車架設(shè)計(jì)手冊

1、車架設(shè)計(jì)手冊1，范圍本手冊適用于客車底盤非承載式及半承載式車架的設(shè)計(jì)。2 引用標(biāo)準(zhǔn)下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB1958-80 形狀和位置公差檢測規(guī)定GB1184-80 形狀和位置公差GB3323-87 鋼熔化焊對接接頭射線照相焊縫質(zhì)量分級3 符號、代號、術(shù)語及其定義車架：汽車承載的基體，支撐著發(fā)動機(jī)、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式（或半承載式）車身等所有簧上質(zhì)量的有

2、關(guān)機(jī)件，承受著傳給它的各種力和力矩?？v梁：車架總成中主要承載元件，也是車架中最大的加工件，其形狀應(yīng)力求簡單?？v梁沿全長方向多取平直且斷面不變或少變，以簡化工藝。有時(shí)也采取中間斷面高、兩邊較低來保證縱梁各斷面應(yīng)力接近橫梁：橫梁將左右縱梁連在一起，構(gòu)成完整的車架總成，保證車架有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度，限制其變形和降低某些部位的應(yīng)力。有的橫梁還需作為發(fā)動機(jī)、散熱器以及懸架系統(tǒng)的緊固點(diǎn)。4 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則4.1應(yīng)滿足的安全、環(huán)保和其它法規(guī)要求及國際慣例車架總成在正常使用條件下，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴(yán)重變形和開裂。4.2 應(yīng)滿足的功能要求及應(yīng)達(dá)到的性能要求 車架應(yīng)有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機(jī)構(gòu)之間

3、的相對位置在汽車行駛過程中保持不變并使車身的變形量最??；車架也應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證其有足夠的可靠性和壽命， 4.3 設(shè)計(jì)輸入、輸出要求設(shè)計(jì)輸入為設(shè)計(jì)任務(wù)書及底盤總布置圖；設(shè)計(jì)輸出為車架總成圖及相關(guān)分總成及零件圖。4.4設(shè)計(jì)過程的節(jié)點(diǎn)控制要求車架總成要負(fù)責(zé)控制校核如下內(nèi)容：1） 協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)及其附件在車架縱梁上的安裝孔及牛腿安裝孔；2） 橫梁位置與底盤分總成（油箱、電瓶）及車身結(jié)構(gòu)（前、中、后門、側(cè)圍立柱）的匹配；3） 協(xié)調(diào)制動管路、暖風(fēng)管路、電線束、油路等管線在車架中的分布及穿線管；4） 校核底盤各總成間的運(yùn)動干涉，相關(guān)總成的裝缷空間（如緩速器、傳動軸）。5 布置要求客車車架在設(shè)計(jì)過程中不但要

4、考慮各總成零部件的合理布置以及其方便維修性、可靠性和工藝性, 還要充分考慮最大限度地滿足車身對底盤的特殊要求, 如縱梁的結(jié)構(gòu)、橫梁和外支架(牛腿) 的位置及連接方式、行李箱大小、地板高度和通道寬度、駕駛區(qū)及座椅布置、車門數(shù)量和位置等。對同樣型號的客車底盤, 不同的用戶對車架的要求不盡相同, 甚至有較大的差異。6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求6.1模塊化設(shè)計(jì)要求1) 由設(shè)計(jì)任務(wù)書及底盤總布置確定車架基本結(jié)構(gòu)（三段式、直大梁1）和基本參數(shù)（軸距、前懸、后懸及前后縱梁開檔、縱梁截面）；2） 由動力總成中發(fā)動機(jī)布置確定縱梁上發(fā)動機(jī)懸置安裝孔位置；由冷卻系總成布置確定水箱牛腿及風(fēng)扇牛腿安裝位置；由進(jìn)氣系總成布置確定空濾

