五乘坐铝合金车架设计
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景与研究目的 1
1.2 国内和国外应用现状 1
1.3 研究意义 2
2 五乘坐铝合金车架的选择与车架参数的确定 2
2.1 车架的类型 2
2.2 车型的选择 4
2.3 参数的确定 4
3 五乘坐铝合金车架的设计 4
3.1 汽车铝合金车架的设计方案 5
3.2 汽车铝合金车架建模软件的选择 5
3.3 汽车铝合金车架的建模过程 5
4 五乘坐铝合金汽车车架的分析 14
4.1 铝合金汽车车架分析方法的选择 14
4.2 铝合金汽车车架有限元分析软件的选择 16
4.3 五乘坐车架强度和刚度的有限元分析 18
5 汽车车架的模态分析 24
5.1 五乘坐铝合金车架的模态分析结果 25
结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 绪论
1.1 研究背景与研究目的
汽车的车架被称作为大梁，大梁是连接在汽车前后车桥上的桥梁式结构，也是整个汽车的基础，大梁上装着发动机、变速器、传动轴、前后桥和车架等总成和部件。设计现代汽车车架时应考虑的安全性的基本想法是：大量的碰撞能会在汽车碰撞的时候产生,基于这一原因我们就要设计出让碰撞能量传到车上人员的时候达到最小的结构（车架）,最好使这些能量在车外就被吸收。这样的车架结构就被称为“压碎带”，在受到撞击的时候会发生变形,把碰撞能吸收缓解。现在，汽车车架是当前汽车技术开发的前沿领域之一，并且铝合金作为一种新的结构材料，在现代汽车车架设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
计中，得到了越来越多的青睐。由于社会的发展、技术的进步，在汽车结构方面使用铝合金材料的总体优势越来越突出。这些年来我们发现，铝合金汽车车架比钢材料的车架更加安全，特别是在受到撞击时用铝合金材料比用钢有更多的优势，这些优势可分为以下两点：(1)由于铝材料较高强度和重量的比率，因此能制造出强度大并且重量轻的车架和车架结构。这样变形就能变得更大。(2)铝合金材料不易腐蚀，这就能够使铝合金材料吸收碰撞能量的退化减少到最小,这种退化需要的时间要比汽车的使用寿命还要长。
1.2 国内和国外应用现状
在2013 年，我国汽车产量和销量都超过了2000万辆，但是铝合金材料只被应用在少数汽车上，比如一汽大众的奥迪 A6、上海通用汽车的君威等，但是这些车型并不是我国自主研发的品牌。铝合金的先进技术大都掌握在发达国家的手中，并且对它们都有着很严格的保护。 在国内，铝合金车架的技术和开发都和发达国家差了很多。 根据统计的数据，国际品牌汽车车架的重量往往比国产品牌汽车车架的重量轻 8%-10%， 造成这一现象的主要原因是对铝合金材料的应用。 直到现在，汽车用铝合金覆盖件材料、铝合金框架材料的批量生产技术在国内依然还没有企业能够掌握。使用铝合金材料作为汽车车架的国产品牌汽车车型更是少之又少 ， 到现在，铝合金材料只被应用于极个别车型上，而且这些汽车的销量也十分有限。铝合金车架的研发在我国起比较晚，大约在1990年以后。在这段时间里，相关的研究试验被一些科研院所、铝加工企业、汽车制造企业都做， 但是他们对铝合金材料的各项指标（其中包括硬度、延伸率、表面质量、防腐性、稳定性、烘烤硬化性等）的了解并不多， 现在，铝合金汽车车架的生产差不多还是在试验中， 铝合金车架的性能还不是很高，现在国内的生产能力还不能为汽车企业提供帮助，这个方面远远落后于国外。但是国内的大型汽车厂、汽车设计公司、汽车材料的供应商等，他们都加快了对铝合金材料的开发，并且国内很多企业也都已经开始对铝合金车架展开了研发工作。 某款车型的车架也在西南铝业和中国汽车工程研究院的合作下被成功开发了，在与国际先进供应商的合作下，一些汽车企业也对铝合金材料的技术标准和车架零件的设计方法有了初步的掌握。
在国际上，铝合金材料已经被广泛应用到车架的设计上，而且这一技术也比较成熟，并且设计制造铝合金车架能够显示出企业强大的技术力量， 世界上主要的几家铝业公司，比如美国的Alcoa、美国的Novelis、加拿大的 Alcan 和德国 的Hydro在铝合金车架的生产方面一直走在世界的前列，也正是因为如此，这些公司成为了汽车行业中铝合金车架的主要供应商，他们还帮助各家汽车公司一起开发铝合金车架。其中Novelis公司在铝合金汽车车架的市场上有非常大的份额。另外日本的一些企业在市场上也都有自己的一席之地。
1.3 研究意义
