英语原文共 10 页
ISSN：2319-5967
ISO9001：2008认证
国际工程科学与创新技术期刊（IJESIT）
第5卷，第1期，2016年1月
汽车底盘设计与分析
A.HARI KUMAR，V.DEEPANJALI
摘要- 论文的目的是找出Eicher E2 TATA的最佳材料和最合适的横截面卡车梯架底盘受最大剪切应力，等效应力和底盘偏转的约束最大负载条件。目前用于制造公共汽车和卡车的梯形底盘是C和I交叉截面型，由钢合金（奥氏体）制成。在印度，乘坐公共汽车的乘客人数不统一， 多余的乘客每天都在公共汽车上，因为底盘/框架总是有可能发生故障/破裂。因此，需要具有高强度横截面的底盘以最小化包括因子的故障设计安全。在目前的工作中，我们以更高的实力作为主要问题，因此现有的规模TATA Eicher E2（型号11.10）的车辆底盘采用ASTM A710钢材料进行分析，ASTM A302合金钢和铝合金6063-T6承受相同的载荷。通过考虑，不同的车辆底盘有三个不同的横截面，即C，I和矩形盒（空心）型横截面来建模。
本论文工作要解决的问题是使用合适的CAE软件进行梯形底盘的设计和分析。该报告是针对汽车底盘的优化所做的工作，具有刚度和强度的限制。使用Catia完成建模，并使用Ansys进行分析。根据应力计算底盘的悬伸，并且分析地将偏转与使用分析软件获得的结果进行比较。
关键词：汽车底盘，底盘载荷，建模，结构分析。
Ⅰ.导言
底盘被认为是汽车的重要结构之一。它是保持车身和动力传动系的框架。诸如发动机和传动系的各种机械部件，包括车轮的轴组件，悬架部件，制动器，转向部件等用螺栓固定在底盘上。
底盘提供支撑不同车辆部件以及有效载荷所需的强度，并有助于保持汽车的刚性和刚性。因此，底盘也是整个安全系统的重要组成部分。此外，它确保整个汽车的低噪音，振动和不平顺性。底盘应足够刚硬，以承受冲击，扭曲，振动和其他应力。沿着这个优势，一个重要的考虑因素是底盘设计应具有足够的弯曲和扭转刚度，以获得更好的操控性能。因此，强度和刚度是底盘设计的两个重要标准。负载的承载结构是底盘，因此底盘必须设计成能够承受来自它的负载。
II．问题陈述
论文工作的目的是找到Eicher E2 TATA Truck梯形底盘的最佳材料和最合适的横截面，其中最大剪切应力，等效应力和底盘在最大载荷条件下的挠度受到限制。本论文工作要解决的问题是使用合适的CAE软件进行梯形底盘的设计和分析。目前用于制造公共汽车和卡车的梯形底盘是C和I截面型，由钢合金（奥氏体）制成。在印度，乘客在公共汽车上旅行的人数不均匀，每天都有多余的乘客乘坐公共汽车，因此底盘/车架总有可能出现故障/破裂。因此，需要具有高强度横截面的底盘来最小化包括设计中的安全系数的故障。基本上C型横截面型底盘用于公共汽车，而I型横截面型用于需要高强度的重型卡车。因此我们采用矩形盒式横截面来制造梯形底盘，用于小型卡车。它将为所有以上三个提供最佳的优势。
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第5卷，第1期，2016年1月
图1 Eicher E2（型号11.10）卡车
III．解决方法
该问题的解决方案分三个阶段进行 - 理论分析，创建实体模型，有限元素分析。
A.理论分析
通过使用材料强度的基本概念进行理论分析。该问题的底盘梯子被认为是悬挂梁，其具有对应于前轮和后轮的滚轮支撑件。作用在底盘上的总负载被视为底盘容量与车身和发动机重量的总和。该总载荷被认为是在整个梁的跨度中起作用的均匀分布载荷[1]。根据总载荷计算反作用力，剪力和弯矩。
B.创建实体模型
使用CATIA，Dassault Systems，USA在计算机上创建梯形底盘的三维实体模型。此3D模型将导出到Ansys以执行有限元分析。
C.有限元分析
有三个主要步骤，即：预处理，解决方案和后处理。在预处理（模型定义）中包括：定义问题的几何域，要使用的元素类型，元素的材料属性，元素的几何属性（长度，面积等） ，元素连通性（网格模型），物理约束（边界条件）和载荷。
在求解阶段，组装矩阵形式的控制代数方程，并计算主要场变量的未知值。然后通过反向替换使用计算结果来确定另外的导出变量，例如反作用力，元素应力和热流。实际上，这一步骤中的特征，如矩阵操作，数值积分和方程求解，都是由商业软件自动执行的。在后处理中，在该步骤中进行结果的分析和评估。
IV．材料规格
ASTM A710 ASTM A302合金
铝合金
属性
质量密度（g / cm3） 屈服强度（MPa）
钢 钢
7.85 7.79
450 340
6063-T6
2.8
220
极限拉伸强度（MPa）
毒药比例
剪切模量（GPa）
杨氏模量（GPa）
515
205
0.29
80
590
210
0.33
78
250
69
0.32
26
V.底盘框架的设计计算Eicher E2（型号11.10）卡车的材料和几何形状
底盘的侧杆由“C”型通道制成，尺寸为210mm x 76 mm x 6 mm 底盘材质为ASTM A710钢
前悬（a） = 935毫米
后悬（c） = 1620毫米
188
轮座（b）
弹性模量，E
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= 3800毫米
5 2
= 2.10times;10
泊松比 = 0.28
N / mm
卡车容量 = 8吨= 8000kg = 78480 N.
