农用车底盘车架有限元分析

驶状况 （ 如车速 ） 和汽车的结 构参 数（ 如悬架弹性元件 的刚度 ，
车 轮 刚 度 ， 车 的质 量 分 布 等 ） 由于 这 些 因素 很 复 杂 。 因此 ， 汽 ， 在 分 析 时 往往 分别 对某 些 简 单 的路 面 情况 进 行 研 究 ，动 载荷
系数则取一些 理论研究 与试验相结合 的半 经验数值 。汽动载
摘 要 ： 架是 汽 车 上 重要 的 承 载部 件 ， 辆 所 受 到 的 各 种 载 荷 最 终 都 传 递 给 车 架 ， 车 车 因此 ， 架 结 构 性 能 的 好 坏 直 车 接 关系到整车设计的成败 。 利用有限元分析软件 ， 对某农用车车架进 行 了有限元分析 ， 计算 出了车架的应力分布、 弯曲
格划分 ， 计算 出了车架 的应力 分布 、 弯曲强度 、 和各 阶模 态 ， 根
据 分析结果 提出了改进意见 。
１ 车架 的 三维 实体 建模
汽车车架是一个 复杂 的空 间薄壁结构 ，这样一 个复杂结 构若全 部如实地考虑是很 困难 的 ， 而必须对其进行简化 。 从 模 型 简化 的基本 原则 是在 如实反 映结 构 主要 力学 特 性 的前提 下， 尽量使用较少的单元和选 取简单的单元 类型 ， 以达到合理 、
＼
／
１ ＋
。
（ ｌ —
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（ １ ）
最大抗拉强度６ ０ ａ １ 。 ＭＰ
式 中 Ｃ一 前 悬 架 刚 度 ； 厂 后 悬 架 刚度 ； ｃ Ｇ 一自重 ； 经 一
验系数 ， 常取 ｈ １０ ； 一车速 ；一路面不平 度。 ＝ ０ ０
以上 半 经 验公 式 说 明 了 动 荷 系 数 与 路 面 不 平 度 、 速 、 车 汽
首先 ， Ｐｏ 将 ｒ Ｅ软件 建立 的三 维实体 建模 以 “ｇｓ格式 ／ ．ｅ” ｉ 中性 文件导 入 Ａ ｓｓ ｎｙ 软件 ， 生成 “ ｂ 格式文件 ， ． ” ｄ 然后 ， 进行 有
限元分析前处 理。目前 ， 对于类似车架结构 的有 限元 分析一般
采用 梁单元 ， 其优 点是 ： 模型前处 理工作 量小 ， 划分 的单元数
轿 车 和 客 车 ｋｓ２ ｚ ． ＝ ０～２５ ．
货 车 ｋｓ２ ｚ ． ＝ ５～３０ ．
越 野 汽 车
３ ４０ ． ． ５～
故 在此 取动 载荷 系数 为 ｋｓ２５ ｚ ．； ＝ 车架 在 动态 载 荷 作 用 下 的 应力 分 布 云 图 如 图 ４所 示 。 由
图 ２ 车 架有 限元 网格 模 型
系 数 按 下 式确 定 ：
／ ｈ
。 Ｖ２
ｏ
有 限元模型 ，如 图 ２所示 。划分 网格后共计 ４ １ ７９５个节点 ， １１ ５ ６ ７个单元 。车架所用材料 为 １Ｍｎ钢 ， 性能为 ： ４ ６ 物 弹性
模 量 Ｅ ２ ０Ｇ ａ ｐ ７８ ＝ ０ Ｐ ， ＝ ． ３×ｅ ｇ ３泊 松 比 ＝ ．； 料 的 ｋ／ ， ｍｍ ０３ 材 机 械 性 能 为 ： 小 屈 服 强 度 ３ ０Ｍ ａ 最 小 抗 拉 强 度 ５ ０Ｍ ａ 最 ６ Ｐ ， １ Ｐ ，
