某轻型货车的车架与后悬架设计

 2023-01-08 10:01

论文总字数:16945字

摘 要

为了设计某轻型货车车架与后悬架,首先查阅了轻型货车车架与悬架的有关文献了解了货车车架与悬架的国内外研究现状,分析了汽车车架强度和轻量化的方法,以及被动悬架,半主动悬架以及主动悬架的特点。然后以某0.75吨低速载货汽车为研究对象,确定了整体方案采用槽型纵梁,槽型横梁的梯形车架与纵置半椭圆形钢板弹簧为弹性元件的非独立后悬架。在此基础上,为了达到车架强度和轻量化的工作要求,根据参考车型及参数进行了车架受力情况分析,车架结构形式选定,悬架方案设计。接着,计算了车架纵梁的弯曲应力,车架扭转时纵梁应力,以及车架弯曲强度。最后,在对于零件的设计计算基础上,利用CAD制图软件画出车架的装配以及零件图。本此设计成果对轻型货车车架和后悬架的设计具有一定的工程参考意义。

关键词:低速货车;车架;悬架;设计

Frame and rear suspension design of a light truck

abstract

In order to design the frame and rear suspension of a light truck, the relevant literature of the frame and suspension of the light truck was first consulted, and the research status of the frame and suspension of the truck at home and abroad was understood. The strength and lightweight methods of the vehicle frame, and the characteristics of the passive suspension, semi-active suspension and active suspension were analyzed. Then, taking a 0.75 - ton low-speed truck as the research object, it is determined that the overall scheme adopts trapezoidal frame and the rear suspension adopts the longitudinal semi-elliptical leaf spring non-independent suspension. On this basis, in order to meet the working requirements of frame strength and lightweight, the frame stress analysis is carried out according to the reference vehicle type and parameters. The frame form is selected, and the frame material and its structure form are selected. Then, the bending stress, local torsional stress, longitudinal stress and bending strength of the frame are calculated. Finally, on the basis of the design and calculation of the parts, the assembly and parts of the frame are drawn by CAD drawing software. This design result has certain engineering reference significance for the design of light truck frame and rear suspension.

Keywords : low speed truck. Frame. Suspension. Design

目 录

摘 要 II

abstract III

第一章 前 言 1

第2章 总体方案论证 5

2.1 参考车型及其参数 5

1.整机主要技术参数 5

2.主要总成技术特性及参数 5

3.发动机外特性图: 6

2.1.1车架方案 6

2.1.2车架受力情况 7

2.1.3车架设计要求 7

2.1.4.车架设计选型原则 7

2.1.5车架结构形式选定 8

2.1.6横梁与纵梁的连接 8

2.1.7车架的技术要求 9

2.2悬架设计方案 9

2.3整体设计方案 9

2.4设计内容 9

第3章主要参数选定 10

3.1质量参数 10

3.2车架宽度 11

3.3轴距L 11

第四章 车架的设计计算 11

4.1 车架的计算: 11

4.1.1 纵梁弯曲应力 11

4.1.2局部扭转应力 13

4.1.3 车架扭转时纵梁应力 13

4.2 车架弯曲强度的计算 13

4.2.1 受力分析 13

4.2.2 弯矩的计算 14

4.2.3 强度验算 15

4.2.4 车架扭转应力的计算 16

第五章 悬架的总成设计 19

5.1悬架的设计要求: 19

5.2悬架的两种形式: 19

5.3悬架主要参数的确定: 22

5.4钢板弹簧的设计 25

结束语 28

第一章 前言

1.1背景

车架和悬架是轻型货车的两种主要部件。车架是汽车的主要支撑,悬架是整车结构稳定性能的保证。因此它们的强度和刚度决定着车辆的行驶、操纵、舒适性等多方面的设计要求。设计出结构简易、性能优越、性价比高的车架与悬架系统,可以很大程度地降低整车生产总成本,从而加速汽车经济方面的发展。因此本题设计一款结构简易,性能优良的轻型货车车架和后悬架系统具有一定的实际意义。

