輕型載貨汽車車架和懸架設(shè)計論文

1、第1章 前言概述車架和懸架系統(tǒng)是汽車設(shè)計的重要部分，因為它們的好壞直接關(guān)系到汽車各個方面（操控、性能、安全、舒適）性能。現(xiàn)代汽車絕大多數(shù)都具有作為整車骨架的車架。汽車車架是整個汽車的基體，在它上面安裝著汽車的各個主要總成（發(fā)動機、傳動系、 汽車車身和車箱等)/并把這些總成聯(lián)合成為一輛完整的汽車。另外，車架還承:受作用于汽車上的所有靜載荷（懸掛以上的汽車各總成的重量和有效載荷）和汽車行駛時產(chǎn)生的動載荷 (各種力和力矩)。為了使車架具有上述功能，對汽車車架有如下的一些要求：要有足夠的強度：必須保證在各種復(fù)雜受力的情況下不致破壞。要求具有足夠的疲 勞強度，在汽車運行3050萬公里以前，不致有嚴重的疲

2、勞損傷。1. 要有合適的剛度：保證汽車在各種使用條件下，固定在車架上的各總成不致因為車架的變形而早期損壞或失去正常工作能力，故車架應(yīng)有足夠的剛度。但是，當(dāng)汽車行駛于不平路面時，為了保證汽車對路面不平度的適應(yīng)性，以提髙汽車的平順性和通過能力，又要求車架具有一定的撓性，即扭轉(zhuǎn)剛度不宜過高。2. 在保證強度的前提下,應(yīng)盡量地減輕車架的重量：車架的重量約占汽車自重的10%, 用于車架的鋼板消耗量也相當(dāng)大，例如解放牌汽車的車架縱、橫梁所消耗的鋼板占全車鋼板消耗量的40%左右。因此，車架應(yīng)按照等強度的原則進行設(shè)計，以減輕汽車的自重和降低材料消耗量。當(dāng)今，對車輛輕量化和降低成本的要求越來越高，于是對車架的結(jié)

3、構(gòu)形式設(shè)計有高的要求。首先要滿足汽車總布置的要求。汽車在復(fù)雜多邊的行駛過程中，固定在車架上的各總成和部件之間不應(yīng)發(fā)生干涉。汽車在崎嶇不平的道路上行駛時，車架在載荷作用下可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形以及在縱向平面內(nèi)的彎曲變形；車架布置的離地面近一些，以使汽車重心位置降低，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性。車架是一種受力情況很復(fù)雜的構(gòu)件，目前在進行車架設(shè)計時，一般只進行抗彎強度計 算，在抗扭強度計算方面還有不少問題尚未得到解決，所以車架設(shè)計尚未建立完整的計算方 法。設(shè)計時除進行抗彎強度計算之外，還對國內(nèi)現(xiàn)有的同類型汽車車架斷面尺寸進行統(tǒng)計和核算，以作為選擇斷面的參考依據(jù).懸架設(shè)計是研究懸架系統(tǒng)的搌動特性，討論懸架設(shè)

4、計對平順性、穩(wěn)定性和通過性等性能 的影響，從而作出妥善設(shè)訃。汽車懸架是將車架（或車身）與車軸（或直接與車輪）彈性聯(lián)接的部件，其主要功用如下：1. 緩和、抑制由于不平路面所引起的振動和沖擊，以保證汽車有良好的平順性。 2. 迅速衰減車身和車橋（或車輪）的振動。3. 傳遞作用在車輪和車架（車身）之間的各種力（垂直力、縱向力和橫向力）和力矩 (制動力矩和反作用力矩)。保證汽車行駛所必要的穩(wěn)定性。汽車懸架通常由彈性元件、導(dǎo)向機構(gòu)和減震器等三部分組成。彈性元件主要用來傳遞垂 直力和緩和沖擊。當(dāng)橫向角剛度較小時，有時還裝有橫向穩(wěn)定器以減小車身的橫向擺動。導(dǎo) 向機構(gòu)用來決定車輪相對于車架（或車身）的運動特性

5、，以保證有必要的穩(wěn)定性，同時傳$ 除垂直力以外的力和力矩。減震器用來迅速衰減車身和車橋（或車輪）的振動。目前，最廣泛采用的鋼板彈簧，不僅用作彈性元件而且兼起導(dǎo)向作用（通過卷耳和支 座）和阻尼作用、（通過片間摩擦）。在進行設(shè)計時，要滿足以下幾點要求：a規(guī)范合理的型式和尺寸選擇，結(jié)構(gòu)和布置合理。b保證整車良好的平順性能。c工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整。d盡量使用通用件，以便降低制造成本。e在保證功能和強度的要求下，盡量減小整備質(zhì)量。f其它有關(guān)產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范和標準。目前，農(nóng)用運輸車不能滿足三農(nóng)市場需求，突出表現(xiàn)為一般產(chǎn)品生產(chǎn)能力過剩，技術(shù)水平低，質(zhì)量和維修服務(wù)水平差，價格較高，而市場急

