本站小編為你精心準(zhǔn)備了客車車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

隨著人們生活水平的不斷提高，對客車整車的性能要求也在不斷提升?？蛙嚨氖孢m度、安全系數(shù)、總體布局等是現(xiàn)代客車發(fā)展的主要趨勢。作為客車的承載單元，客車車身骨架設(shè)計(jì)水平的高低對整車的總體設(shè)計(jì)有著重要的影響。車身骨架的受力情況很復(fù)雜，主要由薄壁桿件構(gòu)成的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量約占整車質(zhì)量的1/3。車身骨架由前圍骨架，后圍骨架，左側(cè)、右側(cè)骨架、車頂骨架和底骨架組成。

1客車主要參數(shù)

參考原型車CA6860CQ2型城間客車，營運(yùn)級別為中型中級，發(fā)動(dòng)機(jī)型號為CA6DE2-16。并參考原型車尺寸及GB1589-2004《汽車外廓尺寸界限》，確定本設(shè)計(jì)客車技術(shù)參數(shù)如表1所示。客車行駛的路況通常為市內(nèi)公路和高速公路等，路面情況良好。根據(jù)GB13094-2007《客車結(jié)構(gòu)安全要求》中的相關(guān)規(guī)定，確定車身上其他主要設(shè)計(jì)參數(shù)，文章設(shè)計(jì)為全承載式車身，如表2所示。

2車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1側(cè)圍骨架設(shè)計(jì)客車側(cè)圍骨架總成由左、右側(cè)圍兩部分構(gòu)成，是整車重要的承載部件。當(dāng)客車發(fā)生傾翻時(shí)，側(cè)圍是最脆弱的地方，極易發(fā)生壓潰失效，導(dǎo)致車內(nèi)乘客受傷。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮加強(qiáng)側(cè)圍的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并特意在側(cè)窗下縱梁和行李艙上縱梁之間加上斜梁等加強(qiáng)結(jié)構(gòu)來保證整車的彎曲特性和抗扭特性[2]。如圖1所示，側(cè)圍共有六根窗柱和立柱（位于側(cè)車窗下緣和行李艙上緣的兩根腰梁），還有八根行李艙立柱、六根斜支撐加強(qiáng)梁、車門立柱、底部邊梁和輪罩加強(qiáng)梁等組成。

2.2前后圍骨架設(shè)計(jì)前后圍骨架必須要充分考慮到風(fēng)窗玻璃的安裝問題，最好與玻璃要有足夠的貼合度，便于車窗的定位。而且由于前圍的造型曲面比較豐富，因此其骨架結(jié)構(gòu)也會(huì)比較復(fù)雜?？衫每蛙嚤砻婷善で皣蛡?cè)圍的交線為中心，掃略出前后圍骨架、左右立柱等形狀復(fù)雜的曲線。此外還要考慮到前后保險(xiǎn)杠、前后燈具等部件的安裝。此次設(shè)計(jì)前圍骨架立柱兩根，后圍骨架立柱四根，前圍橫梁設(shè)置三根。因前后圍骨架受力較小，結(jié)構(gòu)簡單可靠即可，如圖2所示。

2.3頂骨架設(shè)計(jì)頂骨架由頂部貫穿縱梁、橫梁、前后拱頂支撐梁等組成。有承受車頂負(fù)荷（如空調(diào)、行李架等）；連接側(cè)圍、前后圍，使整車成為一個(gè)封閉艙體；承受客車在運(yùn)行中產(chǎn)生的部分彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷等作用。為滿足整車輕量化的要求，頂部橫縱梁在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下應(yīng)盡量減少。此外還需留出頂窗的空間，并用加強(qiáng)梁圍出頂窗的邊框，保證車輛的安全性要求[3]。設(shè)計(jì)了四根縱梁、六根橫梁、前后各四根拱頂支撐梁和左右邊框縱梁，如圖3所示。

2.4底架地板設(shè)計(jì)底架地板主要承載乘客和行李等豎直方向的載荷，是車身重要的承重部分。設(shè)有乘客區(qū)地板和行李艙底架兩層，在車前方還設(shè)有220mm和205mm的兩級踏步高度。而且車身底架中部的兩大縱梁是結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵部位，所以要加大橫截面尺寸來保證結(jié)構(gòu)剛度[4]，如圖4所示。

3車身骨架有限元分析

客車整車結(jié)構(gòu)比較龐大，不適合選擇過小的單元尺寸，出于對精度的考慮，采用了15mm的單元尺寸對整車模型進(jìn)行劃分。由于客車骨架多為形狀規(guī)則的矩形截面骨架型材，故只需對部分可見的形狀不好的網(wǎng)格進(jìn)行拓?fù)涓倪M(jìn)，為進(jìn)一步的計(jì)算求解打下基礎(chǔ)。最后需要對各部件之間做焊接處理。由于要簡化模型操作，所以全部的焊接被處理為剛性連接，如圖5所示。客車整車有限元模型總部件數(shù)313個(gè)，總單元數(shù)353374個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)349239個(gè)。其模型材料參數(shù)為16Mn，彈性模量210GPa，泊松比0.3，密度7.8×10-9t/mm3。