5、器支架安裝位置；由排氣系總成確定消聲器支架安裝位置；由空調(diào)總成確定壓縮機(jī)牛腿安裝位置；3） 由前、后懸架總成布置確定前、后懸鋼板支架位置、減震器、緩沖塊安裝位置或空氣彈簧支架安裝位置、推力桿支架安裝位置、穩(wěn)定桿支架安裝位置等；4） 由轉(zhuǎn)向系總成布置確定方向機(jī)安裝位置、 中間垂臂支架安裝位置或角轉(zhuǎn)向器支架安裝位置；5） 由車身總布置確定車架各牛腿安裝位置；如上述幾條中安裝位置有干涉，則和相關(guān)設(shè)計(jì)人員勾通并協(xié)商統(tǒng)一解決。至此，車架基本框架就已完成，接下來就是車架各部分總成的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)2。注： 1，本文不包括全承載式車身的全桁架結(jié)構(gòu)車架注： 2，制圖時(shí)可先作出坐標(biāo)網(wǎng)格線以方便作圖6.2標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)、零部

6、件6.2.1縱梁結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)縱梁的形狀及斷面如右圖1示：縱梁受力極為復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)不僅應(yīng)注意降低各種應(yīng)力，改善其分布情況，還應(yīng)注意使各種應(yīng)力峰值不出現(xiàn)在同一部位上。例如，縱梁中部彎曲應(yīng)力較大，則應(yīng)注意降低其扭轉(zhuǎn)以應(yīng)力，減小應(yīng)力集中并避免失穩(wěn)。而在其前、后端，則應(yīng)著重控制懸架系統(tǒng)引起的局部扭轉(zhuǎn)。提高縱梁強(qiáng)度常用的措施如下：一、 提高彎曲強(qiáng)度1， 選定較大的斷面尺寸和合理的斷面形狀（槽形梁斷面高寬比一般為3：1）；2， 將上、下翼緣加厚或在其上貼加強(qiáng)板；圖1 縱梁形狀及斷面3， 將受拉力翼緣適當(dāng)加寬；二、 提高局部扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度1， 注意偏心載荷的布置，使相近的幾個偏心載荷盡量接近縱梁斷面的彎曲中心，并

7、使合成量較小；2， 在偏心載荷較大處設(shè)置橫梁，并根據(jù)載荷大小及分散情況確定連接強(qiáng)度和寬度；3， 將懸置點(diǎn)布置在橫梁的彎曲中心上；4， 當(dāng)偏心載荷較大且偏離橫梁較遠(yuǎn)時(shí)，可采用K形梁，或?qū)⒃摱慰v梁形成封閉斷面；5， 當(dāng)偏心載荷較大且分散時(shí)，應(yīng)采用封閉斷面梁，橫梁間距也應(yīng)縮??；6， 選用較大的斷面；7， 限制制造扭曲度，減小裝配應(yīng)力；三、 提高整體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度1， 不使縱梁斷面過大，在縱梁大斷面處、橫梁采用腹板連接；2， 翼緣連接的橫梁不宜間距太近；四、 減小應(yīng)力集中及疲勞敏感1， 盡可能減小翼緣上的孔（特別是高應(yīng)力區(qū)），嚴(yán)禁在翼緣上打大孔；2， 注意外形的變化，避免出現(xiàn)波紋區(qū)或受拉嚴(yán)重變薄；3， 注意

8、加強(qiáng)端部的形狀及連接，避免剛度突變；4， 避免在槽形梁的翼緣邊緣處施焊，尤忌短焊縫和“點(diǎn)”焊；5， 必要時(shí)可采用鉸孔或沖壓邊緣修磨，以提高某些薄弱部位的疲勞強(qiáng)度；五、 減小失穩(wěn)1， 在受壓翼緣和厚度的比值不宜過大（常在12左右）；2， 在容易失穩(wěn)處加焊撐板；3， 在容易出現(xiàn)波紋處限制其平整度；六、 局部強(qiáng)度加強(qiáng)1， 采用較大的板厚；2， 在集中力較大處將縱、橫梁局部貼加強(qiáng)板，必要時(shí)再將加強(qiáng)板壓成肋或翻邊；3， 加大支架緊固面尺寸，增多緊固件數(shù)量，并盡量使力作用點(diǎn)接近腹板的上、下側(cè)。6.2.2橫梁結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)在車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，處理縱梁局部扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是最為重要的方面。其關(guān)鍵在于足夠的橫梁彎曲

