車架設(shè)計(jì)手冊(cè)

車架設(shè)計(jì)手冊(cè)

1,范圍

區(qū)手冊(cè)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(lì)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(duì)接接頭射線照相焊縫質(zhì)量分級(jí)

3符號(hào)、代號(hào)、術(shù)語及其定義

車架：汽車承我的基體，支撐著發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承我式（或半承載式）車身等所有

簧上質(zhì)量的有關(guān)機(jī)件，承受著傳給它的各種力和力矩。

縱梁：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

平直且斷而不變或少變，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(dòng)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)之間的相對(duì)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

左架總成要負(fù)責(zé)控制校核如下內(nèi)容：

1）協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)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)蜀立柱）的匹配；

3）協(xié)調(diào)制動(dòng)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(dòng)干涉，相關(guān)總成的裝卸空間（如緩速器、傳動(dòng)軸）。

5布置要求

客車車架在設(shè)計(jì)過程中不但要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(duì)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(duì)同樣型號(hào)的客車底盤，不同的

用戶對(duì)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(dòng)力總成中發(fā)動(dòng)機(jī)布置確定縱梁.卜.發(fā)動(dòng)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)格線以方夔作圖

6.2標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)、零部件

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)者

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；

3,將受拉力翼緣適當(dāng)加寬；

二、提高局部扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度圖1縱梁形狀及斷面

1,注意偏心載荷的布置，使相近的幾個(gè)偏心載荷盡量接近縱梁斷面的彎曲中心，并使合成量較

??；

2,在偏心載荷較大處設(shè)置橫梁，并根據(jù)教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?。?/p>

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??；

3,注意加強(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)可采用被孔或沖壓邊緣修磨，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(gè)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(dòng)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：

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)接形式

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(duì)縱梁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??；

d.由于兩端有連接板加強(qiáng)，橫梁可適當(dāng)減?。?/p>

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，容易已現(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(gè)方案，可以槽形橫梁的上下方各采用個(gè)連接板（見圖2b）,或僅在其下方采用

個(gè)連接板。

二、采鱷魚式橫梁

這種橫梁的優(yōu)點(diǎn)是：

a.有較大的連接寬度，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(dòng)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

將翼緣連接改為四板連接。

鱷魚式橫梁也可由兩個(gè)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(duì)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梁：其連接寬度較小，不利于對(duì)副簧支架的支

推（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(duì)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(duì)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(dòng)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）,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(duì)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)，如圖匕圖門所示。

此橫梁的設(shè)計(jì)難點(diǎn)還在于如何處理好與發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)懸置布置在橫梁上，并使橫梁與彈簧支架對(duì)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(dòng)機(jī)懸置和彈簧支架錯(cuò)開一定距離的情況,

仍不少見。

圖4發(fā)動(dòng)機(jī)及駕駛室懸置橫梁

由于發(fā)動(dòng)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。用為箱

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沒計(jì)要點(diǎn)

左架受力復(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(gè)方面：

1）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(duì)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：①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。②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.③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招和剛性抗彎的綜合特點(diǎn)，是大客

車車架橫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，承受更大的我荷，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、鉀接或者螺栓連接+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(duì)接。

7）等高度縱梁的對(duì)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）

Rm,x=4xD

Cmix=3xD

口=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及重汽公司兀發(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。

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16MnL,壁厚4.0?6.0）。

6.3數(shù)據(jù)表達(dá)要求

6.3.1縱梁的加工及公差要求**

sL

1長度偏差不得超過45rnm：

2腹板縱向直線度公差不超過全長的0.4粒|______

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0.3mn：（

b）縱梁斷面高度A值的偏差4ttsmm；JII

"L

c）橫梁處測量開口尺寸B的偏差5土”?1叱

圖6

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60.3mm。

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）偏差為土

0.5mmo

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%.

9當(dāng)鉆孔或沖孔出現(xiàn)毛刺，并因此給聊接帶來困難時(shí),或者為了避免由毛刺造成的損傷，必須去毛刺。規(guī)

定：倒角1±0.5*45°

6.3.2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'tmm；A的偏差為4mm

3裝配孔的位置度，沖壓料厚變薄的要求符合3.L8

6.3.3橫梁

1當(dāng)橫梁采用鉀接（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鉀接（或螺栓聯(lián)接）的組孔之

間尺寸的偏差為土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GB332387要求達(dá)到II級(jí)或II級(jí)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、Q235A

8.性能設(shè)計(jì)要求

左架應(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)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?。▽?duì)稱加載）的平坦路面上以需考慮動(dòng)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(gè)橋的一個(gè)車輪滾上30cm高的凸包時(shí)車架

元件的應(yīng)力。

為了不僅評(píng)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(duì)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(duì)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(duì)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(gè)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(duì)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(duì)稱載荷作用下的受扭情況簡圖。作用于車架上的4個(gè)力R位于前、后輪軸線所在的

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6與扭

矩T、扭轉(zhuǎn)剛度GJk存在下述關(guān)系：

L

梯形車架在反對(duì)稱載荷作用下受扭情況簡圖

I?V—橫梁：1?4-縱梁的區(qū)段

GJ卜(單位為：rad)

