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1、铰接式自卸汽车车架设计尚晓明北京科技大学摘要：车架是车辆的主要承载部件，要求具有好的强度、刚度和焊接性。在设计时，在满足工况要求的情况下，确定出总体尺寸，以及截面梁的形状和尺寸。此外，依据前车架上发动机、变速箱、散热器、驾驶室等间的位置，确定出支座位置。强度分析时，利用ANSYS软件进行有限元分析。首先，在Po-Engineer工程软件中进行实体模型的建立，考虑到车架力的承载和ANSYS中的强度分析，将结构部分省略和简化。之后，利用Pro-Engineer和ANSYS的数据交换接口，把模型导入ANSYS软件当中，通过前处理（设置材
2、料属性），网格划分，约束和加载，求解等最终得出模型的应力云图和变形图。根据材料强度和设计工况的要求，最终确定出合理的车架。关键词：车架、有限元分析、强度分析。1．引言车架好比人体的脊梁，是承载车身部件，发动机，变速箱等的基础，是车辆的主要承载部件，所以车架的强度和刚度在车辆总体设计中十分重要。汽车的车架可分为：大梁式车架、承载式车架、钢管式车架。（1）大梁式车架。将粗壮的钢梁焊接或铆合起来成为一个钢架,然后在上面安装引擎、悬架、车身等部件。大梁式车架的优点是钢梁提供很强的承载能力和抗扭刚度,而且结构简单,开发容易,生产工艺的要求也
3、较低。缺点是质量沉重,其重量占去全车总重的相当部分。大梁式车架适用于大载重量的货车、中大型客车,以及对车架刚度要求很高的车辆。（2）承载式车架。承载式车架用金属制成坚固的车身,再将发动机、悬架等机械零件直接安装在车身上。这个车身承受所有的载荷,充当车架,也叫做“无车架结构的承载式车身”。承载式车架由薄钢板经冲压、焊接而成,对设计和生产工艺的要求都很高。承载式车架目前主要用于轿车。（3）钢管式车架。钢管式车架就是用很多钢管焊接成一个框架,再将零部件装在这个框架上。其生产工艺简单,适合小规模的作坊作业。时至今日仍采用钢管车架的都是一些
4、产量较少的跑车厂[1]。2．45吨铰接车基本参数汽车总体尺寸为11920mm*3600mm*3750mm,其轴距为6045mm，轮距2725mm,初速40km/h,制动距离18.03m,减速度5.02m/s2。整车载货量为45吨，满载时总重67吨。其前后车架之间由铰接装置连接。铰接车由于性能的优越已备受关注，此45吨的设计则是为了满足更大的载货能力，降低矿山运输的成本损耗。3．45吨铰接车的车架结构设计首先以同类型的车辆为参照，根据前车架的主要部件发动机，变速箱，散热器以及铰接点连接处的尺寸参数确定出车架的总体尺寸（5234*17
5、45*780）。铰接车属于载货汽车，其前桥载荷与后桥相比较小，而前车架所安装的部件其所施加的载荷与整车载荷分配给前桥的更小。对于横梁的设计，考虑将其放在发动机安装位置下方，而U形梁则位于车架纵梁结构变化处。各部件在车架上的固结点主要考虑部件本身上的安装位置。以发动机为例，它采用三点固定，在出厂时，各点之间的位置已经确定。因此在设计时，要考虑其相对位置，确定一点，其它两点也就定了。将其中一点固定在U型梁上，其它两点则由于尺寸关系，需要在纵梁上焊接支承座，由此，就确定下发动机在整个车架的位置。而变速箱则根据动力传递位于发动机后，为了保
6、证整个车架重心位于前桥上，则将变速箱整体位置放在前桥后。然后根据其固定座，确立在梁上的支承座。其它部件，如散热器座，油箱座，以及驾驶室支承座则根据其与发动机，变速箱的关系进行布置。布置的原则是：合理布局，避免干涉。前车架总图确定：根据已知的发动机，散热器，变速箱，驾驶室等的整体尺寸，同时参照同类车架设计，运用类比的方法，确定车架的基本结构，如下图：图3.1前车架总图图3.1为完成后的总体前车架设计图，其整体形状近似于U形，此种形状能够让各部件之间的关系合理，左右，前后的整体受力分配比较均匀，各附件之间也见笑了干涉。同时，它也安排出
7、足够的空间，使得变速箱输出动力通过传动轴传递到前后桥上。车架纵梁：图3.2车架纵梁俯视图图3.3车架纵梁剖面图纵梁为车架的主要承载部件，在设计时需考虑其有一定的强度和刚度。车架梁的截面主要有三块钢板焊接的工字型截面和四块板焊接的箱型截面。相比于工字型截面，箱型截面抗弯刚度和稳定性更好，常用于跨度大且梁的强度和刚度要求高的情况。抗扭梁：图3.4抗扭梁抗扭梁的设计主要是考虑车架在行驶时，各轮胎可能会不在同一平面，导致车架存在扭转变形。车架尾座图3.5车架尾座俯视图图3.6车架尾座左视图车架尾座使得两根纵梁连接在一块，整个车架构成一个整
8、体。同时对于铰接车尾座上含有铰接孔，使得前后车架连接在一起，构成整个承载车架。尾座由一块U形板，四块座板,和其增强作用的筋板组成。U形板与两根纵梁连接，筋板的设置主要是由于在铰接点处，后车架会将部分里传于前面，因此要满足足够的强度。4．建立车架模型
