中置轴轿运车车架性能研究.pdf

QICHEYANJIU汽车研究HEAVY TRUCK重型汽车11中置轴轿运车车架性能研究中置轴轿运车车架性能研究令胚料宽度为令胚料宽度为S，h=mS，运用材S，h=mS，运用材料力学基本公式，料力学基本公式，可以得出垂直弯曲可以得出垂直弯曲强度、水平弯曲强强度、水平弯曲强度、弯曲惯性距、度、弯曲惯性距、扭转截面系数计算扭转截面系数计算公式：公式：可知，当胚料可知，当胚料尺寸t和S一定时，尺寸t和S一定时，垂直弯曲强度随 m垂直弯曲强度随 m的增大而增大，当=0.75的增大而增大，当=0.75时达到最大，为 1.125，即时达到最大，为 1.125，即此时弯曲强度最高。纵梁设此时弯曲强度最高。纵梁设计中，一般不选取此最大值。计中，一般不选取此最大值。因为 m 较大，在结构布置因为 m 较大，在结构布置上往往存在限制，同时翼缘上往往存在限制，同时翼缘宽度过小，必将导致水平弯宽度过小，必将导致水平弯曲强度过低，零件的连接紧曲强度过低，零件的连接紧固也会出现困难。固也会出现困难。此次仅比较车架纵梁此次仅比较车架纵梁断面 280808(mm)和断面 280808(mm)和266878(mm)，由 于 两266878(mm)，由 于 两者 m 相差不大，t 和 S 又相者 m 相差不大，t 和 S 又相同，故两者纵梁垂直弯曲强同，故两者纵梁垂直弯曲强度和水平弯曲强度及对 x 和度和水平弯曲强度及对 x 和对 y 的弯曲惯性矩及扭转截面系数相对 y 的弯曲惯性矩及扭转截面系数相差不大，即纵梁的应力水平和纵梁的刚差不大，即纵梁的应力水平和纵梁的刚度相当，但车架的强度和刚度还需根据度相当，但车架的强度和刚度还需根据横梁的情况进行综合分析。横梁的情况进行综合分析。1.2 仿真分析1.2 仿真分析1.2.1 应力情况1.2.1 应力情况根据车架常规应力分析，得出两种根据车架常规应力分析，得出两种断面车架的应力分布见表 2 和表 3。断面车架的应力分布见表 2 和表 3。从应力分析结果来看，266mm、280mm 纵梁断面车架总体应力水平相当，266mm 断面纵梁应力略小于280mm 断面，横梁应力略高于 280mm断面。1.2.2 弯曲刚度和扭转刚度对两种断面车架进行弯扭刚度分析，得到结果见表 4。266mm 断面车架相较于 280mm 断面车架，弯曲刚度下降 11.69%，扭转刚度变化很小。1.2.3 模态及振型分析两方案的模态及振型，得到模态结果见表 5。两方案各振型接近，平顺性着重关注指标一阶垂弯振型见图引言引言中置轴属于挂车的一种特殊类型。中置轴属于挂车的一种特殊类型。部分品牌的中置轴挂车货箱容积可以达部分品牌的中置轴挂车货箱容积可以达到 130m3，对于未来的快递甩挂运输绝对是一大优势。随着新能源轿车的大量普及，市场对中置轴轿运车的需求也在与日俱增，对中置轴轿运车的承载性能也提出了新的要求。轿运车车架是中置轴轿运车关键的承载部位,车架的强度、刚度和疲劳寿命直接决定了轿运车的使用性能1。国内某 62 匹配空气悬架的中置轴轿运车架结构如图 1 所示。车架零部件包括左右纵梁、左右内加强板、车架前端大铸件、第一横梁总成、前兜梁总成、变速箱后横梁、传动轴横梁、空气悬架横梁及加强梁。整车设计输入见表1。图 1 某 62 中置轴轿运车车架结构表 1 整车设计输入特征参数道路情况高速公路，国道，一般道路常用车速（km/h）70-80，偶尔 80-90发动机怠速（rpm）550市场使用吨位（t）22.481 纵梁断面对车架性能影响1.1 理论分析某主机厂中置轴轿运车车架纵梁一般都是从前到后的 C 型梁，根据槽型件简化计算，如图 2 所示。文文/黄甜芳 彭 凯 徐潇寒 刘 尧（东风商用车技术中心黄甜芳 彭 凯 徐潇寒 刘 尧（东风商用车技术中心)【摘 要摘 要】中置轴轿运车是一种用于轿车运输的专用车辆。