随着经济发展，物质水平提高，卡车用户对车辆性能的要求越来越高，不仅要求承载性能好、质量可靠，更要求能够以经济、舒适的方式完成货物的运输。卡车生产厂家则希望在满足性能的条件下，尽量控制成本。车架总成选型和设计是实现整车性能和成本中至关重要的因素之一。本文针对某卡车系列车型车架的扭转、弯曲和模态分析，研究不同截面的纵梁和横梁对边梁式车架的性能影响。

    一、车架的结构型式与性能
    （一）车架的结构分类
    按照结构布置及制造型式，车架可以简单分类为边梁式、中梁式、综合式和承载式这4种。卡车大多数使用的是承载能力强、制造较简单的边梁式。边梁式车架由位于左右两侧的2根纵梁和若干横梁构成，纵梁多采用抗弯能力较强的槽型截面设计。例如某卡车系列，中体和宽体车架均有轴距3308mm和3800mm车型，其纵梁结构为翼面宽70mm、外高180mm，中体车纵梁厚度4mm，宽体车纵梁厚度6mm。具体如图1所示。

    横梁形式则又不同，按材料使用可分为板状横梁和管状横梁，一般管状横梁对扭转挠度贡献较大，使用于车架中段，尾横梁则使用简单的槽型横梁。相比板梁车架，管状横梁车架制造工艺简单，能节约成本，而且车架结构更加简化，通过合理设计可以实现减轻结构重力目标，有助于提高车辆的动力性和燃油经济性，且管梁车架的低阶模态远远好于板梁车架，这将对改善车辆的NVH性能有着十分重要的意义，该系列中体车型车架均采用管状横梁车架结构（图2-a）；而板状横梁具有抗弯性能强、与车架纵梁连接更加牢固等特点，该系列宽体车型车架均采用板状横梁结构（图2-b、c）。

    （二）有限元模型的建立
      1．网格划分
    模型前期处理采用HyperMesh软件按照一定的网格划分原则进行网格建模，其中网格密度大小取10mm，螺栓采用Conector-bolt（washer 1 ）char模拟，建立如图3所示模型。

    2．施加载荷
      （1）扭转刚度分析：车架扭转刚度分析是计算车架在受到外力作用发生扭转时，车架抵抗扭转变形的能力。扭转刚度关联车辆所受的斜对称载荷—当汽车在凹凸不平的路面上行驶时，前后车轮不在同一平面上，引起车架连同车身一起扭曲，此时产生斜对称载荷。汽车在较差的路面上往往只能以很低速度行驶，与静止状态下车身车架的扭转工况十分相似。
      扭转工一况的边界条件参照台架试验情况，约束前桥中心点123平动自由度，同时约束后轮左右板簧中心点的23平动自由度；施加载荷为在前桥左中心点处施加Z方向的力1000N，如图4所示。

    扭转刚度计算公式为：

    其中甲为前轴后轴的相对扭转角（deg），F为载荷力的大小（（ 1000N），L为前桥中心点到加载点的距离（m）。
      （2）弯曲刚度分析：车架的弯曲刚度分析是车架在受到外力作用发生弯曲时，计算车架抵抗弯曲变形的能力。弯曲刚度关联车辆所受的对称垂直载荷—当汽车在较平坦的路面上以较高的速度行驶时，由于汽车左右两边零部件配置大致相同，可以认为两边的载荷基本对称，为垂直载荷。
    弯曲工况的边界条件为约束左前轮中心3自由度、右前轮中心23自由度，约束左后轮中心 13IN自由度，右后轮中' 23自由度；施加载荷为在纵梁上施加垂直向下Z方向的载荷1000N，X向的位置处于前后轴中心，Y向及Z向的位置放置在车架纵梁截面的扭转中心。如图5所示。

[1] [2]  下一页