12m客车车架结构设计及分析

第2章车身的总体设计
2.1车身的总体设计方案
本车型车身的设计方案为:一种三段式底架的长途大客车客车车身。他包括:底架、地板骨架、左侧骨架、右侧骨架、前围骨架、后围骨架和顶盖骨架七部分组成此款客车式车身的骨架结构如下:底架和地板骨架，前后围骨架，左右侧骨架及顶骨架形成一个整体承载载荷的框架。通过各个连结点，整车骨架形成若干个封闭环结构「“一」。车身骨架结构布置图见图2. l o

图2. 1车身骨架结构布置方案
2.4车辆质量参数的确定
车辆质量参数确定时首先要考虑能满足国家法规要求，因法规要求比较低容易满足。车辆质量参数确定时还要参考其他厂家同类产品质量参数以及本厂其他相同长度车型。为了满足载客量，同时又要降低燃油消耗量，所以车辆的最大总质量尽量加大，但车辆自重尽量减小。
1、车辆的总质量Ma和前后桥的选择
根据此车乘客区长度尺寸可以计算出此车最大载客量为39人(具体计算方法见后面章节)。乘客每人按65千克计算，乘客重量为65X39=2535千克。车辆整备质量的估算:根据底盘上自制件以及所选各总成件和电器件等所有部件质量的总和约为4000千克;综合考虑我厂的工艺保障能力及技术突破水平，车身部分的总质量可控制在4550千克内;可以确定车辆整备质量Mo=8550千克。
2535千克+8550千克=11085千克
根据以上计算进行前后桥的选择。
前桥:选用东风4.2T车桥，其型号为30JS20E-00005，其理论承载重量为4200千克，因此可以确定此车前桥的承载能力为MI } 4200千克，我们取3800千克。后桥:选用东风8T后桥，其型号为24BRS 15M-00005，其理论承载重量为8000千克，我们取7800千克。
由以上可以得出此车辆最大总质量11600千克。
2、轮胎的选择
根据车辆最大总质量以及所选的车桥，我们选用佳通9822.5轮胎，此轮胎理论承载能力单胎时每胎为2240千克，双胎时每胎为2120千克。此车轮胎总的承载能力为12960千克。
综合以上所述，此款车辆最大总质量确定为Ma=11600千克。
2.5车辆主要性能参数的确定
1、动力性能参数见下表2. 3
第3章 客车车身UG建模
UG是法国达索公司大型高端计算机辅助设计/制造/工程集成应用软件，在全球计算机辅助设计/制造/工程领导。随着产品生命周期管理(产品生命周期管理)协作解决方案，是一个非常重要的组成部分，它可以帮助制造商设计自己的新产品，它可以支持从生产项目的早期阶段，具体的设计，分析，仿真，组件保持在所有的工业设计过程。UG是汽车工业的事实标准，
在欧洲，亚洲和北美国最大汽车制造商的核心设计系统。在造型，车身和发动机设计具有独特的优势，适合各种车辆设计和制造提供了一个端到端解决方案。
3.1客车式长途客车车身底架建模
本车型底架建模共分为三个设计单元即:
C1)前段底架总成;C 2}中段底架总成(行李舱区，析架结构);C3)
后段底架总成具体布置见下图3. l o

这种三段式底架的前段为槽形的两大梁，中间部分为析架结构(此处为行李舱区)，后段也为槽形的两大梁，因后端安装发动机，载荷较大，所以此处大梁断面比前段大梁尺寸大。根据客车车型和承载情况的不同，中间析架结构部分采用不同截面尺寸的型钢组焊成一个框架结构。这个框架结构通过铆接或焊接同前后段大梁固定在一起。如果是钢板弹簧悬架，中间析架部分一般不会超过悬架安装区域;但如果是气囊悬架，为了尽量增大行李舱容积，部分底盘的中间析架可能超出悬架安装区域。只有驾驶员操纵区域和发动机
2、中段底架建模
中段底架是用横截面为160x60x5的型钢作为两纵梁，用横截面70x40x3，40x40x3，40x30x3，40x40x2等型钢组焊成析架结构。
用以增加此析架结构的强度和刚度在矩形方框的各个角部位设计有加强角两纵梁的前端为车内乘客过道前端台阶处，两纵梁的后端为车内后排五人椅前台阶处。中段底架具体布置见图3. 3 0

