第四章 載貨汽車支承裝置及其貨箱

第四章載貨汽車支承裝置及其貨箱單位：機(jī)電工程學(xué)院主講：王孝鵬

材料及型材支撐裝置設(shè)計承載裝置的尺寸確定貨箱貨物安全防護(hù)防腐目錄4.1材料和型材載貨汽車的傳統(tǒng)材料主要是鋼和木材。為了提高裝載效率和運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性，載貨汽車使用的材料越來越廣泛。除了結(jié)構(gòu)鋼，還有高強(qiáng)度的微粒結(jié)構(gòu)鋼。輕量化的要求導(dǎo)致鋁合金應(yīng)用越來越多。木材被精制成多層膠合板，工程塑料適合于制造球形過渡面的成型件，可以同泡沫塑料一起制成多層夾板以減輕重量。4.1.1鋼材鋼材因經(jīng)濟(jì)的原因（材料成本）和技術(shù)原因（易于成型，適合于焊接）一直是載貨汽車制造業(yè)的主要材料。材料的成型性能可以用彎折時所允許的最小彎曲半徑ri,min與板材的厚度d之比ri,min/d來描述，其與材料的延伸率A5有關(guān)。降低汽車的重量，必須采用鋁材，原因是鋁材的密度只有鋼材的三分之一。其缺點(diǎn)是價格高，彎曲載荷作用下梁的變形大，成型性能差，不易焊接，焊縫附近受熱影響區(qū)的硬化合金強(qiáng)度變差。鋁材通常用于封閉貨箱和自卸式汽車料斗的制造，原因是這種結(jié)構(gòu)的二階面積矩大，因而彈性變形小。汽車底盤的多橫梁車架適合于用鋼材制造，原因是其彈性模量大。為了減輕重量則采用高強(qiáng)度的精細(xì)結(jié)構(gòu)鋼。4.1.1鋼材載貨汽車的支承裝置主要承受彎曲載荷，通常采用根據(jù)Siemens—Martin法冶煉的沸騰澆鑄結(jié)構(gòu)鋼USt37-2。這種冶煉方法保證了磷和硫的含量小，焊接性能好。由于采用沸騰澆鑄在軋制和成型過程中材料表面保持光滑，不易斷裂。DIN規(guī)定的熱軋圓弧過渡型材不太合適載貨汽車制造業(yè)。這些型材主要是用于鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，橫截面的尺寸分級過于粗糙，法蘭內(nèi)緣傾斜，與其它型材的聯(lián)結(jié)困難。由于材料厚度均勻，冷成型和冷壓成型的型材特別適合于支承裝置的制造。與熱軋型材相比，冷成型和冷壓成型材料以明顯小的厚度達(dá)到很大的軸向阻力矩Wax，結(jié)構(gòu)重量相對減輕。此外，這種材料容易加工成型。其缺點(diǎn)是成型時產(chǎn)生應(yīng)力。為了避免疲勞破壞，不能在變形區(qū)焊接或者鉆孔。4.1.1鋼材冷成型時需要特別注意，由于彎邊和滾壓成形時的斷裂延伸率小，相應(yīng)的彎曲半徑加大，給低高度輕量化鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來困難。由于雙有氧澆注時雜質(zhì)（熔析）均勻地分布于整個橫截面，材料成型過程中在熔析斷裂區(qū)可能存在彎曲引起的裂紋。4.1.1鋼材精細(xì)結(jié)構(gòu)鋼的母體是St52-3。其較高的斷裂延伸性不是通過提高碳的含量，而是通過加入錳和硅的晶粒細(xì)化作用達(dá)到的。要進(jìn)一步提高斷裂延伸率不可能通過提高碳含量實(shí)現(xiàn)，碳含量增加后珠光體增加，材料的焊接性能急劇下降。少量加入釩，鈮和鈦既可以減少珠光體的含量，也可以通過晶粒細(xì)化作用提高材料的斷裂延伸率。4.1.1鋼材材料最重要的加工特性是冷成型性和焊接特性。冷加工特性對載貨汽車車架縱梁和橫梁的擠壓成型具有重要的意義。精細(xì)結(jié)構(gòu)鋼由于冶煉純度高，珠光體含量低，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼相比結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相當(dāng)，所以具有顯著的優(yōu)越性。精細(xì)結(jié)構(gòu)鋼在載貨汽車制造業(yè)中典型的應(yīng)用是制造底盤的車架，吊車，裝載用貨箱邊板，車軸套管和輪盤。強(qiáng)度最好的材料用于汽車伸縮式吊車的制造。自卸貨箱、垃圾收集車貨箱和水泥攪拌車滾筒因?yàn)閷δ湍バ缘囊蠖鴥?yōu)先選用添加錳的材料。4.1.1鋼材4.1.2鋁塑性合金在載貨汽車制造業(yè)中用輕量化材料鋁最早始于第一次世界大戰(zhàn)之后。