車(chē)架受力分析.doc

大梁式車(chē)架受力分析一、 整車(chē)對(duì)車(chē)架的要求二、 車(chē)架的受力情況分析三、 車(chē)架的結(jié)構(gòu)分析1. 車(chē)架的基本結(jié)構(gòu)形式2. 車(chē)架寬度的確定3. 縱梁的形式、主參數(shù)的選擇4. 車(chē)架的橫梁及結(jié)構(gòu)形式5. 車(chē)架的連接方式及特點(diǎn)6. 載貨車(chē)輛采用鉚接車(chē)架的優(yōu)點(diǎn)四、 車(chē)架的計(jì)算1. 簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算分析2. 簡(jiǎn)單剛度計(jì)算分析3. CAE綜合分析五、附表 2000年7月1日一、 整車(chē)對(duì)車(chē)架的要求 車(chē)架是整車(chē)各總成的安裝基體，對(duì)它有以下要求：1. 有足夠的強(qiáng)度。要求受復(fù)雜的各種載荷而不破壞。要有足夠的疲勞強(qiáng)度，在大修里程內(nèi)不發(fā)生疲勞破壞。2. 要有足夠的彎曲剛度。保證整車(chē)在復(fù)雜的受力條件下，固定在車(chē)架上的各總成不會(huì)因車(chē)架的變形而早期損壞或失去正常工作能力。3. 要有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。當(dāng)汽車(chē)行使在不平的路面上時(shí)，為了保證汽車(chē)對(duì)路面不平度的適應(yīng)性，提高汽車(chē)的平順性和通過(guò)能力，要求車(chē)架具有合適的扭轉(zhuǎn)剛度。對(duì)載貨汽車(chē)，具體要求如下：3.1車(chē)架前端到駕駛室后圍這一段車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度較高，因?yàn)檫@一段裝有前懸架和方向機(jī)，如剛度弱而使車(chē)架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，勢(shì)必會(huì)影響轉(zhuǎn)向幾何特性而導(dǎo)致操縱穩(wěn)定性變壞。對(duì)獨(dú)立懸架的車(chē)型這一點(diǎn)很重要。3.2包括后懸架在內(nèi)的車(chē)架后部一段的扭轉(zhuǎn)剛度也應(yīng)較高，防止由于車(chē)架產(chǎn)生變形而影響軸轉(zhuǎn)向，側(cè)傾穩(wěn)定性等。3.3駕駛室后圍到駕駛室前吊耳以前部分車(chē)架的剛度應(yīng)低一些，前后的剛度較高，而大部分的變形都集中在車(chē)架中部，還可防止因應(yīng)力集中而造成局部損壞現(xiàn)象。4. 盡量減輕質(zhì)量，按等強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)。二、 車(chē)架的受力情況分析1. 垂直靜載荷： 車(chē)身、車(chē)架的自重、裝在車(chē)架上個(gè)總成的載重和有效載荷（乘員和貨物），該載荷使車(chē)架產(chǎn)生彎曲變形。2. 對(duì)稱(chēng)垂直動(dòng)載荷： 車(chē)輛在水平道路上高速行使時(shí)產(chǎn)生，其值取決于垂直靜載荷和加速度，使車(chē)架產(chǎn)生彎曲變形。3. 斜對(duì)稱(chēng)動(dòng)載荷 在不平道路上行使時(shí)產(chǎn)生的。前后車(chē)輪不在同一平面上，車(chē)架和車(chē)身一起歪斜，使車(chē)架發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。其大小與道路情況，車(chē)身、車(chē)架及車(chē)架的剛度有關(guān)。4. 其它載荷4.1汽車(chē)加速和減速時(shí)，軸荷重新分配引起垂直載荷。