卡车容量1.25％ = 98100 N.
车身和发动机的重量 = 2吨= 2000千克= 19620牛
作用在底盘上的总负载 =底盘容量 车身和发动机重量
= 98100 19620
= 117720 N.
底盘有两个横梁。因此，作用在每个梁上的载荷是作用在底盘上的总载荷的一半。负载作用于单个框架 = 117720/2
= 58860 N / Beam
A.反应计算
梁简单地用减震器和板簧夹紧。 所以，梁被认为是在C和D处支持的具有均匀分布载荷的简支梁。
负载作用在梁的整个范围上 = 58860 N.
梁的长度 = 6355毫米
均匀分布负载 = 58860/6355
= 9.26N / mm 为了获得反应C 和D 的负荷，考虑C 的时刻，我们得到反应负荷
支持d 。计算时刻如下。关于C的时刻：
9.26times;935times;2分之935
R
作d用在梁上的总载荷
=（9.26times;3800times;3800/2） - （R
= 34727.65 N.
= 9.26times;6355
= 58847.3 N.
times;3800） （9.26times;162
d
R R
R c d
c
= 58847.3
= 24119.65 N.
B.剪切力和弯矩的计算：
剪力计算：
F
F a
c
F
d
F
弯b曲力矩计算：
= 0N
=（-9.26times;935） 24119.65
= 15461.55 N.
=（ - 9.16times;4735） 34727.65 24119.65
= 15001.2 N.
= 0N
M
M a
c
M
d
M
b
= 0 Nmm
=（-9.26times;935times;935）/ 2
= -4047661.75 Nmm
= [（-9.26times;4735times;4735）/ 2] （24119.65times;3800）
= -12150971.75 Nmm
= 0 Nmm
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图2加载图，SFD和BMD
C.弯曲应力计算
关于xx轴的惯性矩，I = -
基本弯曲方程由下式给出
用在梁上的最大弯矩，M
4
I = 13372380毫米
= 12150971.75 Nmm
弯曲应力作用在梁上
max
2
= 95 N / mm
D.剪切应力计算
假设扭转角= 1°
theta; = 1°times;
= 0.017452 rad。
通过将整个系统视为一个旋转体并且根据以下数据，当从其支撑件扭转时。机箱宽度 = 2250mm
底盘长度 = 6355mm
两个反应之间的距离低碳钢的刚性模量
现在扭转时刻的基本公式是：
剪切应力，tau;
根据冯米塞斯应力理论，
冯米塞斯压力
主要应力
，1,2 =
= 3800毫米
2
= 78.125N / mm
==
=（5737971.47times;2250）/ 26744760
2
= 482.72N / mm
=
= 448.5 MPa
其中sigma; 和sigma;
1
是主要的和次要的原理分别强调
2 最大剪切应力
=
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= 257.5 MPa
机箱偏转
=
W
X
机箱偏转
=机箱重量
= 58860 N.
a，b和c分别是前悬，轮座和后悬。
=总长度/ 2
= 2.66毫米
VI．用CATIA设计底盘框架
使用 CATIA 完成具有C ，I 和矩形盒型横截面的梯形底盘的几何建模。
C 型横截面梯形底盘的三维模型，I 型横截面和矩形盒型横截面分别如图3,4和5所示。
图3 C 截面的CATIA模型
梯形底盘类型
图4 I 横截面的CATIA模型
梯形机箱类型
图5 矩形框的CATIA模型横截面型梯形底盘
图6 Ansys Workbench中的导入模型
Ⅶ.用ANSYS工作台进行混沌的有限元分析
机箱型号以IGES格式保存，可直接导入ANSYS工作台。该模型导入Ansys工作台如图6所示。
- 网格划分和边界条件
在具有3504个节点数和10282个四面体单元数的模型上完成网格划分。该卡车底盘模型由来自卡车车身和负载的静力加载。对于此型号，最大加载卡车加车身重量为10,000公斤。假设负载是从最大负载重量除以底盘框架的总长度获得的均匀分布。 应用边界条件的底盘有限元模型如图7所示。
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- 梯形底盘的结构分析
图7梯形底盘的网格和边界条件
利用三个不同的横截面 - “C”，矩形框和“I”型横截面，对Y方向载荷下的梯形底盘有限元模型进行了线性有限元结构分析。
此外，三种不同类型的材料 - ASTM A710钢，ASTM A302合金钢和铝合金6063-T6分别用于分析底盘的三个横截面。图8至图16显示了具有三种不同材料的三个横截面的Von Mises应力分布，最大应力和变形的等高线图。
C型横截面型梯形底盘的结构分析
图8 ASTM A710钢，ASTM A302合金钢和铝合金6063-T6的Von Mises应力分布
图9 ASTM A710钢的最大应力轮廓，ASTM A302合金钢和铝合金6063-T6
图10 ASTM A710钢，ASTM A302合金钢和铝合金6063-T6的变形轮廓
- 矩形箱横截面型梯形底盘的结构分析
图11 ASTM A710钢，AST
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