摘 要

牵引车车架是牵引车承载载荷的基体，包括驾驶室总成、动力总成、牵引货物的重量以及各种工况下所带来的力、力矩，这些都会对牵引车车架产生作用力。在汽车行驶时，为了能够有足够的载荷容纳量要应对各种突发的工况，应对可能的突发的情况，在车架设计时，必须全面了解和分析到各类工况，确保汽车在实际行驶时的平顺性、操纵稳定性。

首先，本次设计根据牵引车的使用要求，设计并且选择出车架的各项参数、确定车架的结构形式、确定各附件，例如发动机、油箱等的安装位置。

其次，构建车架的简化的力学模型，对车架的受载荷进行简化。以静力等效原则或者集中载荷的形式，分布到左右纵梁或者某一具体位置上。

再次，建立牵引车车架三维模型，并对模型进行必要的简化，以便于后面的有限元分析。然后在典型的工况下进行有限元分析，得出各个工况下车架的应力及应变，得到应力集中截面等特性。

最后，根据有限元分析结果，对车架的尺寸及结构进行合理的改正，使之更适合各种受力工况。

关键词：牵引车车架；车架设计；车架强度及刚度；车架力学模型；模型简化及受力简化；Catia；Ansys

ABSTRACT

The frame of the tractor is the basic body that the tractor carries the load. It includes the weight of the cab assembly, the powertrain, the hauling goods and the force and moment under various working conditions, which will exert force on the frame.When the car is traveling, in order to be able to have enough load capacity, it is necessary to deal with a variety of unexpected working conditions and to deal with possible unexpected situations. In the design of the frame, comprehensive consideration must be given to various working conditions to ensure that the car is running stability.

Firstly, according to the requirements of the tractor, the design of the design and selection of

the various parameters of the frame, determine the structure of the frame, determine the installation position of the accessories, such as the engine, fuel tank, etc.

Secondly, the mechanical model of the frame is established. To simplified the force.The

form of concentrated load in the principle of static equivalence is distributed to the left and right longitudinal beams in the form of a uniform load.

Thirdly, the model frame is established and simplified ,in orderto to facilitate the subsequent finite element analysis. Then the finite element analysis is performed under typical conditions to obtain the stress and strain of the frame under various operating conditions, and the characteristics such as stress concentration section are obtained.

Finally, according to the results of the finite element analysis, the frame size and structure are reasonably corrected to make it more suitable for many force conditions.

Key words: tractor frame; frame design; frame mechanics model; model simplification and force reduction; catia; ansys; frame strength

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究基本内容 2

1.4 技术方案及流程 2

第2章 车架形式及结构参数选择 4

2.1 车架的设计要求 4

2.2 车架的结构型式 4

2.3 横梁、纵梁结构及联接形式 5

2.4 最终确定的车架结构 7

第3章 车架各横、纵梁及连接件参数设计 8

3.1 横、纵梁参数设计 8

3.2 连接件设计 8

3.2.1 铆钉选择 8

3.2.2 螺栓及螺母选择 9

3.2.3 纵、横梁连接板的结构参数 9

3.3 东风天龙牵引车的相关参数 9

3.4 车架弯曲应力及刚度计算 10

第4章 车架力学模型的简化 13

4.1 弯曲、扭转工况 13

4.2 制动工况 13

4.3 爬坡工况 14

4.4 转弯工况 16

第5章 车架模型的简化及三维模型的建立 17

5.1 车架模型简化 17

5.2 三维模型的建立 17

5.2.1 纵梁建模 17

5.2.2 横梁建模 18

5.2.3 铆钉建模 21

5.2.4 螺栓及螺母建模 21

5.2.5 波形板建模 22

5.3 车架零件的装配 22

第6章 车架ANSYS有限元分析 24

6.1 车架有限元分析的求解前处理 24

6.1.1 有限元分析的基本流程 24

6.1.2 车架有限元模型建立过程 24

6.2 典型工况下静态分析 26

6.2.1 弯曲工况 26

6.2.2 扭转工况 28

6.3 本章小结 31

总结 32

参考文献 33

致谢 35

第1章 绪论

1.1 研究背景

现代交通物流专业化的发展，要求专用汽车种类能够不断适应时代的发展，这无疑给汽车发展带来了挑战。但随着牵引车的不断发展，它能够适应各种要求，搭乘各种类型的挂车，这就大大减少了专用车的种类，减少了不必要的开发活动，节约大量的人力成本、资本成本以及开发成本。是以对当代交通物流业的发展有着积极的意义。