例如，當(dāng)時客車用鋁作為鋼制貨箱的覆蓋件。目前廂式車箱中傳統(tǒng)的材料鋼和木材已經(jīng)完全被鋁所取代。平板車的側(cè)板幾乎都用鋁材制造，而整體式平板車貨箱也有的全用鋁材制造。鋁材其它應(yīng)用領(lǐng)域包括液罐車貨箱，圓形料倉式貨箱，自卸車槽形貨箱，裝載板和油箱。鋁材一般為冷軋的板材和擠壓成型的型材。型材的品種繁多，還可以根據(jù)顧客的要求加工成相應(yīng)的形狀。與熱軋或者冷拉及冷成型的型鋼相比，鋁制型材的表面特性優(yōu)良，尺寸準(zhǔn)確。材料強(qiáng)度高于“軟”的通過冷軋時的冷作硬化達(dá)到。可時效硬化處理的合金材料型號為AlMgSi、AlZnMg、、AlCuMg或者AlZnMgCu。為了提高材料強(qiáng)度可采用固溶退火、淬火和人工時效處理。當(dāng)溫度較高時稱為熱人工時效，室溫時則稱為冷人工時效。4.1.2鋁塑性合金4.1.2鋁塑性合金要提高焊接質(zhì)量要保持焊邊清潔，并用工業(yè)酒精清洗。焊接前建議通過刮或者挫將材料表面的養(yǎng)化層除掉。此外，人工焊接時避免接觸焊接區(qū)和焊接填料。在疲勞載荷和交變載荷的作用下，焊縫的種類及焊接處的幾何形狀對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度值σ4影響很大。焊縫附近的抗疲勞強(qiáng)度（約為70N/mm2）和交變載荷作用下的抗疲勞強(qiáng)度（約為50N/mm2）與基體材料的強(qiáng)度幾乎沒有關(guān)系。只有當(dāng)焊縫不受到交變載荷的作用時，基體材料的強(qiáng)度才能得到充分的利用。也可以用螺栓聯(lián)接，鉚接或膠接的方法來聯(lián)接鋁材，這樣不會引起基體材料結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的變化。圖為圓形料倉式自卸車車架。其縱梁由兩根不同形式的T型鋁材AlMgSi1F31制造。下端T型鋁材的短輻板保證兩條縱向焊縫不是處于應(yīng)力大的翼面上，而是位于主要承受彎曲載荷的橫截面中性層上。這樣就盡可能考慮到了鋁材焊接處強(qiáng)度低的特性。縱梁前端鵝頸形斜坡通過冷彎曲加工成型。上端T型鋁材的高輻板一直延續(xù)到前端，在前端將邊緣切除，以便彎曲成所希望的斜坡形。4.1.3木材目前，在載貨汽車制造業(yè)中很少直接用原木，而是使用由多層櫸木貼合的膠合板。木材主要用于內(nèi)裝飾，貨箱前壁，隔板，磨損底板，高密板和隔音板。為了隔離機(jī)器噪聲膠合板中間有一層重薄膜。櫸木的纖維均勻結(jié)實(shí)，硬度高達(dá)HB=34kP/mm2，體密度ρ為0.74kg/dm3。由于纖維及膠合板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)其機(jī)械特性各向異性。彈性模量和抗彎強(qiáng)度則與板的厚度相關(guān)。4.1.4人工合成材料載貨汽車制造業(yè)中人工合成材料得到越來越廣泛的應(yīng)用。人工合成材料密度小，造型設(shè)計自由，防腐性好，表面美觀，價格低廉，因此正在越來越多地取代鋼材。熱塑性塑料主要用于駕駛室內(nèi)側(cè)，而玻璃纖維增強(qiáng)的熱固性塑料用于底盤和貨箱作為支承部件或者覆蓋件。片狀模塑料Flachbahn形的玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFK）有著廣泛的應(yīng)用?？捎糜谳d貨汽車貨箱，內(nèi)外表層，公共汽車`和液罐車覆蓋件，房車和商務(wù)車的內(nèi)外表面及集裝箱和冷藏箱。但絕大部分加工成含硬質(zhì)泡沫核心的連接板。4.1.5夾層材料載貨汽車用夾層材料主要是聯(lián)接板材。用于廂式貨箱、商務(wù)車、小汽車掛車和房車。夾層材料的兩個外層為高強(qiáng)度薄板，中間為密度小的硬質(zhì)泡沫塑料層或蜂窩狀及波紋狀結(jié)構(gòu)。4.1.5夾層材料受彎曲載荷時高強(qiáng)度的外層承受拉壓應(yīng)力，夾層承受剪切應(yīng)力。此外，由于夾層的支承，外層不會產(chǎn)生凹坑和彎折。外層用鋼，鋁，GFK和玻璃纖維增強(qiáng)的聚丙烯制造。由于表面平展和附著性能好，這些材料的上漆性好。夾層為聚氨酯泡沫，西印度輕木，鋁質(zhì)波紋或者聚丙烯蜂窩。相對其它板材夾層板的最大優(yōu)點(diǎn)是重量輕。