某中型貨車車架設計

1、某中型貨車車架的設計摘要根據(jù)設計參數(shù)，完成了中型貨車車架設計，利用 UG 軟件建立了主縱梁、橫 梁模型，與縱梁與橫梁通過鉚釘連接。本說明書涉與了現(xiàn)階段載貨汽車技術的發(fā) 展趨勢，以與國內(nèi)外載貨汽車車架的發(fā)展狀況；說明書還詳細闡明了中型載貨汽 車的方案論證：車架的設計要求、車架結構的確定、車架寬度的確定、車架縱梁 形式的確定、車架橫梁形式的確定、車架縱梁與橫梁連接形式的確定、車架的受 載分析以與車架的強度計算。在計算時把車架簡化成為一個位于支座上的靜定結 構，然后，用材料力學的知識對本車架進行強度計算，并且在滿足應力要求的條 件下來確定車架縱梁的斷面尺寸。關鍵詞： 中型貨車、車架、設計Abstra

2、ctAccording to the design parameters, the design of the medium truckframe is completed, and the main longitudinal beam and the beam model are established by UG software.This paper involves in lately the technology development trend of truck as well as the domestic and foreign truck frame development

3、; This paper also expose in detail the medium-sized truck with scheme demonstration :the requirement of frame design 、determination of frame structure、determination of framewidth 、determination of stringer form、determination of beams form、the connection form of beams、analysis of load the frame suffe

4、rs and thestrength calculation .The frame will be simplified as a stable objective when calculating, and then calculate the strength with mechanics materials knowledge and determine the size of the frame rails with the precondition that it meets the requirement of stress.Key words: medium-sized truc

5、ks, trailers, design模型圖紙下載：目錄第1章緒論1.1課題背景11.2國外貨車技術的發(fā)展趨勢11.3車架的發(fā)展 2第2章方案論證-42.1參考車型與其參數(shù) 42.2 車架設計的技術要求 42.3 車架結構的確定 5第 3 章 車架的設計 93.1 車架的結構形式的設計 93.2 車架的受載分析 133.3 彎曲強度計算時的基本假設 143.4 縱梁的彎矩和剪力的計算 15第 4 章 車架的制造工藝 214.1 車架梁的制造工藝 214.2 車架的鉚接工藝 234.3 涂裝工藝 24結束語 25參考文獻 26致謝27第1 章 緒 論1.1 課題背景車架是汽車各總成的安裝基體，

6、它將發(fā)動機、底盤和車身等總成連成一個有 機的整體，即將各總成組成為一輛完整的汽車。同時，車架還承受汽車各總成的 質(zhì)量和有效載荷，并承受汽車行駛時產(chǎn)生的各種力和力矩，即車架要承受各種靜 載荷和動載荷。汽車車架是整個汽車的基體，是將汽車的主要總成和部件連接成汽車整體的 金屬構架，對于這種金屬構架式車架，生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)設計時應考慮結構合理， 生產(chǎn)工藝規(guī)范，要采取一切切實可行的措施消除工藝缺陷，保證它在各種復雜的 受力情況下不至于被破壞。本說明書只是敘述非承載式車身結構形式中單獨的車架系統(tǒng)。承載式汽車， 前、后懸架裝置，發(fā)動機與變速器等傳動系部件施加的作用力均由車架承受，所 以，車架總成的剛性、強度與

7、振動特性等幾乎完全決定了車輛整體的強度、剛度 和振動特性。設計時在確保車架總成性能的同時，還應對車架性能和匹配性進行 認真的研究。車架結構很多都是用電弧焊焊接而成，容易產(chǎn)生焊接變形。在設計 方面對精度有要求的部位不得出現(xiàn)集中焊接，或者從部件結構方面下工夫，盡量 確保各個總成的精度。另外，與其他焊接方法相對比，采用電弧焊的話，后端部 容易出現(xiàn)比較大的缺口，出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。所以，應對接頭位置和焊接端部進 行處理。車架受力狀態(tài)極為復雜。汽車靜止時，它在懸架系統(tǒng)的支撐下，承受著汽車 各部件與載荷的重力，引起縱梁的彎曲和偏心扭轉（局部扭轉） 。如汽車所處的 路面不平，車架還將呈現(xiàn)整體扭轉。汽車行駛時，

8、載荷和汽車各部件的自身質(zhì)量 與其工作載荷 （如驅動力、 制動力和轉向力等） 將使車架各部件承受著不同方向、 不同程度和隨機變化的動載荷，車架的彎曲、偏心扭轉和整體扭轉將更嚴重，同 時還會出現(xiàn)側彎、菱形傾向，以與各種彎曲和扭轉振動。同時，有些裝置件還可 能使車架產(chǎn)生較大的裝置載荷。隨著計算機技術的發(fā)展，在產(chǎn)品開發(fā)階段，對車架靜應力、剛度、振動模態(tài) 以至動應力和碰撞安全等已可進行有限元分析，對其輕量化、使用壽命，以與振 動和噪聲特性也可以做出初步判斷，為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期創(chuàng)造了有利條件。1.2 國外貨車技術的發(fā)展趨勢如今世界貨車技術發(fā)展亦相當迅速，為降低運輸成本，載貨車正朝著大型 化方向發(fā)展追求大功

9、率、大噸位。其次，國際載貨車的另一動向就是將貨車組 裝成“安全概念車” ，現(xiàn)在大多數(shù)貨車和掛車都已經(jīng)安裝了ABS ，有的車型還安裝了“電控制動系統(tǒng)、 “翻車警告系統(tǒng)”等裝置，電控制動系統(tǒng)可將停車距離 縮短了 15% ，貨車的制動踏板的反應像小汽車一樣的靈敏；而翻車警告系統(tǒng)則 能防患于未然，當車輛有危險時，系統(tǒng)會發(fā)出警鳴聲提醒司機減速，如不奏效， 則立即通過電控裝置強迫減速，令車身保持平穩(wěn)。 再次，國際貨車開始走向更 舒適，一般駕駛室都很能寬敞，空調(diào)、音響等電器一應俱全。司機可在車上看 電視、上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件、打電話；有的車輛還設置了臥鋪和寫字臺；新型 貨車還使用了電控裝置的變速器，自動換檔。