9、剛度、合理的連接設(shè)計(jì)，以及橫梁在縱梁上的正確布置。橫梁將左、右縱梁聯(lián)接在一起構(gòu)成一個完整的框架，以限制其變形和改善某些部位的應(yīng)力，有的橫梁還同時(shí)作為發(fā)動機(jī)、散熱器、以及懸架系統(tǒng)等的緊固點(diǎn)，這些都是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要依據(jù)。橫梁斷面形狀及連接形式如下圖示：圖2 橫梁斷面及連接形式6.2.3后鋼板彈簧前支架及副簧前支架結(jié)縱梁的局部扭轉(zhuǎn)一、 采用槽形橫梁采用槽形橫梁及大連接板（見圖2a），使主簧支架通過縱梁和連接板緊固在一起。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：a 連接板尺寸大，可以更加接近副簧支架，使其得到一定的支撐，同時(shí)亦可布置較多的緊固件，以提高連接強(qiáng)度；b 彈簧支架的載荷可通過連接板直接傳到橫梁上，連接板對縱梁

10、腹板也有較大的加強(qiáng)作用；c 槽形截面彎曲剛度極大，可使縱梁扭角減至很小；d 由于兩端有連接板加強(qiáng)，橫梁可適當(dāng)減??；也有將槽形橫梁的兩端加寬而直接和縱梁上、下翼緣連接的（見圖2c）,這樣可以省去連接板，由于材料利用率的制約，連接寬度有限，容易出現(xiàn)緊固件損壞及橫梁開裂等問題，往往不如上述結(jié)構(gòu)可靠。但當(dāng)不用副簧時(shí)，則較適用。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕。為了折衷以上兩個方案，可以槽形橫梁的上下方各采用一個連接板（見圖2b），或僅在其下方采用一個連接板。二、 采鱷魚式橫梁鱷魚式橫梁通常由帽形截面在其兩端加接頭構(gòu)成，如下圖3示：圖3圖3（a）翼緣連接 （b）腹板連接這種橫梁的優(yōu)點(diǎn)是：a 有較大的連接

11、寬度，使主、副簧支架都可得到支撐；b 截面高度較低，可以讓開下部空間，使某些汽車的傳動軸自由穿過；c 可用矩形胚料直接壓制；鱷魚式橫梁的不足之處是：其彎曲剛度不如槽形橫梁大，車架扭轉(zhuǎn)時(shí)縱梁的應(yīng)力偏大。因此，有些車將翼緣連接改為腹板連接。鱷魚式橫梁也可由兩個帽形截面組成封閉的箱形截面，其扭轉(zhuǎn)剛度極大，彎曲剛度比上一種也大。三、 采用圓管橫梁通過法蘭盤與彈簧支架及給縱梁連接在一起（見圖2e），或直接穿過縱梁腹板和彈簧支架相連。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：a 彈簧支架的扭轉(zhuǎn)載荷可以直接傳到橫梁上；b 對縱梁的約束小，故在該節(jié)點(diǎn)處車架扭轉(zhuǎn)應(yīng)力較低；c 扭轉(zhuǎn)剛度較大。這種橫梁的不足之處是：橫梁的彎曲剛度不如槽形橫

12、梁；其連接寬度較小，不利于對副簧支架的支撐（當(dāng)不采用副簧時(shí)即無此問題）四、 采用帽形截面橫梁有些車上采用大截面帽形梁（見圖2d）,可以得到較大的連接寬度和彎剛度，但用料較多，成本較高。6.2.4后鋼板彈簧后支架及副長后支架對縱梁的扭轉(zhuǎn)多采用槽形截面橫梁，將兩端加寬，直接和縱梁翼面相連（見圖2c），由于后支架的受力支架，縱梁截面一般也比較小些。尤其當(dāng)彈簧后端采用吊環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，兩支架通常緊靠在一起，故使用中較少損壞。也有采用帶連接板的槽形橫梁的。6.2.5前簧前支架對縱梁的局部扭轉(zhuǎn)在橫梁設(shè)計(jì)和布置時(shí)，還需考慮發(fā)動機(jī)前懸置的設(shè)計(jì)情況。如懸置點(diǎn)支撐在橫梁中部且較低時(shí)，采用“Z”形橫梁較易實(shí)現(xiàn)（見圖2f）