6、需的高質(zhì)量經(jīng)濟型產(chǎn)品不能滿足需求。結(jié)合生產(chǎn)實際，在農(nóng)用運輸車基礎(chǔ)上對低速載貨汽車車架及懸架系統(tǒng)進行了設(shè)計。 4.1.2 車架的發(fā)展早期汽車所使用的車架，大多都是由籠狀的鋼骨梁柱所構(gòu)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(gòu)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(gòu)造。這種設(shè)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(shè)計。由于鋼骨設(shè)計的車架必須通過許多接點來連結(jié)主梁和副梁，加之籠狀構(gòu)造也無法騰出較大的空間，因此

7、除了制造上比較復(fù)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(jié)構(gòu)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，這種單體車架一般以“底盤”稱之。關(guān)于單體車架，簡單的說就是將引擎室、車廂以及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數(shù)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，例如本田NSX所使用的鋁合金以及法拉利F50、Enzo所使用的碳纖維材料等。鋁合金是80年代末期

8、相當(dāng)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量而采用鋁合金材料的動機，當(dāng)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(jié)合蜂巢狀夾層鋁合金的復(fù)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(dāng)復(fù)雜且費時，成本也相對更高，所以至今仍無法普及到一般市售車上，而僅有少數(shù)售價高昂的跑車使用。

9、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的方式，近年來卻受到不少車廠的重視，這樣的結(jié)構(gòu)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。歐美從90年代開始逐漸提高了撞擊事故的安全防護標準，這也是凸現(xiàn)出車架剛性重要的另一原因。許多車廠為了在撞擊事故發(fā)生時能夠確保車內(nèi)乘員的安全，惟有針對車架以及車體進行全面強化，這也使得除了車架以外的強度有所改善，包括鈑件厚度的改變以及各種輔助梁的增設(shè)也成為各廠慣用的手法。不過在這樣的情況下，伴隨而來的是車重相對增加，這也正是歐美日許多市售車的重量比起10年前、20年前增加不

10、少的主要原因。關(guān)于剛性的確保，大多數(shù)車廠在新車的設(shè)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(shè)計依據(jù)。有些車廠在用電腦完成設(shè)計雛形后，還會再由專業(yè)的試車人員進行實際測試。中國第一汽車集團凌源汽車制造有限公司汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線競標成功。 汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線是我公司繼兩年前成功設(shè)計制造了合肥江淮汽車廠汽車縱梁數(shù)控平板沖孔生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，在汽車縱梁數(shù)控沖孔方面的又一標志性成果，填補了國內(nèi)設(shè)計制造汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的空白。汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的設(shè)計制造成功，在汽車制造行業(yè)具有劃時代的意義，標志著中國在汽車車架數(shù)控沖孔加工的生產(chǎn)設(shè)備方面達到了國際先

11、進水平，降低了汽車制造行業(yè)購置汽車車架數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的巨大費用，積極推動了中國汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，為中國汽車制造業(yè)早日與國際接軌奠定了基礎(chǔ)。我國的車架企業(yè)基本擁有剪切、沖壓、焊接、鉚接、油漆、機加工六大工藝能力和完善的檢測手段、研究設(shè)計中心，具有16噸至3000噸的冷沖壓能力，具備了開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)各種類型車架。第2章 總體方案論證2.1 設(shè)計選型原則2.1.1車架的設(shè)計方案根據(jù)縱梁的結(jié)構(gòu)特點，車架可分為以下幾種方案X形車架，,它是由二根縱梁及X型橫梁組成的X型車架實質(zhì)上是邊梁式車1的改進，其目的在于提高車架的抗扭剛度。X型車架之所以能達到這一目的，是因為當(dāng)車架受扭時，X型橫梁能將扭矩轉(zhuǎn)換成

12、彎矩的緣故。 但是狹而長的車架采用X型橫梁并無明顯優(yōu)點，這是因X型橫梁太長時,受壓的一根可能喪失穩(wěn)定,失去抵抗能力因此，X型橫梁的優(yōu)點僅對短 而寬的車架較有效，最適宜于小客車。2、梯形車架，梯形車架是由兩根相互平行的縱梁和若干根橫梁組成。其彎曲剛度較大，而當(dāng)承受扭矩時，各部分同時產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。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型，因此被廣泛地用在載貨汽車、越野汽車、特種車輛和用貨車底盤改裝的大客車上；梯形車架3、中粱式車架；中梁式車架，或稱脊骨式車架: 它只有一根位于中央且貫穿汽車全長的縱梁。中央 縱梁可以是圓管狀的，也可以是箱形斷面的。中梁的前端做成伸出支架，用以

13、固定發(fā)動機。傳動軸在中粱內(nèi)穿過。主傳動器通常是固定在中梁的尾端，而形成斷開式的驅(qū)動橋。在中梁上固定有橫梁，用以支承汽車車身。4、綜合式車架；是中梁式車架的變型，它的一部分為管或梁,而其余部分成叉形。采用中梁式或綜合式車架，可以獲得很強的抗扭能力。但是它們也存在很多缺點I如車身等其總成在車架上面的連結(jié)是比較復(fù)雜的,而且橫梁懸臂較長,彎矩較大，使橫梁與中梁的連接處容易損壞。因此，目前尚未獲得廣泛的采用。結(jié)合生產(chǎn)實際及設(shè)計要求，選用方案2。2.1.2 懸架的設(shè)計方案a前輪和后輪均采用非獨立懸架；b前輪采用獨立懸架，后輪采用非獨立懸架；c前后輪均采用獨立懸架；非獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是，左右車輪用一根整體

