论文摘要
从客车结构形式来看,可分为全承载式,半承载式和非承载式三种。目前,半承载式结构仍为客车的主流结构形式。对半承载式客车结构形式及分析方法等方面做深入探讨,具有重大意义。本文首先对半承载式客车的生产工艺及传统客车骨架强度计算方法进行详细分析。半承载式客车属有车架结构,通常整车骨架的生产过程为:首先进行车架的生产,然后将发动机等部件安装到车架上,此时车架在发动机等部件作用下产生一定的变形(称其为车架预变形)和应力(称其为车架预应力),然后在悬架支撑的基础上拼合整车其他分总成,在整体拼合好之后安装空调、座椅和玻璃等部件。所以,在整车静止状态下,发动机等车架载荷完全由车架单独承担,在整车处于运行颠簸状态下,发动机等安装在车架上的载荷由车架与车身骨架共同承担;整车拼合之后安装的部件以及乘客、行李等载荷无论在整车处于静止还是运行状态都是由车身骨架与车架共同承担。传统客车强度分析方法是在建立整车模型之后再进行整体加载,并未考虑到整车的生产过程,忽略了安装发动机等部件后车架产生预应力对整车性能的影响。本文基于线性系统可叠加的理论提出分步加载再进行应力叠加的分析方法,将整车的分析分成两部分:拼合前的车架分析和拼合后的整车分析,将两次分析得到的车架应力进行叠加得到最终的车架应力状况,拼合后整车分析得到的车身应力状况为最终的车身应力状况。并对传统分析方法和采用分步加载的分析方法进行比较,得到两种分析方法的差异所在,验证了传统分析方法得到的分析结果增加车身骨架的承载而减少车架的承载。客车结构为细长杆件拼合而成的空间超静定框架结构。对客车弯曲刚度考察的计算理论是基于等截面梁弯曲理论进行的。通过对整车弯曲刚度计算进行考察,发现采用等截面梁计算理论进行整车弯曲刚度的评价存在较多影响因素,导致不同初始条件下算得的整车刚度计算值存在一定离散性。本文对同一款客车模型进行多次计算,得到一组刚度计算值的数据,结合统计学理论,将离散较大的计算值滤除并进行χ2检验,验证该组数据符合正态分布,所以采用该组数据的均值来求取整车的弯曲刚度值。采用这种方法进行刚度计算,能够最大限度的减少计算因素的影响,得到更合理的刚度计算值。客车结构的基本单位为杆件,掌握杆件的承载特性才能更好的进行结构设计。在结构高应力的处理上,传统设计思想为增加杆件的截面尺寸或者厚度,这无疑会增加结构重量,而且有时并不能得到很好的效果。本文提出基于内力分析的优化设计方法,将构件所承受的非轴向载荷最小化作为结构优化的目标。但目前的优化软件并不具备更改空间结构形式的优化能力,所以仍需要人为进行结构修改。因此,本文在该优化理论的基础上提出:通过对结构内力成份、应力成份及载荷传递等特性进行分析,得到杆件产生高应力的原因,然后对结构进行针对性调整,以得到较优的结构方案。半承载式客车生产时存在车架预应力,对客车车身骨架性能影响较大。为了尽可能减小车架预应力带来的影响,本文基于三段式半承载客车结构形式提出半承载式客车结构设计模块化,将三段式中的前后两段形成模块,单独生产,将悬架系统、发动机等部件安装到模块的相应部位,将中段车架部分与车身拼合到一起,形成一个整体车身结构,然后,前后模块在特定支撑状态下,通过过渡连接部件将前后模块与车身结构拼合,再释放模块的支撑,使整车处于悬架支撑状态,则此时发动机等安装在车架上的载荷可看做由车架和车身结构共同承担。本文结合某半承载式客车车身骨架结构形式,运用模块化设计思想进行设计,保证了各项基本性能并减轻整车车身骨架的重量。