中置轴轿运车相比较普通的轿运车而言底盘略低,上下】中置轴轿运车是一种用于轿车运输的专用车辆。中置轴轿运车相比较普通的轿运车而言底盘略低,上下装卸轿车便捷,转弯半径小,运输过程的安全性高，因而成为乘用车物流运输的主流车型。轿运车车架是中置轴轿装卸轿车便捷,转弯半径小,运输过程的安全性高，因而成为乘用车物流运输的主流车型。轿运车车架是中置轴轿运车关键的承载部位,车架的强度、刚度和疲劳寿命直接决定了轿运车的使用性能。车架的轻量化能够提高车辆燃运车关键的承载部位,车架的强度、刚度和疲劳寿命直接决定了轿运车的使用性能。车架的轻量化能够提高车辆燃油经济性,达到节能减排的目的,同时轻量化还可节约成本,增加承载质量。因此,对轿运车车架的研究具有十分油经济性,达到节能减排的目的,同时轻量化还可节约成本,增加承载质量。因此,对轿运车车架的研究具有十分重要的意义。本文以中置轴轿运车车架为研究对象,分析计算了两种不同的纵梁断面及不同兜梁位置对中置轴轿运重要的意义。本文以中置轴轿运车车架为研究对象,分析计算了两种不同的纵梁断面及不同兜梁位置对中置轴轿运车影响。利用有限元分析软件 Hyberworks 对车架进行三维建模,首先得到车架的应力分布情况。其次分析了其车影响。利用有限元分析软件 Hyberworks 对车架进行三维建模,首先得到车架的应力分布情况。其次分析了其弯扭刚度性能，同时对车架进行了模态分析和频响分析,探索车架的振动特性,为避免车架共振提供理论依据，旨弯扭刚度性能，同时对车架进行了模态分析和频响分析,探索车架的振动特性,为避免车架共振提供理论依据，旨在对中置轴轿运车车架开发有所启发。在对中置轴轿运车车架开发有所启发。【关键词关键词】中置轴；车架；有限元中置轴；车架；有限元图 2 槽型件计算示意 S=h+2bS=h+2b表 3 280mm 纵梁断面应力表(单位：MPa)280 断面弯曲制动转弯扭转扭转+侧向纵梁264.52 205.41378.8306.51482.21内加强板175.88 136.24 279.88 181.91289.79第三横梁17.8121.8285.0799.78177.91第四横梁72.7470.53149.82 117.88218.41第五横梁35.1835.51165.33 110.01243.05第六横梁42.931.62170.5784.6237.19第七横梁38.6924.57218.5391.06272.5表 2 266mm 纵梁断面应力表(单位：MPa)266 断面弯曲制动转弯扭转扭转+侧向纵梁252.71 191.07379.12301.41477.8内加强板 167.87 127.29293.45177.24303.77第三横梁 17.9121.986.13104.01183.04第四横梁 75.4970.73147.4123.77216.99第五横梁 36.7336.79176.47116.58259.53第六横梁 44.0333.51171.6183.45236.97第七横梁 43.0926.78227.8594.58281.02重型汽车HEAVY TRUCK123。两种断面车架的模态和振型接近，变化很小。图 3 两种方案一阶垂弯振型对比（左266mm，右 280mm）2 兜梁形式对车架性能影响本次分析了三种兜梁形式（前兜梁、后兜梁和无兜梁）对车架性能的影响。2.1 强度本次分析按轿运车上装情况模拟（主挂车分别加载），得到纵梁、加强板及横梁应力情况见表6，表7和表8。