14、軸連接再經(jīng)過懸架與車架（或車身）連接；獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是左右車輪通過各自的懸架與車架（車身）連接。結(jié)合生產(chǎn)實際及設(shè)計要求，選用方案a。由于是載貨汽車，前后懸架均采用縱置半橢圓形鋼板彈簧，當(dāng)采用縱置鋼板彈簧作彈性元件時，它兼起導(dǎo)向裝置作用。緩沖塊用來減輕車軸對車架（或車身）的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時車身的側(cè)傾角和橫向角振動。2.1.3整體設(shè)計方案綜合上述兩方案確定了整體設(shè)計方案：梯形車架和前后懸架均采用縱置半橢圓形鋼板彈簧非獨立懸架。22 設(shè)計內(nèi)容a參與總體設(shè)計；b車架、懸架結(jié)構(gòu)型式分析和主要參數(shù)的確定；c車架、懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計。第3章 主要尺寸

15、參數(shù)的選定參考車型及其參數(shù)參考車型：歐鈴ZB5040XXYBSC3S廂式運輸車詳細參數(shù)：發(fā)動機型號：SD4W58-3U 發(fā)動機功率：58 kw發(fā)動機排量：2156ML 發(fā)動機類型：柴油發(fā)動機 外形尺寸（長×寬×高）：5150×1695×2660 mm貨箱欄板內(nèi)尺寸：2390×1585×1700 mm總質(zhì)量：3770 Kg 整備質(zhì)量：1780 Kg額定載質(zhì)量：1665 Kg 接近角/離去角：21/16前懸/后懸：1010/1440 mm 軸距：2700 mm軸荷：1260/2510 N 最高車速：90 km/h前輪距：1240 mm 后

16、輪距：1360 mm底盤型號：ZB5040XXYBSC3S 軸數(shù)：2底盤尺寸（長×寬×高）：4810×1605×1990彈簧片數(shù)：6/5+33.1 外廓尺寸我國對低速載貨汽車的限制尺寸是：總高不大于2.05米；總寬不大于2米；總長不大于6米。3.2 質(zhì)量參數(shù)3.2.1 裝載質(zhì)量mG按要求取mG=1700kg3.2.2 整備質(zhì)量m0汽車的裝載量與整備質(zhì)量之比mG/m0稱為汽車的整備質(zhì)量利用系數(shù)m0。它表明單位汽車整備質(zhì)量所承受的汽車裝載質(zhì)量。參考國內(nèi)外同類型同級別的汽車整備質(zhì)量利用系數(shù)和查汽車設(shè)計表2-10，所以：m0=m/0.8=2125 G在輕型載貨汽

17、車之列,所以滿足設(shè)計要求取m0=2100。33.2.3滿載質(zhì)量mama=mG+m0=3800kg3.2.4車架寬度車架寬度是指左右縱梁腹板外側(cè)面之間的寬度。在總體設(shè)計中，整車寬度確定后，車架前后部分寬度就可以根據(jù)前輪最大轉(zhuǎn)向角、輪距、鋼板彈簧片寬、裝在車架內(nèi)側(cè)的發(fā)動機外廓寬度及懸置等尺寸確定。從提高整車的橫向穩(wěn)定性以及減小車架縱梁外側(cè)裝置件的懸伸長度來看，車架盡量寬些，同時前后部分寬度應(yīng)相等。以便簡化制造工藝和避免縱梁寬度變化處產(chǎn)生應(yīng)力集中。我國汽車專業(yè)標準（汽132-59載重汽車車架寬度標準）規(guī)定“車架寬度標準為865 ±5毫米”。由（汽車設(shè)計）表225取的車架寬860mm。3.2

18、.5軸距L由總體設(shè)計取軸距2700mm。第4章 車架總成設(shè)計41 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計車架是支撐、連接汽車備總成的零部件，并承受來自車內(nèi)外的各種載荷的基礎(chǔ)構(gòu)件。傳統(tǒng)的梯形車架由于其所起到的緩沖、隔振、降低噪聲、延長車身使用壽命等特點及生產(chǎn)上的繼承性、工藝性等原因仍廣泛應(yīng)用在大型掛車上。貨車車架應(yīng)具有足夠的強度和適當(dāng)?shù)膭偠?。同時要求其質(zhì)量盡可能小。此外，車架應(yīng)布置得離地面近一些，以降低整車重心位置，有利于提高汽車行駛的穩(wěn)定性。圖4-1 車架結(jié)構(gòu)示意圖4.1.1 縱梁形式的確定縱梁是車架的主要承載部件，在汽車行駛中受較大的彎曲應(yīng)力。車架縱梁根據(jù)截面形狀分有工字梁和槽形梁。由于槽形梁具有強度高、工藝簡單等