13、，如懸置點(diǎn)布置在左、右托架上，可優(yōu)先考慮槽形橫梁。6.2.6前簧后支架對縱梁的扭轉(zhuǎn)由于空間限制，橫梁必須有較大的彎度，這只有采用帽形截面才便于制造。但其兩端和縱梁連接的部分一般要復(fù)雜一些，其形式較多，現(xiàn)列出幾種車型所采用的結(jié)構(gòu)，如圖k圖n所示。此橫梁的設(shè)計(jì)難點(diǎn)還在于如何處理好與發(fā)動機(jī)懸置的關(guān)系，有時(shí)還需處理好與駕駛室懸置的關(guān)系。這有賴于車型設(shè)計(jì)、有關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)與車架設(shè)計(jì)的良好配合。在有些車上把發(fā)動機(jī)懸置布置在橫梁上，并使橫梁與彈簧支架對正，駕駛室懸置則布置上懸臂極小的托架上，或布置在另一橫梁上（如下圖4示）。從縱梁局部扭轉(zhuǎn)看，這的確是比較好的結(jié)構(gòu)方案，但往往難以實(shí)現(xiàn)。發(fā)動機(jī)懸置和彈簧支架錯開一定

14、距離的情況，仍不少見。圖4 發(fā)動機(jī)及駕駛室懸置橫梁由于發(fā)動機(jī)尺寸過大或方便維修的需要，有時(shí)該處不設(shè)置橫梁，而另將該段縱梁部分形成封閉截面，或在其后部采用“K”形橫梁，將其沿縱梁向前延伸到彈簧支架處，并使該段縱梁形成封閉截面，以大大提高其抗扭能力。但在制造上是很麻煩的，在大量生產(chǎn)時(shí)較難接受。平衡懸架結(jié)構(gòu)在這種情況下，縱梁局部扭轉(zhuǎn)載荷極為集中，約為單軸上鋼板彈簧一端載荷的4倍。故一般都采用由兩根槽形梁組成的“工”字梁，并在其上、下面設(shè)置尺寸很大的連接板和縱梁翼緣連接。這樣的結(jié)構(gòu)，其垂直和水平方向的彎曲剛度及強(qiáng)度都很大，不僅可以有效的制約縱梁局部扭轉(zhuǎn)，也為推力桿支架提供了可靠的支撐。但車架扭轉(zhuǎn)時(shí)，該

15、處的應(yīng)力將大大提高。為此有些車上將翼緣連接改腹板連接（見圖2g），或翼緣腹板綜合連接。大連接板的采用使車架抵抗平行四邊形變形的能力大為增強(qiáng)。螺旋彈簧獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)在這種情況下，縱梁局部扭轉(zhuǎn)載荷也很大，為鋼板彈簧一端載荷的2倍，故橫梁截面也應(yīng)很大。常為箱形（前懸架）、帽形、管形和“Z”形（后懸架）。其它常見結(jié)構(gòu)除彈簧支架以外，縱梁其它部位的局部扭轉(zhuǎn)載荷一般較小，橫梁的彎曲剛度和連接剛度都可以小一些，常見的結(jié)構(gòu)如圖2h圖2j等。6.2.7設(shè)計(jì)要點(diǎn)車架受力復(fù)雜,縱梁和橫梁截面形狀和連接方式各式各樣, 要設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、可靠實(shí)用的客車底盤車架, 除通過理論計(jì)算和有限元分析外, 還應(yīng)注意以下幾個方面:1)

16、 充分考慮各總成零部件的總布置要求, 最大限度地滿足車身對底盤的要求。2) 大客車車架縱梁和橫梁應(yīng)盡量采用抗彎強(qiáng)度大的槽形截面16MnL 汽車用大梁1, 根據(jù)不同的要求和布置需要,截面尺寸可不盡相同。3) 橫梁與縱梁的連接結(jié)構(gòu)是大客車車架設(shè)計(jì)考慮的重要方面,包括: 橫梁與縱梁的上下翼面連接。該型式提高了縱梁的抗扭剛度, 但易產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn), 造成縱梁翼面出現(xiàn)較大的應(yīng)力。由于客車車架與車身共同承載,因此可以采用。橫梁與縱梁的腹板連接。該型式連接剛度差, 必須相應(yīng)加強(qiáng)車架剛度, 大客車車架不適合使用。橫梁與縱梁的腹板和下翼面同時(shí)連接。該型式具有前兩種型式柔性抗扭和剛性抗彎的綜合特點(diǎn), 是大客車車架橫

