汽车车架轻量化优化设计-终版2.docx

成都锦城学院本科生毕业论文（设计）题R汽车车架轻量化优化设计二级学院智能制造学院专业汽车服务工程学生姓名学号185090226年级20年指导教师秦琴、李三雁教务处制表2022年4月19日汽车车架轻量化优化设计专业：汽车服务工程学生：指导老师：摘要：汽车车架轻量化是当前汽车工业中的热门研究领域，其旨在提高汽车的燃油经济性、减少环境污染、提升行驶性能。本文旨在探讨汽车车架轻量化的优化设计方法和技术。首先，介绍了汽车车架轻量化的背景和意义，详细解释了轻量化对汽车性能的影响。其次，综述了目前常用的汽车车架轻量化材料和技术，包括高强度钢、铝合金、碳纤维复合材料等，以及各种加工工艺和优化设计方法。进一步，讨论了在车架轻量化过程中需要考虑的各种因素，如结构强度、刚度、安全性和制造成本等。最后，通过案例研究展示了应用优化设计方法进行车架轻量化的实践效果，并对未来车架轻量化研究的发展方向进行了展望。本文的研究成果对于推动汽车行业的可持续发展、提高汽车性能和降低能源消耗具有重要的指导意义。关键词：汽车；工艺；车架轻量化；精度ProcessingtechnologydesignandfixturedesignofautomobiletransmissionshaftMajor:AutomotiveService:EngineeringStudent:YangXianqinSupervisor:QinQil1、LiSanyanAbstract:Thistopicismainlythroughthecompletionoftheautomobiledriveshaftpartsoftheprocessanalysisandprocessdesign,soastocompletethedesignofthewholeprocessofthedriveshaftpartsandthedesignofthefixture,toensurethedriveshaftpartsoftheprocessingaccuracyandprocessingrationality,forthedriveshaftpartsoftheprocessingtoprovideatheoreticalreference.Firstly,analyzetheadvantagesanddisadvantagesoftheprocessingtechnologyofparts,determinetheformationofblank,determinethepositioningbenchmark,anddevelopareasonableprocessingtechnologyscheme.Determinethemachinetools,fixturesandtoolsusedineachprocessingprocess,anddesignspecialpartsofthefixture,tomeettheperformanceofthefixturewithoutaffectingthemachiningsurfaceaccuracy.Bycalculatingthecuttingforceandclampingforceoffixturetoensurethefeasibilityofthefixture.Throughdetailedandcomprehensivecalculation,tothepartsoftheprocessingandprocessofacomprehensivemaster,continuetolearnandimproveprofessionalknowledgeandskills.KeyWords:Transmissionshaft;Process;Fixturedesign;precision目录1绪论11.1 课题背景11.2 研究现状11.3 汽车车架轻量化设计过程中的难点22汽车车架轻量化简介41. 1汽车车架的总体设计42. 2车身主要尺寸43. 3质量要求43汽车车架轻量化的有限元分析63.1 车架模型的简化64. 2车架载荷工况分析65. 3极限扭转工况分析66. 4紧急制动工况分析67. 5几何形态优化64结果与讨论137.1 轻量化效果评估137.2 优化政策的有效性分析138. 3改进建议145结论168.1 研究总结168.2 创新与展望16结论18参考文献19致谢201绪论1.1 课题背景汽车产业一直致力于提高汽车性能、降低燃油消耗和减少车辆排放对环境的影响。其中，汽车车架作为汽车的骨架，在保证车辆结构强度和安全的前提下，其重量的减轻对于提高汽车的燃油经济性和整体性能至关重要。因此，汽车车架轻量化优化设计成为当前汽车工业的研究热点之一。传统的汽车车架多采用钢材作为主要材料，具有一定的强度和刚度,但密度较高，导致车辆整体重量相对较大。为了降低车辆整体重量，提高燃油经济性和操控性能，越来越多的轻量化材料和技术被引入到汽车车架设计中。如高强度钢、铝合金、镁合金和碳纤维复合材料等。这些新材料具有较高的强度与刚度，并具备较低的密度，有效减轻了车辆整体重量。然而，轻量化设计必须保证车辆的结构强度、刚度和安全性能不受影响，否则会对车辆的安全性产生潜在威胁。因此，开展基于有限元分析的车架优化设计研究显得尤为重要。有限元分析是一种通过数值模拟来计算和预测结构响应的方法，它可以帮助工程师理解和改进车架结构，并进行优化设计。综上所述，基于有限元分析的车架轻量化优化设计研究具有重要的理论与应用价值,在推动汽车行业可持续发展、提高车辆性能和降低能源消耗方面具有积极的意义。