中型客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計

中型客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計,中型,客車,車身,結(jié)構(gòu),設(shè)計 本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告 論 文 題 目： 中型客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計學(xué) 院： 專 業(yè) 、 班 級： 學(xué) 生 姓 名： ) 2018 年 3 月 8 日填 一、選題依據(jù) 1. 論文（設(shè)計）題目 中型客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2. 研究領(lǐng)域機(jī)械設(shè)計 3. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值 中型客車是現(xiàn)今社會最常使用的車種之一，近年來客車在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高中發(fā)揮著不可替代的作用，世界各主要客車生產(chǎn)廠家不斷開發(fā)研制客車新技術(shù)，生產(chǎn)出具有競爭力的新型客車。改革開放以前，我國客車是依靠國外卡車底盤改裝。20 世紀(jì) 70 年代,我國的客車工業(yè)開始起步，經(jīng)過40 年的發(fā)展和國家重點(diǎn)改造，現(xiàn)已具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)。尤其是近 10 年來， 通過自主研發(fā)、與外國客車企業(yè)合資、合作和技術(shù)引進(jìn)，我國已具備了先進(jìn)的客車車身和底盤制造技術(shù)。在激烈的市場競爭的壓力下，產(chǎn)品從概念設(shè)計到出成品的時間越來越短，在汽車發(fā)展歷史上，為汽車企業(yè)帶來的巨大回報。汽車設(shè)計中車身造型設(shè)計屬工業(yè)（產(chǎn)品造型）設(shè)計的范疇，它有別于工程技術(shù)設(shè)計的“硬設(shè)計”，其目的是使汽車能盡量完美地體現(xiàn)他的物質(zhì)功能和精神功能，充分滿足人們實用和審美兩方面的需求，屬于設(shè)計中的軟設(shè)計。汽車造型設(shè)計應(yīng)該將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代審美觀念有機(jī)的結(jié)合起來，使產(chǎn)品達(dá)到科學(xué)技術(shù)與造型藝術(shù)的高度統(tǒng)一，人機(jī)與環(huán)境的和諧統(tǒng)一，成為表達(dá)人類感情的“符號”。汽車造型設(shè)計是科學(xué)的理智和藝術(shù)的感情為一體的創(chuàng)造性設(shè)計。 而在當(dāng)今社會，隨著時代的發(fā)展和進(jìn)步，人們的消費(fèi)水平越來越高，對汽車的車身設(shè)計也越來越看重。 4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 國際客車的發(fā)展早于整個汽車工業(yè)的發(fā)展。他們的技術(shù)達(dá)到了很高的水平， 以歐洲和美國為代表。按照國際分類法，車身長度在 7-10 米稱為中型客車，10 米以上稱為大型客車。盡管這些國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平很高，但乘用車仍然是重要的一步工具。在世界上，汽車制造公司的高水平是美國通用汽車，交通運(yùn)輸行業(yè)公司；德國的苯、Keith Bauer、尼奧普蘭公司；瑞典沃爾沃公司；法國雷諾公司；匈牙利伊卡露斯公司；日本五十鈴，日產(chǎn)，Hino，三菱公司，等等。主要產(chǎn)品有高檔豪華旅游巴士或長途汽車，如德國的獅子的教練，獅子的明星， 瑞典的沃爾沃，斯堪尼亞世紀(jì) IRISBUS 周邊意大利、等我國市場的開放，高檔車市場的跨國企業(yè)都致力于抓住中國。 在技術(shù)層面上，目前世界上大中型客車的發(fā)展趨勢是： 1。客車專用底盤的使用。技術(shù)性能主要取決于汽車底盤、客車底盤空氣彈簧懸架、傳動自動變速器的發(fā)展，動力轉(zhuǎn)向裝置、ABS 制動系統(tǒng)的廣泛使用，一些安裝了 ABS／ASR 防滑系統(tǒng)，力求舒適、通過能力和良好。制動可靠?？蛙嚨妆P應(yīng)接近轉(zhuǎn)角和出發(fā)角較大，有利于行駛在不良路面和斜坡上。團(tuán)體旅行教練要求高度舒適和舒適的底盤，以減輕乘客的疲勞。 2。大功率發(fā)動機(jī)用于增強(qiáng)總線的功率。 汽車工業(yè)快速發(fā)展，有限元技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外汽車企業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)分析的趨勢?？