芯材為硬塑料海綿的夾層的厚度可達(dá)130mm，用于低溫冷藏廂式貨箱具有優(yōu)良的隔熱性能。表層與芯層應(yīng)牢固聯(lián)接以提高抗剪切能力。一般將表層粘合在芯層上。聚丙烯作為表層蓋板，聚丙烯蜂窩作為芯層對可直接通過加熱粘合而不需要粘合材料。為了評價夾層材料的輕量化效果，必須將各種材料進(jìn)行比較。表為相同抗彎強(qiáng)度條件下不同夾層材料的性能，材料的抗彎強(qiáng)度為：長2500mm，寬1250mm的夾層在中間受到1000N的線分布載荷時，其最大彎曲變形為62mm。4.1.5夾層材料4.2支承裝置的設(shè)計每輛載貨汽車都有自身的支承系統(tǒng)。支承系統(tǒng)的作用是安裝行走裝置，支承汽車的自重和有效載荷。支承系統(tǒng)可以分為三種類型：非承載式貨箱。貨箱的作用是為有效載荷提供裝載箱；半承載式貨箱。車架和貨箱共同承受載荷。這種結(jié)構(gòu)要解決的問題是分別確定車架和貨箱的抗彎強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，以便承擔(dān)所要求的承載功能。例如，與車架固聯(lián)的廂式貨箱其抗彎和抗扭強(qiáng)度由于其結(jié)構(gòu)形式要較其下面的車架大得多。同時，廂式貨箱及其聯(lián)接主件對車架的載荷也很大，從而損害車架的疲勞壽命。承載式貨箱：無車架結(jié)構(gòu)。管狀貨箱的側(cè)邊，底板和頂蓋必須具有足夠的抗剪強(qiáng)度。在載貨汽車制造業(yè)中載貨汽車及掛車采用全架式結(jié)構(gòu)。而公共汽車和小汽車無一例外地采用無架式結(jié)構(gòu)。全架式車架有以下優(yōu)點(diǎn)：可用于不同的貨箱。可大批量生產(chǎn)，成本低，與貨箱無關(guān)。只要保持與貨箱的聯(lián)接不變，車架設(shè)計的自由度大。貨箱的應(yīng)力小。對抗彎和抗扭強(qiáng)度好的貨箱，特別要注意的是，與車架的聯(lián)接要柔軟。因承載部件布置方式和截面形狀的不同車架有不同的結(jié)構(gòu)型式。最常見的車架是多橫梁車架。其抗彎強(qiáng)度都很好，但抗扭強(qiáng)度根據(jù)梁的截面形狀的不同有大小之分?？v梁和橫梁的截面形狀為開式結(jié)構(gòu)（U型、I型和蓋型）時，抗扭強(qiáng)度小。截面尺寸相同的閉式梁其抗扭強(qiáng)度要大得多。選擇截面形狀時要考慮路面的特性（在道路上還是野外行駛），貨箱的抗扭強(qiáng)度及貨箱聯(lián)結(jié)件的柔度。抗扭強(qiáng)度小的車架相對抗扭強(qiáng)度大的車架有以下優(yōu)點(diǎn)：型材質(zhì)量輕價格低。制造容易，制造成本低。便于防腐蝕保護(hù)。便于各種截面和總成的聯(lián)接。由于其繞縱軸的扭矩變形大，降低了對行走機(jī)構(gòu)彈性變形的要求。4.2.1車架的支承系統(tǒng)當(dāng)車架繞縱軸扭矩變形時，縱梁和縱梁間時變形。由于梁的抗扭強(qiáng)度小，抗彎強(qiáng)度大，則車架的變形如圖所示。由車架的幾何形狀可以看出，橫梁的扭矩角φQ與縱梁的扭轉(zhuǎn)角φL之比等于它們的長度lQ和lL之比：橫梁和縱梁單位長度的扭轉(zhuǎn)角相同。所有截面的扭轉(zhuǎn)剛度對總剛度的影響相同。橫梁通過其與縱梁的聯(lián)結(jié)將扭矩傳遞給縱梁上的結(jié)點(diǎn)，引起縱梁上扭矩的躍變?？v梁上的扭矩反過來在與其相聯(lián)的橫梁上產(chǎn)生彎矩。4.2.1車架的支承系統(tǒng)當(dāng)圓管或矩形管受到扭矩作用變形時，各截面相互平行地旋轉(zhuǎn)一定的角度。而開式截面則發(fā)生拱曲變形。圖為槽鋼雙翼面的邊緣由于拱曲變形而產(chǎn)生的沿型材縱軸線朝相反方向的位移。拱曲變形使得型材產(chǎn)生扭曲，其抗扭強(qiáng)度增大。為了阻止型材的拱曲變形，在型材截面縱軸線方向產(chǎn)生法向應(yīng)力，該應(yīng)力沿型材的縱軸線方向直至型材連接處逐漸增大，在型材雙翼面外緣達(dá)到最大。如果梁之間采用焊接的方式聯(lián)接，則容易產(chǎn)生斷裂破壞。因此，對于抗扭剛度小的車架，應(yīng)采取特殊的聯(lián)接方式（這里指橫梁聯(lián)接到縱梁上），允許開式截面的自由拱曲。4.2.1車架的支承系統(tǒng)如果作用力垂直U型型材（Y-Z平面）的縱軸（X-X），指向?qū)ΨQ軸（Y-Y），且通過型材重心，則產(chǎn)生純彎曲變形。