表 6 纵梁应力(单位：MPa)工况后兜梁前兜梁无兜梁弯曲312.0312.0312.1制动284.7284.6284.7转弯346.7346.7346.6一轴扭转311.3311.3311.3一轴扭转&侧向360.0359.9359.8表 7 加强板应力(单位：MPa)工况后兜梁前兜梁无兜梁弯曲226.7226.7226.7制动205.3205.3205.3转弯241.8241.8241.8一轴扭转226.7226.7226.8一轴扭转&侧向242.5242.5242.5纵梁车架最大应力 361.3MPa，在气囊连接部位，按材料屈服，满足安全系数。纵梁架强板最大应力 242.8MPa，在气囊连接部位，按材料屈服，满足安全系数。表 8 横梁应力(单位：MPa)工况后兜梁前兜梁无兜梁弯曲93.693.693.6制动88.788.489.4转弯203.8203.7203.3一轴扭转111.9113.9115.0一轴扭转&侧向228.4228.7228.4横 梁 和 连 接 板 最 大 应 力229.8MPa，在鳄鱼梁上片折弯处，按材料屈服，满足安全系数。根据各材料特性及应力情况，可得出兜梁前置、后置和取消对车架最大应力影响不大，车架各部件满足材料强度要求的结论。2.2 弯扭刚度对四种方案车架进行弯扭刚度分析，结果见表 9，前兜梁与后兜梁弯扭刚度接近，无兜梁均有所下降，但下降不大。表 9 弯扭刚度对比方案弯 曲 刚 度（Nmm2）扭 转 刚 度（Nmm2/rad）前兜梁1.53E+071.22E+05后兜梁1.55E+071.23E+05无兜梁1.53E+071.14E+052.3 模态、振型与动刚度2.3.1 模态对前兜梁、无兜梁及后兜梁三种兜梁车架进行模态分析，得到结果见表 10。三种方案一阶垂弯模态频率接近，本次车型发动机怠速 550rpm，激励 27.5Hz，后兜梁和无兜梁三阶横弯在此 2 范围内，前兜梁方案的前端局部和三阶横弯模态均接近此 2 范围。前兜梁、无兜梁及后兜梁三种兜梁方案振型基本一样。表 10 三种方案的模态（单位：Hz）方案一阶扭转一 阶横弯一阶垂弯前 端局部三 阶横弯前兜梁 3.558.5314.9827.1 29.55后兜梁 3.577.9315.124.825.8无兜梁 3.487.5915.12326.32.3.2 原点动刚度对几种兜梁方案的频响分析见图 4和图 5。在 27.5Hz 附近，Y 向激励下，前兜梁振幅最大，动刚度最差；X 向和Z 向激励下，各方案差异不明显。图 4 发动机前悬置接附点 图 5 发动机后悬置接附点3 结论根据对两种纵梁断面规格的轿运车车架进行理论研究和仿真分析，可得出，在卷料规格不变的情况下，266mm 断面与 280mm 断面规格轿运车架应力水平相当，266mm 断面车架弯曲刚度下降约 10%，扭转刚度变化很小，模态和振型基本相同。通过对三种兜梁位置进行仿真分析可知，兜梁方案对车架整体应力水平几乎无影响，无兜梁弯扭刚度水平均有所下降，但在可接受范围；三种兜梁位置的车架振型接近，模态频响反映出，后兜梁和无兜梁方案车架模态频响相近，前兜梁方案车架表现最差。车架是个复杂的受力结构，对于车架的研究随着技术手段的提升也越来越多面，本文也只是抛砖引玉，希望能对商用车车架设计有所启发。参考文献：1 基于 HyperWorks 的某轻量化中置轴轿运车车架强度仿真分析 C.陈德发,罗庆元.商用汽车.2022.2 中置轴轿运车车架结构疲劳寿命分析及优化 J.张亚卿.燕山大学.2020.3 中置轴轿运车底盘设计浅析 C.赵雷,刘成武,王伟,李泽林,王野.汽车实用技术.2019.表 4 弯扭刚度结果对比刚度280 断面266 断面弯曲刚度（Nmm2）1.54E+071.36E+07扭转刚度（Nmm2/rad）1.2875E+05 1.2761E+05表 5 两种方案模态对比（单位：Hz）模态280 断面266 断面一阶扭转3.623.65一阶横弯8.869.03一阶垂弯14.6013.85二阶扭转17.8217.38二阶横弯20.5920.90二阶垂弯26.1026.90