3.1客車骨架模態(tài)分析因客車車身結(jié)構(gòu)要有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來保證其使用和承載要求。低階模態(tài)的頻率能夠反映出客車車身骨架的剛度，一般頻率越高，車身骨架的剛度也越大。其次，客車骨架應(yīng)具備合理的模態(tài)特性，以避免與客車發(fā)動(dòng)機(jī)頻率產(chǎn)生共振，提高客車的安全性和舒適性[5]。還可以分析客車車身的剛度和阻尼特性，為車身結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算、改進(jìn)等提供依據(jù)，如圖6所示。用LS-DYNA求解器對客車骨架進(jìn)行模態(tài)分析，提取了前6階模態(tài)頻率值，如表3和圖6所示。車輛產(chǎn)生共振的原因有很多。路面不平和車輪不平衡引起的振動(dòng)；發(fā)動(dòng)機(jī)怠速下引起的振動(dòng)；傳動(dòng)軸引起的載荷振動(dòng)等。車速大約在85km/h時(shí)，車輪引起的振動(dòng)一般低于11Hz；客車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在750r/min怠速下，激振頻率在35Hz左右。由表3可看出應(yīng)注一階彎曲和一階軸向扭轉(zhuǎn)的頻率相差了3Hz以上，可以避免二者頻率互相耦合。客車低階模態(tài)頻率集中在10Hz～25Hz之間，能夠有效降低整體共振現(xiàn)象的發(fā)生概率。

3.2客車骨架強(qiáng)度分析

3.2.1彎曲工況彎曲工況為模擬客車在平直路面上滿載時(shí)的受力狀態(tài)。設(shè)車輪處骨架上圓周加強(qiáng)梁上最高一根桿為車輪懸置位置，將客車前后共四輪設(shè)為固定約束。設(shè)底架兩輪之間的加強(qiáng)橫梁與縱向梁的交點(diǎn)處作為車身承載的施力位置，每一處加載1000N的力，全車共加載為1.6×104。按上述約束方式及加載方式，將結(jié)果顯示放大200倍，得到的計(jì)算結(jié)果如圖7所示。根據(jù)圖6可以看出在底架處的骨架發(fā)生了最大的變形，故可用車身底架的最大垂直撓度來描述車身的剛度。在底架縱梁上從前到后均勻選取23個(gè)點(diǎn)的位移值，繪制底架撓度變化曲線。從圖8中可看出，彎曲工況下，底架的中部撓度較大，而前后懸處和骨架前后的變形較小?？蛙嚨膹澢鷦偠瓤梢越仆ㄟ^客車彎曲載荷與最大撓度的比值來衡量，如公式(1)所示：

3.2.2扭轉(zhuǎn)工況扭轉(zhuǎn)工況為模擬客車在通過不平整路面時(shí)車身扭轉(zhuǎn)的受力狀態(tài)。設(shè)車輪處骨架上的圓周加強(qiáng)梁上最高的一根桿為車輪懸置位置，將客車后兩輪設(shè)為固定約束?？蛙噧汕拜喌膶?yīng)橫梁的中點(diǎn)為受力位置，左側(cè)車輪加載向上1000N的力，右側(cè)加載向下1000N的力，計(jì)算結(jié)果如圖9所示?？蛙囆旭傇诓黄秸穆访嫔蠒r(shí)，將存在左右不對稱的載荷作用在車身上，所以車身必須要有一定的扭轉(zhuǎn)剛度。其中扭轉(zhuǎn)角是車身結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度的重要評價(jià)指標(biāo)。本設(shè)計(jì)懸前部左右兩輪并各施加1000N的作用力，扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式如下列所示：測得客車兩加載點(diǎn)之間距離為1135mm，最終計(jì)算出客車車身載荷為1134N•m，將上述結(jié)果代入公式，得到車身扭轉(zhuǎn)剛度為6.517×104N•m/deg。

4結(jié)論

參考CA6860CQ2型客車和相關(guān)國家法規(guī)，以33+1座城間客車為設(shè)計(jì)對象進(jìn)行，進(jìn)行主要參數(shù)的設(shè)計(jì)：進(jìn)行車身側(cè)圍，前后圍，項(xiàng)骨架，底架底板的主要骨架的設(shè)計(jì)，并利用HyperMesh軟件對生成的車身骨架進(jìn)行了車身骨架有限元分析的前期處理工作，最后用LS-DYNA軟件對生成的車身骨架的力學(xué)性能進(jìn)行求解，并對整車骨架進(jìn)行簡單的模態(tài)分析和彎曲扭轉(zhuǎn)兩種工況下的靜力學(xué)分析。

作者：曲敬賢 陳海峰 王晶 單位：陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院