机械设计制造及自动化毕业设计-1.5万字Honda节能竞技赛用小车车架结构优化设计.docx

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1、金陵科我学院毕业设计（论文）设计（论文）题目：Honda节能竞技赛用小车车架结构优化设计学生姓名：李闪指导教师：贾永刚机械设计制造及其自二级学院：机电工程学院专业：动化（现代汽车技术）22机械设计制造班级：及其自动化（现代学号：2204110316汽车技术）（1）班提交日期：2022年04月18日答辩日期：2022年05月21日摘要IIIAbstractIV1绪论11.1 选题的来源与背景11.2 论文选题的意义与目的11.3PRO/E软件基本功能介绍21.4 ANSYS有限元分析软件基本功能介绍21.5 优化设计31.6 本课题研究的内容32Honda节能竞技赛用小车车架总体方案设计42.1

2、车架的功用42.2对车架的要求42.3车架类型42.4车架类型的确定52.4. 1车架宽度的确定52.4.2 车架纵梁形式的确定62.4.3 车架横梁形式的确定62.4.4 车架纵梁与横梁连接形式的确定72.4.5 车架其它部位形式的确定72.5车架材料的选择73Honda节能竞技小车车架的建模及有限元分析83.1有限元法的特性83.2有限元法的发展和现状83.3ANSYS的分析步骤103.4车架有限元模型的建立及分析103.4.1车架有限元模型的建立113.4.2将车架的几何模型转化为.igs格式的文件123.4.3车架的有限元分析过程123. 5车架结构的静力性能分析144小车车架的优化分

3、析164. 1小车车架的优化165. 2优化后小车车架的有限元分析164.2.1优化后小车车架的建模164.2.2优化后小车车架的有限元分析174.3优化结论205结论22参考文献23致谢244Honda节能竞技赛用小车车架结构优化设计摘要汽车车架是发动机、底盘、车身各总成安装的基础和关键承载部件，车架设计的好坏直接影响到汽车的安全性、舒适性和动力性，直接关系到整车性能。本文首先要讲述我校小车车架的总体构成，提出优化设计时的两个要求，之后对小车车架进行有限元分析，得出小车车架有足够刚度和强度的结论。最后，本文就绪论中小车车架优化的两个要求设计出优化车架，并得出满足两个要求的结论。本课题的研究针

4、对小车车架的优化，因此之前的所有内容都是为优化小车车架做铺垫。关键词：车架；模型；有限元法;优化设计TheoptimizationdesignoftheframeinHondaenergysavingcarusedforeventAbstractVehicleframeistheengine,chassis,bodyoftheassemblycarryingtheinstalledbaseandthekeycomponents,chassisdesignwillhaveadirectimpactonvehiclesafety,comfortandpowerisdirectlyrelatedto

5、vehicleperformance.Thisarticlewillfirsttellthetotalstructureofourcarframe,thetworequirementsofoptimizationdesignisputforward,andthetrolleyframefiniteelementanalysiswillbecarriedoutthen.Wewilldrawconclusionthatthetrolleyframehasenoughrigidityandstrength.Finally,thearticlewilldesignfortheoptimizationo

6、nthetrolleyframewiththetworequirementmentionedabove.Thisstudyaimedatdesigningoutanoptimizationoftheframe,soallthecontentthatiswrittenbeforeistooptimizethewayoftrolleyframe.Keywords：Frame;model;Finiteelementanalysis;Optimizationanalysis1绪论车架是汽车的重要部件，支撑着发动机、离合器、变速器、转向器、驾驶室、和所有簧上质量的有关机件，承受着传给它的各种力和力矩。此

7、外，由于小车的空间比较小，车架的尺寸也比较小，再加上受力情况比较复杂，为此，车架应有足够的弯曲刚度，以使装在其上的有关机构之间的相对位置基本保持不变并使车身的变形最小，车架也应有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命，纵梁等主要零件不应有严重变形和开裂。车架刚度不足会引起振动和噪声，也使得小车的乘坐舒适性、操作稳定性及某些机件的可靠性下降。同时，为降低小车的制造成本，使其燃油经济性好，车架的质量要尽可能的轻。因此，着眼于小车结构的确定以及优化分析便成为本课题研究的中心内容，能够很好的完成对小车车架的优化对小车本身具有重要的意义。1.1 选题的来源与背景由于石油资源短缺和人类生存环境遭到破坏等

8、问题的日益加剧，节能已成为现代汽车不可避免的主题。基于这种情形，以“挑战一升，环保一生”为口号的HOnda节能竞技大赛如火如荼地举行，并于2007年正式登陆中国，参赛车辆统一搭载由HOnda公司提供的125ml单缸4冲程发动机，车身和底盘等则自行设计。得出参赛车辆在行驶完规定里程的赛道后所消耗的燃油量，然后换算出IL油行驶的公里数，行驶公里数多则节油胜出。为了达到节能的目的，参赛车辆在设计时必须秉承轻量化的原则，而在整车质量中，作为主要承载部件的车身占了较大比例，是轻量化设计的首要对象。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。所以，为使HOnda节能竞技大