10、目前，國際上貨車發(fā)展的新潮流 是開始應用衛(wèi)星監(jiān)控和導航技術，裝上了移動通信和跟蹤網(wǎng)絡系統(tǒng)，通過這種 系統(tǒng)，公司可探測出外出運營的車輛位置，即時發(fā)送信號，與司機密切聯(lián)系； 掛車的超聲波傳感器可與時告之貨主是否裝貨與裝貨形式；通過傳感器調(diào)度員 可以了解車輛速度、燃油消耗與傳動系統(tǒng)狀況，隨時提醒司機應注意的問題， 一旦出現(xiàn)問題，系統(tǒng)就迅速批示最近的人員去救援。一部車的性能除了取決于 引擎動力的大小，操控也是不容忽視的。另一因素，但是要造出優(yōu)異的操控，懸 掛結構的設計就顯得相當重要。汽車車架是整個汽車的基體，是將汽車的主要總 成和部件連接成汽車整體的金屬構架，對于這種金屬構架式車架，生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)設計

11、時應考慮結構合理，生產(chǎn)工藝規(guī)范，要采取一切切實可行的措施消除工藝缺陷，保證它在各種復雜的受力情況下不至于被破壞。1.3 車架的發(fā)展早期汽車所使用的車架，大多是由籠狀的鋼骨梁柱所構成的，也就是在兩支 平行的主梁上，以類似階梯的方式加上許多左右相連的副梁制造而成。車體建構 在車架之上，至于車門、沙板、引擎蓋、行李廂蓋等鈑件，則是另外再包覆于車 體之外，因此車體與車架其實是屬于兩個獨立的構造。這種設計的最大好處，在 于輕量化與剛性得以同時兼顧，因此受到了不少跑車制造商的青睞，早期的法拉 利與蘭博基尼都是采用的這種設計。由于鋼骨設計的車架必須通過許多接點來連結主梁和副梁，加之籠狀構造也 無法騰出較大的

12、空間，因此除了制造上比較復雜、不利于大量生產(chǎn)之外，也不適 合用在強調(diào)空間的四門房車上。隨后單體結構的車架在車壇上成為主流，籠狀的 鋼骨車架也逐漸改由這種將車體與車架合二為一的單體車架所取代。關于單體車架：簡單的說就是將引擎室、車廂以與行李廂三個空間合而為一， 這樣的好處除了便于大量生產(chǎn)，模組化的運用也是其中主要的考慮。通過采取模 組化生產(chǎn)的共用策略，車廠可以將同一具車架分別使用在多種不同的車款上，這 樣也可節(jié)省不少研發(fā)經(jīng)費。除了有利于共用，車體車架也可以通過材料的不同來發(fā)揮輕量化的特性，鋁 合金是 80 年代末期相當熱門的一種工業(yè)材料， 雖然重量比鐵輕， 但是強度卻較差， 因此如果要用鋁合金制

13、成單體車架，雖然在重量上比起鐵制車架更占優(yōu)勢，但是 強度卻無法達到和鐵制車架同樣的水準。除非增加更多的鋁合金材料，利用更多 的用量來彌補強度上的不足。不過這樣一來，重量必然會相對增加，而原本出于 輕量化考慮而采用鋁合金材料的動機， 當然也就失去了意義。 也正因為這個原因， 鋁合金車架在車壇上并未成為主流， 少數(shù)高性能跑車或是使用了強度更高的碳纖 維，或是用碳纖維結合蜂巢狀夾層鋁合金的復合材料取代了鋁合金。但是要用碳 纖維制成單體車架，在制作上相當復雜且費時，成本也相對更高，所以至今仍無 法普與到一般市售車上，而僅有少數(shù)售價高昂的跑車使用。盡管鋁合金車架鮮有車廠使用，不過用鋼鐵車架搭配鋁合金鈑件

14、的方式，近 年來卻受到不少車廠的重視，這樣的結構不僅可以保留車架本身的強度，同時也 可以通過鈑件的鋁合金化來取得輕量化效果，在研發(fā)成本上自然也不像碳纖維制 的單體車架那樣昂貴。關于剛性的確保，大多數(shù)車廠在新車的設計階段，都是利用電腦計算出車架 的剛性需求，并以此作為設計依據(jù)。有些車廠在用電腦完成設計雛形后，還會再 由專業(yè)的試車人員進行實際測試。第2 章 設計方案論證2.1 參考車型與其參數(shù) 類型：廂式載貨車 驅動形式： 4X2 軸距： 5100mm 發(fā)動機：玉柴 YC6J160-46 變速箱：法士特 8JS75C 后橋速比： 5.286 車身長度： 9.55 米 車身寬度： 2.5 米 車身高

15、度： 3.65 米 前輪距： 1940mm ； 后輪距： 1860mm 整車重量： 5.72 噸 額定載重： 9.685 噸 總質(zhì)量： 15.6 噸 最高車速： 90KM/h 噸位級別：中卡 接近角/離去角： 23/11 度前懸/后懸： 1.341/2.559 米 汽缸數(shù)： 6 燃料種類：柴油 汽缸排列形式：直列 排量： 6.494L 排放標準：國四 / 歐四 最大輸出功率： 118kw 最大馬力： 160 馬力 扭矩： 550N m 最大扭矩轉速： 1400-1700RPM 額定轉速： 2500RPM 前進檔位： 8 檔 倒檔數(shù)： 2 個 輪胎輪胎規(guī)格： 9.00R20 輪胎數(shù)： 6 個 油

16、箱材質(zhì)：鋁合金 油箱容量： 250L前橋允許載荷： 5600KG后橋速比： 5.286后橋允許載荷： 10000KG彈簧片數(shù)： 8/9+52.2 車架設計的技術要求為了使車架符合上述功用，通常對設計的車架有如下的要求：2.2.1 必須有足夠的強度保證在各種復雜受力的使用情況下車架不受破壞。要求有足夠的疲勞強度， 保證在汽車大修里程內(nèi)，車架不致有嚴重的疲勞損傷。縱梁受力極為復雜，設計時不僅應注意各種應力，改善其分布情況，還應該 注意使各種應力峰值不出現(xiàn)在同一部位上。例如，縱梁中部彎曲應力較大，則應 注意降低其扭轉應力，減少應力集中并避免失穩(wěn)。而在前、后端，則應著重控制 懸架系統(tǒng)引起的局部扭轉。提