如果力的作用點(diǎn)不變，改變作用方向，則截面肯定產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，U型截面產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形。在截面外面存在一點(diǎn)，該點(diǎn)不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，稱為剪切中心。根據(jù)剪切中心可以計算，也可以查表。扭轉(zhuǎn)變形時所有截面圍繞剪切中心旋轉(zhuǎn)。車架上作用的垂向應(yīng)盡可能通過剪切中心。4.2.1車架的支承系統(tǒng)采用開式型材時車架其扭轉(zhuǎn)剛度應(yīng)與克服截面的拱曲變形結(jié)合在來考慮。尤其是要考慮橫梁與縱梁間的聯(lián)接方式。為了具體計算受扭車架應(yīng)力和應(yīng)變之間的復(fù)雜關(guān)系需要用到在橫截面上無損傷截面作用力—變形的精確關(guān)系，聯(lián)接區(qū)域要作為子結(jié)構(gòu)用有限元的方法細(xì)分子單元。4.2.1車架的支承系統(tǒng)4.2.2載貨汽車車架設(shè)計載貨汽車車架通常用抗扭剛度低腹板直立U型縱梁。為了保證通過貨箱（貨箱支架）和行走裝置（鋼板彈簧支架）作用在車架上的垂直載荷位于剪切中心的附近，縱梁的開口向內(nèi)。市面上汽車底盤的車架有直梁和多段彎曲縱梁兩種。直梁的截面相同，而彎曲縱梁為魚腹形。采用直梁時貨箱制造商配套副車架方便，魚腹形車架的設(shè)計與彎矩的變化相適應(yīng)，車架寬度與各總成的安裝位置要求相適應(yīng)，可以減小車架上表面高度。前后橫梁也采用U型型材，與縱梁的聯(lián)結(jié)抗彎強(qiáng)度高。其它橫梁為蓋形型材，兩端為鳥嘴形結(jié)構(gòu)，有利于無阻礙的拱曲變形。橫梁聯(lián)結(jié)在縱梁的腹板上。由于要求橫梁與縱梁的聯(lián)接具有彈性，因而都采用鉚接和螺栓聯(lián)接。4.2.2載貨汽車車架設(shè)計車架設(shè)計的基本準(zhǔn)則：為了保證車架扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加載荷盡可能由縱梁和橫梁均勻承受，其扭轉(zhuǎn)剛度在整個長度方向盡可能相同。采取的方法是保證橫梁扭轉(zhuǎn)剛度相同、間距相同。低扭轉(zhuǎn)剛度橫梁的聯(lián)結(jié)應(yīng)盡可能不損壞橫截面的拱曲。截面的過渡不應(yīng)突變，而應(yīng)該漸變，以避免由于剛度突變而產(chǎn)生應(yīng)力峰值。

4.2.2載貨汽車車架設(shè)計4.力的作用不能是突變式，而應(yīng)該漸變式。垂直力的作用線應(yīng)盡可能通

過縱梁的剪切中心。如果垂直力沒有通過剪切中心，則在產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩的部位增加支承橫梁。5.梁上應(yīng)力大的部位其強(qiáng)度不允許減弱。首先不得在這些部位設(shè)計用于車架鉚接和螺栓聯(lián)接的孔。在副車架和掛車底盤上的這些部位不得焊接。否則切口應(yīng)力集中效應(yīng)會嚴(yán)重影響材料的疲勞強(qiáng)度。底盤制造商的貨箱規(guī)程具體給出孔距離上、下翼面的最小距離。4.2.2載貨汽車車架設(shè)計車架設(shè)計的目的是在保證重量輕和橫截面小的條件下使得抗彎強(qiáng)度盡可能大。材料厚度d與腹板高h(yuǎn)p和翼面寬bp之比應(yīng)盡可能小。為了防止產(chǎn)生翹曲變形，比例值d/hp也不能太小。U型截面翼面的翹曲應(yīng)力為：4.2.2載貨汽車車架設(shè)計4.2.3掛車車架的設(shè)計對掛車車架來說，牽引所產(chǎn)生的載荷與載貨汽車車架相似，其設(shè)計準(zhǔn)則也可以引用過來。發(fā)動機(jī)副車架的設(shè)計也是這樣。需要注意的是，掛車車架的縱梁大多數(shù)用工字鋼梁。其設(shè)計方法沒有特別的規(guī)定，可以用焊接聯(lián)接。根據(jù)功能縱梁需要彎曲。4.3承載裝置的尺寸確定載貨汽車的承載裝置有平面和空間結(jié)構(gòu)之分，其橫截面通常為恒定的。承載裝置為獨(dú)立的部件，為其它部件提供空間支承，并將重力傳遞到行走裝置。