4.2汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力。4.3一前輪撞在凸包上，車(chē)架水平方向上產(chǎn)生箭切變形。4.4裝在車(chē)架上總成（方向機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、減振器）產(chǎn)生的作用反力。4.5 載荷作用線不通過(guò)縱梁的彎曲中心（油箱、懸架）而使縱梁產(chǎn)生局部受扭。 因此車(chē)架的受力是一復(fù)雜的空間力系，縱梁和橫梁截面形狀和連接的多變多樣，使車(chē)架的受載更復(fù)雜化。車(chē)架CAE分析時(shí)一輪懸空這種極限工況，即解除一個(gè)車(chē)輪的約束，分析車(chē)架彎扭組合情況下的最大應(yīng)力。普通載貨汽車(chē)車(chē)架的彎矩圖如下：三、車(chē)架的結(jié)構(gòu)分析1. 車(chē)架的基本結(jié)構(gòu)形式 邊梁式（載貨車(chē)、大客車(chē)常用結(jié)構(gòu)） 框式 周邊式（復(fù)雜的邊梁式，越野車(chē)、轎車(chē)常用） 車(chē)架 X型式（X型橫梁，抗扭性能強(qiáng)） 脊梁式（抗扭性能好） 綜合式（前后框式、中間脊梁式）目前公司各種車(chē)架基本都是邊梁式車(chē)架。2.車(chē)架寬度的確定車(chē)架的寬度主要由前后輪距確定的，確定車(chē)架的寬度按以下原則進(jìn)行：車(chē)架前部寬度主要考慮前輪的最大轉(zhuǎn)角，選用成型的方向機(jī)要考慮方向機(jī)的安裝，有時(shí)結(jié)合駕駛室的安裝統(tǒng)一考慮。車(chē)架中部的寬度要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)附件（排氣管、變速操縱桿）的安裝。為考慮高速車(chē)的穩(wěn)定性，希望增加車(chē)架后部寬度，以便能加大后簧托距。如BJ1027A和CA1026的托距都很大。對(duì)雙胎車(chē)，車(chē)架后部寬度取決于輪胎、板簧、車(chē)架三者的間隙。從簡(jiǎn)化工藝的角度看，最好做成前后等寬，對(duì)低價(jià)位的產(chǎn)品，這一點(diǎn)很重要?？紤]標(biāo)準(zhǔn)的要求，我國(guó)汽車(chē)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中型載貨車(chē)邊梁式車(chē)架的寬度為8645mm。典型結(jié)構(gòu)： 轎車(chē)、微型車(chē)和單胎輕型車(chē)車(chē)架做成窄后寬結(jié)構(gòu)，前部窄是為了增大前輪轉(zhuǎn)角。從發(fā)動(dòng)機(jī)安裝處開(kāi)始加寬。 雙胎載貨車(chē)，做成前寬后窄結(jié)構(gòu)。如1028非獨(dú)立懸架的都市小卡和NPR。 1049（NKR55LL）是以上兩種車(chē)架的綜合，前部寬度630、中部740、后部700。 NHR單胎車(chē)型前部寬度630，中部中部740、后部800。3.縱梁的型式、主參數(shù)的選擇3.1縱梁的型式縱梁主要有以下五種形式：槽型薄壁斷面、閉口薄閉斷面、Z字型斷面、工字型斷面等。其中重型載貨汽車(chē)和超重型載貨汽車(chē)采用工字型結(jié)構(gòu)截面的型材，Z字型斷面不常用。在此主要討論前面兩種結(jié)構(gòu)形式的縱梁斷面。兩種結(jié)構(gòu)（相同的斷面面積）的優(yōu)缺點(diǎn)如下：型式圖示抗彎性能抗扭性能材料利用率固定資產(chǎn)投入總布置方便性變形方便性車(chē)架工藝應(yīng)用情況槽型薄壁斷面好很差較好大好差鉚接為主，小部分焊接批量應(yīng)用于各種載貨、中型和輕型載貨車(chē)輛閉口薄閉斷面（成型管）較差較好差小較差好焊接部分輕型車(chē)，如BJ1022、現(xiàn)代小貨車(chē)，部分越野車(chē)閉口薄閉斷面（焊接結(jié)構(gòu)）一般很大好差焊接微型貨車(chē)、皮卡、越野車(chē)3.2縱梁主參數(shù)的選擇3.2.1要滿足強(qiáng)度和剛度需要，具體從以下三個(gè)方面考慮：根據(jù)軸距對(duì)車(chē)架剛度的初步驗(yàn)算；同類(lèi)車(chē)型的類(lèi)比分析，具體見(jiàn)附表（一）。