17、高縱梁強度常用的措施如下：2.2.1.1 提高彎曲強度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 左右）；2.2.1.2 提高局部扭轉剛度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，并使合成量較??；在偏心載荷較大處設置橫梁，并根據(jù)載荷大小與分散情況確定連接強度和寬 度；將懸置點分布在橫梁的彎曲中心上；當偏心載荷較大并偏離橫梁較遠處時候，可以采用K形梁，或者將該段縱梁形成封閉斷面；偏心載荷較大且比較分散時候，應該采用封閉斷面梁，橫梁間距也應縮?。贿x用較大的斷面；限制制造扭曲度，減少裝配預應力。2.2.1.3 提高整體扭轉強度不使縱梁斷面過大；翼緣連

18、接的橫梁不宜相距太近。2.2.1.4 減少應力集中與疲勞敏感盡可能減少翼緣上的孔（特別是高應力區(qū)） ，嚴禁在翼緣上布置大孔； 注意外形的變化，避免出現(xiàn)波紋區(qū)或者受嚴重變薄； 注意加強端部的形狀和連接，避免剛度突變； 避免在槽形梁的翼緣邊緣處施焊，尤其畏忌短焊縫和“點”焊。2.2.1.5 減少失穩(wěn)受壓翼緣寬度和厚度的比值不宜過大（常在 12 左右）； 在容易出現(xiàn)波紋處限制其平整度。2.2.1.6 局部強度加強采用較大的板厚；加大支架緊固面尺寸，增多緊固數(shù)量，并盡量使力作用點接近腹板的上、下側面。2.2.2 車架的輕量化由于車架較重，對于鋼板的消耗量相當大。因此，車架應按等強度的原則 進行設計，以

19、減輕汽車的自重和降低材料的消耗量。在保證強度的條件下，盡量 減輕車架的質(zhì)量。試驗表明，汽車質(zhì)量的輕重與汽車的能耗有著直接的關系，在 相同情況下，轎車的質(zhì)量每減輕 100千克，每百公里的燃油消耗將減少 0 . 4I 升，汽車的自身質(zhì)量每減少10 %，燃油的消耗可降低6%8 %,同時汽車的廢氣 排放也有明顯降低。由于汽車輕量化對節(jié)能增效的卓越貢獻，國際各大汽車生產(chǎn) 商都在盡可能的情況下減輕車身質(zhì)量。其次，從駕駛方面來講：汽車輕量化后加 速性提高， 穩(wěn)定性和噪音、 振動方面也均有改善。 從安全性考慮： 碰撞時慣性小， 制動距離減小。2.3 車架結構的確定2.3.1 車架類型的選擇在一些客車和轎車上，

20、車身和車架制成一體，這樣的車身稱為“半承載式車 身”，有的被加強了車身則能完全起到車架的作用，這樣的車身稱為“承載式車 身”，不另設車架。隨著節(jié)能技術的發(fā)展，為了減輕自重，越來越多的轎車都采 用了承載式車身。車架承受著全車的大部分重量，在汽車行駛時，它承受來自裝配在其上的各 部件傳來的力與其相應的力矩的作用。當汽車行駛在崎嶇不平的道路上時，車架 在載荷作用下會產(chǎn)生扭轉變形，使安裝在其上的各部件相互位置發(fā)生變化。當車 輪受到?jīng)_擊時，車架也會想相應受到?jīng)_擊載荷。因而要求車架具有足夠的強度， 合適的剛度，同時盡量減輕重量。在良好路面行駛的汽車，車架應布置得離地面 近一些，使汽車重心降低，有利于汽車穩(wěn)

21、定行駛，車架的形狀尺寸還應保證前輪 轉向要求的空間。車架是按其結構型式的不同來分類的，其主要結構型式有框式、脊梁式和綜 合式。其中框式又可分為邊梁式、周邊式和 X 型。2.3.1.1 邊梁式車架這種車架由兩根縱梁與連接兩根縱梁的若干根橫梁組成。邊梁式車架能給改 裝變型車提供一個方便的安裝骨架，因而在載重汽車和特種車上得到廣泛用。其 彎曲剛度較大，而當承受扭矩時，各部分同時產(chǎn)生彎曲和扭轉。其優(yōu)點是便于安 裝車身、車箱和布置其他總成，易于汽車的改裝和變形，因此被廣泛地用在載貨 汽車、越野汽車、特種汽車和用貨車底盤改裝而成的大客車上。在中、輕型客車 上也有所采用，轎車則較少采用。用于轎車的邊梁式車架

22、，為了降低地板高度，可局部地減少縱梁的斷面高度 并相應地加大其寬度， 但這使縱梁的制造工藝復雜化且其車身地板仍比采用其他 車架時為高，當然地板上的傳動軸通道鼓包也就不大了。用于載貨汽車的邊梁式車架由兩根相互平行但開口朝內(nèi)、沖壓制成的槽型縱 梁與一些沖壓制成的開口槽型橫梁組合而成。通常，縱梁的上表面沿全長不變或 局部降低，而兩端的下表面則可以根據(jù)應力情況相應地縮小。車架寬度多為全長2.3.1.2 周邊式車架這種車架是從邊梁式車架派生出來的如圖（ 2-1 ），前后兩端縱梁變窄，中部 縱梁加寬，前端寬度取決于前輪最大轉角，后端寬度取決于后輪距，中部寬度取 決于車身門檻梁的內(nèi)壁寬， 前部和中部以與后部