19、特點，因此在載貨汽車設(shè)計中選用槽形梁結(jié)構(gòu)。另外為了滿足低速載貨汽車使用性能的要求，縱梁采用直線形結(jié)構(gòu)。這樣既可降低縱梁的高度，減輕整車自身重量，降低成本，亦可保證強度。材料選用16Mn低合金鋼，16Mn低合金鋼在強度,塑性,可焊性方面能較好地滿足剛結(jié)構(gòu)，是應(yīng)用最廣泛的低合金鋼，綜合機械性能良好,正火可提高塑性，韌性及冷壓成型性能。4.1.2 橫梁形式的確定橫梁是車架中用來連接左、右縱梁，構(gòu)成車架的主要構(gòu)件。橫梁本身的抗扭性能的好壞及其分布，直接影響著縱梁的內(nèi)應(yīng)力大小及其分布 合理設(shè)計橫梁，可以保證車架具有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。從早期通過試驗所得出的一些結(jié)論可以看出，若加大橫梁的扭轉(zhuǎn)剛度，可以提高整個

20、車架的扭轉(zhuǎn)剛度，但與該橫梁連接處的縱梁的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力會加大；如果不加大橫梁，而是在兩根橫梁間再增加橫梁，其結(jié)果是增加了車架的扭轉(zhuǎn)剛度，同時還降低了與橫梁連接處的縱梁扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在橫梁上往往要安裝汽車上的一些主要部件和總成，所以橫梁形狀以及在縱梁上的位置應(yīng)滿足安裝上的需要。橫、縱梁的斷面形狀、橫梁的數(shù)量以及兩者之間的連接方式，對車機架的扭轉(zhuǎn)剛度有大的影響。縱、橫梁材料的選用有以下三種：車架A：箱型縱梁、管型橫梁，橫、縱梁間采用焊接連接，扭轉(zhuǎn)剛度最大。車架B：槽型縱梁、槽型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉(zhuǎn)剛度適中。車架C：槽型縱梁、工字型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉(zhuǎn)剛度最小。從以上三種車架的對比可

21、以看出：低速載貨汽車應(yīng)該選用車架B。本設(shè)計共有六根橫梁，有前橫梁，第二橫梁，第三橫梁，第四橫梁，第五橫梁，第六橫梁。4.1.3 縱梁與橫梁的連接橫梁和縱梁多數(shù)是用搭接板通過鉚釘連接，也 有些車架是采用焊接或用螺釘連接（螺釘連接易生 銹）的。左圖是縱與橫梁的幾種連接方式；搭接 板多數(shù)是固定在縱梁的上、下翼面上和縱梁的腹板上，也有連接在縱梁的腹板上和一個翼面上的。（如下圖）轎車車架的縱、橫梁采用焊接方式連接，而貨車則多以鉚釘連接（見下圖）。鉚釘連接具有一定彈性，有利于消除峰值應(yīng)力，改善應(yīng)力狀況，這對于要求有一定扭轉(zhuǎn)彈性的貨車車架有重要意義。圖4-2 車架鉚接示意圖鉚接設(shè)計注意事項：a.盡量使鉚釘?shù)?/p>

22、中心線與構(gòu)件的端面重心線重合；b.鉚接厚度一般不大于5d；c.在同一結(jié)構(gòu)上鉚釘種類不益太多；d.盡量減少在同一截面上的鉚釘孔數(shù)，將鉚釘交錯排列；842 車架的技術(shù)要求a.車架左右縱梁間的距離為860±20，而在車架前橫梁及轉(zhuǎn)向器范圍內(nèi)應(yīng)為860±1.0。b.車架總成左右縱梁上表面應(yīng)在同一平面內(nèi)，其不平度在全長上不大于3.0，且在轉(zhuǎn)向器固定處，該表面與縱梁側(cè)面的垂直度應(yīng)不大于0.5。c.車架總成駕駛室前后固定點的相對位置尺寸應(yīng)符總裝圖要求，駕駛室后支點與前支點高度差為10±1.0。d.在車架總成上，左右對稱的前后鋼板彈簧支架及吊耳支架其銷孔中心線應(yīng)在同一直線上，且與

23、車架中心線垂直，偏差不大于1000：1.5，左右對稱支架的相對位置尺寸應(yīng)符合要求。e.車架總成鉚接零件的接合面必須緊固無縫隙，緊接面的直徑應(yīng)不小于鉚釘直徑的1.5倍，且具有正確形狀不允許有傾斜，呲牙等缺陷，鉚接后的鉚釘頭和鉚釘中心線的不同軸度應(yīng)不大于1.0。f.車架的全部鉚接部分應(yīng)仔細檢查，鉚后零件上不得有裂縫，若有裂縫須更換重鉚。g. 車架總成車架第二橫梁連接的螺母應(yīng)裝置于車架的內(nèi)部。第5章 車架的設(shè)計計算5.1 車架的計算：5.1.1 縱梁彎曲應(yīng)力彎矩M可用彎矩差法或多邊形法求得。對于載重汽車，可假定空車簧上重量Gs均布在縱梁全長上，載重Ge均布在車箱中，空車時簧上負荷 Gs(對4X2貨車