17、梁和縱梁最好的連接型式。4) 橫梁與縱梁連接時(shí), 橫梁端部具有最大的應(yīng)力, 為避免局部區(qū)域出現(xiàn)過大的連接負(fù)荷應(yīng)力, 應(yīng)通過加寬斷面以盡可能增大連接區(qū)。5) 為提高車架抗彎曲剛度, 承受更大的載荷, 在直大梁搭接處及三段式的前中后連接處必須焊接加強(qiáng)板。加強(qiáng)板的厚度不能大于縱梁厚度, 且材質(zhì)相同。面積較大時(shí), 應(yīng)采取塞焊、鉚接或者螺栓連接+ 周邊斷續(xù)焊。6) 懸架為高負(fù)荷區(qū), 在鋼板彈簧支架傳力處應(yīng)有加強(qiáng)橫梁, 或采用用加筋板、箱狀件加強(qiáng)而構(gòu)成的受剪結(jié)構(gòu),且該處縱梁不能對接。7) 等高度縱梁的對焊應(yīng)遠(yuǎn)離高負(fù)荷區(qū),一般采用45°斜焊縫,要打坡口且有材質(zhì)相同厚度不大于縱梁的加強(qiáng)板。8) 車架

18、縱梁的鉆孔要遠(yuǎn)離焊縫, 一般禁止在翼面上鉆孔, 若特殊需要, 應(yīng)盡量靠近腹面, 禁止在縱梁彎曲區(qū)域內(nèi)孔。鉆孔時(shí)應(yīng)滿足下圖示要求（不包括工藝孔）：Amix=3xD(最小為40)Bmix=4xDCmix=3xDD=鉆孔直徑9) 為滿足客車車架總布置的要求可合理地在縱梁翼面上切槽，但切槽深度不能大于翼面寬度2/ 3。MANA55、A62 及重汽公司開發(fā)的E12 等大客車底盤均有這樣的設(shè)計(jì)。10) 橫梁和外支架應(yīng)盡量增加合理的減重孔。11) 采用封閉型材的剛性抗扭車架, 應(yīng)使用焊接技術(shù)連接, 橫梁可采用管材,插入縱梁中焊接。圖6注： 注：1，在城市公交車底盤車架設(shè)計(jì)中也可采用異形鋼管（WL510或16

19、MnL，壁厚4.06.0）。6.3數(shù)據(jù)表達(dá)要求6.3.1縱梁的加工及公差要求 1 長度偏差不得超過mm；2 腹板縱向直線度公差不超過全長的0.4%， 每1米內(nèi)的偏差不大于2mm；3 翼緣縱向直線度公差不超過全長的0.1%；4 斷面尺寸（見右圖6）a) 幅板面在范圍C內(nèi)的直線度偏差不大于0.3mm；b) 縱梁斷面高度A值的偏差mm；c) 橫梁處測量開口尺寸B的偏差mm；d) 腹板C范圍內(nèi)直線度公差為0.3mm；e) 縱梁內(nèi)側(cè)圓角半徑R的偏差為±1mm。5修補(bǔ)要求a) 縱梁滾軋后，不允許出現(xiàn)裂紋；b) 縱梁沖壓時(shí)產(chǎn)生的裂紋在距離兩端400mm范圍，其長度不超過200mm，在縱梁其他部位的

20、長度不超過100mm，且不多于四處，裂紋處允許用電弧補(bǔ)焊，并要打磨平光，焊縫之間的距離不小于300mm(縱向裂紋)。c) 兩端頭折彎時(shí)，如有長度不大于5mm的裂紋，允許不補(bǔ)焊。d) 縱梁采用沖壓制造時(shí)，應(yīng)無起皺和邊緣沖裁不齊的現(xiàn)象。6禁止使用手工熱切割方法加工縱梁上的孔，縱梁只允許冷校止。7裝配組孔的位置度a) 在同一平面內(nèi)，同一組孔的位置度公差為0.3mm。b) 同一零件裝在縱梁幅板、翼緣兩平面上的兩組孔，其孔邊距（孔至另一邊的距離）偏差為±0.5mm。8在沖壓成形時(shí)，造成的材料局部減薄不得超過材料厚度的10%。圖79當(dāng)鉆孔或沖孔出現(xiàn)毛刺，并因此給鉚接帶來困難時(shí)，或者為了避免由毛刺

