中型貨車車架設(shè)計(jì)剖析

1、本設(shè)計(jì)課題是關(guān)于中型載貨汽車的車架設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的車架結(jié)構(gòu)形式是前后等寬的 邊梁式車架，其中縱梁和橫梁的截面形狀都采用槽型，縱梁與橫梁通過鉚釘連接。本說 明書涉及了現(xiàn)階段載貨汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢，以及國內(nèi)外載貨汽車車架的發(fā)展?fàn)顩r；說 明書還詳細(xì)闡明了中型載貨汽車的方案論證：車架的設(shè)計(jì)要求、車架結(jié)構(gòu)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、車架的受載分析以及車架的強(qiáng)度計(jì)算。在計(jì)算時(shí)把車架簡化成為一個(gè)位于支座上 的靜定結(jié)構(gòu)，然后，用材料力學(xué)的知識(shí)對本車架進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，并且在滿足應(yīng)力要求的 條件下來確定車架縱梁的斷面尺寸。關(guān)鍵詞：中型貨車、車架、設(shè)

2、計(jì)2AbstractThis design issue is about the frame of medium-sized truck. The frame structure designed is the side frame with the beam width, in which the shape of Iongitudinal and cross-secti on beams are slot, rails and beams are conn ected by rivets .This paper invo Ives in lately the tech no logy de

3、velopme nt trend of truck as well as the domestic and foreig n truck frame developme nt; This paper also expose in detail the medium-sized truck with scheme dem on strati on :the requireme nt of frame desig n、 determ in ati on of frame structure > determ in atio n of frame width 、determ in atio n

4、 of stri nger form、determ in ati on of beamsform、the connection form of beams、analysis of load the frame suffers and the strength calculation .The frame will be simplified as a stable objective when calculating, and then calculate the strength with mechanics materials knowledge and determine the siz

5、e of the frame rails with the prec on diti on that it meets the requireme nt of stress.Key words: medium-sized trucks, trailers, desig n第1章緒論11.1課題背景11.2國外貨車技術(shù)的發(fā)展趨勢11.3車架的發(fā)展 2第2章方案論證42.1參考車型及其參數(shù)42.2車架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求42.3車架結(jié)構(gòu)的確定 5第3章車架的設(shè)計(jì)93.1車架的結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)93.2車架的受載分析 133.3彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的基本假設(shè)143.4縱梁的彎矩和剪力的計(jì)算15第4章車架的制造工藝2

6、14.1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(jié)束語 25參考文獻(xiàn)26致謝27附錄 28第1章緒論1.1課題背景車架是汽車各總成的安裝基體，它將發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身等總成連成一個(gè)有機(jī)的整 體，即將各總成組成為一輛完整的汽車。同時(shí)，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(shí)產(chǎn)生的各種力和力矩，即車架要承受各種靜載荷和動(dòng)載荷。汽車車架是整個(gè)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(gòu) 架，對于這種金屬構(gòu)架式車架，生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)合理， 生產(chǎn)工藝規(guī)范, 要采取一切切實(shí)可行的措施消除工藝缺陷，保證它在各種復(fù)雜的受力情況下不至于被破 壞

7、。本說明書只是敘述非承載式車身結(jié)構(gòu)形式中單獨(dú)的車架系統(tǒng)。承載式汽車，前、后 懸架裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器等傳動(dòng)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(qiáng)度及振動(dòng)特性等幾乎完全決定了車輛整體的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)特性。設(shè)計(jì)時(shí) 在確保車架總成性能的同時(shí)，還應(yīng)對車架性能和匹配性進(jìn)行認(rèn)真的研究。車架結(jié)構(gòu)很多 都是用電弧焊焊接而成，容易產(chǎn)生焊接變形。在設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)方面下工夫，盡量確保各個(gè)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(yīng)力集中現(xiàn)象。所 以，應(yīng)對接頭位置和焊接端部進(jìn)行處理。車架受力狀態(tài)極為復(fù)雜

8、。汽車靜止時(shí)，它在懸架系統(tǒng)的支撐下，承受著汽車各部件 及載荷的重力，引起縱梁的彎曲和偏心扭轉(zhuǎn)（局部扭轉(zhuǎn)）。如汽車所處的路面不平，車架還將呈現(xiàn)整體扭轉(zhuǎn)。汽車行駛時(shí)，載荷和汽車各部件的自身質(zhì)量及其工作載荷（如驅(qū) 動(dòng)力、制動(dòng)力和轉(zhuǎn)向力等）將使車架各部件承受著不同方向、不同程度和隨機(jī)變化的動(dòng) 載荷，車架的彎曲、偏心扭轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)將更嚴(yán)重，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)側(cè)彎、菱形傾向，以 及各種彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。同時(shí)，有些裝置件還可能使車架產(chǎn)生較大的裝置載荷。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)品開發(fā)階段，對車架靜應(yīng)力、剛度、振動(dòng)模態(tài)以至動(dòng) 應(yīng)力和碰撞安全等已可進(jìn)行有限元分析，對其輕量化、使用壽命，以及振動(dòng)和噪聲特性 也可以做出初步