ｖｂ ａ ｉｎ ｍｏ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｃｕ ｅ ｔ ｅｔ ｒｍｅ ｔ ｔ ｎ ｔ ｄ ｓ ｎ ｓ ， ｒ ｖｎ ｔ ｖ ｈ ｃｅ ｄ ｎ ｍｉ ｄ ｉｒ ｔ ｄ ， ｒｐ ｓ ｄ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔ ， ｓ ｓｒ ｔ ｒ ｏ ｂ ｔ ｅ ｒ ｇｈ ａ ￣ ｅ ｓ ｉ ｏ ｉ ｇ ｉ ｅ ｉｌ ｙ ａ ｃ ａ ｏ ｔ ｕ ｅ ｓｅ ｎ ｍｐ ｓ ｎ
ａ ｒｃ ｌ ｒ ａ ｈ ｓ ｉ ｏ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ｎ ｙ ｉ ｔ ａｃ ｌｔ ｅｓｒ ｓ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ｏ ｅｆａ ｇｉ ｕｔ ａ Ｃ ｃ ａ ｓ ｆ ｎ ｔ ｅｅ ｎ ａ ｓｓ ｏｃ ｌｕ ａ ｅｔ ｔｅ ｓｄ ｓ ｉ ｕ ｏ ｆ ｍｅ， ｅ ｄｎ ｒ ｎ ｔ ａ ｄｔ ｅｏ ｄ ｒ ｕｌ ｒ ｓ ａｉ ｅ ａｌ ｈ ｒ ｉ ｈ ｔ ｒ ｂ ｎ ｉ ｇｓ ｅ ｇｈ， ｎ ｒ ｅ ｔ ｈ
应 力 云 图 可 以看 出 ，在 垂 直 动 载 作 用 下 的车 架 的变 形 主要 以
２２ 车 架静 、 载分 析 ． 动
弯 曲为主 ， 变形幅度不 大 ， 应力值 比静 载荷大 ， 总体应 力值低
于 ５ ． ＭＰ ， 低 于 ３０ Ｍ ａ仍 然 满 足 屈 服 极 限 ， 大 大 低 ６８ ａ更 ６ Ｐ ， 且
收稿 日期 ：０ ０ ０ — ８ ２ １— ５ ２ 作者简介 ： 王善 军（９ ４ ， 安徽霍邱人 ， １７ 一） 男， 大学本科 ， 工程 师 ， 研 究 方 向 ： 机 技 术推 广 。 农 一
图 １ 车 架 的 三 维 实 体 模 型
２ 车 架 的有 限元分 析
２１ 车 架 三 限元 分 析 模 型 ．
强度 、 和各阶振动模 态 ， 出 了改进 意见 ， 提 使其 结构能够更好地 满足 强度 和刚度要求 ， 它对提 高汽 车动 、 态性 能和优 静 化 车身、 车架结构设 计 ， 缩短新车开发周期 ， 节约开发 费用 ， 均具有重要意 义。 关 键 词 ： 用 车 ； 架 ； 态分 析 农 丰 模 中图分类号 ：２ ￥２ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ７ ８２ （０ ０ Ｏ — ０ ５ Ｏ １０ — ３ ０ ２ １ ）５ ０ ５ 一 ３
载荷 作 用 下 的变 形 与 应 力 ， 以便 进行 强 度 的 校 核 。 因此 ， 对 应 车架 可能 承受 的最 大 载 荷 进 行 分 析 。动 载 荷 大 小 主 要 通 过 动 载 系 数衡 量 ， 载 荷 系 数 决 定 于 三 个 因 素 ： 路 条 件 ， 车行 动 道 汽