3、后段底架总成建模
后段底架总成分为两部分:一部分是后桥处底架，另一部分是发动机处底架。
后桥处底架左右纵梁采用横截面为180x70x6的槽形16Mn钢。因为此车为前2后4空气气囊悬架。悬架处为高负荷区。为增加此处纵梁强度，通过连接型钢将此处前段底架纵梁与中段底架纵梁连接起来，并在连接型钢外面增加加强钢板。后桥处第一横梁在空气悬架前方靠近空气悬架处，第二横梁在空气悬架后方靠近空气悬架处。第一横梁，第二横梁与左右侧纵梁组成一个封闭的方框结构，增加了后桥处底架的强度。
第四章车身结构有限元分析
4.1车身模型的简化
客车式客车的骨架主要是由矩形梁构成，另外还有一部分异形梁，槽钢梁和钢板等构成。各个梁之间大多采用焊接的方式连接在一起。在不影响应力和变形的条件下，在建模的过程中我们采取了一些简化措施
1、将空间中的曲面梁简化为直梁，例如将前后围左右侧及顶盖骨架上曲面立柱简化为若干个直梁，这种简化对整个车身结构的计算影响很小。
2、将有厚度的梁简化为无厚度的梁，在计算时再约束梁的厚度。
3、忽略车身蒙皮。车身蒙皮大多数是焊接在骨架上，少数是铆接在骨架上，因此他对车身骨架的强度具有加强作用。这样计算的结果将更加安全可靠。
4.2车辆载荷工况分析
4.2.1水平弯曲工况分析
水平弯曲工况下，此款客车式客车车身骨架所承受的载荷主要是由车身骨架、底架、底盘、座椅、乘员、空调系统及车身各种附件的重量产生的。根据车辆上各总成的质量的分布的空间位置将他们换算成为节点载荷，放置在其所在位置的薄壁梁的节点位置上「<6-}0}0
1)、载荷处理
本文中，载荷可分为底盘各总成质量、车身骨架质量、车身附件质量和乘客质量等。底盘各总成质量可均匀分布到底架上的各对应的薄壁梁单元上;车身骨架质量可分布到骨架各个骨架型钢的几何形心上;车身附件的质量根据其质心所在的位置可均匀分布在相对应空间位置的节点上，使之成为这些相应节点上的集中载荷。乘员重量(按65千克/人计算)载荷均匀分布到骨架的各对应的薄壁梁单元上。

2)、约束处理
边界条件是约束此车两后轮位置处节点的全部自由度以及两前轮位置处节点的3个转动自由度和2个平动自由度，释放一个平动自由度UX。其计算结果如下图4. 1所示。

由上图可以看出在水平弯曲工况下，底架的最大应力为后悬架前，截面突变处可以达到165MPa，前悬架处应力也比较大，在100-140MPa之间，底架其余位置一般较高处在50-60MPa之间，大部分区域在30MPa以下;顶骨架最大应力在第一横梁处，其应力值为70MPa左右，其余位置应力较高处出现在中部的横梁的中间部位以及横梁与两侧纵梁的连接部位，其应力值为50-60MPa之间;左右侧骨架的最大应力为70MPa左右，出现在中部两侧窗立柱，斜支撑以及窗下沿以及行李仓门上横梁的中段位置，其余位置应力较高处的应力值一般为50-60MPa。地板骨架应力较大处在地板骨架与底架连接
部分，其应力值一般在80MPa以下，其余部分都较小。此款客车骨架型钢材料为Q235和Q345钢，底架型钢和槽钢材料为16Mn钢。Q235钢的屈服强度为235MPa, Q345钢的屈服强度为345MPa,16Mn钢的屈服强度为280-350MPa。而此款客车水平弯曲工况下的最大应力值为165MPa，这种工况下安全系数为1.7-2.2。安全储备系数比较高，满足车辆安全要求。