通過行走裝置（彈簧座）產(chǎn)生的支承力其作用線在空間相距遠(yuǎn)，因此在支承裝置的橫截面內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力和內(nèi)力矩（截面載荷），并產(chǎn)生應(yīng)力和變形。支承裝置尺寸確定的目的是，通過合理設(shè)計支承裝置的橫截面，以保證由截面載荷引起的應(yīng)力不致引起工作狀態(tài)下的破壞，其彈性變形不影響其功能的正常發(fā)揮。根據(jù)承載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸可以將其簡化為相應(yīng)的力學(xué)模型。借助于工程力學(xué)知識可以計算由外力引起的任意截面上的載荷（軸向力、剪切力、彎矩和扭矩）。如果已知截面的靜力學(xué)參數(shù)，包括截面面積A，軸向阻力矩Wax，極軸阻力矩Wp，則可計算危險截面上的外緣應(yīng)力（公稱應(yīng)力n和n），以及合成的等效應(yīng)力v。4.3承載裝置的尺寸確定4.3.1載荷用于道路交通的汽車其允許總重量受到其車軸數(shù)量的限制。假設(shè)裝載狀態(tài)下的汽車處在水平面上，則汽車只受到汽車重量引起的靜載荷。在行駛工況下，汽車除了不可避免的過載外，還受到動載荷的作用。這些載荷在一定程度上既是靜載荷又是動載荷。因此，承載系統(tǒng)受到下列載荷的作用：在載貨汽車車架設(shè)計過程中對其強(qiáng)度和剛度進(jìn)行完整的分析計算不可能做到萬無一失。所以底盤制造商通常采用有限元分析的方法進(jìn)行計算。樣機(jī)在液壓伺服試驗(yàn)臺上進(jìn)行試驗(yàn)。最后樣車要在規(guī)定的試驗(yàn)路段進(jìn)行行車試驗(yàn)。4.3.1載荷4.3.1載荷4.3.3簡支梁的Q線和M線載貨汽車承載裝置中受載最大的是車架的縱梁。如果因?yàn)闀r間，人員或經(jīng)濟(jì)的原因不能用有限元分析方法對載貨汽車承載裝置進(jìn)行分析計算，則可將車架簡化為支承在兩點(diǎn)上的梁用人工和計算機(jī)輔助計算的方法進(jìn)行分析計算。其中兩根縱梁簡化為一根簡支梁。重力簡化為集中載荷或線分布載荷。行走裝置的支承力可用兩個彈簧座支承力代替，或簡化為一個集中載荷。此外，不考慮扭轉(zhuǎn)的影響，否則的話必須計入與橫梁聯(lián)接處的彎曲載荷突變。用簡化的力學(xué)模型計算兩軸載貨汽車縱梁上的剪切力和彎矩的計算實(shí)例。其中集中力F1=30kN，線分布力q=20kN/m。4.3.3簡支梁的Q線和M線4.3.3簡支梁的Q線和M線4.3.4桁架桁架是由直線異型棒材組合起來的平面或空間結(jié)構(gòu)。桁架大多數(shù)簡化為直線（棒材重心線）和連接點(diǎn)（節(jié)電）。平面桁架由上拉桿、下翼面及位于其間的垂直和對角桿組成。最簡單的桁架為三角架。多個三角桿組合可以構(gòu)成平面或空間結(jié)構(gòu)，其承載能力和剛度好，重量輕。如同工字型結(jié)構(gòu)一樣，當(dāng)受到彎曲載荷時，上拉桿和下拉桿承受彎曲載荷產(chǎn)生的拉壓力，而對角桿起腹板及推力桿的作用。垂直桿通常稱為“零桿”，不承受拉壓載荷，其作用是減小長壓力桿彎曲的危險。空間桁架至少由兩個平面桁架組成。在第三維方向通過弦桿、垂直桿和對角桿聯(lián)接，以提高抗扭強(qiáng)度。在理想情況下桁架的桿件在節(jié)點(diǎn)處通過鉸鏈相互鉸接，只能承受拉壓力。但實(shí)際中桿件通過焊接聯(lián)接，變形時會產(chǎn)生剪切力和力矩，但相對較小。4.3.4桁架復(fù)雜桁架為靜不定系統(tǒng)，其應(yīng)力和應(yīng)變計算用計算機(jī)程序進(jìn)行，簡單的平面桁架為靜定問題，可用人工計算或者估算。估算的精度相當(dāng)高。桿件的受力可用Cremona法圖解或者用里特爾截面法計算。采用Cremona法求桿件受力的方法是：先確定支承反力，再作每個節(jié)點(diǎn)在中心力系作用下的力三角形，以求出相應(yīng)桿件上的未知力。用里特爾法計算時，截面選取的原則是，使得平衡方程的數(shù)量足以求出所切開桿件上的未知力。4.3.4桁架4.3.5強(qiáng)度校核汽車行駛過程中出現(xiàn)的動載荷引起交變應(yīng)力，交變應(yīng)力的大小是隨機(jī)變量，只能用統(tǒng)計的載荷譜描述。