的应力分布情况,并分析车架结构的疲劳寿命及振动特性,引入疲劳强度系数,评估车辆在疲劳载荷下的耐久性。
3. 异型车架结构的优化设计针对初步优化设计结果,提出了不同的加强方案进行受力分析,并对其进行优化设计。
对加强方案进行仿真分析,并比较分析其在各个受力节点处的安全系数及结构整体的性能指标,根据优化结果选定最佳方案,得出车辆的优化设计方案。
4. 仿真分析结果通过有限元仿真分析,得出了车辆在静态负载及疲劳载荷下的应力分布和变形情况,得出车辆在极限载荷条件下的安全系数及响应曲线,为最终的设计方案提供了必要的数值参考。
结论:本文通过有限元分析工具对某重型特种专用车的异型车架结构进行了优化设计,得出了车辆在极限载荷条件下的安全系数,并实现了对车架结构布局的科学、合理的优化设计。
在实际的汽车制造及设计中具有一定的指导意义。
自从汽车的发明以来,人们对汽车功能更高、性能更好的需求日益增长。
重型载货汽车车架开裂分析与减重优化重型载货汽车的车架是整个车身的基础,负责承载车身、发动机、传动系统等各种重要部件的负荷。
然而,在长期的实际使用中,由于道路的震动、负荷的波动等因素,车架会遭受各种压力和挑战,可能会出现裂纹,严重时甚至会导致车身失稳,危及行车安全。
因此,对于重型载货汽车车架的开裂问题,需要进行深入的分析,并实施有效的减重优化措施。
首先,车架开裂的可能原因有很多,其中最常见的原因是由于车架本身的材质问题和设计问题。
例如,使用质量较差的钢材或焊接不良容易导致车架出现弯曲、变形、脆化等问题;车架的结构设计不合理或过于复杂,容易形成应力集中,从而导致裂纹的产生。
因此,在车架的设计、制造环节中,需要严格控制原材料的质量、加强工艺过程的监控,减少结构复杂度,同时根据承载能力和路况等因素进行科学合理的设计和结构优化。
其次,针对车架开裂问题,需要采取有效的减重措施。
重型载货汽车的质量和尺寸较大,车架是造成不必要的质量和能耗消耗的最主要原因之一,而减重不仅可以提高车架的强度和稳定性,降低物体的能量消耗,同时还能提高汽车的燃油效率,节约燃料成本。
减重的具体方案可以根据不同的实际需求进行调整,例如,采用轻量化材料,如铝镁合金、碳纤维等;减少车架结构的重量,如简化结构、减少节点数量、优化连接方式等;加强车身的信号控制和自适应控制等,从而提高汽车的驾驶效率和安全性能。
总的来说,重型载货汽车车架的开裂问题,需要从多方面进行分析和解决。
而减重优化应该是车架维护和改进的一个重要方向,通过适当的材料和结构优化,可以提高车架的稳定性和相应的经济效益。
除了材料选择和结构优化,在车架维护和改进方面,也应该考虑到合理的使用和保养。
特别是对于已经出现了开裂问题的车架,需要进行及时的维修和更换。
在日常使用中,谨慎驾驶和合理的负载分配也是避免车架开裂的重要措施。
过高的行驶速度和不合理的负载分布都会给车架带来额外的压力和挑战,而且在道路行驶时,需要注意避免颠簸和跌落等问题,保持平稳的行驶。
煤矿机械Coal Mine MachineryVol.31No.04Apr.2010第31卷第04期2010年04月引言我国某货车制造厂生产的重型货车,在正常使用过程中,特别是在建筑工地类似的路况较差的地方,车架使用过程中很容易出现车架疲劳破坏和断裂现象,严重影响了整车的使用寿命。
利用ANSYS 软件对该车架进行了典型工况下的静强度分析,利用显示动力学分析软件LS -DYNA 模拟了自试车场的典型路面上行驶时应力变化情况,与实际情况进行对比,找出车架开裂的原因,并提出改进方案。
1有限元模型建立该车架由2根主纵梁、2根副纵梁、11根横梁组成,满载量为30t 。
该车架的纵梁材料是汽车大梁的热轧高强钢16MnReL ,其材料最小屈服强度340MPa 。
对货车进行有限元分析的过程中,目前通常采用二维板壳单元对几何模型进行离散。