9、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(shù)的發(fā)展趨勢如今世界貨車技術(shù)發(fā)展亦相當(dāng)迅速，為降低運(yùn)輸成本，載貨車正朝著大型化方向發(fā)展追求大功率、大噸位。其次，國際載貨車的另一動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)、“翻車警告系統(tǒng)”等裝置，電控制動(dòng)系統(tǒng)可將停車距離縮短了15%貨車的制動(dòng)踏板的反應(yīng)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(dāng)車輛有危險(xiǎn)時(shí)，系 統(tǒng)會(huì)發(fā)出警鳴聲提醒司機(jī)減速，如不奏效，則立即通過電控裝置強(qiáng)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

10、一應(yīng)俱全。司機(jī)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(shè) 置了臥鋪和寫字臺(tái)；新型貨車還使用了電控裝置的變速器，自動(dòng)換檔。目前，國際上 貨車發(fā)展的新潮流是開始應(yīng)用衛(wèi)星監(jiān)控和導(dǎo)航技術(shù)，裝上了移動(dòng)通信和跟蹤網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)，通過這種系統(tǒng)，公司可探測出外出運(yùn)營的車輛位置，即時(shí)發(fā)送信號(hào)，與司機(jī)密切 聯(lián)系；掛車的超聲波傳感器可及時(shí)告之貨主是否裝貨及裝貨形式；通過傳感器調(diào)度員 可以了解車輛速度、燃油消耗及傳動(dòng)系統(tǒng)狀況，隨時(shí)提醒司機(jī)應(yīng)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(dòng)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就顯

11、得 相當(dāng)重要。汽車車架是整個(gè)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(gòu)架，對于這種金屬構(gòu)架式車架，生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)合理，生產(chǎn)工 藝規(guī)范，要采取一切切實(shí)可行的措施消除工藝缺陷，保證它在各種復(fù)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(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、弓I擎蓋、行李廂蓋等鈑件，貝規(guī)另外再包覆于車體之外，因此車體與 車架其實(shí)是屬于兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造。這種設(shè)計(jì)的最大好處，在于輕量化與剛性得以同時(shí)兼 顧，因此受到了不少跑車制

12、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(jì)。由于鋼骨設(shè)計(jì)的車架必須通過許多接點(diǎn)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(qiáng)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。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(gè)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(yùn)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(fèi)。除了有利于共用，車體車架也可以通過材料

13、的不同來發(fā)揮輕量化的特性，鋁合金是 80年代末期相當(dāng)熱門的一種工業(yè)材料，雖然重量比鐵輕，但是強(qiáng)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(qiáng)度卻無法達(dá)到和 鐵制車架同樣的水準(zhǔn)。除非增加更多的鋁合金材料，禾I用更多的用量來彌補(bǔ)強(qiáng)度上的不 足。不過這樣一來，重量必然會(huì)相對增加，而原本出于輕量化考慮而采用鋁合金材料的 動(dòng)機(jī)，當(dāng)然也就失去了意義。也正因?yàn)檫@個(gè)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(qiáng)度更高的碳纖維，或是用碳纖維結(jié)合蜂巢狀?yuàn)A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(fèi)時(shí)，成 本也相對更高，

14、所以至今仍無法普及到一般市售車上，而僅有少數(shù)售價(jià)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(qiáng)度，同時(shí)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(guān)于剛性的確保，大多數(shù)車廠在新車的設(shè)計(jì)階段，都是利用電腦計(jì)算出車架的剛性 需求，并以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)。有些車廠在用電腦完成設(shè)計(jì)雛形后，還會(huì)再由專業(yè)的試車 人員進(jìn)行實(shí)際測試。32第2章設(shè)計(jì)方案論證2.1參考車型及其參數(shù)參考車型：解放牌 CA1161PK2E3L1A9平頭載貨汽車 詳細(xì)參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：CA6

15、DF3-16E3F發(fā)動(dòng)機(jī)功率：121 kw發(fā)動(dòng)機(jī)排量：7120ML發(fā)動(dòng)機(jī)類型：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)外形尺寸（長X寬X高）：8532X 2490X 3200 mm貨箱欄板內(nèi)尺寸：6200X 2300X 400 mm總質(zhì)量：13965 Kg整備質(zhì)量：5850 Kg額定載質(zhì)量：7985 Kg軸數(shù)：2前懸/ 后懸：1272/2560 mm軸距：4700 mm軸荷：5970/9995 N最高車速：85 km/h前輪距：1830 mm后輪距：1860 mm底盤型號(hào)：CA1161PK2E3L1A95底盤尺寸（長X寬X高）：8397X 2470X 26202.2車架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求為了使車架符合上述功用，通常對設(shè)計(jì)的車架