最大應(yīng)力σ0與平均應(yīng)力σm的關(guān)系用沖擊系數(shù)s*表示：σ0＝σm·s* 根據(jù)σ0＝σm＋σa和σu＝σm－σa，可得到極限載荷比例系數(shù)K：4.3.5.2結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和零件安全性載貨汽車上使用的所有材料都有通過試驗(yàn)得到的動態(tài)強(qiáng)度值供使用。這些值是采用標(biāo)準(zhǔn)試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下得到的。施加的載荷如圖所示，其平均應(yīng)力為σm，動應(yīng)力幅值為σa，試驗(yàn)得到的疲勞強(qiáng)度為107次循環(huán)載荷時的應(yīng)力比例關(guān)系。4.3.6載貨汽車承載裝置的彈性彎曲變形隨著高強(qiáng)度鋼和鋁合金在載貨汽車中的廣泛應(yīng)用，底盤的彈性彎曲變形顯得越來越重要。例如用QStE500TM代替St37－2后，如果彎曲載荷保持不變，則所要求的軸向阻力矩Wax減小約60％，與軸向二階面積矩Iax相關(guān)的彎曲剛度E·Iax減小50％，意味著彎曲變形增大一倍。在任意載荷作用下，簡化為梁模型的車架其在任意位置的切向轉(zhuǎn)角ψ和垂直位移W可以在考慮邊界條件的情況下通過積分進(jìn)行計算。其中根據(jù)截面尺寸的不同Iax的值不同，當(dāng)兩個截面疊加在一起并同時變形時相應(yīng)的Iax用Iax,ges代替：

4.4貨箱

4.4.1貨箱規(guī)程和貨箱許可載貨汽車底盤制造商向貨箱計算及底盤改裝企業(yè)提供所謂的貨箱規(guī)程，以保證裝配貨箱及對底盤進(jìn)行改裝后不損害底盤的功能和壽命。4.4.1貨箱規(guī)程和貨箱許可汽車改裝企業(yè)應(yīng)保證貨箱的設(shè)計、生產(chǎn)和裝配及底盤的改動符合專業(yè)規(guī)范，滿足質(zhì)量要求。如果改裝企業(yè)在產(chǎn)品的規(guī)劃設(shè)計階段就發(fā)現(xiàn)有關(guān)的規(guī)定和技術(shù)水平與委托商的要求不相符，應(yīng)及時地通知委托商。因?yàn)楦难b企業(yè)有責(zé)任保證裝配貨箱后或?qū)ζ囎鞲膭雍?，汽車的行駛安全性不受影響。如果對汽車的某一種改裝在貨箱規(guī)程中沒有說明或者與說明不相符，則改裝企業(yè)需要得到底盤制造企業(yè)相關(guān)部門的書面許可。申請書的內(nèi)容包括含具體規(guī)格和底盤編號的汽車型號，汽車尺寸、重量和重心位置，設(shè)計的貨箱固定方式，汽車運(yùn)行的環(huán)境（例如，在低等級路面行駛，在高海拔行駛，粉塵污染嚴(yán)重，環(huán)境溫度極端），與貨箱規(guī)程要求的差異，以及作過相同改裝的汽車情況介紹。4.4.1貨箱規(guī)程和貨箱許可對包含具體改裝要求的申請材料進(jìn)行審查后，即可授予相應(yīng)的貨箱改裝許可。但沒有必須授予改裝許可的法律規(guī)定。即使以前對相同的申請授予過許可，但也可能因技術(shù)水平變化而拒絕授予許可。此外，也可能對個別汽車的貨箱改裝許可作出限制。對于已經(jīng)改裝完成或已經(jīng)銷售的汽車不得補(bǔ)發(fā)許可證。授予的貨箱改裝許可只限于貨箱的設(shè)計和尺寸的確定，或者底盤的改動。同樣地，貨箱制造企業(yè)對改裝的質(zhì)量負(fù)有技術(shù)責(zé)任。如果底盤在運(yùn)行過程中發(fā)生損壞，則底盤制造商根據(jù)質(zhì)量保證責(zé)任可以承擔(dān)賠償責(zé)任。但如果是汽車改裝廠不遵守貨箱規(guī)程，貨箱、貨箱裝配的方式或底盤的變動造成汽車底盤的損壞，或者由于使用不當(dāng)或所選用的底盤不適合運(yùn)行環(huán)境條件而造成汽車底盤損壞，則底盤制造廠不承擔(dān)賠償責(zé)任。4.4.2副車架和貨箱固定載貨汽車底盤配有各種各樣的貨箱，所承受的載荷也各種各樣。因此，在大多數(shù)情況下要有副車架（裝配車架）以改善集中載荷時的受力狀況，或者提高抗彎強(qiáng)度。副車架有利于貨箱以及附加零件和總成的安裝，同時為車輪和其它汽車部件超出車架上表面安裝提供足夠的空間。根據(jù)車架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，副車架普遍采用梁結(jié)構(gòu)形式（縱梁和橫梁），從車架后梁盡可能延伸到前鋼板彈簧支座后部。這樣減輕車架負(fù)擔(dān)，提高抗彎剛度，從而減小車架的彎曲振動。4.4.2副車架和貨箱固定車架和副車架通過離散分布的連接元件相互聯(lián)結(jié)，共同承受彎曲載荷。根據(jù)彎曲線的局部形狀副車架的前端逐點(diǎn)地作用在車架上。為了避免局部表面壓力過大，兩根副車架縱梁前端加工成30