通过深入研究和优化设计，可以实现汽车车架的轻量化,从而提高汽车的燃油经济性、减少环境污染并改善行驶性能。1.2 研究现状当前，汽车车架轻量化优化设计已成为汽车工业中的研究热点之一。许多学术和工业界的研究人员都在积极探索各种方法和技术以实现汽车车架的重量减轻和性能提升。轻量化材料的研发是其中的重要方向之一。高强度钢材在汽车车架中得到广泛应用，通过优化合金配比和热处理工艺，提高了钢材的强度和刚度，并保持了较低的密度。铝合金是另一种常用的轻量化材料，具有良好的强度和导热性能，可以显著减轻车架重量。此外，研究人员还在探索使用镁合金、复合材料(如碳纤维复合材料)等材料来实现车架的轻量化。优化设计方法在轻量化车架设计中也起着重要作用。结构拓扑优化是一种常用的方法，通过在预定载荷条件下重新分配材料，将材料集中在承受最大应力的区域，实现材料的最优利用，从而减轻车架的重量。此外，拉伸性能优化设计和压缩性能优化设计等方法也被广泛应用于轻量化车架的设计过程中。有限元分析在车架轻量化优化设计中扮演着重要的角色。有限元分析提供了一种便捷而准确的方法来评估车架结构的强度、刚度和耐久性能，并帮助设计师进行优化设计。通过有限元分析，可以预测车架在不同工况下的应力和变形情况，可以对设计进行优化，并评估不同材料和结构方案的性能。综上所述，汽车车架轻量化优化设计的研究现状包括轻量化材料的发展、优化设计方法的探索，以及有限元分析在车架设计中的应用。这些研究成果为汽车工业的可持续发展提供了重要的理论支持和技术指导。然而，仍然存在许多挑战，如如何在轻量化的同时保持足够的结构强度和安全性能，以及如何提高轻量化材料的生产成本等问题，这些也是未来研究的重点和方向。1.3 汽车车架轻量化设计过程中的难点在汽车车架轻量化设计的过程中，存在一些难点需要克服，包括以下几个方面：1.结构强度与安全性的平衡：轻量化设计的关键是在减轻车架重量的同时，确保其足够的结构强度和安全性能。由于材料重量的减少，可能会导致车架在承受外部载荷时容易出现弯曲、扭转、破裂等问题。因此，如何在保持结构强度和刚度的前提下减轻车架重量，是一个难以解决的挑战。2 .多种材料的组合与优化：车架轻量化设计通常涉及多种材料的组合应用，例如钢、铝、镁合金以及复合材料等。不同材料具有不同的性能和特点，如强度、导热性、加工性等，因此需要在设计过程中精确选择各种材料的组合方式，以优化车架的性能、重量和成本。材料的选择与组合对于实现轻量化设计至关重要，但也是一个复杂的问题。3 .加工工艺与成本考虑：在实际生产中，车架的制造过程和成本也是轻量化设计的重要考虑因素。不同材料的加工工艺、成型和连接方式可能会对轻量化设计产生影响。例如，某种轻量材料可能具有优异的性能，但其加工难度高、成本昂贵，或者与传统加工工艺不完全兼容，这些因素需要在设计过程中综合考虑，并找到适合的解决方案。4 .多工况综合考虑：车架在使用过程中会面对各种工况和力学载荷，包括加速、制动、悬挂行驶等。因此，在轻量化设计中，需要考虑不同工况下的车架性能，并确保其在各种工况下都能满足要求。这需要进行综合的有限元分析和优化，综合考虑结构强度、刚度、振动等方面以及与其他系统的配合。汽车车架轻量化设计面临着结构强度与安全性的平衡、多种材料的组合与优化、加工工艺与成本考虑以及多工况综合考虑等难点。要克服这些难点，需要综合运用先进的材料、优化设计方法和有限元分析技术，并结合实际生产条件和要求进行综合考量2汽车车架轻量化简介2.1汽车车架的总体设计本车型车身的设计方案为:一种三段式底架的长途大客车客车车身。他包括:底架、地板骨架、左侧骨架、右侧骨架、前围骨架、后围骨架和顶盖骨架七部分组成此款客车式车身的骨架结构如下:底架和地板骨架，前后围骨架，左右侧骨架及顶骨架形成一个整体承载载荷的框架。通过各个连结点，整车骨架形成若干个封闭环结构-Jo后困骨架/倒骨架地骨架图2. 1车身骨架结构布置方案2. 2汽车车架的布置形式本车型的布置形式如下表2. 1所示：表2. 2车型布置形式顶盖骨架前尾骨架越f4轴数卵动形式发动机布置形式悬架卒身形式两轴6X2后轮驱动后置发动机前：空气悬架（2气It）后：空气总架（4气It）华承我式2. 3汽车车架的质量要求汽车车架是车辆的骨架和支撑结构，在保证车辆结构强度和安全性的基础上，具有以下质量要求：1.强度和刚度：汽车车架必须具备足够的强度和刚度，以承受正常行驶中的动态载荷和静态载荷，包括加速、制动、悬挂行驶等。车架应能够保证车辆的稳定性、操控性和行驶安全性。2 .耐久性：汽车车架需要具备良好的耐久性能，能够承受长期的使用和恶劣的路况条件，以确保车辆的长期可靠性和耐用性。3 .安全性：车架必须满足相关的安全标准和规定，能够在发生碰撞或其他意外情况下为车辆内部提供有效的保护和刚性支撑。车架结构应设计合理，能够吸收和分散碰撞能量，减轻车内乘员的伤害风险。4 .轻量化：车架也需要在结构强度和安全性能的前提下追求轻量化设计，以减少整车重量，提高燃油经济性和操控性能。5 .材料和制造质量：车架材料的选择和制造过程的质量管理对车架质量至关重要。合适的材料应具有足够的强度、延展性和耐腐蚀性，而制造过程应严格控制尺寸、连接和焊接等操作，确保车架的质量和一致性。汽车车架的质量要求包括强度和刚度、耐久性、安全性、轻量化设计以及材料和制造质量等方面。这些要求在整车设计和制造过程中都需要得到重视和满足，以确保车架的性能和安全性能3汽车车架轻量化的有限元分析3.1车架模型的简化客车式客车的骨架主要是由矩形梁构成，另外还有一部分异形梁，槽钢梁和钢板等构成。各个梁之间大多采用焊接的方式连接在一起。在不影响应力和变形的条件下，在建模的过程中我们采取了一