24、可取Gs=2m0g/3)m0整備質(zhì)量。3圖5-1縱梁彎曲應(yīng)力由上圖得：Rf=Gs(L-2b)+Ge(c-2c2)/4l （5-1）2M=c1x2Gs4(a+b+L)2L(x-xL)+ax2L-bx2L-a+2Ge4(c1+c2)L-c2x2L-(x-L+c2) （5-2）x=2Rf-Gsa/L+Ge(l-c1)/c(Gs/L+Ge/c) （5-3）a=1010mm，b=1105mm，l=2700mm，L=4815mm，c=1500mm，c=2200mm，c=3700mm。將已知量代入上式得：Rf=2×2100×9.83×(4.815-2×1.105)+3

25、800×9.8×（3.7-2×1.5）42.7=5723Nx=2×5723-2×2100×9.83×1.014.815+3800×9.8×(2.7-2.2)3.7(2×2100×9.834.815+3800×9.8/3.7)=1.05mM=2×3800×9.8/34(1.01+1.105+2.7) ×2.7(1.05-1.05/2.7)+1.01×1.05/2.7-1.105×1.01/2.7-1.01+3800×9

26、.8/4(2.2+1.5)2.2×1.05/2.7-1.5×1.05/2.7-(1.05-2.7+1.5)=3307.4N.m5.1.2局部扭轉(zhuǎn)應(yīng)力相鄰兩橫梁如果都同縱梁翼緣連接,扭矩T作用于該段縱梁的中點,則在開口斷面梁中扇性應(yīng)力可按下式計算：10W=BW/IW (5-4)式中 Iw扇性慣性矩；W扇性坐標；對于槽形斷面W=hb(h+3b)/2(h+6b) (5-5) 由材料力學(xué)表B-4熱軋槽鋼（GB/T-707-1988）查得h=80mm,b=43mm,d=5.0mm,t=8.0mm則W=8043(80+343)/2(80+643)=1063.55mm2對于工字形斷面 W

27、=-hb/45.1.3 車架扭轉(zhuǎn)時縱梁應(yīng)力如橫梁同縱梁翼緣相連，則在節(jié)點附近，縱梁的扇性應(yīng)力：w=aEWLl (5-6)式中 E彈性模量，對低碳鋼和16Mn鋼：E=2.06105MPa；車架軸間扭角；L軸距；l節(jié)點間距；a系數(shù)，當(dāng)kL=0時，a=6；kL=12時，a=5.25。車架扭轉(zhuǎn)時，縱梁還將出現(xiàn)彎曲應(yīng)力，須和w相加。5.2 車架載荷分析汽車靜止時，車架上只承受彈簧以上部分的載荷稱為靜載荷。汽車在行駛過程中，隨行駛條件(車速和路面情況)的變化，車架將主要承受對稱的垂直動載荷和斜對稱的動載荷。5.2.1 對稱的垂直動載荷這種載荷是當(dāng)汽車在平坦道路上以較高車速行駛時產(chǎn)生的，其值取決于作用在車架

28、上的靜載荷及其在車架上的分布，還取決于靜載荷作用處的垂直加速度之值。這種動載荷會使車架產(chǎn)生彎曲變形。5.2.2 斜對稱的動載荷當(dāng)汽車在不平道路上行駛時，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起歪斜，其值取決于道路不平坦的程度以及車身、車架和懸架的剛度。這種動載荷將會使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。由于汽車的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用工況多變，除了上述兩種主要載荷的作用外，汽車車架上還承受其他的一些載荷。如汽車加速或制動時會導(dǎo)致車架前后載荷的重新分配；汽車轉(zhuǎn)向時，慣性力將使車架受到側(cè)向力的作用。一般來說，車架主要損壞的疲勞裂紋起源于縱梁和橫梁邊緣處，然后向垂直于邊緣的方向擴展。在縱梁上的裂紋將迅速發(fā)

29、展乃至全部斷裂，而橫梁上出現(xiàn)的裂紋則往往不再繼續(xù)發(fā)展或擴展得很緩慢。根據(jù)統(tǒng)計資料可知，車架的使用壽命主要取決于縱梁抗疲勞損傷的強度。因此，在評價車架的載荷性能時，主要應(yīng)著眼于縱梁。53 車架彎曲強度的計算由于結(jié)構(gòu)的限制，車架必須滿足強度要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。5.3.1 受力分析為簡化計算，設(shè)計時做以下幾點假設(shè)：a縱梁為支撐在前后軸上的簡支梁b空車時簧載質(zhì)量均布在左、右縱梁的全長上c所有作用力均通過截面的彎心(局部扭轉(zhuǎn)的影響忽略不計)其中l(wèi)1=493mm,l2=990mm,l3=986mm,l4=975mm,所以L=l1+l2+l3+l4+l5+l6=48155.3.2 彎矩的計算總體設(shè)計中又知：

30、車載質(zhì)量為A所以均布載荷集度q為：q=(mG+m0)/(l1+l2+l3+l4+l5+l6) mGl5=950mm,l6=421mm =1500kg ，簧上整備質(zhì)量m0=2000kg。=(1700+2100)/(493+990+986+975+950+421)=7.89N/mmKong圖5-2 車架載荷示圖B求支反力由平衡方程MF=0得： 2F2×2700+1010×7.89×1010/2=(2700+1105) ×(2700+1105) ×7.89得：F2=19663.5NF1=(mg+m0)g-F2=17614.5N把車架縱梁分為六段。如圖