在实际工程应用中,由于车架是由一系列薄壁件组成的结构,且形状复杂,利用板壳单元进行离散,可以使分析结果更准确。
车架上的联接方式大多数为铆钉和螺栓联接,因此车架纵横梁上存在大量孔,其中车架纵梁和横梁之间、纵横梁与加强板间以及纵梁和悬架前后吊耳间的孔对车架的分析结果会造成影响,其他的影响很小,所以在对车架模型进行几何清理,仅保留半径在20mm 以上的孔以及必要的铆接孔。
对于一些较小的或者不重要的螺栓孔、铆接孔,进行简化处理,采用刚性连接。
货箱和车架之间的作用力是以集中力形式传递的,但并不是完全传递,而是与货箱的刚度有关,为了计算的精确,建立副车架以及货箱模型。
图1为带有货箱车架的有限元模型。
该模型是进行静强度和动强度分析的基础模型。
图1车架有限元模型车架在正常工作时是由车轮通过钢板板簧和悬架支撑的,这些部件在工作过程中特别是在满载的情况下会有很大的变形,对车架有着不可忽略的影响,所以将它们看成是柔性的,用刚度相匹配的spring 单元表示。
2静强度分析2.1计算工况的确定车架所受的载荷主要来自3个方面:汽车自重重型货车车架纵梁静动强度分析黄超群1,来飞2,胡玉梅2(1.重庆工商职业学院,重庆400052;2.重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400030)摘要:针对某货车车架在使用过程中出现裂纹的问题,计算了车架在典型工况下的静强度,模拟了自试车场的典型路面上行驶时应力变化。
重型汽车传动轴模态分析与中间支撑刚度设计研究重型车辆传动轴是指连接发动机与车轮的传动组件,其关键部位是中间支撑,支撑着传动轴的一定长度,以此保证传动过程中的稳定性与流畅性。
为了保证重型车辆在运行过程中的正常工作,必须对传动轴与中间支撑进行模态分析和刚度设计。
首先,对传动轴进行模态分析。
传动轴在运行过程中会受到一定的载荷和振动,这些振动会引起传动轴共振,进而导致质量失衡、噪声和疲劳破坏等问题。
因此,需要对传动轴进行模态分析,以找到其固有频率和振型,以避免共振问题的发生。
在模态分析中,采用有限元分析法,将传动轴划分为若干个有限元单元,通过计算得到每个单元的本征频率和振型,并通过模态迭代方法确定传动轴的固有频率和振型。
通过模态分析可以确定传动轴的自然频率,根据自然频率,设计中间支撑,从而有效避免共振问题的发生。
同时,中间支撑的刚度也是重要的设计因素。
中间支撑刚度的大小将直接影响到传动轴的振动和整车稳定性。
因此,需要对中间支撑的刚度进行设计和优化。
中间支撑的刚度可以通过在支撑处增加弹簧、橡胶垫等方式来调节。
这些材料的选择和数量的增减将会对支撑的刚度产生影响。
通过有限元分析法,在不断的试验和优化中,寻求最佳的中间支撑刚度。
总之,传动轴与中间支撑的模态分析和刚度设计对于重型车辆的稳定性和疲劳寿命具有非常重要的作用。
通过合理的设计和优化,可以保障车辆的安全性和可靠性,同时提高车辆的行驶舒适性。
除了模态分析和中间支撑的刚度设计,针对重型汽车传动轴,还有其他几个设计方面需要关注。
首先是重型汽车传动轴各部件的材料选用。
传动轴高负荷工作环境下,需要具备较高的强度和刚度以及一定的抗腐蚀能力,因此在材料上通常采用钢、铸铁等材料。
中间支撑方面,常见的材料选择有橡胶、钢、铝等。
在选择材料时,需要考虑到成本、性能、加工工艺和耐久性等多个因素,并进行综合评估选择。
其次是传动轴的加工制造。
传动轴制造过程中需要注意加工精度、表面硬度等细节问题,以确保传动轴的性能稳定及寿命长久。
重型载货汽车动力传动系统参数优化匹配重型载货汽车作为一种用于运输大量货物的工具,其性能和可靠性对于物流效率的提升至关重要。
而动力传动系统作为汽车的核心组成部分,其优化匹配对于车辆性能的提升和经济性的改善至关重要。
传动系统包括变速器、传动轴、后桥等部分,下面就着重从这几个方面来谈一下如何优化匹配。
首先是变速器的匹配。