1.2国内外研究现状

对于轻型货车车架的设计,江长堆等人通过解析YT1305系列的运输车,提供了轻型货车车架结构的设计思路,相关的车架强度优化方法。为设计轻型货车车架给予参考。

在国外,美国及一些其他国家从1960年开始应用有限元法来确定车架的强度,刚度。而后从70年代至今,在车架方面积累了丰富的实验数据和理论分析经验。并且提供了设计车身的新思路,开发出分析车身的智能程序,将计算机技术应用于车架的设计中,从而提高车辆舒适性。利用有限元技术构建车身模型进一步研究,构建车辆动态模型得到较好的静力学车身结构,构建电动汽车动态模型并进行纵向分析提高车辆运行性能,对车架进行冲击载荷研究提高了强度并减轻了整车质量。总的看来,主要有以下这几个方面: (1)提出了新的设计思路,更新了更加简易的车架设计方法 (2)构建了结构优良的车身模型,提供了高强度车架的尺寸参数; (3)构建车辆动态模型,加快现代车辆轻量化的发展。

在国内,也有不少高校设有专业主攻汽车结构优化与轻量化,并且在车架结构分析方面有一定的进展,从分析的类型来看,国内仍以车架结构静态分析为主。目前,对于汽车轻量化的研究还局限于对车架零件的改型和优化,在产品研发阶段运用有限元分析轻量化车架的研究很少。

李波运用HyperMesh软件对汽车的车架进行了有限元解析。然后根据该载货货车车架的解析数据,优化了车架的整体设计结构,大大减轻了车身重量。通过对该方案的动静态分析论证,验证了车架的应力分布和强度都能满足要求。同时该方案的成功推动了汽车经济的发展,有利于环境的保护。

朱容庆认为ANSYS是一种通用的大型有限元软件,它的工作能力强大,可以进行车架结构分析和模块设计优化。被许多从事汽车制造行业的单位所运用。这种软件通过建立模型,对车架结构进行静力和动力方面的分析,从而对车架进行性能分析评估。

车架是整车的主要骨干,越好的车架其行驶平顺性,操纵稳定性,舒适性能越强。所以在汽车总成设计中车架必需具有足够的强度和钢度来保持行驶的稳定性以及车架上的各个零件不会发生移动。车架的硬度不足会使车辆在行驶过程中更加容易发颤,严重影响乘车人的操作稳定性以及乘坐舒适性。也会影响其他机件的工作可靠性。以前对汽车车架的设计与计算主要考虑的是静强度,而现在对汽车车架的要求更加全面。首先要满足汽车总成在各种工况下的稳定运行;其次车架要具有一定的弹性,当在不平道路上行驶时,车架能够抵抗一定的扭转应力和垂直方向的弯曲变形;最后在安装车架时,也要考虑汽车的行驶稳定性,通常可以通过降低安装位置实现。悬架是汽车上极其重要的总成之一,它可以保证汽车结构的稳定性。因为有悬架来连接车轮和车身,可以大幅度缓冲车轮工作时与地面和车架之间的碰撞;确保车轮在复杂路面和载荷不稳定时能正常工作,从而使汽车可以高速行驶。

孙旭等人发现:当前国内高档以下的中低价位低速载货汽车仍然具有很大的市场潜力,但因为技术发展落后,逐渐跟不上用户需求的变化。同时国家能源,环保,交通安全方面的法规更新对这一类货车也形成了进一步的挑战。杨树学认为我国的经济正快速发展,全国人均收入日益提升,同时生活,运输,工作等方面也变得更加便利。所以机动车的使用必然更加广泛,这一现象虽然加快了社会经济的发展,但也使交通事故发生频繁。

陈铭年等人研究表明:车架的强度与接头的柔度,车架质量,以及车架材料有关。车架的扭转刚度恒定时,可以通过提高接头柔度加强车架强度;车架质量恒定时,选用断面尺寸大的横梁可以加强车架强度。同时接头的柔度也会影响车架的扭转刚度,柔度越大,车架扭转刚度越小。

沈炜良等人研究得出结论:(1)有限元分析表明,车架原结构存在四个较大的应力区弯管梁与联接板联接处、第四横梁下片与纵梁下翼面联接处、平衡轴与车架联接处以及联接板与车架联接过渡处,这些大应力区的位置与车架曾被破坏的位置相吻合原结构强度不够。(2) 通过对车架改进结构的分析发现在弯管梁与联接板处加支撑板,可降低联接处的应力;第四横梁下片采用与腹板联接的方式可以大大降低联接处的应力值,由于纵梁翼面结构较弱,上下联接板采用角板结构把下翼面与腹板联为- -体,是较为合理的结构。(3)在结构改进的基础上,对车架整体结构进行优化设计,优化后车架质量降低了10. 43% (0.22t) ,取得了较好的优化结果。(4)此方法可以推广应用到其它车型的结构分析及优化设计中。