21、造成的損傷，必須去毛刺。規(guī)定：倒角1±0.5*456.3.2 縱梁加強(qiáng)板（見圖6及圖7）1 腹板縱向直線度公差為6mm(在C范圍內(nèi)測量)；2 斷面尺寸a) 腹板C范圍內(nèi)直線度公差為0.4mm；b) 縱梁內(nèi)側(cè)圓角半徑R的偏差為±1mm；c) 當(dāng)采用圖1斷面的加強(qiáng)板開口尺寸B的偏差為mm；A的偏差為mm3 裝配孔的位置度，沖壓料厚變薄的要求符合3.1.8和3.1.9條款的要求6.3.3 橫梁 1當(dāng)橫梁采用鉚接（或螺栓聯(lián)接）方式與縱梁聯(lián)接時(shí)，橫梁上分別與左右縱梁鉚接（或螺栓聯(lián)接）的組孔之間尺寸的偏差為±0.5mm；2當(dāng)橫梁采用焊接方式與縱梁聯(lián)接時(shí)，焊縫要求按GB3323

22、-87要求達(dá)到II級或II級以上標(biāo)準(zhǔn)。3槽形橫梁斷面尺寸形狀偏差應(yīng)符合6.3.1條第4條中a、c、d的規(guī)定。4非槽形橫梁不允許有裂紋。5 槽形橫梁在兩端100mm范圍內(nèi)裂紋長度不得大于20mm，在其它部位折彎處長度不得大于50mm，但裂紋不得多于兩處。裂紋外允許用電弧焊補(bǔ)焊，但要打磨平光（縱向裂紋）。7. 材料選用要求縱梁如采用槽鋼，則材料為WL510/16MnL；如采用異型鋼管，則材料采用WL510;縱梁加強(qiáng)板采用與縱梁相同材料，但壁厚不大于縱梁壁厚。橫梁材料一般采用16MnL、WL510、Q235A8. 性能設(shè)計(jì)要求車架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，在正常使用條件下不允許出現(xiàn)縱梁開裂損壞。9設(shè)計(jì)計(jì)

23、算客車具有扭轉(zhuǎn)柔性明顯的承載系統(tǒng)，其車架的計(jì)算任務(wù)是：確定汽車以滿載在不平度很小（對稱加載）的平坦路面上以需考慮動載荷的足夠高的車速行駛時(shí)車架元件的應(yīng)力。確定汽車以滿載低速行駛于壞路面且當(dāng)軸荷分配較小載荷的那個橋的一個車輪滾上30cm高的凸包時(shí)車架元件的應(yīng)力。為了不僅評價(jià)車架的總?cè)嵝约白饔迷谲嚰苌系膽?yīng)力，而且要弄清變形和應(yīng)力突變處的危險(xiǎn)斷面以及它們沿車架長度的變化情況，則應(yīng)對通過特征點(diǎn)（橫梁聯(lián)接處、縱梁斷面高及寬的變化處、加載點(diǎn)等）的一系統(tǒng)橫向平面處的車架撓度、扭轉(zhuǎn)角和應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果最好能用沿車架長度繪出撓度、轉(zhuǎn)角和應(yīng)力圖表達(dá)出來。為了簡化計(jì)算，可將車架看作平面結(jié)構(gòu)，而縱、橫梁則以桿件