23、和中部的連接處用緩沖臂或抗扭 盒相連，具有一定的彈性，能緩和不平路面的沖擊。其結構形狀容許緩沖臂有一 定的彈性變形，可以吸收來自不平路面的沖擊和降低車內(nèi)噪聲。此外，車架中部 加寬既有利于提高汽車的橫向穩(wěn)定性，又可以減短了車架縱梁外側裝置件的懸伸 長度。在前后縱梁處向上彎曲以讓出前后獨立懸架或非斷開式后橋的運動空間。 采用這種車架時車身地板上的傳動軸通道所形成的鼓包不大，但門檻較寬。這種 車架結構復雜，一般在中、高級轎車上運用231.3 X 型車架這種車架由兩根縱梁與 X型橫梁組成如圖（2-2 ）,實際上是邊梁式車架的改 進，有一定的抗扭剛度，X橫梁能將扭矩轉變?yōu)閺澗兀瑢Χ潭鴮挼能嚰?，這種效 果

24、最明顯。車架中部為位于汽車縱向對稱平面上的一根矩形斷面的空心脊梁，其 前后端焊以叉形梁。前端的叉形梁用于支撐動力、傳動總成，而后端則用于安裝 后橋。傳動軸經(jīng)中部管梁通向后方。中部管梁的扭轉剛度大。前后叉形邊梁由一 些橫梁相連，后者還用于加強前、后懸架的支撐。管梁部分位于后座乘客的腳下 位置且在車寬的中間，因此不妨礙在其兩側的車身地板的降低，但地板中間會有 較大的縱向鼓包。門檻的寬度不大，雖然從被動安全性考慮，要求門檻有足夠的 強度和剛度。一般只在轎車上米用。巳二A-AC-C圖2-2231.4脊梁式車架這種車架又稱為中梁式車架（如圖2-3所示），主要由一根位于中央且貫穿汽車全長的較粗縱梁和若干根

25、懸伸拖架組成。中央縱梁可以是圓管狀，也可以是 箱形斷面。管梁將動力一傳動系連成一體，傳動軸從其中間通過，故采用這種結 構時驅動橋必須是斷幵式的并與獨立懸架相匹配。與其他類型的車架比較，其扭 轉剛度最大。容許車輪有較大的跳動空間，使汽車有較好的平順性和通過性。車 架的強度和剛度較大；脊梁還能起封閉傳動軸的防塵套作用。但這種車架的制造 工藝復雜，精度要求高，維修不便，僅用于某些對平順性、通過性要求較高的汽 車上。在某些轎車和高越野性汽車上采用此種車架。圖2-3脊梁式車架的汽車底盤231.5 綜合式車架這種車架的前、后部分相似于邊梁式車架，以便分別安裝發(fā)動機和驅動橋； 中部為一短脊梁管，傳動軸從短管

26、內(nèi)通過。它是邊梁式和脊梁式兩種型式的綜合， 中部的抗扭剛度合適，但中部地板凸包較大，且制造工藝較復雜。此種結構一般 在轎車上使用。由于設計的是中型載汽車車架，根據(jù)其特點選用邊梁式車架?？v梁上、下表 面為平直，斷面呈槽形，其結構簡單，工作可靠，不僅能降低工人工作強度，而 且其造價低廉，有良好的經(jīng)濟性，將廣泛地用于各種載貨汽車、客車上。選取的方案的優(yōu)點： 邊梁式車架由兩根縱梁的若干根橫梁組成，該結構便于安裝駕駛室、車廂和其它總成，被廣泛用在載重貨車、特種車和大客車上。小結：通過選定參考車型，明確車架設計的技術要求，選定車架的具體結構形式，為后面的車架結構的設計，車架的強度計算等提供了方向。第 3

27、章 車架的設計車架是一個復雜的薄壁框架結構，其受力情況極為復雜。本設計包括了結構 形式的設計：車架的寬度的確定，縱梁形式的確定，橫梁形式的確定，橫梁與縱 梁連接形式的確定，以與加強版的布置。在車架設計的初期階段，可對車架縱梁 進行簡化的彎曲強度計算，以與來確定車架的斷面尺寸。下面是設計和計算的方 法和步驟。3.1 車架結構形式的設計3.1.1 車架寬度的確定車架的寬度是左、右縱梁腹板外側面之間的寬度。車架前部寬度的最小值取 決于發(fā)動機的外廓寬度，其最大值受到前輪最大轉角的限制。車架后部寬度的最 大值主要是根據(jù)車架外側的輪胎和鋼板彈簧片寬等尺寸確定。為了提高汽車的橫 向穩(wěn)定性，希望增大車架的寬度

28、。通常，車架的寬度根據(jù)汽車總體布置的參數(shù)來確定，整車寬度不得超過2.5m ，故往往很難同時滿足上述要求。 為了解決總體布置與加寬車架的矛盾， 車 架的寬度設計可采取以下措施：3.1.1.1 將車架做成前窄后寬這種結構可以解決前輪轉向所需的空間與車架總寬之間的矛盾。 此結構適用于輕型汽車、微型汽車和轎車。3.1.1.2 將車架做成前寬后窄對于重型載貨汽車，其后軸的負荷大，輪胎的尺寸加大，后鋼板彈簧片寬增 加，同時為了安裝外型尺寸大的發(fā)動機，常需減小前輪轉向角，以便使汽車的總 寬在公路標準的 2.5m 內(nèi)，因此車架不得不采用前寬后窄的型式。但根據(jù)本設計的要求，關于中型車車架結構設計，其載重設為 3

29、.5t ，所以為 了簡化制造工藝，最好車架前后等寬。為了便于實行產(chǎn)品的三化，不少國家對車 架的寬度制定了標準。如美國汽車工程學會規(guī)定，對于后輪為雙胎的載貨汽車車 架寬度為 864mm 。我國汽車專業(yè)標準也規(guī)定對于中型載貨汽車的邊梁式車架， 其寬度標準為 864 ±5mm 。本設計方案取車架的寬度為 866mm 。3.1.2 車架縱梁形式的確定車架的縱梁結構，一方面要保證車架的功能，另一方面要滿足整車總體布置 的要求，同時形狀應盡量簡單，以簡化其制造工藝。從縱梁的側視圖看， 縱梁的形狀可分為上翼面是平直的和彎曲的兩種。 優(yōu)點： 結構簡單，工藝性好；當上翼面為平直時，可使貨廂底板平整，縱