牵引车车架是牵引车承载载荷的基体，包括驾驶室总成、动力总成、牵引货物的重量以及各种工况下所带来的力、力矩，这些都会对牵引车车架产生作用力。在汽车行驶时，为了能够有足够的载荷容纳量，要应对各种突发的工况，应对可能的突发的情况，在车架设计时，必须全面充分的考虑到各类工况，保证汽车实际行驶时的平顺性、操纵稳定性。

本次设计的重型牵引车选择为东风天龙旗舰牵引车。在本文的我的设计中，车架才是设计重点。天龙牵引车车型的车架采用的是边梁式车架，它由2根纵梁和5根横梁构成了一个整体的车架。横梁既可用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，同时还可以用以支撑牵引车的各种附件，包括燃油箱等。边梁式车架的布局特点是便于驾驶室总成及其他部件的安置，是以应用于大多数载货汽车和牵引车上。天龙牵引车同样也采用了这种类型的车架。为了更好的提高车架的整体强度和局部强度，克服设计中可能存在的一些缺点，最后应该进行局部、甚至是全体的优化设计。

1.2 国内、外研究现状

在传统的车架设计中，在旧车上进行进行系列改良。一般都需要样品设计，在样品基础上进行改进，最后在得出模型。这种过程的投入不仅大大增加，而且导致整个周期的增加和延长。在开发结果上，前期开发所带来的问题无法及时的发现，只能是在用户使用过程中才会发现到他的一些缺点，因此带来了许多的问题。在现代开发中，这种情况大大改观，由于有了虚拟设计方法和一些仿真分析软件，在开发过程中，能够及时发现其中的设计缺陷，并且能够及时的改正。这并不影响公司的开发周期，同时大大降低了客户可能会遇到的问题，为公司的开发效率提供了保证。

国外的开发方法处于领先地位，从上世纪60年代以来，有限元分析方法对于结构的强度分析和结构优化成为重要的车架设计分析手段。有限元分析以良好结构模型为基础，在这基础之上分析车架在各种工况下的受力，并且这写工况可以人为的设定成所需要的参数，因此各种工况的不同参数情况下都可以进行分析，从而把握车架的整体设计，得到各个工况下都能有良好的承受载荷能力。

1.3 研究基本内容

本次设计的基本内容如下几点所示：

（1）确定车架形式、选取车架参数，确定车架强度刚度指标。

（2）建立牵引车车架典型工况下的力学模型。

（3）基于三维模型而建立有限元模型。对整个车架进行应力、变形的求解。包括各种实际工况的求解分析。

（4）验算及校核。

（5）车架结构优化。

（6）绘制总成图和主要零件图。

（7）编写设计说明书。

车架力学模型的简化对于力学分析极其重要，应从以下几个方面考虑：省去非承载件。车架的主要承受挂车施加力的部件是纵梁、横梁。所以许多附件安装座是可以省去的。简化车架上的小孔。简化一些工艺孔。对一些部件进行简化。对于边梁式车架的设计目标是：对车架力学模型进行简化，得到合理的牵引车车架力学模型，既有利于应力及应变分析，又保证结果比较准确。必须满足强度和刚度要求，尽可能结构合理而使车架应力分布均匀。

1.4 技术方案及流程

东风天龙旗舰牵引车边梁式车架由2根纵梁及4根横梁组成。在设计中应重点注意鞍座处波形板车架部分的设计和校核；重点关注平衡悬架横梁附近的设计及校核，并设计加强角支撑；重点设计校核两纵梁的强度。研究具体流程是如下图的流程所示。

第一个是车架的结构参数设计，在这个步骤里，首先根据牵引车的载荷要求和车架布置要求，选择车架的结构形式并设计车架参数，选择铆钉连接形式。

第二个是车架典型工况的受力计算和处理。这里主要是针对车架在牵引车行驶时常出现的工况进行受力模型的简化，并计算出各个载荷的大小。

第三个是车架的三维模型建立，根据设计的车架参数，完成车架零件的建模，并且要精确的完成装配过程。

第四个是牵引车车架的有限元分析部分。有了车架的立体模型和车架受到的力作为前提。就可以用约束自由度的方法来模拟典型的行驶工况，既能简化计算量，又能得出合理的分析结果。

车型参数确定

选择车架形式