24、代替，縱橫聯(lián)接處的交角認(rèn)為是剛性的，且認(rèn)為代替車架元件的桿件在兩結(jié)點(diǎn)（或特征點(diǎn)）實(shí)間的全長上的慣性矩不變，并取為該元件慣性矩的平均值。最簡單的梯形車架的計(jì)算，是在對稱載荷（彎曲）作用下求簡化為簡單梁的縱梁的撓度和應(yīng)力。在反對稱載荷（扭轉(zhuǎn)）作用下，由兩根縱梁和若干根橫梁組成的車架是一個靜不定系統(tǒng)。用材料力學(xué)教程給出的一些方法求解這一靜不定系統(tǒng)各元件的應(yīng)力和變形計(jì)算十分復(fù)雜、工作量很大。然而如果對系統(tǒng)作某些假設(shè)則可使計(jì)算大為簡化。車架的簡化計(jì)算設(shè)車架各元件的彎曲變形與其扭轉(zhuǎn)變形相比是很小的，則可按下述方法進(jìn)行簡化計(jì)算：下圖為梯形車架在反對稱載荷作用下的受扭情況簡圖。作用于車架上的4個力R位于前、后

25、輪軸線所在的橫梁鉛垂平面內(nèi)，這是各橫梁的扭轉(zhuǎn)角相等。此外，縱、橫梁單位長度的扭轉(zhuǎn)角亦相等。由于扭轉(zhuǎn)角與扭矩T、扭轉(zhuǎn)剛度GJk存在下述關(guān)系：梯形車架在反對稱載荷作用下受扭情況簡圖橫梁；14縱梁的區(qū)段(單位為：rad)(單位為：（°）) (式1)式中T車架元件所受的扭矩，N mm； l車架元件的長度，mm； G材料的剪切彈性模量，Mpa； Jk車架元件橫斷面的極慣性矩，mm4；因此，作用在車架各元件上的扭矩Tk與該元件的扭轉(zhuǎn)剛度GJkk成正比，故有T ：T ：T1 ：T2 ：T4 =Jk：Jk：Jk ：Jk1 ：Jk2：Jk4 式（2)式中T ，T ，橫梁，所受的扭矩； Jk，Jk，橫梁

26、，橫斷面的極慣性矩； T1，T2，縱梁在，和，橫梁間所受的力矩； Jk1，Jk2，縱梁在，和，橫梁間斷面的極慣性矩；如果將車架由對稱面處切開（見下圖），則切掉的一半對尚存的一半的作用相當(dāng)于在切口橫斷面上作用著扭矩T，T，T和橫向力Q，Q，Q，對最右邊的橫梁取力矩的平衡方程式，則有：RL-( T+ T+ T+ T+ T)+ Ql1- Q(l1 +l2)- Q(l1 +l2+l3)- Q(l1 +l2+l3+l4)=0 式（3）由式（2）得 式（4）將以上各式代入式（3），經(jīng)整理后得： 式（5）式中 n橫梁數(shù)； m兩橫梁間的縱梁區(qū)段數(shù) C車架寬這樣，已知各橫梁和縱梁各區(qū)段橫斷面的極慣性矩時(shí)，便可求

27、出橫梁I所受的扭矩TI，將TI代入式（4）的有關(guān)各項(xiàng)，則可進(jìn)而求出其他各橫錄像所受的扭矩TII，TIII，TIV，TV，及縱梁在各橫梁之間所受的扭矩T1，T2，T3，T4。由上述計(jì)算可見，車架所受的扭轉(zhuǎn)力矩是由縱、橫梁共同承受的。但對于扭轉(zhuǎn)剛度較小的貨車梯形車架而言，作用在車架上的彎曲力矩主要是由車架縱梁承受。為了計(jì)算彎曲力矩，假定車架所支承的全部載荷的一半由一根縱梁承擔(dān)。先求出裝在車架上各總成、構(gòu)件及裝載質(zhì)量對車架產(chǎn)生的集中載荷及其作用點(diǎn)，如圖示。這時(shí)簧下質(zhì)量除外，而懸架彈簧、傳動軸等跨車架和車橋兩邊的構(gòu)件則其重力的一半。對應(yīng)這些載荷，設(shè)前鋼板彈簧的前、后支點(diǎn)的支承反力為Rff，Rfr；后鋼