变速器可以控制车辆的转速,提供足够的马力和扭矩来使汽车克服道路和运输条件的限制。
对于不同的路况和运输条件,选择不同的变速器齿比和挡位组合可以实现更优的运输效率和更经济的燃油消耗。
例如,在不同的工况下,不同的变速器齿比和挡位组合可以提供不同的车速和经济性,选择合适的变速器匹配可以提高整车的运输效率和经济性。
其次是传动轴的匹配。
传动轴是将发动机的动力传递给汽车的轮胎,是重型载货汽车驱动的关键部件。
在选择传动轴时,需要考虑不同的运行负载和运行条件对于传动轴的要求,例如传动轴的扭矩承载能力和转速范围等。
通过选择合适的传动轴,可以实现动力传输的优化和车辆的增强。
最后是后桥的匹配。
后桥是驱动汽车轮胎的装置,其作用是将发动机传来的动力转化成轮胎的转动力,并且通过差速器将动力分配到汽车的左右两个轮胎上。
在选择后桥时,需要考虑不同的运行条件和驱动方式。
通过选择合适的后桥,可以提高汽车的行驶性能和运输经济性,减少燃料消耗和维修成本。
在重型载货汽车动力传动系统的参数优化匹配过程中,需要综合考虑车辆的负载能力、行驶条件以及发动机的功率和扭矩要求,对变速器、传动轴和后桥进行综合匹配,实现最优化的整车性能和经济性。
在车辆的使用过程中,需要根据实际情况进行调整和维护,以保证汽车的稳定性、可靠性和经济性。
在重型载货汽车的动力传动系统中,除了变速器、传动轴和后桥之外,还有液压传动系统、制动系统和转向系统等部分也需要注意优化匹配。
液压传动系统的匹配需要根据车辆的工作负载和运行环境进行优化,选择合适的液压泵和排量、压力等参数,以保证动力传输的效率和可靠性。
重型汽车双层车架结构传力特征分析
作者:黄昶春沈光烈韦志林
1 前言
近年来,国内外多种中、重型汽车车架均采用双层槽钢纵梁。采用这种型式的车架纵梁,
可以减少对纵梁生产设备的要求,也可以适应生产变型车的需要[1-2] 。但是,由于设计中
对用铆钉连接的双层槽钢的传力特征认识不足,使得一些车架出现早期断裂现象,或使车
架材料用量过多,增加了生产成本和汽车质量。
作者经研究发现,双层槽钢的车架用铆钉连接时,内层槽钢受力参与程度不足,不符合梁
理论中梁横截面平面变形的假设,用常用的梁理论计算会使计算应力比实际应力偏低,从
而导致车架刚度强度不足。针对以上问题,作者进行多种铆钉布局及间距方案的比较分析,
给出合理的计算模型及铆钉连接的设计方案,对此类结构设计有一定的帮助。
2 铆钉连接传力特征的分析
材料力学中梁的理论以及有限元法的空间梁单元理论都是建立在梁弯曲时横截面保持平面
这一假设基础之上[3] ,该假设称纳维什(Navier)假设。但是,这个假设并非对任何结构
型式的梁都适用,并使计算误差保持在工程上可以接受的误差范围之内。
双层槽钢梁外层受力变形后,它的变形通过铆钉将弯矩传递给内层槽钢。铆钉的刚度与内
层槽钢整个截面的刚度相比是非常小的。一般来说,车架纵梁的同一截面上仅用2 个低刚
度的铆钉连接传力,要使大刚度的内层槽钢横截面产生符合平面假设的变形,从理论和实
际上都是难以实现的[1-6] 。
为研究铆钉传力的特征,作者首先设计长度为500mm的槽形截面悬臂梁,在自由端通过
铆钉传力。整个结构用壳单元离散,在外层槽钢与铆钉之间建立刚性联接,给定一个强迫
转角位移,进行计算。图1表示Mises应力三维云图,从图中可以看出,传力路线从铆钉
开始,向上下翼板和腹板的交界棱线发展,高应力区仅占翼板的很小部分,且离铆钉越远
越小,应力分布也完全不符合平面假设。为更进一步从数量上分析,需计算悬臂梁在2种
情况下的应变能密度: (1)梁自由端横截面刚性转动1°强迫位移;(2)梁自由端仅通过2
个铆钉给定1°强迫位移。
图2和图3分别表示在这2种情况下的应变能密度沿梁轴线分布的曲线图。从图2可明显
看出,当自由端截面按平面假设整体转动时,沿整个轴线长度上的应变能密度量等值分布,