31、5-3所示：圖5-3 縱梁分段受力示圖當(dāng)0<xl1時：剪力Q1=-qx=-7.89x彎矩M1=-qx2/2=-3.95x2當(dāng)l1<xl1+l2+l3+l4時：剪力Q=-qx+F1=17614.5-7.89x彎矩M1=F1(x-l1)-qx2/2=17614.5(x-493)-3.95x2當(dāng)l1+l2+l3+l4<xl5+l6時：剪力Q1=-qx+F1+F2=37278-7.89x2彎矩M1=-q×(L-x)2/2=-7.89×(4815-x)2a. 變載面處的剪力和彎矩：當(dāng)x=l1=493mm時：Q=-7.89x=3889.77NM=-qx2/2=9600

32、43.55N.mm當(dāng)x=l1+l2=1483mm時：Q=17614.5-7.89x=5913.6NM=17614.5(x-493)-3.95x2=8751164N.mm當(dāng)x=l1+l2+l3=493+990+986=2469mm時：Q=17614.5-7.89x=1865.91NM=17614.5(x-493)-qx2/2=10727207N.mm當(dāng)x=l1+l2+l3+l4=3444mm時：Q=17614.5-7.89x=9558.66NM=17614.5(x-493)-3.95x2=5128902N.mm當(dāng)x=L=4815時：Q=37278-7.89x=-712.3M=-3.95(4815

33、-x)2=0b. 求最大彎矩：因為Q=dM/dx，所以當(dāng)Q=0時，彎矩最大即Q=10445.5-7.89x=0,x=1032.89mm時，彎矩最大Mmax=17614.5(x-493)-3.95x2=5368907.24.5 ×1065.3.3 強度驗算實驗表明，當(dāng)車速約40 kmh時，汽車在對稱的垂直動載工況下，其最大彎矩MDmax約為靜載荷下的3(卵石路)4.7(農(nóng)村土路)倍，同時，考慮到動載荷作用下，車架處于受疲勞應(yīng)力狀態(tài)，如取疲勞安全系數(shù)為1.151.4，可求得動載荷下的最大彎矩：MDmax=1.4×4.7×5.4×106=3.55×1

34、07可用下式來校核縱梁的彎曲強度：=MDmax/Wx (5-7) 式中： 縱梁的彎曲強度Wx 抗彎模量=3.55×107/1.87×104=1898.35MPa如圖可知區(qū)域載面形狀和載面特性，即抗彎截面系數(shù)為：W=(BH3-bh3)/6H (5-8) h=H-21 ， b=B-2 (5-9)Wx=4380(3-38703)/6801.8710mm43比較車架全長上受力分析可知：最大受力可能發(fā)生在最大彎矩處或變載面處，求兩點的受力值加以比較求出安全系數(shù)：n=s/i (5-10)其中s為材料的屈服應(yīng)力，取其值為360MPamax=Mmax/Wx=288.7 MPaN=s/max

35、=1.25綜上所述：車架發(fā)生最大受力時，靜載安全系數(shù)不小于1.43， 按上式求得的彎曲應(yīng)力不超過縱梁材料的疲勞極限-1220280MPa。54 車架扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的計算5.4.1 受力分析簡化設(shè)計計算，假設(shè)牽引橫梁為一根前懸架梁，共有七根主橫梁，分別為前端橫梁，工具箱橫梁，三根方形橫梁，一根矩形橫梁和后端橫梁，間距分別為la=493mm, lb=990mm, lc=986mm, ld=975mm, le= 950mm, lf=421mm。反載荷均勻分布在縱圖5-4 車架在反對稱載荷作用下的受扭情況簡圖16為橫梁；ae為縱梁的區(qū)段圖5-4為車架在反對稱載荷作用下的受扭情況簡圖。作用在車架上的四個力R位

36、于前后車輪軸線所在的橫向鉛垂平面內(nèi)。5.4.2 求最大扭矩Tmax這時各橫梁的扭轉(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存在以下關(guān)系：=TlGJk=57.3TlGJk() (5-11)式中：T車架元件所受的扭矩，N·mmL車架元件的長度，mmG材料的剪切彈性模量，MPaJk車架元件橫斷面的極慣性矩，mmTk4因此，作用在車架元件上的扭矩與該元件的扭轉(zhuǎn)剛度GJkk成正比，故有T1:T2:T7:Ta:Tb:Tf=Jk1:Jk2:Jk7:Jka:Jkb:Jk4式中： T1,T2,橫梁1，2，所受的扭矩；Jk1,Jk2,橫梁1，2，橫斷面的極慣性矩；T

