摘 要

随着汽车行业技术的不断发展，“轻量化”研究已经成为了行业的一个研究热点。如果可以减轻副车架的质量，不仅能降低整辆车的质量，而且还能提高汽车的操作性和舒适性。铝合金是性能优异的一种材料，其一密度远小于钢的密度，其二虽说密度小却没有影响铝合金材料的机械性能。所以铝合金替代钢材是汽车底盘结构件轻量化最常用的方式。本文针对上汽五菱宏光微MPV车型，利用铝合金替代钢进行副车架设计，完成副车架的轻量化设计。主要研究内容如下：

基于材料替代的设计方法，综合考虑车身结构、悬架系统、转向系统、动力总成及其他因素，进行铝合金副车架的设计，确保设计出的副车架符合选题要求。

其次，对设计的独立副车架进行动力学的分析，在此基础上运用相关软件对铝合金副车架进行有限元分析，分析计算铝合金副车架结构的刚度和强度是否满足使用要求。

关键词： 铝合金，独立副车架，轻量化，有限元分析

Abstract

With the progress of technology in automobile industry, the research on "lightweight" has become a research hotspot in the industry.If the quality of the subframe can be decreased, not only the quality of the vehicle can be reduced, but also can improve the maneuverability and comfort of the vehicle.Aluminum alloy is a kind of material with excellent performance, its density is much smaller than that of steel, and its density is small but does not affect the mechanical properties of aluminum alloy material.So aluminum alloy to replace steel is the most commonly used way of lightweight automotive chassis structural parts.In this paper, aiming at the saic-wuling hongguang micro MPV model, aluminum alloy is used to replace steel plate for the subframe design, so as to complete the lightweight design of the sub-frame.The main research contents are as follows:

Based on the design method of material substitution and considering the body structure, suspension system, steering system, powertrain and other factors, the aluminum alloy subframe is designed to ensure that the subframe meets the requirements of the selected topic.

Secondly, the designed independent sub-frame dynamics analysis, on the basis of the use of relevant software to aluminum alloy subframe finite element analysis, analysis and calculation of aluminum alloy subframe structure stiffness and strength to meet the use requirements.

Key Words：Aluminum alloy, independent subframe, lightweight, finite element analysis.

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究内容 3

1.4技术路线 4

1.5本章小结 4

第2章 铝合金副车架动力学分析 5

2.1微MPV车初始条件确定 5

2.2铝合金材料的选择 5

2.3典型工况与载荷计算 6

2.3.1制动工况 7

2.3.2转向工况 8

2.3.3极限跳动工况 8

2.4本章小结 9

第3章 铝合金副车架设计及强度校核 10

3.1铝合金副车架结构设计 10

3.1.1副车架的分类 10

3.1.2副车架结构设计 12

3.2铝合金副车架强度校核 13

第4章 铝合金副车架性能特性分析 16

4.1有限元分析准备 16

4.1.1SolidWorks simulation有限元分析软件介绍 16

4.1.2副车架模型网格划分及材料参数 16

4.1.3副车架夹具固定 17

4.2铝合金副车架典型工况静力分析 17

4.2.1制动工况有限元分析 17

4.2.2转向工况有限元分析 19

4.2.3极限跳动工况有限元分析 20

4.3铝合金副车架模态分析 21

4.3.1模态分析理论 21

4.3.2铝合金副车架模态分析 22

4.4铝合金副车架轻量化 24

4.5本章小结 25

第5章 总结与展望 26

5.1全文总结 26

5.2展望 26

参考文献 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1研究背景

目前世界上的发达国家对汽车的排放有着严格的标准，因此，汽车及零部件将对节能减排的研究作为第一要务开展起来。在保证汽车强度和安全性的前提下，通过降低汽车质量，提高汽车动力，从而降低油耗减少污染，是节能减排的有效方法之一^[1]。我国在《中国制造2025》等政策中也提到了轻量化对于汽车行业发展的重要性。汽车轻量化不仅仅是简单的材料替换，而是在满足车辆安全性、动力性、经济性和各种功能要求，并考虑成本因素的情况下，通过先进的设计技术、新材料、先进的制造技术的综合应用，使汽车实现减重的目标。副车架作为汽车底盘的主要零部件之一，是组成前后车桥的重要部分，在阻隔振动和噪声方面发挥重要作用。目前大多数汽车使用的副车架是由钢板冲压而成，质量笨重，且对汽车性能有较大影响。能够实现其轻量化不仅可以降低整车质量从而减轻能耗，还可以提高汽车的操作性，所以对汽车副车架进行轻量化研究十分重要。铝合金作为有色金属，有着优秀的力学性能，其密度远小于钢的密度，对实现副车架轻量化有显著效果。铝合金材料不仅有良好的抗腐蚀性能，还有着良好的延展性能，在发生同等碰撞的时，铝合金所吸收的能量是钢吸收能量的两倍，所以将铝合金应用于汽车副车架上的研究是非常有必要的。

图1.1 市面上常见的副车架

1.2国内外研究现状

欧盟最先使用铝合金来代替钢材生产汽车副车架，经过了几十年的发展，欧盟在铝合金副车架的应用方面遥遥领先其他地区和国家。欧盟、北美和日本使用铝合金副车架的权重比为1:0.19:0.18。最初，铝合金副车架主要应用在一些高档汽车上，近年来铝合金副车架生产技术和生产工艺开始日趋成熟，一些中低档汽车上也逐渐开始使用铝合金副车架。表1.1为2016年在欧洲地区不同档次汽车上的用铝总量以及副车架用铝总量的所占比例^[2]。从表中可以得知，随着汽车档次不断升高，副车架用铝量及所占比例明显提高。