汽车的悬架主要有被动悬架,半主动悬架以及主动悬架。

被动悬架刚被设计出来时在道路上的减震效果差,适应性能低。它最早出现在国外的上世30年代。

半主动悬架的概念出现在上世纪70年代,这种悬架是一种结构简单的悬架,它与被动悬架的区别是可以独立工作,不依赖于汽车动力。具备类似主动悬架的效果,发展潜力巨大。

主动悬架的概念出现在上世纪50年代。不同于被动悬架和主动悬架,它拥有调节刚度和阻尼的功能,让汽车悬架不受各种工况的影响,一直保持良好的工作状态。

被动悬架由于结构简单,在我国运用广泛。但是性能单一导致了这种悬架只有在特定的环境下才能发挥最大的工作效果。由于它的理论成熟以及造价低廉同时还具有一定的工作稳定性。所以目前在国内,被动悬架仍然具有研究意义。我国在这三个方面取得了一定的研究:1,通过构建汽车的数学模型进行受力分析,然后利用计算机仿真技术寻找最合适的车架结构参数。2,研究弹簧和减震器,通过不断地调节它们的刚度和阻尼寻找最合适的参数,使悬架更加能够适应各种复杂的工况。3,研究导向机构。使汽车在高速行驶时既有足够的行驶平顺性,又能保持车身稳定。

从以上综述来看,轻型货车在我国应用广泛,我国的汽车行业发展还存在很多不足,比如:技术含量低、开发形式落后、技术创新力不够、整体分析欠缺等问题,造成国内汽车发展落后于国外。本课题对低速货车车架与悬架进行研究,希望可以对该货车的设计进行优化。

第2章 总体方案论证

2.1 参考车型及其参数

1.整机主要技术参数

型号 JS1608

型式 平头、4×2后轮驱动

轴距(mm) 2000

轮距(前/后) (mm) 1220/1220

空车质量(kg) 1120

装载质量(kg) 750

满载质量(kg) 2000

最小离地间隙(mm) >180

最小转向圆直径(m) <9

最大爬坡度 >20%

制动距离(m)(V=30 km/h时) <6.5

最高车速

≤50Km/h

  1. 主要总成技术特性及参数

发动机参数:

型号

380

标准功率/kw

5.6

转速r/min

2400

型式

三缸、立式、水冷柴油机

最大扭矩/(n/m)

72

转速r/min

1720

表2-1

发动机主减速器:型式: 螺旋伞齿轮

传动比: 5.833

车轮:

r ——驱动轮滚动半径,按下式估算

(2)

式中:d ——轮辋直径(寸)

b ——轮胎宽度(寸)

0.9 ——轮胎径向变形系数。

为此对6.00—13轮胎求得:

(3)

3.发动机外特性图:

图1 发动机外特性图

2.1.1车架方案

轻型货车车架不仅要承受各种复杂道路工况下的载荷,还要承受来自自身与车外的其他载荷,所以设计轻型货车车架时需要考虑足够的强度,刚度,弯曲应力。同时为了降低整车造价成本以及提高货车的行驶稳定性,本课题车架方案需要尽可能轻量化。

2.1.2车架受力情况

1.货车竖直方向上的载荷

货车的自重,驾驶员以及货物的重量会给车架一个竖直方向的合力,车架会受载产生变形。

  1. 货车高速行驶时的载荷:

货车在正常路面上变速行驶时,水平方向的牵引力和竖直方向上力的合力会使货车车架受载变形。

  1. 货车在复杂工况下的载荷:

当货车在不良道路上行驶时,会出现车身倾斜的状况,从而导致车架在同一平面内受力不均,车架受扭力的作用产生形变。

  1. 其他载荷:

汽车刹车,转弯,撞击等都会导致车架变形。

由此可见,车架的受力情况是复杂多变的。而且车架自身的材料组成以及结构形式还会使它的受力情况更加复杂。

2.1.3车架设计要求

  1. 货车车架要有一定的强度。以避免在各种复杂工况下被破坏。可采取的措施有下面几种:

a.提高货车车架的局部扭转刚度,通过检测车架上偏心载荷的集中情况,然后在载荷比较大的地方设置横;限制制造车架时工艺问题产生的局部扭曲程度,减少车架装配时产生的预紧力。

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