浅析轻型载货汽车车架开发及优化设计

陈芳芳

摘  要：本文主要针对轻型载货汽车车架开发及优化设计展开深入研究，先阐述了车架总成结构设计的一般步骤方法，包括开发设计输入条件、确定车架总成的宽度、长度及及断面宽度尺寸、选择车架的结构形式、以及校核车架强度刚度等。另外，针对行业内近几年提出的超载，蓝牌等现象，轻型载货汽车轻量化是未来的发展趋势，而车架作为整车的核心零部件，其重量占比整车重量约8%，因此提出了车架轻量化的设计理念，进而引入轻型载货汽车车架优化设计思路。

（1）

式中：σmax—简支梁的最大弯曲正应力

M—集中载荷、等分布载荷产生的弯矩总和

—截面对Z轴的惯性矩

公式（1）中，比值/仅与截面的形状与尺寸有关，称为抗弯截面系数，并用表示，即：

HyperWorks作为Altair公司工程仿真软件，包含了前、后处理、有限元求解器以及结构优化工具等多个功能模块，其前处理器HyperMesh可让用户在高度交互及可视化的环境下进行仿真工作，通过高性能的有限元建模缩短工程分析周期及提高仿真精度^[2]。为以后的优化设计及改进提供理论支持。

应力测试可视情况而定，基本型平台开发一般都要进行应力测试，尤其对不确定的薄弱点进行辨识。

（五）车架刚度校核

车架除了破坏和疲劳问题外，还有刚度问题，若车架刚度不足而使挠度过大，那么即使从强度上是安全的，那么也会产生各种不合适的情况。因此，除强度以外，一般必须控制挠度不超过某一特定限度。挠度取多大为好，并没有普遍的规则。但一般认为挠度和间距比δ/l控制在0.05左右为妥。

二、车架轻量化设计

（一）轻量化设计思路

近年来，人们对环境保护的日益重视，以及对能源短缺的担忧等，各汽车厂纷纷提出环保节能技术的应用，汽车轻量化是其中重要技术之一。车架作为整车核心零部件，研究表明，车架总成降重10%，整车质量可降低0.8%，燃油效率可提高0.6%-0.8%，可见，车架轻量化技术应用前景可观。

目前市场上车架均以加大断面系数，材质升级、料厚减薄来实现轻量化。利用市场研发经验，有限元分析方法以及应力测试技术，对车架进行更加精准的强度及刚度分析，去除车架强度冗余的结构，比如用局部加强板取代整体加固板、横梁增加减重孔，以保证关键受力点的强度及刚度。进而达到降低汽车产品自身重量目的。

随着材料成型工艺不断发展，对车架上的铸件支架进行结构轻量化设计，甚至用冲压件代替铸件支架。对于一些受力较小的部件，可运用新型复合材料取代金属材料。

结束语：

总而言之，车架作为整车的核心零部件，其设计不仅要满足传统的承载安全性能，而且还要做到低成本、且具备搭载先进性能低排放发动机潜力。通过对整车需求逐级分解至车架开发输入条件，根据输入条件确定车架宽度、长度及断面宽度尺寸。为开发更好地产品，在车架开发设计过程中，需要融入轻量化设计思想，同时考虑零部件的通用性，平台化。运用先进的分析手段，精准分析车架强度及刚度，关键部位加强，其他部位不冗余。达到确保性能安全的同时，最大限度减轻车辆重量。

参考文献：[1]徐論意. 轻型载货汽车车架开发及优化设计[D].合肥工业大学，2021.