的形狀。此外，下翼面的邊緣為半徑至少5mm的過渡圓弧。4.4.2副車架和貨箱固定車架和副車架可以通過各種貨箱聯(lián)接元件聯(lián)接。各種連接元件在縱向的承載性能相差很大。聯(lián)接元件的選擇首先要考慮貨箱的扭轉(zhuǎn)剛度。固定聯(lián)接的平板車、自卸車和半掛車聯(lián)接適合于抗扭剛度軟的貨箱，這樣在行駛過程中貨箱可以無阻礙地跟隨底盤扭轉(zhuǎn)。罐裝車、圓形料倉車和自掛式廂式貨箱的抗扭剛度特別大，因此要求貨箱聯(lián)接元件在極端行駛工況下必須保證貨箱能有限地向上升提升。4.4.2副車架和貨箱固定軟滑移式貨箱固定元件。它由上下布置的托架和螺栓聯(lián)接組成。可以用于前部抗扭剛度小或者后部抗扭剛度大的貨箱。車架和副車架的縱梁通過螺栓壓緊。車架上的托架高出車架上翼面平面，從而限制貨箱的側(cè)向運(yùn)動。將螺栓斜向布置使得副車架和底盤車架之間可以沿縱向相對運(yùn)動。聯(lián)接元件的區(qū)別在于螺栓聯(lián)接中的彈性元件（螺旋彈簧，盤形彈簧和橡膠彈簧）。當(dāng)車架扭轉(zhuǎn)運(yùn)動幅度很大時，彈簧產(chǎn)生壓縮變形，貨箱相對車架向上運(yùn)動，從而保證貨箱不受到損傷。4.4.2副車架和貨箱固定當(dāng)汽車貨箱抗扭剛度非常大時，例如液罐車，且經(jīng)常行駛在不平坦的路面上，聯(lián)接元件應(yīng)保證貨箱相對車架作一定的向下運(yùn)動和較大的向上運(yùn)動。目前大多數(shù)底盤制造企業(yè)不再推薦帶鋼板彈簧夾的軟滑移式聯(lián)接元件。原因是開式U型截面的翼面要用墊塊來保護(hù)其不變形。4.4.2副車架和貨箱固定滑板式貨箱聯(lián)接元件。由于螺栓聯(lián)接承受的是剪切載荷，因而能承受很大的軸向力。采用這種聯(lián)接方式不會產(chǎn)生滑移，所以通常位于要求彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度盡可能大的后橋上方后懸架部位。特別是用于自卸車、水泥攪拌車及后部裝有吊車的汽車。為了保證在使用過程中副車架在縱向不發(fā)生滑移，在汽車的每側(cè)至少要有一個滑移固定的聯(lián)接。這種聯(lián)接通常位于后橋上方。圖示的直接螺栓聯(lián)接也起同樣的作用。4.4.2副車架和貨箱固定4.4.3無副車架貨箱如果車架的強(qiáng)度和剛度足夠大，在一定的條件下可采用自行懸掛的貨箱（油罐貨箱，轉(zhuǎn)向式貨箱、廂式貨箱），而不需副車架。抗扭剛度極大的油罐貨箱可以通過三點(diǎn)彈性地支承于車架上，而不需要副車架。前支承設(shè)計為稱重秤，支承點(diǎn)為彈性支承的鉸鏈，可以平衡汽車底盤的扭轉(zhuǎn)。減小支承高度，換裝式貨箱優(yōu)先采用無副車架支承。在這種情況下必須確保貨箱在整個長度范圍內(nèi)或者至少在彈簧懸掛的附近大面積地支承在底盤車架上，鎖扭聯(lián)接裝置布置在橫梁附近，只與車架縱梁腹板固定。此外，提升裝置對車架產(chǎn)生的附加力和力矩要很小。為了保護(hù)縱梁Man公司要求在縱梁上另外焊接加固材料。4.4.3無副車架貨箱自行支承式廂式貨箱底部設(shè)計成能承擔(dān)副車架功能的結(jié)構(gòu)，則橫梁的間隔不超過600mm時可以不用副車架。由于貨箱在車架上的支承面積相對較小，所以應(yīng)盡量避免因?yàn)闆]去毛刺或角邊沒有圓弧過渡而引起的角邊壓力。4.4.3無副車架貨箱4.4.4副車架設(shè)計副車架的機(jī)械性能主要取決于所用型材的結(jié)構(gòu)形式、布置方式、聯(lián)接方式，以及材料的機(jī)械性能。下面將討論不同布置方式和聯(lián)接方式對車架和副車架的影響。車架和副車架的縱梁有可滑移式和固定式兩種聯(lián)接方式。采用可滑移式聯(lián)接縱梁之間有縱向相對運(yùn)動，產(chǎn)生摩擦力。采用固定聯(lián)接不會有相對運(yùn)動。縱梁間聯(lián)接方式的不同導(dǎo)致不同的抗彎強(qiáng)度E?Iax,ges和抗扭強(qiáng)度G?ID,ges。