蛙囓嚿砉羌苁强蛙嚨幕w，除了在結(jié)構(gòu)上滿足客車總體布置的要求，在強(qiáng)度上要能承受靜載荷和各種動載荷。在靜態(tài)分析中，考察結(jié)構(gòu)是否有足夠的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度?？蛙囋谛旭傔^程中總是處于動態(tài)工況下，受 - 10 - 到路面不平等隨機(jī)激勵的作用，僅僅通過靜力學(xué)分析并不能夠真實反映客車在行駛工況下的受力狀況。準(zhǔn)確建立整車的動力學(xué)模型，并進(jìn)行有效的求解，是動力學(xué)有限元分析研究的關(guān)鍵。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在這些方面做了大量的研究。 國外的有限元理論比較成熟，從 60 年代就已經(jīng)開始應(yīng)用于汽車工業(yè)。從 70 年代開始，對汽車結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性研究取得了大量的研究成果。在 80 年代， 國外客車比較先進(jìn)的采用有限元法進(jìn)行設(shè)計分析，隨后采用計算機(jī)模擬技術(shù)來檢驗汽車零部件及整車的設(shè)計。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問題 1. 重點(diǎn)解決的問題 中型客車的駕駛室和車廂優(yōu)化設(shè)計和全承載式車身為本次設(shè)計研究重點(diǎn)。 2. 擬開展研究的幾個主要方面。 用汽車總體設(shè)計 CAD 系統(tǒng)符合設(shè)計目標(biāo)總布置圖的三維模型。2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） （1） 首先翻閱各種資料，了解本設(shè)計的意義、研究概況和發(fā)展趨勢； （2） 查看不同客車的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計 （3） 得出經(jīng)驗，繪制出模型，得出結(jié)論3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 通過學(xué)習(xí)及查閱有關(guān)資料掌握客車車身的構(gòu)成以及其機(jī)構(gòu)的設(shè)計, 了解現(xiàn)在現(xiàn)代客車車身設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢、相關(guān)技術(shù)的對比及市場前景。通過自主設(shè)計并選擇最合理的方案設(shè)計能夠得到以下結(jié)果： 通過 CAD/CAM 系統(tǒng)繪制基于特征的中型客車的三維參數(shù)建模。 （1） 完成 10000 字以上的論文； （2） 完成 3000 字左右外文文獻(xiàn)翻譯； （3） 使用 CAD/CAM 等軟件進(jìn)行建模、分析； 三、論文（設(shè)計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；技術(shù)路線： a.查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢； b.制定出車身的總體方案設(shè)計，并對其進(jìn)行評價； c. 對車身方案的具體部分進(jìn)行理論計算； d. 進(jìn)行車身整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計; 2. 論文（設(shè)計）進(jìn)度計劃 1. 第 1～2 周 調(diào)研、資料收集，完成開題報告 2. 第 3 周 動力性計算 3. 第 4 周 經(jīng)濟(jì)型、安全性計算 4. 第 5～7 周 車身總布置圖繪制 5. 第 8 周 中期檢查 6. 第 9～10 周 總布置圖繪制、調(diào)整 7. 第 11 周 完成車身結(jié)構(gòu)總布置圖 8. 第 12 周 完成設(shè)計說明書 9. 第 13 周 設(shè)計審核、修改 1.第 14 周 畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備及答辯 參考文獻(xiàn) [1] 喬維高.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京：北京大學(xué)出版社，2010. 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Study about the Dynamic Analysis and Optimize of Container Vehicle with Cranes [A]. Proceedings of 5th International Conference on Material Handling， Chongqing，2005. 附：文獻(xiàn)綜述 引言部分： 客車與軌道交通車輛是現(xiàn)代社會中運(yùn)輸旅客的主要交通工具。