37、1,T2,縱梁在1，2和1，2，橫梁間所受的扭矩；縱梁在1，2和1，2，橫梁間橫斷面的極慣性矩； Jk1,Jk2,如果將車架由對稱平面處切開見圖5.8，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橫梁1取力矩的平衡方程式，則有 T1,T2,T6和橫向力Q1,Q2,Q6。對最右邊的圖5-5 車架在反對稱載荷作用下的受力簡圖RL-(T1+T2+T3+T4+T5+T6)+Q2la-Q3(la+lb)-Q4(la+lb+lc)-Q5(la+lb+lc+ld)-Q6(la+lb+lc+ld+le)=0(5-12)由(5-11)式得：Tk22=TJ1J；T3=TJk31k1J；k1 TJk

38、a；TJkba=T1Jb=T1；k1Jk1QTa2T1Jka1=2C=CJ1Qb-Ta2T12=2TC=CJ(Jkb-Jka)；k1將上式代入(5-12)，經(jīng)整理后得: Tk11=RLJ7fJkn+2kmlm)n=1C(Jm=a式中：n橫梁數(shù)為6；M兩橫梁之間的縱梁區(qū)段數(shù)為5； C車架寬為860mm；L前后橋的距離為2700mm；懸架的總成設(shè)計懸架的設(shè)計要求：(5-13)1.保證汽車有良好的行駛平順性和良好的操縱穩(wěn)定性。2.具有合適的衰減振動的能力。3.汽車制動或加速時，保證車身穩(wěn)定，減少車身側(cè)傾，轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要合適。4.有良好的隔聲能力。5.結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小。6.可靠地傳遞車身與車輪

39、之間的各種力和力矩，在滿足另部件質(zhì)量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。懸架的兩種形式：非獨立懸架和獨立懸架A非獨立懸架如圖(a)所示。其兩側(cè)車輪安裝于一整體式車橋上，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊力時會直接影響到另一側(cè)車輪上。B獨立懸架如圖(b)所示，其兩側(cè)車輪安裝于斷開式車橋上，兩側(cè)車輪分別獨立地與車架（或車身）彈性地連接，當(dāng)一側(cè)車輪受沖擊，其運動不直接影響到另一側(cè)車輪。圖61非獨立懸架和獨立懸架C. 鋼板彈簧又叫葉片彈簧，它是由若干不等長的合金彈簧片疊加在一起組合成一根近似等強度的梁。如下圖所示。鋼板彈簧3的第一片（最長的一片）稱為主片，其兩端彎成卷耳1，內(nèi)裝青銅或塑料或橡膠。粉沫冶金、制成的襯套

40、，用彈簧銷與固定在車架上的支架、或吊耳作鉸鏈連接。鋼板彈簧的中間用U形螺栓與車橋固定。中心螺栓4用來連接各彈簧片，并保證各片的裝配時的相對位置。中心螺栓到兩端卷耳中心的距離可以相等，也可以不相等。為了增加主片卷耳的強度，將第二片末端也彎成半卷耳，包在主片卷耳和外面，且留有較大的間隙，使得彈簧在變形時，各片間有相對滑動的可能。鋼板彈簧在載荷作用下變形，各片之間因相對滑動而產(chǎn)生摩擦，可促使車架的振動衰減。各片間的干摩擦，車輪將所受沖擊力傳遞給車架，且增大了各片的摩損。所以在裝合時，各片間涂上較稠的潤滑劑（石墨潤滑脂），并應(yīng)定期保養(yǎng)。圖62鋼板彈簧示意圖卷耳；2. 彈簧夾；3. 鋼板彈簧；4. 中心

41、螺栓；鋼板彈簧可分為對稱式鋼板彈簧和非對稱式鋼板彈簧，對稱式鋼板彈簧其中心螺栓到兩端卷耳中心的距離相等，不等的則為非對稱式鋼板彈簧。我們設(shè)計的是對稱式鋼板彈簧，鋼板彈簧在載荷作用下變形，各片之間因相對滑動而產(chǎn)生摩擦，可促使車架的振動衰減，起到減振器的作用鋼板彈簧本身還兼起導(dǎo)向機構(gòu)的作用，可不必單設(shè)導(dǎo)向裝置，使結(jié)構(gòu)簡化，并且由于彈簧各片之間摩擦引起一定減振作用。D懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊產(chǎn)生振動，為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，為衰減振動，汽車懸架系統(tǒng)中采用減振器多是液力減振器，其工作原理是當(dāng)車架（或車身）和車橋間受振動出現(xiàn)相對運動時，減振器內(nèi)的活塞上下移動，減振器腔內(nèi)

42、的油液便反復(fù)地從一個腔經(jīng)過不同的孔隙流入另一個腔內(nèi)。此時孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦對振動形成阻尼力，使汽車振動能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。在油液通道截面和等因素不變時，阻尼力隨車架與車橋（或車輪）之間的相對運動速度增減，并與油液粘度有關(guān)。減振器與彈性元件承擔(dān)著緩沖擊和減振的任務(wù)，阻尼力過大，將使懸架彈性變壞，甚至使減振器連接件損壞。因面要調(diào)節(jié)彈性元件和減振器這一矛盾。a .在壓縮行程（車橋和車架相互靠近），減振器阻尼力較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時，彈性元件起主要作用。b .在懸架伸張行程中（車橋和車架相互遠離），減振器阻尼力應(yīng)大，迅速減振