滑移式結(jié)構(gòu)受到彎曲載荷時，兩根梁同時彎曲。如果材料的機(jī)械性能（彈性模量E）相同，則彎曲應(yīng)力的變化規(guī)律如圖所示。由于在兩根梁的接觸區(qū)分別受到拉力和壓力，受拉力的表面產(chǎn)生拉伸應(yīng)變，受壓力的表面發(fā)生壓縮應(yīng)變，兩個表面產(chǎn)生相對滑移。如果這種滑移通過固定式聯(lián)接而受到限制，則在接觸區(qū)產(chǎn)生滑移力，整個聯(lián)接體的抗彎剛度同抗彎剛度大得多的單體梁一樣。4.4.4副車架設(shè)計橫梁的布置根據(jù)貨箱的類型確定。對于抗扭剛度小的固定貨箱（平板車），橫梁普遍布置在縱梁的上面，并通過角鋼或角撐板與縱梁＂軟＂聯(lián)接.裝載高度低的貨箱（例如，飲料運(yùn)輸汽車）可以用分段式橫梁。橫梁與副車架縱梁上邊緣通過焊接聯(lián)接。4.4.4副車架設(shè)計對于翻轉(zhuǎn)貨箱及不需要裝載面的貨箱，縱梁之間的橫梁只起加固作用，布置在與車架的聯(lián)接點(diǎn)附近。為了保證貨箱的扭轉(zhuǎn)性能，橫梁與副車架縱梁之間用角撐板或角鋼聯(lián)接。如果要在副車架的尾部用管狀橫梁來提高扭轉(zhuǎn)剛度，則橫梁可以用法欄板與縱梁聯(lián)接。4.4.4副車架設(shè)計自卸車，后裝載吊車和自卸式液罐貨箱，其尾部扭轉(zhuǎn)剛度必須特別高。為此副車架縱梁采用封閉形結(jié)構(gòu)，橫梁用管材制造。另外還可以用對角形結(jié)構(gòu)加固。如果副車架的縱梁封閉成箱式截面以提高局部扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，則為了避免強(qiáng)度的突變必須將閉式結(jié)構(gòu)緩慢地過渡到開式結(jié)構(gòu)。4.4.4副車架設(shè)計4.4.5平板貨箱和廂式貨箱底板平板車貨箱和廂式貨箱底板是貨箱的底面。其承受有效載荷的重力并將其傳遞到車架上。用地面運(yùn)輸工具裝卸貨物時，要注意突然作用的沖擊軸荷。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式的承載裝置由多根副車架橫梁和邊框架組成。邊框架構(gòu)成貨箱的周邊，其上垂直安裝的腹板用于固定貨箱邊板鉸鏈。由自行承載式膠合板制造的防風(fēng)雨底板支承在承載裝置上。橫梁采用冷軋成型的等截面U型鋼，或者用St37-2冷壓成型。冷壓成型橫梁的截面從中間到兩端逐漸變小，這樣可以減輕重量，有利于與底板邊框架聯(lián)接。底板邊框架的截面尺寸取決于所需高密底板的厚度。市場上提供的底板邊框架厚度為21～50mm。底板邊框架的角邊切成斜角形狀，并采用對焊。考慮到應(yīng)盡可能地保證橫截面的自由拱曲變形，橫梁聯(lián)接處只布置一條角形焊縫，并將下翼面局部切開。如果在底板邊框架處的底板支承面無高差，則橫梁的上翼面必須切除一段。4.4.5平板貨箱和廂式貨箱底板用擠壓成型的板條形鋁材作為貨箱底板。鋁材厚30～40mm，寬200～300mm，在貨箱中橫向布置，采用螺栓聯(lián)接或螺栓－夾板聯(lián)接。由于鋁材的強(qiáng)度高，所以也能起橫梁的作用。鋁板的結(jié)合處做成槽－鍵結(jié)構(gòu)形狀，保證受到集中載荷作用時相鄰的板條共同起支承作用。與底板邊框架的聯(lián)接同樣同螺栓聯(lián)接。輕型載貨汽車完全不需要橫梁。中型和重型載貨汽車的底部需要在護(hù)板表面局部加強(qiáng)。4.4.5平板貨箱和廂式貨箱底板4.4.6廂式貨箱廂式貨箱為廂狀封閉貨箱，特別適合要求防塵、防潮及防溫度波動的敏感性貨物的運(yùn)輸，采用隔熱材料和制冷裝置后還可用于冷凍食品的運(yùn)輸。廂式貨箱由兩個側(cè)板，前板，后板和蓋板組成。其底板由縱梁和橫梁支承。底板邊框架大多數(shù)是貨箱板件的組成部分。門大多位于貨箱的后部，支于焊接的門架上。為了方便裝卸，在貨箱的后面經(jīng)常裝有裝載用貨箱邊板。其一方面用于裝卸，一方面用作貨箱的后門。4.4.6廂式貨箱上世紀(jì)70年代中期以來，廂式貨箱在德國就被設(shè)計成標(biāo)準(zhǔn)化積木式結(jié)構(gòu)，制成成品后銷售給載貨汽車制造廠，并最終裝配成貨箱。積木式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，其整體功能分解成單個子功能