初步的強(qiáng)度計(jì)算。3.2.2要考慮規(guī)劃中產(chǎn)品對(duì)車(chē)架斷面的要求，滿足產(chǎn)品系列化對(duì)車(chē)架縱梁強(qiáng)度和剛度的要求。3.2.3車(chē)架縱梁要盡量簡(jiǎn)單，減少斷面急劇過(guò)度及彎曲，減少應(yīng)力集中。3.2.4通過(guò)CAE分析，最終確定車(chē)架強(qiáng)度和加強(qiáng)板的形狀和結(jié)構(gòu)形式。 對(duì)槽型梁結(jié)構(gòu)，要注意縱梁高寬比的確定，通常范圍為2.83.5之間，例如1029車(chē)架為170/55=3.09比較合適。1046E6為195/55=3.54，寬度偏小。4.車(chē)架的橫梁及結(jié)構(gòu)形式 車(chē)架橫梁將左、右縱梁連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)框架，使車(chē)架有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。汽車(chē)的主要總成也靠橫梁支撐。具體的確定的原則如下：4.1要確保車(chē)架前部的扭轉(zhuǎn)剛度。對(duì)獨(dú)立懸架車(chē)型，更要注意。4.2板簧支架和吊耳處盡量設(shè)置橫梁，以降低縱梁的應(yīng)力和變形。后板簧前后支架處力和轉(zhuǎn)距很大，一般設(shè)置一根抗扭剛度大，連接寬度的橫梁。4.3發(fā)動(dòng)機(jī)部位，盡量設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的橫梁,減少縱梁變形。4.4合理設(shè)計(jì)橫梁與縱梁的連接方式及結(jié)構(gòu)，4.4.1橫梁和縱梁的腹板連接，工藝簡(jiǎn)單，連接剛性差，但不會(huì)使縱梁出現(xiàn)大的應(yīng)力，車(chē)架中部采用這種連接。4.4.2橫梁與縱梁腹板及翼面（上或下）相連接。 工藝并不復(fù)雜，應(yīng)用廣泛。但后板簧托架的力會(huì)通過(guò)縱梁傳遞給橫梁，因此要減少板簧托架的懸伸長(zhǎng)度，使載荷點(diǎn)盡量靠近縱梁彎曲中心。當(dāng)偏心載荷較大時(shí)，可將縱梁做成局部封口，或?qū)M梁穿過(guò)縱梁，將載荷直接傳遞給橫梁。4.4.3橫梁與縱梁上下翼面相連接。 由于有剛性很好的角支撐，可產(chǎn)生良好的斜支撐作用，使整個(gè)車(chē)架剛度增加，翼面外邊不會(huì)因受壓而產(chǎn)生翹曲。車(chē)架兩端的橫梁采用這種方式和縱梁連接。由于翼面不能自由翹曲，但轉(zhuǎn)距過(guò)大時(shí)，縱梁翼面會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)大現(xiàn)象。4.4.4對(duì)受力較大的結(jié)構(gòu)附件，要注意其與車(chē)架縱梁的連接方式，避免因縱梁局部應(yīng)力過(guò)大造成縱梁開(kāi)裂。注意減振器支架、駕駛室支架、板簧支架、發(fā)動(dòng)機(jī)支架的設(shè)計(jì)。5. 車(chē)架的連接方式和特點(diǎn)車(chē)架的連接方式有鉚接、焊接和螺栓連接三種:5.1鉚接車(chē)架：鉚接成本低,適合于大批量生產(chǎn)，其剛度與鉚釘?shù)臄?shù)量極其分布有關(guān),因此鉚釘布置設(shè)計(jì)很重要。5.2焊接車(chē)架：焊接車(chē)架能使其連接牢固，不致產(chǎn)生松動(dòng)，能保證有大的剛度。