Ａｇ ｉｕｌｕ ａ ｅ ｉ ｌ ｈ ｓ ｉ ｒ ｍ ｅ ｆｎ ｔ ｌｍ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ ｒｃ ｔ ｒ ｌｖ ｈ ｃｅ ｃ ａ ｓｓｆ ａ ｉｅ ｅ ｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓ ｉ
Ｗ ＡＮＧ Ｓ ａ －ｕ Ｙ ｉｘａ ｈ ｎ－ ｎ， Ｕ Ｑ － ｉ ｊ
（ ｏ ｉ ｏ ｎｙＡｇ ｉｕ ｕ ａ Ｍａ ｈｎ ｒ Ｈｕ ｑｕＣ ｕ ｔ ｒｃ ｈ ｒｌ ｃ ｉｅｙＢｕｅ ｕ Ｈｕ ｑｕ， ｈ ｉ ３ ４ ０， ｈｎ ） ｒａ ， ｏ ｉ Ａｎ ｕ ２ ７ ０ Ｃ ｉａ Ａｂ ｔａ ｔＴ ｅｆａ ｏｔｎ ａｒ ａ ａｔ ｖｈｃｅ ｒ ｕ ｊｃ ａBiblioteka Baiduｕ ａ ｖ ｎｕ ｌ ａｓｄｔ ｅｆａ ，Ｏｔｅ ｓ ｃ ： ｈ ｍｅｉ ｉ ｒ ｔｏｃ ｒｙｃ ｒ ｒ ｅ ｉｌｓ ｅｓｂｅ ｔｏｖ ｒｏ ｓｌ ｄｅ ｅ ｔａｌ ｐ ｓｅ ｔ ｍｅ Ｓ ｒ ｒ ｓ ｍｐ ａ ｔ ｐ ｓ， ａ ｔ ｏ ｙ ｏｈ ｒ ｈ
有 限元 软件 ， 某农用 车车架进行 了有 限元分 析 ， 对 首先 ， 用 运 Ｐｏ ｒ／ Ｅ软件 对所选 车型 的车架 进行三 维实体建模 ，并 导出为 ．
ｉ ｓ 式文件 ； ｇ 格 ｅ 然后 ， 车架模 型．ｅ 文件 导入通用 有限元分 将 ｉｓ ｇ
析 软件 Ａ ｓｓ运 用其 强 大 的 分 析 处 理 能 力 对 该 车 架 进 行 了 网 ｎｙ ，
ｇｅ ｔ ｉ ｉ ｃ ｎ ｅ ｒａ ｇ ｆ ａ ｃ ． ｓｎ ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｒｃ ｌ ｒ ｌ ｅ ｉｌ ｆａ １ ｍｏ ｅ ｎ ｌ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｇ ｉｕ ｔ ａ ｈ ｃｅ； ｌｅ； ｄ ｌａ ａｙ ｉ ｕ ｖ ｒ２ ｓ
车架 在汽车底盘 中是关键 承载部件 ，承受 着来 自道路 和 装 载的各种复杂载荷作用 ，并且 汽车上许 多重 要总成件都是 以车架 为载体 ， 它不但要承 受各总成 的质 量和有效 载荷 ， 还要 承受汽车行驶时所产生 的各种力 和力矩 。 因而 ， 车架 的强 度和 刚度设计 在汽车总体设计 中起着 至关重要 的作 用。本文利用
第 ３ ７卷 第 ５期 ・ 术 拳
ＶｏＩ ． ３７ Ｎ ｏ． ５
湖
南
农
机
２ １ ０ ０年 ９ 月
ＳＯＤ． ２０１ Ｏ
ＨＵＮＡＮ ＡＧＲＩ ＣＵＬ Ｒ ＭＡＣＨＩ ＲＹ １ ＡＬ ＮＥ
农用 车底 盘车架有 限元 分析
王 善 军 ， 其 霞 余
（ 霍邱 县农 机 局 ， 安徽 霍 邱 ２７ ０ ） ３ ４０
经济 的 目的。因此 ， 在建立模 型时 ， 不必单单追求局 部几何形
状 的模 拟 ， 在满足 工程要求 的前提下 要尽量 简化 ， 否则 ， 计算 模 型过 于庞 大 ， 给计 算 、 分析处理 增加很 多 困难 ， 而且费 用相 应也要增加 。在本车架 的建模 过程 中 ， 了如 下简化 ： 作 ①所有 的工艺 孔都 忽略不计 ； ②将所 有 的倒 角和过 渡 圆角都简 化成