随着汽车工业的发展，铝合金材料作为汽车工业的重要结构材料已经逐步被充分开发和广泛应用,它的前景很被看好。开发设计汽车铝合金车架有利于对促进我国汽车工业及其所用铝合金材料的发展,有利于提高我国汽车所用铝合金材料的国产化率。我国汽车工业发展的首要任务就是加大铝合金车架的使用，这样就能够帮助我国解决像资源短缺，道路超载等很多问题。而且巨大的市场需求将来肯定会给企业和经销商带来明显的利益。
2 五乘坐铝合金车架的选择与车架参数的确定
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2.1 车架的类型
现在，汽车上的车架按照结构形式的不同可分为以下几种类型：边梁式车架、中梁式车架、综合式车架和承载式车身。轿车一般都是承载式车架，所谓承载式车架就是车梁跟车身制成一体，边梁式、中梁式和综合式车架一般在货车上比较常见，只有极少数轿车使用边梁式车架。
2.1.1 边梁式车架
边梁式车架是用铆接法或焊接法将两边为主体的纵梁和若干根横梁牢固拦截的刚性框架。边梁式车架的横梁用以保证车架的扭转刚度，承受纵向载荷，同时起到支撑汽车上主要部件的作用。下面就举出一款为边梁式车架的车型。图2-1所示的就是东风EQ1092型汽车车架，这就是边梁式车架，它是将两根纵梁和8根横梁铆接而成的。由于车架前后的宽度一样，所以又被称为平行边梁式架。
图2-1 边梁式车架
2.1.2 中梁式车架
中梁式车架由一根贯穿汽车纵向中央的操纵梁和若干横梁向悬伸托架构成，如下图2-2。中梁式车架不容易弯曲，并且它的前轮转向角较大，这样独立悬架装用起来就比较方便。由于车架轻，整车质量小，重心低的原因，行驶时比较安全。这种车架还有一个特点就是能将传动轴密封在中梁内，这样就能起到防尘的作用。这种车架以前被用在一些轿车和火车上。
图2-2 中梁式车架
2.1.3 综合性车架
综合性车架将综合式车架还有中梁式车架的特点融为一体，但是这种结构的生产制造起来比较复杂，如图2-3所示，因此这种车架的应用并不多。
图2-3 综合式车架
2.1.4 承载式车身
一些轿车和客车用车身来代替车架，这就是把所有的汽车零部件装在车身上，这样车身也会受到所有的力，这种车身就叫做承载式车身，如图2-4。
图2-4 承载式车架
在这我们选用承载式车架的车架类型来进行设计。在承载式车身上底盘部件（发动机和悬架等）都被安装在了车身上，下面我们会对承载式车身进行建模和分析。
2.2 车型的选择
1 绪论 1
1.1 研究背景与研究目的 1
1.2 国内和国外应用现状 1
1.3 研究意义 2
2 五乘坐铝合金车架的选择与车架参数的确定 2
2.1 车架的类型 2
2.2 车型的选择 4
2.3 参数的确定 4
3 五乘坐铝合金车架的设计 4
3.1 汽车铝合金车架的设计方案 5
3.2 汽车铝合金车架建模软件的选择 5
3.3 汽车铝合金车架的建模过程 5
4 五乘坐铝合金汽车车架的分析 14
4.1 铝合金汽车车架分析方法的选择 14
4.2 铝合金汽车车架有限元分析软件的选择 16
4.3 五乘坐车架强度和刚度的有限元分析 18
5 汽车车架的模态分析 24
5.1 五乘坐铝合金车架的模态分析结果 25
结论 31
致谢 32
参考文献 33
1 绪论
1.1 研究背景与研究目的
汽车的车架被称作为大梁，大梁是连接在汽车前后车桥上的桥梁式结构，也是整个汽车的基础，大梁上装着发动机、变速器、传动轴、前后桥和车架等总成和部件。设计现代汽车车架时应考虑的安全性的基本想法是：大量的碰撞能会在汽车碰撞的时候产生,基于这一原因我们就要设计出让碰撞能量传到车上人员的时候达到最小的结构（车架）,最好使这些能量在车外就被吸收。这样的车架结构就被称为“压碎带”，在受到撞击的时候会发生变形,把碰撞能吸收缓解。现在，汽车车架是当前汽车技术开发的前沿领域之一，并且铝合金作为一种新的结构材料，在现代汽车车架设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
计中，得到了越来越多的青睐。由于社会的发展、技术的进步，在汽车结构方面使用铝合金材料的总体优势越来越突出。这些年来我们发现，铝合金汽车车架比钢材料的车架更加安全，特别是在受到撞击时用铝合金材料比用钢有更多的优势，这些优势可分为以下两点：(1)由于铝材料较高强度和重量的比率，因此能制造出强度大并且重量轻的车架和车架结构。这样变形就能变得更大。(2)铝合金材料不易腐蚀，这就能够使铝合金材料吸收碰撞能量的退化减少到最小,这种退化需要的时间要比汽车的使用寿命还要长。
1.2 国内和国外应用现状