在我國，客車是指在設(shè)計和技術(shù)特性上用于載運(yùn)乘客及其隨身行李的商用車。由于其載客量大，占地面積小， 在我國應(yīng)用廣泛?？蛙囉砂l(fā)動機(jī)、底盤、車身和電器設(shè)備等幾大部分構(gòu)成。作為客車的重要組成部分，車身的設(shè)計越來越受到重視，客車車身主要由骨架結(jié)構(gòu)和蒙皮結(jié)構(gòu)兩部分組成。 在客車結(jié)構(gòu)中，車身即是承載單元，又是功能單元。作為承載單元，由車身骨架與底架或車架（小型客車車身殼體與車架）組成的車身結(jié)構(gòu)，在客車行駛中要承受多種載荷的作用。作為功能單元，車身應(yīng)該為駕駛員提供便利的工作環(huán)境，為乘員提供舒適的乘坐環(huán)境，保護(hù)他們免受車輛行駛時產(chǎn)生的振動噪聲和廢氣等的侵襲，以及外界惡劣天氣的影響；同時在交通事故中，可靠的車身結(jié)構(gòu)和乘員保護(hù)系統(tǒng)有助于減輕對乘員和行人造成的傷害；此外，合理的車身外部形狀，以便客車行駛時能有效地引導(dǎo)周圍的氣流，提高車輛的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛穩(wěn)定性，并改善發(fā)動機(jī)的冷卻條件和車內(nèi)通風(fēng)。因此，客車車身對客車產(chǎn)品的設(shè)計制造有著十分重要的影響。 由于客車品種繁多，所以車身的分類形式也是多種多樣的。常見的分類方法有按客車的用途、承載形式和車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。 在我國客車發(fā)展的初期，其車身通常由專業(yè)化車身廠家生產(chǎn)，然后安裝在現(xiàn)成的貨車底盤車架上。國內(nèi)的輕型客車，其絕大部分都是這種非承載式車身殼體結(jié)構(gòu)，一般是在貨車三類底盤（包括一部分進(jìn)口輕型貨車底盤）或者在專用客車底盤上直接改裝車身。該車身結(jié)構(gòu)形式具有傳統(tǒng)底盤-車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： 1） 連接車身和車架的橡膠襯墊或彈簧可以起到一定的緩沖、隔振和降低噪聲的作用，車廂內(nèi)噪音低，緩沖隔振性能和乘坐舒適性較好； 2） 底盤與車身可以分開以后再組裝成一體，便于生產(chǎn)裝配及在同一底盤上安裝不同的車身，簡化了裝配工藝，便于組織專業(yè)化生產(chǎn)； 3）有車架作為整車的基礎(chǔ)，便于在汽車上安裝各總成和部件； 4）安全性能由底盤加強(qiáng)，遇到撞車事故時，車架可以對車身起到一定的保護(hù)作用， 車廂變形小。 國外發(fā)展現(xiàn)狀： 歐洲的客車技術(shù)水平和科研能力居世界的首位，中國客車企業(yè)引進(jìn)客車技術(shù)也集中在歐日兩大系列。全球比較著名的客車及客車底盤生產(chǎn)企業(yè)有：德國的奔馳、曼、凱斯鮑爾、尼奧普蘭；法國的雷諾；意大利的依維柯(菲亞特集團(tuán)) ；瑞典的沃爾沃和斯堪尼亞；匈牙利的伊卡露斯和日本的五十鈴、日產(chǎn)柴和日野等。由于客車行業(yè)具有產(chǎn)量低、品種多的特點(diǎn)，所以自動化水平都不是很高，一般客車廠年產(chǎn)量基本保持在 2000 輛的水平。在上述廠家中，德國的大中型客車技術(shù)在世界上一直保持領(lǐng)先地位。 美國福特汽車公司 2000 年應(yīng)用 CAE 后，其新車型開發(fā)周期從 36 個月降低到 12～18 個月、開發(fā)后期設(shè)計修改率減少 50%、原型車制造和試驗成本減少 50%、投資收益提高 50%。國際上一些著名的汽車廠家如通用、福特、豐田、日產(chǎn)等以及大的零部件供應(yīng)商，在整車系統(tǒng)仿真、總成和零部件方面的 CAE 應(yīng)用水平比較高，有自己的 CAE 應(yīng)用規(guī)范和分析流程。而且這些企業(yè)長期與專業(yè)仿真軟件和服務(wù)公司合作，共同發(fā)展、相互促進(jìn)。 研究的特點(diǎn)和趨勢： 車架是整個客車的基體，其功用是支承、連接汽車各個總成的零部件，承受來自車內(nèi)外的各種載荷，并在很大程度上決定了客車總體的布置型式?，F(xiàn)代很多客車都有作為整車支承的車架，車上絕大多數(shù)的部件和總成都是通過車架來固定其位置的。對于由車身骨架承擔(dān)載荷的客車，稱為承載式客車，一般采用桁架式車架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代客車正逐步向這種承載車身形式發(fā)展。 車架的結(jié)構(gòu)形式首先應(yīng)滿足汽車總布置的需要。汽車在復(fù)雜多變的道路上行駛的時 候，固定在車架上的各總成和部件之間不應(yīng)發(fā)生干涉。當(dāng)汽車在崎嶇不平的道路上行駛時，車架在載荷的作用下可產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形以及在縱向平面內(nèi)的彎曲變形，當(dāng)一邊車輪遇到障礙時，還可能使整個車架扭曲成菱形。這些變形將會改變安裝在車架上的各部件之間的相對位置，從而影響其正常工作。