但焊接容易產(chǎn)生較大的變形和內(nèi)應(yīng)力，因此對(duì)焊接的質(zhì)量要求很高。適用于小批量生產(chǎn)和修理。5.3螺栓連接： 特殊使用條件和特殊用途的車(chē)架采用。但長(zhǎng)期使用，容易產(chǎn)生松動(dòng)，易發(fā)生嚴(yán)重的質(zhì)量事故。一般汽車(chē)的縱梁和橫梁的連接不采用這種方式。 無(wú)論是焊接車(chē)架，還是鉚接車(chē)架，緊固件的數(shù)量和尺寸應(yīng)和橫梁的大小相適應(yīng)，鉚釘分布不要太近。當(dāng)利用連接板的翻邊緊固時(shí)，應(yīng)加大連接板的寬度和厚度，緊固孔應(yīng)靠近翻邊處，防止連接損壞。6.載貨車(chē)輛采用鉚接車(chē)架的優(yōu)點(diǎn) 對(duì)于車(chē)速較高（100km/h）和總質(zhì)量大于3500kg的輕型汽車(chē)，建議采用鉚接車(chē)架，優(yōu)點(diǎn)如下：6.1車(chē)速高，為確保高速行駛的穩(wěn)定性，必須提高車(chē)架精度，因此優(yōu)先采用鉚接車(chē)架。 皮卡、部分越野車(chē)、微型貨車(chē)車(chē)架一般采用焊接工藝（縱梁是薄壁閉口斷面）。是受以下幾個(gè)特殊因素影響而決定的：這部分車(chē)型使用中超載不多。斷面較小，最大斷面高在130毫米以下，采用鉚接時(shí)鉚鉗空間不夠充裕。前兩類(lèi)產(chǎn)品的批量不大，如采用鉚接投入較大。 6.2矩管焊接車(chē)架的缺點(diǎn) 雖部分小型貨車(chē)和越野車(chē)采用矩管車(chē)架，有以下缺點(diǎn)：6.2.1矩形管彎曲后回彈大，影響了整車(chē)高度方向的基準(zhǔn)。焊接后車(chē)架本身的尺寸精度不高。6.2.2矩形管縱梁，同樣抗彎模量前提下，成本高。原2310-II車(chē)架（100X50X5）170.6公斤重，成本1100元，改成1022EZC2A沖壓車(chē)架（150X50X4），總成131公斤，成本830元，成本降低，抗彎模量大幅度增加。6.2.3不利于總布置。線路、管路、附件的固定不好處理。6.3 焊接車(chē)架焊接變形大1022EZC2A車(chē)架為沖壓焊接車(chē)架，焊接變形大，長(zhǎng)期以來(lái)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，只好辦理偏差許可，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)附表（二）。6.4焊接車(chē)架不可避免有焊接缺陷 對(duì)焊接工藝，容易出現(xiàn)過(guò)燒、假焊、咬邊等焊接缺陷，由于焊接缺陷的存在，車(chē)架出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的機(jī)會(huì)增多。6.5 對(duì)卡車(chē)行業(yè)，鉚接車(chē)架是主流國(guó)內(nèi)輕型車(chē)行業(yè)中，除了北輕汽受工藝條件的限制以外，基本都是鉚接車(chē)架。北輕汽的主導(dǎo)產(chǎn)品BJ1041和BJ1061為焊接車(chē)架，BJ1041嚴(yán)格說(shuō)來(lái)是一種“輕拋車(chē)型”，后懸架為漸變剛度簧，無(wú)副簧，整車(chē)承載能力弱，銷(xiāo)售區(qū)域也基本在北方。焊接車(chē)架不是輕卡車(chē)架的主流。6.6公司即將有鉚接工藝 為生產(chǎn)BJ1049輕卡的車(chē)架，公司正在上是鉚接線，為進(jìn)一步分?jǐn)傘T接線的投入，新設(shè)計(jì)的車(chē)架應(yīng)優(yōu)先考慮采用鉚接工藝。四、車(chē)架計(jì)算1.簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算附表附表（一）懷柔