说明整个梁呈理想的纯弯曲状态。从图3可看出,仅铆钉所在截面,因应力集中形成一个
应变能密度峰值,而沿梁轴线,离铆钉距离越远则应变能密度越小。从数量上看,对应同
一截面,应变能密度在通过铆钉传力时,仅为自由端截面整体转动时的013~015左右。
图2和图3 的曲线从能量角度定量地说明通过铆钉连接时,传力程度不足,完全不符合梁
平面变形的假设。
3 双层槽钢铆钉连接合理布局的研究
为探讨不同计算模型对计算结果的影响,给出合理的铆钉连接设计方案,设计如图4、图5
表示的双层槽钢纵梁受力及截面结构图,用不同的计算模型进行计算,为此建立2种有限
元模型。
(1)不考虑铆钉因素,将双层槽钢看成整体结构,用一层梁单元、一层壳单元与一层体单
元计算。
(2)考虑铆钉的作用,将结构离散成双层壳单元,各层之间仅在铆钉处相连,分别在腹板
上或翼板上按100、200、400、500和800mm间距布置铆钉。
作者在研究中采用MSC /NASTRAN及其前后处理软件PATRAN作为分析工具。
4 计算结果分析
利用MSC /NASTRAN软件计算出各种情况下的位移与应力。为便于比较各种情况下的位
移与应力,排除壳单元受力处局部变形的影响,并使不同单元下计算的结果具有可比性,
取腹板下沿区域Y方向(垂直方向,见图4)的最大位移及应力(V·Mises应力)进行比
较。
4.1 位移结果分析
根据不同单元计算出来的腹板下沿区域Y方向的最大位移见表1。
当作为梁单元计算时,得到的最大位移与我们利用梁的经典理论计算得到的挠度是一致的。
但作为一层体单元、一层壳单元计算则位移值偏大。
从表1可知,根据双层壳单元计算,当采用铆钉连接时,铆钉的间距与铆钉的位置都影响
梁的刚度。合理地布置铆钉对提高梁的刚度与利用率都很重要。表1也可直观地说明以下
问题。
(1)在相同铆钉间距下,双层槽钢在腹板处连接的刚度比在翼板处连接的刚度要大,特别
是随着铆钉间距的增大而变得更加明显。
(2)当铆钉同在腹板或翼板上时,随着铆钉间距的增大,槽钢的刚度越来越小。
(3)通过铆钉连接的双层槽钢的刚度比相同厚度的单层槽钢的刚度要小。
4.2 应力结果分析
通过MSC /NASTRAN计算各种情况下的应力输出,下面通过几种典型情况来分析说明。
从图6和图7的Mises应力云图看出,当铆钉间距为100mm时,内层槽刚翼板高应力区
应力传递基本连续,但其腹板处应力与外层相比则明显偏低。
从图8和图9的Mises应力云图可发现在相同区域上,当铆钉间距为400mm时,内层槽
钢翼板高应力区应力传递比铆钉间距为100mm时明显不连续,且在铆钉连接处产生较大
的应力集中,内层槽钢没有充分参与受力,导致外层槽钢最高应力上升。
对于铆钉布置在翼板时,应力分布也有相似的情况(限于篇幅,应力图没有列出)。但由
薄壁杆系结构力学可知,槽形截面梁在经受弯扭联合作用时,最大正应力发生在翼板边缘
上。当在翼板上用铆钉连接时,铆钉孔会削弱截面的强度使应力更高,因此不是一种好的
方案。
5 结论
(1)双层槽钢铆钉连接不能简单当作连续截面处理。随着铆钉间距的增大,双层槽钢铆梁
的刚度随之下降。
(2)当双层槽钢用铆钉在腹板连接时,内层槽钢腹板的应力比外层槽钢腹板的应力明显偏
低,外层槽钢腹板上的剪力不能有效地向内层槽钢传递。
(3)在翼板上用铆钉连接的梁,铆钉处应力集中程度较高,从总体上看,应力也高于在腹
板处用铆钉连接的梁。
(4)内层槽钢在铆钉间距为100mm时,翼板传力连续,整个翼板充分参与受力,而当铆
钉间距大于100mm时,在翼板处明显出现传力断续现象,应力集中也明显上升。
(5)当双层槽钢用铆钉连接时,在铆钉连接处应力集中,在设计中应充分考虑这些因素。
(6)优化设计的车架经柳州汽车厂多种型号的重型汽车使用证明,该车架性能优良。
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