自卸车底盘车架的改装设计及有限元

Ｍ（ｘ）＝Ｒｆｘ－２ＧＬ０ （ｘ＋ａ）２－Ｇ２ｃｅ［ｃ２－（Ｚ－ｘ）］２ 。 ……………………………………………………… （２）
对 Ｍ 求 （ｘ） 导后得最大弯矩点为： ｘ＝［Ｒｆ－ＧＬ０ａ＋Ｇｅ（Ｚｃ－ｃ１）］／［ＧＬ０＋Ｇｃｅ］。 …… （３）
只对车架 的 主 体 部 分 建 模 分 析，不 考 虑 焊 缝 的 影 响。
整车受力如图２ 所示，其中 Ｇｅ 为装备重力，Ｇ０ 为 装载力。在静止状态，自 卸 车 底 盘 车 架 主 要 受 自 身 重 力 、驾 驶 室 重 量 、装 载 重 量 的 作 用 。
根据车架的受力情况，将其简化成简支梁模型，均布 载荷为ｑ，弯矩为 Ｍ，支反力为Ｒｆ 和Ｒｆ１，如图３所示。
由 力 矩 平 衡 ，可 计 算 出 前 支 撑 反 力 为 ： Ｒｆ＝Ｇ０（Ｌ－２ｂ）２＋ＺＧｅ（ｃ－２ｃ２）。 …………… （１） 设计算截面距 前 支 撑 点 的 距 离 为 ｘ，则 ｘ 截 面 的 弯矩为：
用 Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ建立模型然后导入到 ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋ－ ｂｅｎｃｈ中，采用 六 面 体 单 元 划 分 网 格。 材 料 属 性 设 置 为：弹性模量 Ｅ＝２．０６×１０５ ＭＰａ；泊 松 比μ＝０．３。 所 建立的车架有限元模型如图４所示。
０ 引 言 车架是汽车上重 要 的 承 载 部 件，作 为 汽 车 底 盘 的
基础件，其结构形式 直 接 影 响 着 底 盘 各 零 件 的 布 置 安 装。车架主要有边梁式、中梁式和综合式几种 结 构 。 ［１］ 由于车辆所受到的各 种 载 荷 最 终 都 传 递 给 车 架，故 车 架对整车的各项性能起着至关重要的作用。近年来， 对货物运输合理化和 装 卸 机 械 化 的 要 求 日 益 提 高，为 了 满 足 用 户 提 出 的 要 求 ，自 卸 汽 车 的 改 装 量 越 来 越 大 ， 尤其是对底盘的改装，目 的 是 使 其 能 够 在 车 架 加 长 后 在增加装载质量的情况下仍能满足强度和刚度要求， 承受更大的载荷。
边梁式车架的典型结构如图１所示。车架前后等 宽 ，考 虑 纵 梁 中 部 所 受 的 弯 矩 最 大 ，故 将 中 部 断 面 设 计 成 与 两 端 断 面 高 度 相 等 ，构 成 等 强 度 梁 。 这 样 ，可 使 应 力分布均匀，同时 又 减 轻 了 重 量。 每 根 纵 梁 上 都 开 有 多个安装其他机件的孔。 １．２ 纵 梁 材 料 的 选 择
收 稿 日 期 ：２０１２－０５－０７； 修 回 日 期 ：２０１２－０７－０７ 作者简介：赵美云 （１９７７－），女，河南西平人，讲师，在读博士生，主要研究方向为摩擦学及表面工程、设备故障诊断与状态监测等。
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Hale Waihona Puke Baidu机 械 工 程 与 自 动 化 ２０１２年第６期
纵梁为车架的主 要 承 载 零 件，在 汽 车 行 驶 当 中 受 较大的弯曲应力。本车架纵梁采用了两根抗弯性能较
好 的 平 直 槽 形 梁 ，由 车 架 专 用 热 轧 钢 板 冲 压 而 成 ，且 为 主 副 梁 结 构 ，以 增 加 刚 性 ，材 料 为 １６ＭｎＲｅＩ［３］。参 照 国 内外总质量相近 车 型 的 车 架 纵 梁 断 面 尺 寸 表［４］，确 定 纵 梁 断 面 尺 寸 为 ３００ ｍｍ×８０ ｍｍ×８ ｍｍ。
第 ６ 期 （总 第 １７５ 期 ） ２０１２ 年 １２ 月
机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ
文 章 编 号 ：１６７２－６４１３（２０１２）０６－００４５－０３
Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．
自卸车底盘车架的改装设计及有限元分析
赵美云，康晓妮，严厚林，王锐锋
底 盘 改 装 项 目 主 要 包 括 车 架 的 改 变 、加 装 千 斤 顶 、 油箱移 位、移 动 横 梁、移 动 汽 液 管 和 排 气 系 统 改 装 等 。 ［２］ 本文以边梁 式 车 架 作 为 研 究 对 象，将 车 架 在 其 中 部 断 开 ，使 轴 距 和 总 长 增 加 ，并 计 算 满 载 工 况 下 车 架 所受的弯曲应力，对 其 强 度 进 行 校 核。 然 后 用 有 限 元 分析软件对改装后的 自 卸 车 车 架 进 行 分 析，得 出 车 架 的 应 力 、变 形 分 布 ，根 据 计 算 及 分 析 结 果 验 证 改 装 后 的 车架是否满足使用要求。 １ 车 架 的 改 装 设 计 １．１ 车 架 总 体 结 构 形 式 的 确 定
（三峡大学 机械与材料学院，湖北 宜昌 ４４３００２）
摘要：以边梁式底盘车架为研究对象，采用中部断 开 后 加 长 的 方 法 对 其 进 行 了 改 装 设 计 ， 然 后 利 用 ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ对改装后的车架进行了有限元分析。分析表明 改 进 后 自 卸 车 的 装 载 质 量 提 高 了 １．５ｔ， 而 能 承 受 的最大应力远小于材料的许用应力。研究结果为车架的进一步设计优化提供了一定的理论依据。 关键词：底盘车架；改装设计；纵横梁；有限元分析 中 图 分 类 号 ：Ｕ４６３．３２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
图 １ 边 梁 式 车 架 的 典 型 结 构
１．３ 主 车 架 的 加 长 方 法 在驾驶室 后 端 至 后 桥 中 心 轴 线 的 中 间 处 截 割 车
架 ，并 加 接 底 盘 车 架 大 梁 所 要 加 长 的 长 度 ，所 用 的 材 料 与原车架一样。车架的加长部分与车架的连接采用焊 接 。 为 了 使 车 架 高 应 力 区 （危 险 断 面 ）满 足 强 度 和 刚 度 要求，同时又使车架 在 某 一 区 间 的 截 面 尺 寸 变 化 不 太 大 ，在 车 架 纵 梁 焊 接 之 后 再 用 加 强 板 加 强 。 加 长 时 ，加 接部分与车架接合的整个部分的焊接采取连续对接焊 的方式。 １．４ 车 架 纵 梁 强 度 的 校 核