基于ANSYS的某客车车架刚度与模态分析.pdf

基于 的某客车车架刚度与模态分析杜 松基金项目:年安徽省级质量工程特色高水平专业(编号)年安徽省高等学校省级教学示范课(编号)和 年安徽省高等学校质量工程(编号)的成果之一收稿日期:作者简介:杜松()重庆涪陵人 硕士 讲师 研究方向:汽车运用技术:(安徽交通职业技术学院 安徽合肥)摘要:为检验车架设计合理性 文章利用 软件建立车架三维模型 运用 对车架刚度和自由模态进行分析 通过刚度分析计算出了车架弯曲刚度值和扭转刚度值 通过模态分析验证了车架在汽车怠速和正常行驶时能够避免共振现象的发生 关键词:车架 刚度 模态分析 中图分类号:文献标识码:文章编号:()():/车架是客车的主要安装基体 承受着各种工况下的激励作用 对整车起到支承作用 在车架设计时需要考虑车架的强度和刚度要求 以保证车架能承载规定载荷 避免车架因刚度不足发生变形引起各零部件发生相对位移 导致车辆不能正常运行 影响行车安全 车架三维模型的建立该客车车架由钢板厚度均为 的 根纵梁和 根横梁组成 纵梁长 米 横梁宽 两个纵梁都由槽型刚制成 第、根横梁为槽型刚制成 第、根横梁为薄钢板冲压而成 纵梁与横梁由密制焊接连接 刚度足够 文章将车架视为一整体进行研究 利用 软件 按照客车车架的大小建立几何模型 如图 所示图 车架模型图 车架有限元模型的建立 材料的属性这款客车的车架材料使用了 的低碳钢在表 中显示了这款车的材料属性表 材料参数泊松比弹性模量()密度(/)屈服强度()有限元模型修整把构架模板导出为 模式 之后导入到 软件中 针对普通客车底盘上梁槽的结构特征 对构架的模板进行了相应的优化 第一是去除小于 的小孔 因为这种小孔对构架质量的提高作用不大 只会对局部结构造成整体质量降低 而小孔的存在对模型的有限元网格效果作用影响较大 网格质量又将直接影响分析可靠性 为了保证网格质量所以将其删除 第二是删去了车架上尺寸较小的倒圆 因为较小的倒圆对车架上有限元的网格质量影响较大 很容易出现很不合格网格 人工修复难度较大 所以为了提高网格质量并获得合格的网格划分结果 需要删除较小直径的倒圆 网格的划分文章采用自动划分网格 采用四方形网格且设置网格边长小于 的网格 以获得高精度的网格质量 获得车架模型质量 网格节点(总第 期)(.)年第 期 九江学院学报(自然科学版)()数 个 单元总数 个 车架有限元模型如 所示图 车架网格划分整体图 车架的刚度分析客车在不同工况下行驶受到各种复杂的载荷车架在载荷作用下容易发生变形 车架抗变形能力的指标主要是车架的刚度 文章主要对车架的弯曲刚度和扭曲刚度进行分析 车架的弯曲刚度分析车架的弯曲刚度是指车架载荷与所引起的车架最大挠度值之比 将车架视为简支梁 将垂直于简支梁的力集中加载于梁的中点 如图 所示 简支梁在垂直方向发生的最大位移 也就是最大的挠度 将测量结果代入简支梁弯曲刚度计算公式()就可以计算出结果图 车架弯曲刚度示意图弯曲刚度计算公式:()()式中 表示弯曲刚度值()表示集中载荷()表示轴距()表示从支点到测点的距离()表示测点的挠度()以轴距中点进行载荷集中加载点 即 /则计算公式简化为:()在 的计算中 通过约束前二轮钢板弹簧中点在车架纵梁上的垂直投射点在、三个方向上的水平运动自由度 通过约束后二轮钢板弹簧中点在车架纵梁上的垂直投射点在 方向上的水平运动自由度 在二根纵梁的中点上施加 的载荷 有限元分模型如图 所示图 车架弯曲刚度分析模型图 车架弯曲刚度位移图通过位移云图()可知车架的最大变形挠度为 即 车架的轴距为 即 代入公式()计算得车架的弯曲刚度 为:()车架的抗扭刚度分析车架的扭转刚度通常指车架前后轴之间的扭转刚度 一般用车架在扭转载荷下的扭转角来表示 该客车车架结构上比较对称 前后宽度相等 纵梁的截面积也弯曲完全一致 分析过程中可以把车架看成均匀扭转刚度的梁来分析 车架扭转示意图由图 所示图 车架扭转示意图车架的扭转刚度计算公式为:()其中 表示扭转刚度(/)表示扭矩()表 示 载 荷()表 示 力 