30、梁制造方便， 大多數(shù)載貨汽車車架縱梁都采用這種型式。 當上翼面彎曲時， 縱梁部分區(qū)段降低， 地板高度相應降低， 改善了整車的穩(wěn)定性， 且有利于上、 下車， 此種結構在轎車、 微型汽車、公共汽車和部分輕型載貨汽車上采用，其制造工藝復雜。縱梁上表面應盡量做成平直的，中部斷面一般較大、兩端較小，與所受彎矩 相適應。也有全長或僅中部與后部為等斷面的。根據(jù)整車布置要求，有時采用前 端或后端或前后端均彎曲的縱梁。縱梁的斷面形狀有槽形、工字形、箱形、管形和 Z 形等幾種（如下圖 3-1 所 示）。為了使縱梁各斷面處的應力接近，可改變梁的高度，使中部斷面高、兩端 斷面低。槽形斷面的縱梁有較好的抗彎強度，工藝性

31、好，緊固方便，又便于安裝 各種汽車部件，故采用得最為廣泛，但此種斷面的抗扭性能差。從降低車架縱梁 抗彎應力方面考慮的話， 增大槽形斷面的高度最有利， 但使汽車的質(zhì)心高度增加。 增大上、下翼面的寬度，也可以提高縱梁的抗彎強度，但其值的增加又受到發(fā)動 機、傳動系統(tǒng)部件布置的限制。因此需綜合考慮上述因素的影響，通常取高與寬 的比值為 2.8 3.5 。由于重型載貨汽車的發(fā)動機外型尺寸大，后軸負荷大，為了 使車架作成前、后等寬，有的車架縱梁就采用 Z 形斷面，我國黃河牌載貨汽車的 車架就是采用此種斷面。這種縱梁和橫梁的連接結構復雜，燃油箱的安裝也不方 便。重型載貨汽車和超重型載貨汽車的車架縱梁一般多采

32、用工字形截面的型材或 焊接成的箱形結構。箱形斷面梁抗扭強度大，多用于轎車和輕型越野車。超重型越野車與礦用自卸車的縱梁形式多用鈑料焊接而成，常為箱形或工字形斷面。采 用封閉斷面縱梁構成的車架，其抗彎剛度大，通常客車的車架也是采用此種斷面縱梁的長度一般接近汽車長度，其值約為1.4 1.7倍汽車輪距。H3衛(wèi)圖3-1縱梁形式多品種生產(chǎn)時，常使不同軸距、不同裝載質(zhì)量的系列車型采用內(nèi)高相同的槽 形斷面縱梁，通過變化鈑料厚度或翼緣寬度獲得不同強度。根據(jù)本設計的要求，再考慮縱梁截面的特點，本方案設計的縱梁采用上、下 翼面是平直等高的槽形鋼。 縱梁縱梁總長為8397cm。優(yōu)點：有較好的抗彎強度, 便于安裝汽車部

33、件。車架橫梁形式的確定車架橫梁將左、右縱梁連接在一起，構成一個框架，使車架有足夠的抗彎剛 度。汽車主要總成通過橫梁來支承。載貨汽車的橫梁一般有多根橫梁組成，其結構和用途不一樣。前橫梁通常用來支承水箱。當發(fā)動機前支點安排在左右縱梁上時，可用較小槽型和Z 型斷面橫梁。對于前部采用獨立懸架的轎車，為了改善汽車的視野，希望汽車 頭部高度降低，固需要將水箱安裝得低些，可將前橫梁做成寬而下凹的形狀。當 發(fā)動機前支點和水箱相距很近時，前橫梁常用來支承水箱和發(fā)動機前端，此時需 采用斷面大的橫梁。3.1.3.2 元寶梁為了降低水箱和發(fā)動機的支撐高度以改善視野性能，特制成寬而向下凹的形狀，俗稱為元寶梁。3.1.3

34、.3 中橫梁通常用來作傳動軸的中間支承。為了保證傳動軸有足夠的跳動空間，將其結構做成上拱形。在后鋼板彈簧前、后支架附近所受到的力或轉矩大，則要設置一根抗扭剛度大、連接寬度大的橫梁。3.1.3.4 后橫梁后橫梁上常設有拖曳裝置，裝有拖鉤，故將橫梁做成 K 形結構，利用斜撐來 減少橫梁跨距，使之局部加強。本設計課題是關于中型車車架結構設計，所以采用開口斷面比較合適。本次 設計一共采用大小共 9 根橫梁，各根橫梁的結構與用途如下：第一根橫梁斷面形狀為三角形，也就是角鋼機構，用來支撐水箱，其中間設 有多個方形孔，目的是讓空氣可以流到發(fā)動機底部，也有助于發(fā)動機的散熱。第二根橫梁為發(fā)動機托架，為防止其與前

35、軸發(fā)生碰撞幾干涉，故將其安排放 在發(fā)動機前端，其形狀就是近似元寶的元寶梁，此種形狀有較好的剛度。第三根橫梁為駕駛室的安裝梁。用于駕駛室后部的安裝，斷面形狀為帽形。 第四根橫梁用作傳動軸的支承，其斷面形狀為槽形，為了保證傳動軸有足夠 的跳動空間和安裝空間，將其結構做成上拱形。第五、六根橫梁分別在后鋼板彈簧前、后支架附近，它們所受到的力或轉矩 都很大。它們的斷面形狀也是采用槽形，并且做成扭轉剛度大的 K 形結構第七、八根橫梁不僅要承受各種力和力矩的作用，還要作為安裝備胎的的安 置機構。它們的斷面形狀分別為槽型和三角形。第九橫梁為后橫梁，其將左、右縱梁連接在一起，構成一個框架，使車架有 足夠的抗彎剛

36、度。其斷面形狀為槽形并做成 K 形。3.1.4 車架縱梁與橫梁連接型式的確定縱梁和橫梁的連接方式對車架的受力有很大的影響。大致可分有以下幾種：3.1.4.1 橫梁和縱梁的腹板相連接這種連接型式制造工藝簡單，連接剛度較差，但不會使縱梁出現(xiàn)大的應力，一般車架的中部橫梁采用此種連接方式。3.1.4.2 橫梁同時和縱梁的腹板與任一翼緣（上或下）相連接這種連接方式制造工藝不很復雜，連接剛度增強，故得到廣泛應用。但后鋼 板彈簧托架上的力會通過縱梁傳給后鋼板彈簧的前橫梁，使其承受較大載荷。因 此在設計鋼板彈簧托架時應盡可能減少懸架伸長度，使載荷作用點靠近縱梁彎曲 中心。當偏心載荷較大時，可將該處縱梁作成局部