在2013 年，我国汽车产量和销量都超过了2000万辆，但是铝合金材料只被应用在少数汽车上，比如一汽大众的奥迪 A6、上海通用汽车的君威等，但是这些车型并不是我国自主研发的品牌。铝合金的先进技术大都掌握在发达国家的手中，并且对它们都有着很严格的保护。 在国内，铝合金车架的技术和开发都和发达国家差了很多。 根据统计的数据，国际品牌汽车车架的重量往往比国产品牌汽车车架的重量轻 8%-10%， 造成这一现象的主要原因是对铝合金材料的应用。 直到现在，汽车用铝合金覆盖件材料、铝合金框架材料的批量生产技术在国内依然还没有企业能够掌握。使用铝合金材料作为汽车车架的国产品牌汽车车型更是少之又少 ， 到现在，铝合金材料只被应用于极个别车型上，而且这些汽车的销量也十分有限。铝合金车架的研发在我国起比较晚，大约在1990年以后。在这段时间里，相关的研究试验被一些科研院所、铝加工企业、汽车制造企业都做， 但是他们对铝合金材料的各项指标（其中包括硬度、延伸率、表面质量、防腐性、稳定性、烘烤硬化性等）的了解并不多， 现在，铝合金汽车车架的生产差不多还是在试验中， 铝合金车架的性能还不是很高，现在国内的生产能力还不能为汽车企业提供帮助，这个方面远远落后于国外。但是国内的大型汽车厂、汽车设计公司、汽车材料的供应商等，他们都加快了对铝合金材料的开发，并且国内很多企业也都已经开始对铝合金车架展开了研发工作。 某款车型的车架也在西南铝业和中国汽车工程研究院的合作下被成功开发了，在与国际先进供应商的合作下，一些汽车企业也对铝合金材料的技术标准和车架零件的设计方法有了初步的掌握。
在国际上，铝合金材料已经被广泛应用到车架的设计上，而且这一技术也比较成熟，并且设计制造铝合金车架能够显示出企业强大的技术力量， 世界上主要的几家铝业公司，比如美国的Alcoa、美国的Novelis、加拿大的 Alcan 和德国 的Hydro在铝合金车架的生产方面一直走在世界的前列，也正是因为如此，这些公司成为了汽车行业中铝合金车架的主要供应商，他们还帮助各家汽车公司一起开发铝合金车架。其中Novelis公司在铝合金汽车车架的市场上有非常大的份额。另外日本的一些企业在市场上也都有自己的一席之地。
1.3 研究意义
随着汽车工业的发展，铝合金材料作为汽车工业的重要结构材料已经逐步被充分开发和广泛应用,它的前景很被看好。开发设计汽车铝合金车架有利于对促进我国汽车工业及其所用铝合金材料的发展,有利于提高我国汽车所用铝合金材料的国产化率。我国汽车工业发展的首要任务就是加大铝合金车架的使用，这样就能够帮助我国解决像资源短缺，道路超载等很多问题。而且巨大的市场需求将来肯定会给企业和经销商带来明显的利益。
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2.1 车架的类型
现在，汽车上的车架按照结构形式的不同可分为以下几种类型：边梁式车架、中梁式车架、综合式车架和承载式车身。轿车一般都是承载式车架，所谓承载式车架就是车梁跟车身制成一体，边梁式、中梁式和综合式车架一般在货车上比较常见，只有极少数轿车使用边梁式车架。
2.1.1 边梁式车架
边梁式车架是用铆接法或焊接法将两边为主体的纵梁和若干根横梁牢固拦截的刚性框架。边梁式车架的横梁用以保证车架的扭转刚度，承受纵向载荷，同时起到支撑汽车上主要部件的作用。下面就举出一款为边梁式车架的车型。图2-1所示的就是东风EQ1092型汽车车架，这就是边梁式车架，它是将两根纵梁和8根横梁铆接而成的。由于车架前后的宽度一样，所以又被称为平行边梁式架。
图2-1 边梁式车架
2.1.2 中梁式车架
中梁式车架由一根贯穿汽车纵向中央的操纵梁和若干横梁向悬伸托架构成，如下图2-2。中梁式车架不容易弯曲，并且它的前轮转向角较大，这样独立悬架装用起来就比较方便。由于车架轻，整车质量小，重心低的原因，行驶时比较安全。这种车架还有一个特点就是能将传动轴密封在中梁内，这样就能起到防尘的作用。这种车架以前被用在一些轿车和火车上。
图2-2 中梁式车架
2.1.3 综合性车架
综合性车架将综合式车架还有中梁式车架的特点融为一体，但是这种结构的生产制造起来比较复杂，如图2-3所示，因此这种车架的应用并不多。
图2-3 综合式车架
2.1.4 承载式车身
一些轿车和客车用车身来代替车架，这就是把所有的汽车零部件装在车身上，这样车身也会受到所有的力，这种车身就叫做承载式车身，如图2-4。
图2-4 承载式车架
在这我们选用承载式车架的车架类型来进行设计。在承载式车身上底盘部件（发动机和悬架等）都被安装在了车身上，下面我们会对承载式车身进行建模和分析。
2.2 车型的选择
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