ｐ ｒｏｍａ ｃ ｏ ｄ ｏ ａ ａ ｅ ｓ ｕ ｔｒ ｓｄ ｒ ｃ ｙ ｒ ｌｔ ｄ ｔ ｈ ｕ ｃ ｓ ｆｖ ｈ ｃ ｅ ｄ ｓ ｎ Ｆ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔ ａｙ ｉ ｏ ｔ ａ ｅ ｅ ｒ ｎ ｅ ｉ ｇ ｏ ｒｂ ｄ ｆ ｆ ｓ ｒ ｍ ｔ ｃｕ ｅｉ ｉｅ ｔ ｅａ ｅ ｔ ｅ Ｓ ｃ ｅ ｓ ｏ ｅ ｉｌ ｅ ｉ ． ｉ ｉ ｅ ｅ ｎ ｌｓｓｓ ｆ ｒ ， ｒ ｌ ｏ ｇ ｅ ｎ ａ ｗ
５ ６
湖 南 农 机
２１ ０ ０年 ９月
目和 节 点 数 目少 ， 算 速 度 快 ； 缺 点是 ： 能 正 确 地 反 映 车 计 其 不 架 纵 横梁 的截 面 形 状 ， 法 仔 细 分 析 车 架 的 应 力 集 中 问题 ， 无 所 以 不 能 为车 架 纵 横 梁 的 连 接 方案 提 供 实 用 的帮 助 。而 ｓｌ４ ｏｄ ５ ｉ 单元 用 于构 造 三 维 固 体结 构 ， 元 通 过 ８个 节 点 来 定 义 ， 单 每个 节 点有 ３ 沿 着 ｘｚ 向平 移 的 自由度 ， 单 元 具 有 塑性 、 个 ｙ方 且 蠕 变 、 胀 、 力 强 化 、 变 形 和 大 应 变 能 力 。所 以 ， 文 采 用 ８ 膨 应 大 本 节 点 的 ｓ ｉ ５单 元 进 行 有 限 元 网 格 划 分 ， 到 该 边 粱 式 车 架 ｏｄ ｌ４ 得
车结构参数 的关 系 ， 动荷系数随车速增大而增大 ， 当车速大 于 １ ０ｋ ／ ０ ｍｈ时， 动荷 系数将趋 于一定值 。当路 面突起高度增大 ， 或悬架 系统 刚度提高时 ， 动荷系数都将随之增大。 由试验和计 算得 ， 在强度 校核 时 ， 各类 车型的动荷 系数可取如下数值 ：
直角 ； 车架 本身结构虽然完全对 称 ， ③ 但在行驶 过程 中所受 的
外载却不是完全对称 的 ， 故选用整个车架进行有 限元分析 。 某农 用车车架是边梁式 车架 ，由左右分开 的两根纵梁和 若干横梁组成 。该车架 由薄壁型槽钢铆接 而成 ，车架全长 １ ０ ０ ０ ｍ， ５ ｍ 最大宽度为 １０ ｍ， ０ ０ｍ 前后 等高 ， 高度为 ４ ０ｍ ０ ｍ。根 据 以上 简化 ， 选择 ＰｏＥ软 件 ， 建立 的某农 用车底 盘车架 的 ｒ／ 所 三维实体模型如 图 １ 所示 。
ｓ ｔ ｅｆ ｒ ａ ｃ ｎ ｐ ｍｉｅｔ ｅｂ ｄ ｆ ｍｅ ｄ ｓｇ ｓ ｏ ｅ ｅｄ ｖ ｌｐ ｎ ｙ ｌ ， ｅ ｃ ｒ ｓ ｖｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｏ ｔ ， ｒ ｆ ｔｉ ｐ ｒ ｍ ｎ ｅａ ｄ ｏ ｔ ｚ ｏ ｙ， ａ ｅ ｉ ｎ，ｈ ｒ ｎ ｔ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｃｅ ｎ ｗ ａ ，ａ ｉ ｇｄ ｖ ｌｐ ｎ ｓ ａ ｅｏ ａｃ ｏ ｉ ｈ ｒ ｔ ｈ ｃ ｃ ｓ