37、閉口斷面；也可將橫梁穿過縱 梁向外延伸，將載荷直接傳給橫梁。3.1.4.3 橫梁同時和上、下翼緣相連接這種連接形式具有剛性較好的加強角撐，可產(chǎn)生良好的斜支撐作用，使整個 車架的剛度增加，且其翼緣外邊不致因受壓而產(chǎn)生翹曲。車架兩端的橫梁常采用 這種形式和縱梁相連接。但此種連接方式制造復雜，當轉矩過大時，縱梁翼緣上 會出現(xiàn)應力過大的現(xiàn)象，這是由于縱梁截面不能自由翹曲所致。 橫梁和縱梁的固定方法可分為鉚接、焊接和螺栓連接等方式。大多數(shù)車架用搭鐵板通過鉚釘連接。這種方法成本低，適合大批量生產(chǎn)，其 剛度與鉚釘?shù)臄?shù)目與其分布有關。焊接能使其連接牢固，不致產(chǎn)生松動，能保證有大的剛度。但焊接容易變形 并產(chǎn)生較

38、大的內(nèi)應力，故要求焊接質(zhì)量要高，主要在小批量生產(chǎn)或修理時采用。以使螺栓連接主要在某些為了適用于各種特殊使用條件的汽車車架上采用， 裝在汽車車架上的某些部件易于拆卸或互換。但此種連接方式在長期使用時，容 易松動，甚至發(fā)生嚴重事故。一般汽車車架橫梁與縱梁的固定不采用此種方法。緊固件的尺寸和數(shù)量要和橫梁大小相適應，鉚釘分布不要太近。當利用連接 板的翻邊緊固時，應加大連接板的寬度和厚度，緊固孔應盡可能靠近翻邊處，以 防連接損壞。本設計方案中，橫梁與縱梁的連接形式大體都使用鉚釘連接。3.1.5 車架加強板的布置3.1.5.1 車架加強板的布置位置車架前部，由于所受彎曲、扭曲較小，一般不加加強板。車架中部

39、，由于所 受彎曲、扭曲最大，而且此處還是水平方向彎曲最大的部位，因此應加加強扳。 車架后部，由于懸架支撐固定在車架縱梁上。因而縱梁在懸架支架處上受很大支 撐反力，特別是6 X4重型汽車采用平衡懸架，懸架為單點支撐，縱梁所受的支撐 反力更大。為保證該區(qū)域抗彎強度和扭轉剛度，因此，我設計的車架在中后部布 置了加強扳。3.1.5.2 車架加強板的布置方式由于車架縱梁的下翼板應力大，而縱梁的上翼板應力小。但在布置車架加強 扳時卻不能這樣考慮，而應認為車架受交變載荷同時加強上下翼板，使縱粱得到 整體加強。如果僅根據(jù)車架縱粱不同部位上下翼板所受應力的大小進行分別加 強，就會使車架縱梁上下翼板的強度不同，在

40、實際使用中，強度較弱的一邊翼板 就容易開裂，造成車架的早期損壞。由于翼板所受彎曲應力較大，為了避免翼板 由于鉆孔而導致抗彎強度下降。該加強板主要與腹板聯(lián)接。3.1.6 車架加強板形式的確定在設計車架加強板時，應特別注意車架局部區(qū)域的應力集中，主要是指加強 板端頭區(qū)域。為了降低應力集中，加強板的端頭可采用以下三種設計方式（如圖3-2） 。a b c圖 3-2 加強板端頭形式 本方案設計的加強板采用了“ b 方式”。 總之，車架結構的設計要充分考慮到整車布置對車架的要求與企業(yè)的工藝制 造能力，合理選擇縱梁截面高度、橫粱的結構形式、橫粱與縱梁的聯(lián)接方式，并 根據(jù)車架的應力計算合理地布置車架加強板，使

41、車架結構滿足汽車使用要求。以 達到較好的經(jīng)濟效益和社會效益。3.2 車架的受載分析汽車的使用條件復雜， 其受力情況十分復雜， 因此車架上的載荷變化也很大， 其承受的載荷大致可分為下面幾類：3.2.1 靜載荷車架所承受的靜載荷是指汽車靜止時，懸架彈簧以上部分的載荷。即為車架 質(zhì)量、車身質(zhì)量、安裝在車架的各總成與附屬件的質(zhì)量以與有效載荷（客車或貨 物的總質(zhì)量）的總和。3.2.2 對稱的垂直動載荷這種載荷是當汽車在平坦的道路上以較高車速行駛時產(chǎn)生的。其大小與垂直振動加速度有關，與作用在車架上的靜載荷與其分布有關，路面的作用力使車架承受對稱的垂直動載荷。這種動載使車架產(chǎn)生彎曲變形。3.2.3 斜對稱的

42、動載荷這種載荷是當汽車在崎嶇不平的道路上行駛時產(chǎn)生的。此時汽車的前后幾個 車輪可能不在同一平面上，從而使車架連同車身一同歪斜，其大小與道路不平的 程度以與車身、車架和懸架的剛度有關。這種動載荷會使車架產(chǎn)生扭轉變形。3.2.4 其它載荷汽車轉彎行駛時，離心力將使車架受到側向力的作用；汽車加速或制動時， 慣性力會導致車架前后部載荷的重新分配；當一前輪正面撞在路面凸包上時，將 使車架產(chǎn)生水平方向的剪力變形；安裝在車架上的各總成（如發(fā)動機、轉向搖臂 與減振器等） 工作時所產(chǎn)生的力； 由于載荷作用線不通過縱梁截面的彎曲中心 （如 油箱、備胎和懸架等）而使縱梁產(chǎn)生附加的局部轉矩。綜上所述， 汽車車架實際上