9、赛能够取得不错的成绩，并对节能环保做出贡献，本课题的研究显得尤为重要。1.2 论文选题的意义与目的本课题针对竞技小车的车架进行优化设计，小车的主要部件都安装在车架上，因此车架的设计要合理。车架在小车静止和行驶时的受力都很复杂，将会发生弯曲和扭转应力，保证车架的刚度和强度成为设计车架的关键所在，同时车架的选型对于发挥小车的性能也有重要影响。通过建模和有限元分析，最终达到对小车车架的优化设计，使小车各种零部件布置得当，并达到小车车架的轻量化目的。1.3 PRO/E软件基本功能介绍著名的三维建模软件Pro/ENGINEER是美国PTC（参数技术）公司的大作。自1988年Pr。/ENGINEER问世以

10、来，该软件不断发展和完善，目前已是世界上最为普及的CAD/CAM/CAE软件之一，基本上成为三维CAD的一个标准平台。Pro/ENGINEER广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业；是一个全方位的3D产品开发软件。它集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、银金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构模拟、压力分析、产品数据管理等功能于一体。就本课题中车架的建模部分，我们将利用Pro/E软件进行绘制，车架模型的绘制要做到细致入微，车架的每一个部分的结构都应当在模型中得到体现，以保证后面分析更加精确，保证分析结果的可靠性。1.4 ANSYS有限元分析

11、软件基本功能介绍ANSYS是在20世纪70年代由ANSYS公司开发的工程分析软件。开发初期是为了应用于电力工业，现在已经广泛应用于航空、航天、电子、汽车、土木工程等各种领域，能够满足各行业有限元分析的需要。如今的ANSYS软件功能更加强大和完善，操作和使用也更加方便。图形用户界面给用户学习和使用ANSYS提供了更加直观的途径。而命令流方式给高级用户提供了更为灵活和高效的分析手段。ANSYS软件主要包括三个模块：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电

12、分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力，在本课题中我们只着重进行结构分析；后处理模块可将计算结构以彩色等值线显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出，而进行比较简单的结构分析时，我们采用彩色等值线来显示出车架的分析结果，这种方式较为直观，并不复杂。软件还提供了许多的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。基于有限元法的车架设计流程为:首先,要对小车车架的总体方案进行论述,说明我校小车原车架结构的合理性与不合理性；其次，要建立小车车架的模型，建立好了模型方便于之后对车

13、架的有限元分析；然后，利用分析软件对建立好的小车模型进行有限元分析，得到分析结果；最后，基于总体方案论述时的不合理性的内容，对小车车架进行优化，并再次建立实体模型和对优化的车架进行有限元分析，得到优化后的分析结果，并进行两次分析的比较，得出最终的结论。1.5 优化设计优化设计概念通俗的讲，就是改善某个部件的结构使改变后的结构较原部件的性能更为完善。而对于小车车架的优化设计，我们主要从两个方面来考虑：第一，相对于原车架进行有限元分析得到的分析结果，优化后的小车车架的分析结果应该优于原车架，或者改变不大。如果优化后小车车架的应力和应变较原车架增加不少，则可以判断，此时的优化设计是失败的，尽管这种优

14、化后的结构可能满足了轻量化和乘坐舒适性的目的。第二，要针对我校小车车架的局限性进行优化，在进行车架总体布置论述时，我们将发现小车车架在乘坐舒适性和轻量化等方面仍有很大的提升空间，并且车架轻量化本身就是车架优化的中心目的，因此,在满足刚度和强度条件下的车架轻量化和乘坐舒适性是我们优化设计的最终着眼点。优化设计并非一次就能成功，而本文中的优化设计车架也是通过多次的分析而最终确定下来的，在这样一个过程中，有的优化结构有很好的刚度和强度，但乘坐舒适性和轻量化的目的难以实现，有的优化结构情况又恰恰相反。但不管怎样，最终设计出两个方面均符合的车架结构是一个多次尝试的过程，本文将不描述优化设计过程中失败的车

15、架结构，在优化分析部分将直接介绍小车车架优化成功的案列，并和原车架进行比较，说明优化车架在上述两个方面是如何满足条件的。1.6 本课题研究的内容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、货箱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。本毕业设计课题通过对车架总体布置的论述展现我校小车的具体结构，并应用PrHE软件对小车的车架建立实体模型，之后利用有限元分析法对小车车架进行有限元分析并进行合理优化，最终设计出令人满意的小车车架，以使本课题可以得到圆满结束。2HOnda节能竞技赛用小车车架总体方案设计本章将具体阐述小车车架总体方案设计的原则、功用、要求以及车架结构和材料类型的确定方法等问题，并解决这些问题，以达到对小车车架总体论述的目的。2.1 车架的功用要对车架的总体方案论述，必须先对车架的功用有所了解。车架是汽车各总成的安装基体，它将发动机和车身等总成连成一个有机的整体，即将各总成组成一辆完整的汽车。同时，还承受汽车各总成的质量和有效载荷，并承受汽车行驶时所产生的各种力和力矩，及要承受各种静载荷和动载荷。2.2对车架的要求(1)有足够的强度。保证在各种复杂受力的情况下车架不受破坏。要求有足够的疲劳强度，保证汽车大修里程内，不至于有严重的疲劳损伤。(2)有足够的弯曲强度。保证汽车在各种复杂受力