轻卡车架纵梁及车架总成性能研究

吴成平 程远浩

摘 要：文章首先对通过对某轻卡车架进行模态分析，结果显示仿真与试验吻合，验证仿真模型准确;然后，对YC系列纵梁截面的车架总成进行对比分析并选出性能优越的方案，可为工程实践提供有效参考。

关键词：轻卡;纵梁;断面尺寸;刚度;性能

中图分类号：U463.32  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）04-43-02

Longitudinal Beam and Frame Assembly Performance Research ofLight Commercial Vehicle

Wu Chengping， Cheng Yuanhao

（Zhejiang Geely New Energy Commercial Vehicles Development Co.， Ltd.， Zhejiang Hangzhou 311200）

Abstract： At first， the mode analysis of some new energy light truck frame is finished， the results show experiment and simulation meet well， the results shows the FE mode work well. At then， through performance analysis of different longitudinal beam sections and frames， the method of choosing sectional dimension is supplied， and the optimized longitudinal beam sections are recommended， can provide references for engineering application.

Keyword： Light truck; Longitudinal beam; Sectional dimension; Frame; Performance

CLC NO.： U463.32  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）04-43-02

1 前言

車架是载货汽车关键重要件之一，不仅对安装于其上的零部件起支撑作用，而且还要承受来自地面的各种复杂载荷。其直接影响乘员乘坐舒适性、整车的可靠性及安全性^[1][2][3]。国内外轻卡车架多采用槽形纵梁断面^[4][5]。本文针对目前各典型断面轻卡车架抗弯及抗扭性能进行了对比分析，可为工程实践提供有效参考。

2 某轻卡车架总成模态分析

模态分析通常用来分析零部件或系统的振动特性。车架总成可以看成是由多个自由度组成的振动系统，有其固有的振动频率及振型，因此为了避免共振需要对其进行模型分析。本文通过试验与仿真两种方式对某轻卡车架进行了模态分析，且两者相对误差小于10%（由表1可知），表明实验及有限元分析结果准确有效。

3 系列化车架性能分析

本文以某能源轻卡车架总成为基础，通过对其纵梁、横梁进行尺寸缩放而得到系列化车架模型，其中包含了主流轻型载货车辆车架典型断面。基于评价不同纵梁断面对车架性能的影响对比分析，本文定义：1）比弯曲刚度B=K_B/m，单位N.m/kg;2）比扭转刚度T=K_T/m，单位N.m/°/kg。比弯曲刚度值与比扭转刚度值越大，可初步从刚度角度判断该车架轻量化效果越好^[6]。

由表2及图1所示结果可以得出：

（1）YC系列纵梁断面车架的抗弯性能由比弯曲刚度B决定，从轻量化效果来看，由好到坏依次为YC07（IS）>YC06-1>YC03-2（Gd）>YC05-2>YC06-2>YC03-3（Gs）>YC05-1>YC02-2>YC02-1>YC03-1（g）>YC04>YC01，由结果可知，车架翼面高度对弯曲刚度起主要作用。

（2）YC系列纵梁断面车架的抗扭性能由比扭转刚度T决定，从轻量化效果来看，由好到坏依次为YC06-2>YC03-3（Gs）>YC05-1>YC07（IS）>YC02-1>YC03-2（Gd）>YC04>YC03-1（g）>YC06-1>YC05-2>YC01>YC02-2，由结果可知，车架纵梁的厚度起主导作用。

（3）对相同翼面高度及上下翼面宽度的纵梁断面对比可知：①局部加强刚度提升效果明显（其弯曲刚度提升更为突出），如YC03-2（Gd）（局部加强）比YC03-1（g）（单层）弯曲

刚度值提升60.8%，扭转刚度值提升41.2%;同時，比弯曲刚度值提升26.3%，比扭转刚度值提升11.8%。②双层梁相比单层梁刚度值提升明显（相比局部加强扭转刚度的提升更为明显），双层梁YC03-3（Gs）相比单层YC03-1（g）弯曲刚度值提升76%，扭转刚度值提升77.8%，比弯曲刚度值提升20.1%，比扭转刚度值提升21.3%。

（4）表2中以YC01（165×60×5）纵梁断面车架的抗弯、抗扭效能最差，同时轻量化效果也最差，该车架在实验时出现严重变形也能由此得到解释。

4 结论

本文分析了目前主流轻卡车架总成性能，结论如下：

（1）局部加强刚度提升效果均比较明显，其中以弯曲刚度及比刚度值提升更为突出，说明从轻量化考虑，局部加强对改善弯曲性能效果明显。

（2）双层梁相比单层梁刚度值均提升明显，两者基本相当;相比局部加强双层的扭转刚度及比扭转刚度的提升更为明显，比弯曲刚度相对提升值反而降低（由26.3%下降到20.1%），从弯曲刚度判定其轻量化效果变差。

由于载货汽车车架弯曲刚度起主导作用，因此，在设计过程中，同时考虑轻量化效果，推荐采用关键部位局部加强车架。

参考文献

[1] Hadad H， Ramezani A. Finite Element Model Updating of a Vehicle Chassis Frame. Proceedings of the 2004 International Conference on Noise and Vibration Engineering， 2004：1817-1831.

[2] Kim， H.S. and Huh， H. Vehicle Structural collapse Analysis Using a Finite Element Limit Method. [J]. Vehicle Design， 2000， 21（4/5）.

[3] 王占春.某商用车车架结构设计及强度分析和试验研究[D].吉林大学硕士学位论文，2008，10，16-32.

[4] 曹树谦，张文德，萧龙翔.振动结构模态分析[M].天津：天津大学出版社，2001.

[5] 胡玉梅.车辆结构强度基本理论与CAE分析技术[M].北京：重庆大学出版社，2009：191-196.

[6] 李波.某载货车车架结构分析与优化设计[D].安徽：合肥工业大学. 2009.