43、是受到一定空間力系的作用， 而車架縱梁與橫梁 的截面形狀和連接點又是多種多樣，更導致車架受載情況復雜化。3.3 彎曲強度計算時的基本假設為了便于彎曲強度的計算，對車架進行以下基本假設：一、因為車架結構是左右的對稱的，左右縱梁的受力相差不大，故認為縱梁是支 承在汽車前后軸的簡支梁。二、空車時的簧載質(zhì)量（包括車架自身的質(zhì)量在內(nèi)）均勻分布在左右二縱梁的全 長上。其值可根據(jù)汽車底盤結構的統(tǒng)計數(shù)據(jù)大致估計，一般對于輕型和中型載貨 汽車來說，簧載質(zhì)量約為汽車自身質(zhì)量的 2/3 。三、汽車的有效載荷均勻分布在車廂全長上。四、所有作用力均通過截面的彎曲中心。實際上，縱梁的某些部位會由于安裝外伸部件（如油箱、蓄

44、電池等）而產(chǎn)生 局部扭轉，在設計時通常在此安置一根橫梁，使得這種對縱梁的扭轉變?yōu)閷M梁 的彎矩。故這種假定不會造成計算的明顯誤差。由于上述假設，使車架由一個靜不定的平面框架結構，簡化成為一個位于支 座上的靜定結構。3.4縱梁的彎矩和剪力的計算A要計算車架縱梁的彎矩，先計算車架前支座反作用力，向后輪中心支座處求矩可得Fl = MfiL 一 2b) + M/C 一 2&2)g/ 41(3-1)(3-2)式中：.前輪中心支座對任一縱梁(左縱梁或右縱梁)的反作用力N;二一一后輪中心支座對任一縱梁(左縱梁或右縱梁)的反作用力 N;縱梁的總長，8394mm ；汽車軸距，4700mm ；前懸，127

45、2mm ；后懸，2425mm ；車廂長，6400mm ;爲車廂前端到二軸和三軸軸距的中點的距離，3840mm ;車廂后端到二軸和三軸軸距的中點的距離，2560mm ；空車時的簧載質(zhì)量，約4000kg ；:滿載時有效裝載質(zhì)量，10000kg ；g重力加速度，9.8m/s ；代入(4-1)和(4-2)可得：片=Ma(L - 2b) + 2Ca)g/4L=14061.96NFt=(Meg+Meg)/2-Fl=54538.04N在計算縱梁彎矩時，將縱梁分成兩段區(qū)域，每一段的均布載荷可簡化為作用 于區(qū)段中點的集中力?？v梁各端面上的彎矩計算采用彎矩差法，可使計算工作量 大大減少。彎矩差法認為：縱梁上某一端

46、面上的彎矩為該段面之前所有力對改點 的轉矩之和。一、駕駛室長度段縱梁的彎矩計算在該段內(nèi)，根據(jù)彎矩差法，則有：Mx = FLX-Meg(a + x2 J 411(3-3)式中：.一縱梁上某一段截面的彎矩，N*mm兀一截面到前輪中心的距離，mm車架縱梁前端到前輪中心的距離，mm(一)( 0<X<1272 ) AB段的剪力和彎矩：Q = -MfigX/2LMK = F1X-MB£(a + X)2/4當X=0時Q = 0 NM=0 N當 X=1272Q = -2970.12NM=-.36N mm(二)( 1272 <X<2132 ) BE段的剪力的彎矩：Q = F1-

47、MsgX/2L叫=FX MEg(a + x)z / 41當X=1272時Q=10986.56NM=-1890010.51N mm當 X=2132Q=8979.18NM=6692201.49N mm二、駕駛室后端到后軸段縱梁的彎矩計算在該區(qū)段內(nèi)，根據(jù)彎矩差法，縱梁某一斷面的彎矩為：Mx - F±x - Msg (x + a) /41 - MffgCl (I - x)J /4c（3-4）式中：縱梁上某一截面的彎矩 N*mm ；截面到前輪中心的距離，mm;一車廂前端到后輪中心的距離，mm?？v梁某一斷面上的剪力為該斷面之前所以力之和。Qs = F：5t- Msg (x+1) /2L - Me

48、gCl - (1 - x)J/C(3-5)式中：縱梁某一斷面上的剪力，N。由上可知，縱梁的最大彎矩一定發(fā)生在該段縱梁內(nèi)。其位置可采用求對x的導數(shù)并令其為零的辦法得到。-'-I-'J- -:、；-,_)(3-6)可得：x=1588由上式計算求得縱梁發(fā)生最大彎矩的位置，將該值代入彎矩計算公式，則可 求得縱梁受到的最大彎矩"心口腫滋=12615248.51 Nmm縱梁受到的最大剪力則發(fā)生在汽車后軸附近。當x=l時，剪力最大，其最大剪力二m為：:飛- -可得=-29384.03N(一)( 2132 <X<5972 ) EC段的剪力和彎矩：Q = Fi- M5*5*

49、X/2L-Me*g* (X-2132)/2cM = Fix Ms * g(x + a)z/4I Me * gCl Q /4c當 X=2132Q=8979.18NM=6692201.49N mm當 X=5972Q=-29384.03NM=-23915723.09N mm(二)( 5972 WXW8397 ) CD段的剪力和彎矩:Q = (Ms 1/4L+ Me g/4c) X (7260 - X)M = -Ms g/4L + Me g/4c) X (7260 - X)2當 X=5972Q=12115.92NM=-23915723.09N mm當 x=8397Q=0 NM=0 N mm剪力圖彎矩圖

50、以上僅考慮汽車靜載工況下，縱梁斷面彎矩和剪力的計算。實際上，汽車行駛時還受到各種動載荷的作用。因此，汽車行駛時實際受到的最大彎矩認小我和 最大剪力氐二江為:Qdmax = X Qmac式中：一一動載系數(shù)，對于轎車，客車'.=1.75，載貨汽車鼠l=2.5，越野汽車1 d=3.0。則有：* y 一?：I " =73460.08N- - -:-=31538121.28N343車架材料的確定車架材料應具有足夠高的屈服極限和疲勞極限，低的應力集中敏感性，良好 的冷沖壓性能和焊接性能。低碳和中碳低合金鋼能滿足這些要求。車架材料與所 選定的制造工藝密切相關。拉伸尺寸較大或形狀復雜的沖壓件