因此，車架應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠?。為了使整車輕量化，要求車架質(zhì)量盡可能的小些。此外，降低車架的高度以使得汽車質(zhì)心位置降低，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性，這一點(diǎn)對客車來說尤為重要。對于城市公交客車，為適當(dāng)降低前部地板的高度，需要把懸架系統(tǒng)布置在車架的外側(cè)， 從而降低車架離地的高度。于是，車架的縱梁在垂直方向彎曲的基礎(chǔ)上，在水平方向也彎曲，從而使車架總成變成前窄后寬的型式。 橫梁用來保證車架的扭轉(zhuǎn)剛度，同時支承某些部件，如可支承發(fā)動機(jī)、 變速箱、傳動軸、水箱、備胎等。在前后懸架支架處則需設(shè)置抗彎能力較強(qiáng)的橫梁。橫梁結(jié)構(gòu)一般采用工字型截面或雙槽背對形成的工字型，有時也采用圓形、帽型和箱型等截面的橫梁。一般說來，槽形梁抗彎強(qiáng)度大，對于增加車架扭轉(zhuǎn)剛度很有好處，通常在懸架前后支架處采用帶大加強(qiáng)板的槽形橫梁來承受大的受力。帽形橫梁可制成彎度較大的橫梁，適用于一些空間位置受限的情況。如在發(fā)動機(jī)、水箱、變速箱、傳動軸處布置或用來支承。由帽形橫梁制成的元寶梁、鱷魚梁等受縱梁斷面高度的影響較小，通用性高。 三類底盤車架改裝形成的客車車架，一般在車門立柱、前后橋吊耳前后，側(cè)圍與前后圍的分形面等部位加牛腿。軸距中間根據(jù)總布置方案加牛腿。牛腿截面可為槽形、方形等，長度方向上可以等截面或變截面或等強(qiáng)度梁，中間可有減重孔。連接方式可有焊接鉚接或螺釘連接，中小廠以焊接方式為多。 根據(jù)布置和總成的安裝要求，同一車架可同時采用多種型式的組合和不同的橫梁翼面，車架總成可設(shè)計成前后等寬或不等寬結(jié)構(gòu)。這類客車車架的結(jié)構(gòu)形式一般變化不大，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，但是本身存在質(zhì)量大，總成布置困難，受力不均勻和損壞后難以修復(fù)等缺點(diǎn)，主要用于城市公交和普通短途客運(yùn)車輛。 CAE 在中國汽車行業(yè)的應(yīng)用起步于二十世紀(jì) 80 年代中期，歷經(jīng)十幾年的平穩(wěn)發(fā)展， 到 90 年代后期開始加速，目前已經(jīng)進(jìn)入飛速發(fā)展期。轎車企業(yè)這方面走的步伐快一些，卡車和客車企業(yè)相對遲緩。總體來講，中國的轎車企業(yè) CAE 應(yīng)用水平相對較高， 卡車和客車企業(yè)的 CAE 技術(shù)近年來發(fā)展迅速。早期的客車設(shè)計，完全依賴于長期積累的經(jīng)驗與后期的試驗修改，這樣生產(chǎn)出來的客車往往會出現(xiàn)兩方面的問題，一方面， 強(qiáng)度不足，滿足不了使用要求； 一方面， 強(qiáng)度有盈余， 造成材料的浪費(fèi)。計算機(jī)輔助分析 CAE(Computer Aided Engineering)技術(shù)是虛擬分析，對客車進(jìn)行模擬、仿真、預(yù)測，對汽車結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度，平順性和耐久性進(jìn)行分析和評估。 結(jié)論： 本文使用 SOLIDWORKS 軟件和 ANSYS 軟件分別進(jìn)行了客車車身數(shù)值模型的建立和客車車身的結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化。文中首先討論了如何在 SOLIDWORKS 軟件中完成客車車身的數(shù)值模型及如何將此數(shù)值模型進(jìn)行簡化轉(zhuǎn)化成客車車身有限元模型，接著在 ANSYS 軟件中對設(shè)計的客車車身骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜態(tài)彎曲工況、扭轉(zhuǎn)工況和彎扭工況三種工況下，車身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度的分析，并對該車進(jìn)行了動態(tài)分析。通過對新設(shè)計的客車車身骨架結(jié)構(gòu)動靜態(tài)的分析，選取車身強(qiáng)度和剛度較大和較小的桿件的截面尺寸參數(shù) 作為設(shè)計變量，以車身的強(qiáng)度和剛度作為狀態(tài)變量，對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到客車車身骨架結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度和剛度條件下，車身重量最輕的目的。 指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評閱） 審 核 意 見 簽字： 年 月 日 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見 簽字： 年 月 日公章： - 10 -