淺析輕型載貨汽車車架開(kāi)發(fā)及優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳芳芳

摘? 要：本文主要針對(duì)輕型載貨汽車車架開(kāi)發(fā)及優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)深入研究，先闡述了車架總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟方法，包括開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)輸入條件、確定車架總成的寬度、長(zhǎng)度及及斷面寬度尺寸、選擇車架的結(jié)構(gòu)形式、以及校核車架強(qiáng)度剛度等。另外，針對(duì)行業(yè)內(nèi)近幾年提出的超載，藍(lán)牌等現(xiàn)象，輕型載貨汽車輕量化是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，而車架作為整車的核心零部件，其重量占比整車重量約8%，因此提出了車架輕量化的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)而引入輕型載貨汽車車架優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。

（1）

式中：σmax—簡(jiǎn)支梁的最大彎曲正應(yīng)力

M—集中載荷、等分布載荷產(chǎn)生的彎矩總和

—截面對(duì)Z軸的慣性矩

公式（1）中，比值/僅與截面的形狀與尺寸有關(guān)，稱為抗彎截面系數(shù)，并用表示，即：

HyperWorks作為Altair公司工程仿真軟件，包含了前、后處理、有限元求解器以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化工具等多個(gè)功能模塊，其前處理器HyperMesh可讓用戶在高度交互及可視化的環(huán)境下進(jìn)行仿真工作，通過(guò)高性能的有限元建?？s短工程分析周期及提高仿真精度^[2]。為以后的優(yōu)化設(shè)計(jì)及改進(jìn)提供理論支持。

應(yīng)力測(cè)試可視情況而定，基本型平臺(tái)開(kāi)發(fā)一般都要進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，尤其對(duì)不確定的薄弱點(diǎn)進(jìn)行辨識(shí)。

（五）車架剛度校核

車架除了破壞和疲勞問(wèn)題外，還有剛度問(wèn)題，若車架剛度不足而使撓度過(guò)大，那么即使從強(qiáng)度上是安全的，那么也會(huì)產(chǎn)生各種不合適的情況。因此，除強(qiáng)度以外，一般必須控制撓度不超過(guò)某一特定限度。撓度取多大為好，并沒(méi)有普遍的規(guī)則。但一般認(rèn)為撓度和間距比δ/l控制在0.05左右為妥。

二、車架輕量化設(shè)計(jì)

（一）輕量化設(shè)計(jì)思路

近年來(lái)，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，以及對(duì)能源短缺的擔(dān)憂等，各汽車廠紛紛提出環(huán)保節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，汽車輕量化是其中重要技術(shù)之一。車架作為整車核心零部件，研究表明，車架總成降重10%，整車質(zhì)量可降低0.8%，燃油效率可提高0.6%-0.8%，可見(jiàn)，車架輕量化技術(shù)應(yīng)用前景可觀。

目前市場(chǎng)上車架均以加大斷面系數(shù)，材質(zhì)升級(jí)、料厚減薄來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化。利用市場(chǎng)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，有限元分析方法以及應(yīng)力測(cè)試技術(shù)，對(duì)車架進(jìn)行更加精準(zhǔn)的強(qiáng)度及剛度分析，去除車架強(qiáng)度冗余的結(jié)構(gòu)，比如用局部加強(qiáng)板取代整體加固板、橫梁增加減重孔，以保證關(guān)鍵受力點(diǎn)的強(qiáng)度及剛度。進(jìn)而達(dá)到降低汽車產(chǎn)品自身重量目的。

隨著材料成型工藝不斷發(fā)展，對(duì)車架上的鑄件支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)，甚至用沖壓件代替鑄件支架。對(duì)于一些受力較小的部件，可運(yùn)用新型復(fù)合材料取代金屬材料。

結(jié)束語(yǔ)：

總而言之，車架作為整車的核心零部件，其設(shè)計(jì)不僅要滿足傳統(tǒng)的承載安全性能，而且還要做到低成本、且具備搭載先進(jìn)性能低排放發(fā)動(dòng)機(jī)潛力。通過(guò)對(duì)整車需求逐級(jí)分解至車架開(kāi)發(fā)輸入條件，根據(jù)輸入條件確定車架寬度、長(zhǎng)度及斷面寬度尺寸。為開(kāi)發(fā)更好地產(chǎn)品，在車架開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要融入輕量化設(shè)計(jì)思想，同時(shí)考慮零部件的通用性，平臺(tái)化。運(yùn)用先進(jìn)的分析手段，精準(zhǔn)分析車架強(qiáng)度及剛度，關(guān)鍵部位加強(qiáng)，其他部位不冗余。達(dá)到確保性能安全的同時(shí)，最大限度減輕車輛重量。

參考文獻(xiàn)：[1]徐論意. 輕型載貨汽車車架開(kāi)發(fā)及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2021.