43、。c .當(dāng)車橋（或車輪）與車橋間的相對速度過大時，要求減振器能自動加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免承受過大的沖擊載荷。在汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振作用叫雙向作用式減振器，還有采用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器。圖63雙向作用筒式減振器工作原理圖雙向作用筒式減振器工作原理說明。在壓縮行程時，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時減振器內(nèi)活塞3向下移動?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿1占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開壓縮

44、閥6，流回貯油缸5。這些閥對油的節(jié)約形成懸架受壓縮運動的阻尼力。減振器在伸張行程時，車輪相當(dāng)于遠離車身，減振器受拉伸。這時減振器的活塞向上移動。活塞上腔油壓升高，流通閥8關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開伸張閥4流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時儲油缸中的油液推開補償閥7流進下腔進行補充。由于這些閥的節(jié)流作用對懸架在伸張運動時起到阻尼作用。由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道截面積總和。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達到迅速減

45、振的要求。懸架主要參數(shù)的確定：1）懸架的動擾度fc懸架靜撓度fc是指汽車的滿載靜止時懸架上的載荷Fw與此時懸架剛度c之比即fc=Fw/c （6-1）汽車前后懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率，是影響汽車行駛平順性的主要參數(shù)之一。因現(xiàn)代汽車的質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，于是汽車前、后軸上方車身兩點的振動不存在聯(lián)系。因此，汽車前后部分車身的固有頻率n1和n2（亦稱偏頻）可以用下式表示n1=c1m12)； n2=c2m22) （6-2）式中，c1、c2為前后懸架的剛度（N/cm）；m1、m2為前后懸架的簧上質(zhì)量（kg）。 當(dāng)采用彈性特性為線性變化的懸架時，前、后懸架的靜撓度可用下式表示fc1 =m

46、1g/c1; fc2=m2g/c2 （6-3） 式中，g為重力加速度，g=981cm/s2。將fc1、fc2代入式（6-1）得到：n1=5fc1 n2=5fc2 （6-4）由（2）可知：懸架的靜擾度fc直接影響車身振動的偏頻n。因此，要保證汽車有良好的行駛平順性，必須正確的選取懸架的靜擾度。在選取前、后懸架的靜擾度fc1和fc2時，應(yīng)當(dāng)使之接近，并希望后懸架的靜擾度fc2比前懸架的靜擾度fc1小些，這有利于防止出身產(chǎn)生較大的縱向角振動。理論分析證明：若汽車以較高車速駛過單個路障，n1/n2<1時的車身縱向角振動要比n1/n2>1時小，故推薦取：fc2=（0.80.9）fc1?？紤]到

47、貨車前后軸荷的差別和駕駛員的乘坐舒適性，取前懸架的靜擾度值大于后懸架的靜擾度值，推薦fc2=（0.60.8）fc1。貨車滿載時，前懸架偏頻要求在1.502.10Hz，而后懸架則要求在1.702.17Hz。根據(jù)需要我選定：n1=1.3，n2=1.5將n1=1.3, n2=1.5代入（6-4）得fc1=14.8cm，fc2=11.1cm2）懸架的動擾度fd懸架的動擾度fd是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形（通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1/2或2/3）時，車輪中心相對車架（或車身）的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動擾度，以防止在壞路面上行駛時經(jīng)常碰撞緩沖塊。對貨車，fd取69cm

48、。貨車車架的最大彎曲擾度通常應(yīng)小于10mm。貨車車架質(zhì)量約為整車整備質(zhì)量的1/10。43）懸架彈性特性懸架受到的垂直外力F與由此所引起的車輪中心相對于車身位移f（即懸架的變形）的關(guān)系曲線，稱為懸架的彈性特性。其切線的斜率是懸架的剛度。圖64懸架彈性特性曲線1緩沖塊復(fù)原點 2復(fù)原形程中緩沖塊脫離 3主彈簧的彈性特性曲線 4復(fù)原行程 5壓縮形程 6在緩沖塊壓縮期懸架的彈性特性曲線 7緩沖塊壓縮時開始接觸彈性支架的點 8額定載荷之點懸架的動容量越大，對緩沖塊擊穿的可能性越小。對于空載與滿載時簧上質(zhì)量變化大的貨車和客車，為了減少振動頻率和車身高度的變化，應(yīng)當(dāng)選用剛度可變的非線性懸架。鋼板彈簧非獨立懸架的彈性特性可視為線性的，而帶有副簧的鋼板彈簧均為剛度可變的非線性彈性特性懸架。44）后懸架主、副簧剛度的分配貨車后懸架多采用有主、副簧結(jié)構(gòu)的鋼板彈簧。圖65貨車主、副簧為鋼板彈簧結(jié)構(gòu)的彈性特性具體確定方法有兩種：第一種方法是使副簧開始起作用時的懸架擾度fa等于汽車空載時懸架的擾度f0,而使副簧開始起作用前一瞬間的擾度fk等于滿載時懸架的擾度fc。于是，可求得Fk=F0Fw。式中，F(xiàn)0和Fw分別為空載與滿載時的懸架載荷。副簧、主簧的剛度比為ca/c