51、需采用沖壓性能好 的低碳鋼或低碳合金鋼08、09MnL、09MnREL等鋼板制造；拉伸尺寸不大、形 狀又不復雜的沖壓件采用強度稍高的 20、25、16Mn、09SiVL、10TiL等鋼板制 造。強度更高的鋼板在冷沖壓時易幵裂且沖壓回彈較大，故不宜采用。轎車車架縱梁、橫梁的鋼板厚度約為 3.04.0mm ;貨車根據(jù)其裝載質(zhì)量的 不同，輕、中型貨車沖壓縱梁的鋼板為 5.07.0mm，重型貨車沖壓縱梁的鋼板 厚度約7.09.0mm。這次設計，采用16Mn鋼板制造車架，其疲勞強度c -1 = 220260MPa ?？v梁截面特性的計算車架縱梁和橫梁截面系數(shù) W按材料力學的方法計算對于槽形斷面(如圖3-3

52、 )，斷面系數(shù) W為W t h (h + 6b) / 6取 h=220mm,b=77mm, t=7mm, '' t ；l 扛-二一；=118580mm3式申° =圖3-3345彎曲應力計算與校核縱梁斷面的最大彎曲應力3為:3= /W則最大應力為：3二/W=165.54Mpa按照上式求得的彎曲應力應不大于材料的許用應力3。許用應力可以按照以下公式計算：3= Ss/n式中：3s材料的疲勞極限，對于 16Mn材料，3s=340 36MPa;n 安全系數(shù)，一般取安全系數(shù)n=1.15 1.40。則許用應力為：3= 3s/n=350/1.25=280所以3=156.78Mpa 小

53、于3范圍內(nèi)上述計算符合應力要求3冬3, 最終確定縱梁槽形斷面的尺寸為：h=220mmb=77mmt=7+4mm（根據(jù)經(jīng)驗：縱梁還須在彎矩大的區(qū)域布置加強板，加強板厚為4mm,加強板布置在EC段和CD段）臨界彎曲應力3 c計算和校核當縱梁受彎變形時，上下翼緣分別受到壓縮和拉伸的作用，可能會造成翼緣 的破裂。因此應按薄板理論進行校核。對于槽型截面縱梁來說，其臨界彎曲應力 3c :I 二 y X 卩-<350式中：E材料的彈性模量，E=2.06MPa ;U 泊松比。對 16Mn , u=0.3 。由上式可得b <16t 取 b=76mm ，t=7mm則有76 <112因此，車架滿足

54、臨界彎曲應力的要求。小結： 通過對車架結構的設計，包括縱梁的設計，加強梁的設計，橫梁的設計，橫 梁與縱梁的連接設計，確定了車架的大體結構。為保證車架結構設計的科學性， 合理性，對車架縱梁進行了彎矩和剪力的計算，以與校核，更進一步確定車架的 材料和主要參數(shù)。第4 章 車架的制造工藝4.1 車架梁的制造工藝4.1.1 縱梁和縱梁加強板4.1.1.1 產(chǎn)品特征斷面形式 ：等斷面 、變端面；長度形式 ：直線式、前端彎 曲式；料厚：縱梁 6.5 、7.0 、8.0mm ；縱梁加強板 4.0 、5.0 、6.0 、7.0mm ；縱梁長度： 5600-11540mm 。4.1.1.2 工藝特點a 工藝流程第

55、一種模式 ：剪切一用模具落料； 中孔一用模具壓彎成形 一裝配一油漆。第二種模式 ：剪切 一用模具落料沖工藝孔一用平面數(shù)控沖孔機沖孔一用模 具壓彎成形 一裝配一油漆。第三種模式 ：剪切 一用平面數(shù)控沖孔機沖孔一折彎成形一裝配一油漆。第四種模式 ：單倍尺卷料 一輥壓成形 一切斷一用三面數(shù)控；中孔機 ；中 孔一等離子切割局部外形一噴丸。b 生產(chǎn)設備機械壓力機 ：3000 、 3500 、4000 、5000t ； 平面數(shù)控； 中孔機、三面數(shù)控； 中孔機、折彎機； 采用模具生產(chǎn)和平面數(shù)控沖孔機模式的工藝 ，一般受產(chǎn)品結構、壓床噸位（ 一般為 3000 、 3500 、4000 、5000t） 限制。不

56、能采用強度過高的高強度鋼板， 即屈服強度在 350-560N/mm 以下的高強度鋼板 ；縱梁和縱梁加強板的長度不 易太長，應控制在 10000mm 左右。材料厚度與材料長度成反比，控制在 8mm 以下為好。采用輥壓成形模式的工藝 ，在購買設備時就已將材料參數(shù)即屈服 強 度設定在 350-700N ，mm 以下，可以選擇屈服強度在 700/mm 以下的材料 ， 長度不限，厚度控制在 10mm 以下?？v梁和縱梁加強板用材受設備 、工藝模式 、 產(chǎn) 品結構影響 ，材料強度級別范圍也有所不同。一般來說開發(fā)縱梁和縱梁加強 材料時應結合其工藝條件，從材料的使用范圍入手，確定合理的高強度鋼板強度 開發(fā)范圍，

57、從而適用不同的工藝模式。還應研究高強度鋼板 回彈消除問題、可 適用的焊接方式和 匹配的焊條 、對模 具材料的強度要求 、適用油漆方式等相 關參數(shù)，從而提高材料的應用空間。4.1.2 橫梁貨車車架上一般有 5-11 根橫梁 ，其用途和結構各不相同。 不同條件的汽車 橫梁其結構型式變化較大 。目前 ，汽車車架上使用的梁通常 以槽型式和鱷魚 口式居多如 。這是 因為槽型式橫梁曲剛度和強度都較大 ，且便于制：鱷魚 口 式橫梁具有較大的連接度、截面高度較低 ，可 以讓開口向下的優(yōu)點。汽車橫梁 一般都是采用沖壓加工方法生產(chǎn)。產(chǎn)品特征厚度 ：4.0 、5.0 、7.0 、8.0 、1.0mm ；長度 ： 600-790mm ；抗拉強度： 370-610 N mm ；形狀 ：