28、板彈簧的支承反力為Rrf，Rrr，則： 式（6）式中 F1，F(xiàn)2，F(xiàn)n作用在縱梁上集中靜載荷，N； l1，l2，ln各載荷F1，F(xiàn)2，F(xiàn)n的作用點(diǎn)距車架前端的距離，mm； lf，lr，前、后輪距車架前端的距離，mm；由下列二式可求出Rf，Rr： 式（7）如果前、后輪均裝在其彈簧的正中間，則： 式（8）求得這些集中靜載荷F1，F(xiàn)2，F(xiàn)n，Rf，Rr以及這些力的作用點(diǎn)的位置l1，l2，ln，則可計(jì)算縱梁在各力作用點(diǎn)的彎矩并繪出縱梁的彎矩圖。例如：在F5力作用點(diǎn)處的彎矩為： 式（9）考慮到路面不平度引起的沖擊和振動等靠造成的動載荷，可對縱梁的最大彎矩Mmax乘以動載荷系數(shù)kd并取kd=2.54.0，

29、轎車取小值，越野車取大值。如果再考慮車架多為疲勞損傷，且取疲勞安全系數(shù)n=1.151.40，則可求得動載荷 下的最大彎矩為： 式（10）則彎曲應(yīng)力可按下式求得： 式（11）式中W縱梁在計(jì)算斷面處的彎曲截面系數(shù)，對于槽形斷面的縱梁 式（12）式中 h槽形斷面的腹板高； b翼緣寬； t梁斷面的厚度；當(dāng)車架縱梁承受的是均勻分布的載荷（見下圖）時(shí)，車架強(qiáng)度的簡化計(jì)算可按下述進(jìn)行 ，但需作一定假設(shè)。即認(rèn)為縱梁為支承在前、后軸上的簡支梁；空車時(shí)簧上負(fù)荷Gs均勻分布在左、右縱梁的全長上(對4X2貨車可取，為汽車整備質(zhì)量)；滿載時(shí)有效載荷Ge則均布在車箱范圍內(nèi)的縱梁上；忽略不計(jì)局部扭矩的影響。在圖中，Rf為一

30、根縱梁的前支承反力，由圖可求得： 式(13)在駕駛室的長度范圍內(nèi)這一段縱梁的彎矩為： 式（14）駕駛室后端至后軸這一段縱梁的彎矩為：式（15）顯然，最大彎矩就發(fā)生在這一段梁內(nèi)?？捎蒙鲜街械膹澗厍髮?dǎo)數(shù)并令其為零的方法求出最大彎矩發(fā)生的位置x，即：式（16）由此求得：式（17）將上式代入式（15），即可求出縱梁承受的最大彎矩。如果再考慮到動載荷系數(shù)及疲勞安全系數(shù)，并將它們代入式（10）及式（11），則可求出縱梁的最大彎曲應(yīng)力。按式（11）求得的彎曲應(yīng)力不應(yīng)大于縱梁材料的疲勞極限。對于16Mn鋼板，=220260Mpa。當(dāng)縱梁受力變形時(shí)，翼緣可能會受力破裂，為此可按薄板理論進(jìn)行校核，由于臨界應(yīng)力為：

31、式（18）式中 E-材料的彈性模量，對低碳鋼和16Mn鋼：E=2.06X105Mpa； u-泊松比，對低碳鋼和16Mn鋼，取u=0.290； t-縱梁斷面的厚度； b-縱梁槽形斷面的翼緣寬度。將E，u代入式（18），得：b16t為了保證整車及有關(guān)機(jī)件的正常工作，對縱梁的最大撓度應(yīng)予以限制。這就要對縱梁的彎曲剛度進(jìn)行校核。如果把縱梁看成是支承跨度為軸距的簡支梁，根據(jù)材料力學(xué)給出的截面慣性矩為的簡支梁在其跨度的中間承受集中載荷P時(shí)，撓度與剛度的關(guān)系式可知。根據(jù)德國對各種汽車車架的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)軸距的單位為m，的單位為cm2,為使縱梁在滿載時(shí)的撓度在容許值以內(nèi)，則應(yīng)使12，或應(yīng)使。大多數(shù)的汽車的值在2030間，日本的一些平頭載貨汽車甚至達(dá)到了58.3。對車架扭轉(zhuǎn)剛度GJ的校核，可按式（1）進(jìn)行。另外，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，車架作為一個大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行有限元分析計(jì)算已廣為應(yīng)用。有限元的基本思路就是將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)視為由簡單的基本的有限單元所組成，是一種離散化數(shù)值的計(jì)算方法，借助于矩陣方法與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，可以進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析。