HQJ-500型节油车车架优化设计.docVIP

毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程B07-1 指导教师姓名 职称 教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是√否 题目名称 HQJ-500型节油车车架优化设计 一、课题研究,选题的依据和意义本田（?Honda）研工业（中国）投资有限公司主办以挑战一升、环保一生为口号的?Honda中国节能竞技大赛1981年开始，至今已成功举办了27届，曾有人以参加本田节能大赛的参赛车(简称节能车)为基础，在比赛规则范围内，对影响车辆燃油消耗的相关因素进行了研究，并通过发动机台架试验、道路试验及软件模拟，对发动机部件及车辆结构进行改进，对比改进前后的燃油消耗量，得出降低燃油消耗的一些可行性方案。以此为基础，把试验结果运用到节能车的研发中，比赛结果证明取得了显著效果。改进方案中包括了压缩比的改进，供给系统的改进，发动机散热片的改进，发动机其他部件的改进等。 除了发动机部件改进对整车油耗有重要影响外，节能车的结构设计及装配质量对油耗也有一定影响。如车架及车身外型设计是否满足强度和空气动力学要求，转向及制动是否操控灵活，轮胎的选型及传动比选择是否合理，发动机装配位置及安装姿态是否恰当等。结合以上因素，先用软件对节能车进行建模，并通过计算机模拟分析得到最优设计方案，按照此方案制造出节能车实车，通过大量道路试验，再对车辆整体结构及细节进行对比改进，再与改进后的发动机进行匹配，达到了降低油耗的目的。 目前的很多节能赛车根据人机工程学的要求，对车手的体型和坐姿定下整车的初步控制尺寸进行各项数据的测量，并在CATIA中建模，确立车架的宽度长度、车身高度等。车身设计成流线型，车身高度尽量低矮，一般可以取发动机竖直放置时的最高点，这个高度车当手躺下时的视野一般是可以保证的。底盘高度要保证有尽量大的离地间隙，同时又不能使得重心太高，以免高速转弯时翻车。轮距轴距不必考虑太多。轮距轴距的计算、前后载荷分配等是为了保证有足够的地面附着力。 1.2 车架设计要考虑的因素、优化设计的关键和几种优化分析 车架的很多尺寸都来源于其他部分的设计。车架的作用主要是连接其他组件，并保证安装的稳定性。所以设计车架要了解转向、车身和后轴，思考怎么将他们可靠地定位。设计节油车车架要先了解钢材和焊接，怎么对各种钢材加工，并把车架搭出来。有些节能车采用第23号钢（含碳量0.23%）料焊接而成，分别采用了车架20×20×1，20×20×2焊接矩形钢管、20×20×2角钢。车架采用边梁形式，中间主要承载部份以金型材搭建，前桥以及后桥等受力较大部分由焊接矩形钢管以及20×20×2角钢搭建，前悬以及发动机支架等非大承载部位由20×20×2角钢搭建。 在整车质量中，车架是轻量化设计的主要对象之一，故车架的轻量化程度对于节能车的节能成效来讲固然有重要意义。而车架的轻量化程度还不得不考虑其刚度，强度等性能指标。因此，需在保证足够刚度和强度的前提下，采用较优的结构、材料使车架质量达到最轻。完成车架优化设计的关键是建立合理的力学模型、优化参数模型、有限元模型、优化数学模型，并且熟悉SNSYS参数化设计。 1.2.1 车架的结构优化分析 车架是汽车主要的承载部件,汽车大部分部件如:动力总成、驾驶室、货厢和车桥等都与车架直接相连。因此车架就必须具有足够的刚度和强度以保证有承受冲击载荷和承受各种工况的能力。目前节油赛车的车架结构主要有两种类型：上浮式和下沉式。最后取两种性能均较好的一种作为车架结构。对于上浮式和下沉式两种车架，主要由于横梁的数量和布置不同，带来了刚度和强度上的差异。 （1）建立有限元模型 在ANSYS8.0中建立车架模型时,略去对整体强度影响较小的孔及其他工艺特征，上浮式车架由左右分开的两根纵梁和若干根横梁组成，纵梁和横梁是由薄壁型钢冲压而成，再通过焊接和铆接形成整体。有限元单元选用2节点梁单元Beam188，该单元可以有效地模拟细长或中等厚度的梁及其线性弯曲变形和应力水平分析，且计算速度快，单元每个节点均有6个自由度，即x、y、z 向平动自由度和绕x、y、z 轴的转动自由度。梁与梁之间进行节点耦合，车轮和车架是刚性连接，无需用弹簧单元来模拟悬架。对于车架材料的选择，通常是采用16Mn 钢。但是基于本项目是要达到节能的效果，在同样强度下无需大的壁厚，因此选用的是Q360 高强度钢材。 （2）载荷及约束的处理 汽车在行驶过程中要承受各种载荷的作用，在建立车架的有限元模型时就必须对载荷进行适当的处理，以便施加在相应的节点或单元上。由于是行驶于良好路面，无需急转弯掉头和急刹车。也不可能经受外界的猛烈撞击，故可将车架主要承受的载荷简化为只受驾驶员和发动机的重力,将它们作为集中载荷加载到相应的节点上，其他质量较小的部件可以忽略。由于赛道是环形沥青路面，路