57.377

U—

GJk(單位為：(°))(式1)

式中T—車架元件所受的扭矩，N?mm；

1—車架元件的長度，mm：

G—材料的剪切彈性模量，Mpa；

Jk一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TI::…：TV：T1：

T2:…：T4=JkI：JkH：…：JkV：Jkl：Jk2：…：Jk4式(2)

式中TI,TH,…一橫梁I,H,…所受的扭矩；

Jkl,JkH,…一橫梁I,H,…橫斷面的極慣性矩:

TI,T2,…一縱梁在I,II和II,III,…橫梁間所受的力矩；

jki,Jk2,…一縱梁在I,n和n,in,…橫梁間斷面的極慣性矩：

如果將車架由對(duì)稱面處切開(見下圖)，則切掉的一半對(duì)尚存的一半的作用相當(dāng)于在切口橫斷面上作用著

扭矩TI,TII:,…TV：和橫向力QI,QII,-QV,對(duì)最右邊的橫梁I取力矩的平衡方程式，則有：

RL-(TI+TII+THI+TIV+TV)+QII11-QIII(11+12)-QIV(11+12+13)-QV(11+12+13+14)=0式(3)

由式（2）得

T_T」k".丁_T」kHI.

1=7；3

喏式（4）

2（7；-7；）_27；

=（J—J）;

Qn~~c―-西k2AI

將以上各式代入式（3）,經(jīng)整理后得:

RUk

n=l/J=1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,Till,TIV,TV,及縱梁在各橫梁之間所受的扭矩

Tl,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(duì)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(duì)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(dòng)軸等跨車

架和車橋兩邊的構(gòu)件則其重力的一半。

對(duì)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；后鋼板彈

簧的支承反力為Rrf,Rrr,貝ij：

+F>+F3+...+

式中Fl,F2,…Fn一作用在縱梁上集中靜栽荷，N：

II,12,…In—各載荷Fl,F2,...Fn的作用點(diǎn)距車架前端的距離，mm；

If,lr,—前、后輪距車架前端的距離，mm：

由下列二式可求出Rf,Rr：

（片+…一（—1|+KJ+…+工乙）

r—I-I-

"lf式⑺

如果前、后輪均裝在其彈簧的正中間，則:

R=R=LR

rfrrr

2式（8）

求得這些集中靜載荷Fl,F2,…Fn,Rf,Rr以及這些力的作用點(diǎn)的位置11,12,…In,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：

=F{l-l)+F(l-l)+F(l-Z)+7^(Z-l)-R(l-l)-R(l-l)

xsl2s235354ff5fffrsfr式(9)

考慮到路面不平度引起的沖擊和振動(dòng)等靠造成的動(dòng)載荷，可對(duì)縱梁的最大彎矩Mmax乘以動(dòng)載荷系數(shù)kd

并取kd-2.5~4.0,轎車取小值，越野牟取大值。如果再考慮車架多為疲勞損傷，且取疲勞安全系數(shù)

n=l.15-1.40,則可求得動(dòng)載荷下的最大彎矩為：

Wmax=%Mnax式(10)

則彎曲應(yīng)力可按下式求得：

b_Mdmzx

W式(11)

式中W—縱梁在計(jì)算斷面處的彎曲截面系數(shù)，對(duì)于槽形斷面的縱梁

(h+6b)th

W=------------

6式(⑵

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(duì)4X2

貨車可取G$=2〃％g/3,用。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。

右圖中，Rf為一根縱梁的前支承反力，由圖可求得：

(式

Rf=^[G5L-2Z?)+GXc-2c2)](13)

在駕駛室的長度范圍內(nèi)這一段縱梁的彎矩為：

M=Rx------—(x+式(14)

xft4L

駕駛室后端至后軸這一段縱梁的彎矩為：

M、=R.x-------(x+fl)2-------[<?!—(/—x)]A式(15)

J4￡4c

顯然，最大彎矩就發(fā)生在這一段梁內(nèi),可用上式中的彎矩=/(幻求導(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：

dM、口G$,、G,.、八式(16)

-----=R(------(x+a)-----(x-/+G)=0

dxf2L2c

白此求得：

]/*為式⑺

fLc

將上式代入式(15),即可求出縱梁承受的最大彎矩Mmax。如果再考慮到動(dòng)載荷系數(shù)=2.5?4.0及

疲勞安全系數(shù)”=1.15~4.0,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(duì)于16Mn鋼板，b_]=220?260Mpa。

當(dāng)縱梁受力變形時(shí)，翼緣可能會(huì)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：

=0.4—^v（-）2<350MP。式（18）

\-u~b

式中E—材料的彈性模量，對(duì)低碳鋼和16Mn鋼：E=2.06X105Mpa；

u…泊松比，對(duì)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：

bWl6t

為了保證整車及有關(guān)機(jī)件的正常工作，對(duì)縱梁的最大撓度應(yīng)予以限制。這就要對(duì)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J的簡支梁在其跨度/