臂()表示扭转角度()表示挠度()计算时 约束前右轮钢板弹簧中点在车架纵梁上的垂直于投影位置的、三个走向的平动自由度 控制后二轮钢板弹簧中心点在车架纵梁上的垂直投影点的、三向的平动自由第 期 杜松:基于 的某客车车架刚度与模态分析度 然后前左轮钢板弹簧中点在向在车架纵梁上的垂直投影点施加 方向垂直向上的力 分析模型如图 所示图 车架扭转刚度分析模型图 车架扭转刚度位移图由图 可知 车架左前方发生车架最大变形量 其数字为 即 因力臂等于车架宽度 故 取 代入计算公式()可得车架扭转刚度 为:通过(图)可知 车架左前方发生车架最大变形量 其数字为 即 因力臂等于车架宽度 故 取 代入计算公式()可得车架扭转刚度 为:/()模态分析概述汽车行驶时车架会遇到动载的作用 这会使车架会随着动载的方向产生惯性位移 当车架收到多方向或多个有规律的作用力时 就会产生振动效应 结构模态分析技术是动态设计的核心技术 它从机件的整体出发 如在汽车舒适性、静音控制、产品疲劳问题的研究中得到了广泛的应用 文章用 法求解 这也是 默认的自由模态方式分析客车车架的方法 把分析软件的阈值设为 这样分析结果显示前十五阶的模态振型 且固有频率大于 通过计算 前十五阶固有频率及最大变形如表 所示表 车架前十五阶频率及最大变形阶数固有频率 最大变形()一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 十三 十四 十五 由于篇幅所限 文章只呈现图 所示的第一阶振型图 其余的振型图不再一一展示图 一阶振型图该客车装配直列六缸、四冲程的发动机 发动机运行振动频率 可以表示为公式():发动机转速 气缸数 发动机冲程数()该车发动机怠速为/怠速激励频率可由公式()算得:怠 ()客车发动机通常工作转速在为/之间 代入公式()计算出的激励频率为 通过查阅相关文献 我们知道客车在常规道路上造成的激励频率都在 以下车轮造成的激励频率都在 区间 从计算结果可以看出 客车车架固有频率 避开了路面激励频率和发动机怠速下的振动频率 因此车架不会因地面激励而产生共振 也不会与怠速状态下的发动机产生共振 由于客车在行驶过程中九江学院学报(自然科学版)年第 期发动机的激励频率相对较宽 随发动机转速的变化而变化 因此很难准确给出是否能避免共振但由于客车发动机采用的是六缸发动机 所以在正常行驶中频率都偏高 在高频率的震动下对车架的疲劳损伤有限 车架的疲劳损伤不会有影响因此分析判定车架结构设计合理 结论文章通过分析研究 计算出车架弯曲刚度值和扭转刚度值 采用模态分析得到车架前十五阶固有频率 并通过验算判断车架能有效避免发动机怠速和常规工作转速下的共振频率 车架结构设计符合要求 后续还将开展各工况下车架强度分析 文章研究为车辆后续的载荷分布设置和车架强度设计等改进措施提供理论依据参考文献:李军 周敬勇 李勇.基于 软件的农用车车架静强度有限元分析.安徽职业技术学院学报 ():.杨德胜 蒋清丰 刘庆 等.基于 的副车架结构强度及模态分析.制造业自动化 ():.智淑亚 许牧天 李继秋.基于 的车架有限元分析.金陵科技学院学报 ():.任锦涛 李建军 杜明轩.基于 的车架有限元模态分析.汽车实用技术():.王海涛 肖平 时培成.基于 的某货车边梁式车架轻量化设计.陕西理工大学学报(自然科学版)():.郭建华.基于 的汽车车架静力学分析.长春师范大学学报 ():.李越辉 尉庆国.基于 的 赛车车架有限元分析.农业装备与车辆工程 ():.司景萍 韩璐 任庆霜.基于 的自卸车副车架结构模态分析.内蒙古工业大学学报(自然科学版)():.(责任编辑 罗江龙)(上接第 页)霍云龙 王燕 杨钫 等.纯电动汽车高低温工况的能量管理研究.中国汽车工程学会年会论文集().李文超 童亦斌 张维戈.计及电池使用寿命的电动汽车充电站储能容量配置方法.电工电能新技术 ():.高立克 肖静 姚知洋 郭小璇.电动汽车无线充电系统的输出功率动态解耦控制.电力系统自动化 ():./.():.(责任编辑 罗江龙)第 期 杜松:基于 的某客车车架刚度与模态分析