16、有如下的要求：2.2.1必須有足夠的強(qiáng)度保證在各種復(fù)雜受力的使用情況下車架不受破壞。要求有足夠的疲勞強(qiáng)度，保證在 汽車大修里程內(nèi)，車架不致有嚴(yán)重的疲勞損傷?？v梁受力極為復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)不僅應(yīng)注意各種應(yīng)力，改善其分布情況，還應(yīng)該注意使 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)應(yīng)力，減少應(yīng)力集中并避免失穩(wěn)。而在前、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：2.2.1.1提高彎曲強(qiáng)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）;221.2提高局部扭轉(zhuǎn)剛度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

17、面的彎曲中心，并使 合成量較?。辉谄妮d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；將懸置點(diǎn)分布在橫梁的彎曲中心上；當(dāng)偏心載荷較大并偏離橫梁較遠(yuǎn)處時(shí)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(shí)候，應(yīng)該采用封閉斷面梁，橫梁間距也應(yīng)縮小；選用較大的斷面；限制制造扭曲度，減少裝配預(yù)應(yīng)力。2.2.1.3提高整體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度不使縱梁斷面過大；翼緣連接的橫梁不宜相距太近。2.2.1.4減少應(yīng)力集中及疲勞敏感盡可能減少翼緣上的孔（特別是高應(yīng)力區(qū)），嚴(yán)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(yán)重變薄；注意加強(qiáng)端部的形狀和連接，避免剛度突變；避免在槽形梁

18、的翼緣邊緣處施焊，尤其畏忌短焊縫和“點(diǎn)”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(qiáng)度加強(qiáng)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(diǎn)接近腹板的上、下側(cè)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(dāng)大。因此，車架應(yīng)按等強(qiáng)度的原則進(jìn)行設(shè) 計(jì)，以減輕汽車的自重和降低材料的消耗量。在保證強(qiáng)度的條件下，盡量減輕車架的質(zhì) 量。試驗(yàn)表明，汽車質(zhì)量的輕重與汽車的能耗有著直接的關(guān)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%

19、，燃油的消耗可降低6%8%,同時(shí)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(xiàn)，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(dòng)方面也均有改善。 從安全性考慮：碰撞時(shí)慣性小，制動(dòng)距離減小。2.3 車架結(jié)構(gòu)的確定2.3.1車架類型的選擇在一些客車和轎車上，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(qiáng)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(shè)車架。隨著節(jié)能技術(shù)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(shí)，它承受來自裝配在

20、其上的各部件傳 來的力及其相應(yīng)的力矩的作用。當(dāng)汽車行駛在崎嶇不平的道路上時(shí)，車架在載荷作用下 會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，使安裝在其上的各部件相互位置發(fā)生變化。當(dāng)車輪受到?jīng)_擊時(shí)，車架 也會(huì)想相應(yīng)受到?jīng)_擊載荷。因而要求車架具有足夠的強(qiáng)度，合適的剛度，同時(shí)盡量減輕 重量。在良好路面行駛的汽車，車架應(yīng)布置得離地面近一些，使汽車重心降低，有利于 汽車穩(wěn)定行駛，車架的形狀尺寸還應(yīng)保證前輪轉(zhuǎn)向要求的空間。車架是按其結(jié)構(gòu)型式的不同來分類的，其主要結(jié)構(gòu)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及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

21、一個(gè)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(dāng)承受扭矩時(shí)，各部分同時(shí)產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。其優(yōu)點(diǎn)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，為了降低地板高度，可局部地減少縱梁的斷面高度并相應(yīng) 地加大其寬度，但這使縱梁的制造工藝復(fù)雜化且其車身地板仍比采用其他車架時(shí)為高， 當(dāng)然地板上的傳動(dòng)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及一些沖壓制成的開口槽型橫梁組合而成。

22、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(yīng)力情況相應(yīng)地縮小。車架寬度多為全長等寬 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(zhuǎn)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，前部和中部以及后部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(jié)構(gòu)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(cè)裝置件的懸伸長度。在前后縱梁處向上彎曲以讓出前后 獨(dú)

23、立懸架或非斷開式后橋的運(yùn)動(dòng)空間。采用這種車架時(shí)車身地板上的傳動(dòng)軸通道所形成 的鼓包不大，但門檻較寬。這種車架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般在中、高級(jí)轎車上運(yùn)用。圖2 12.3.1.3 X型車架這種車架由兩根縱梁及X型橫梁組成如圖（2-2），實(shí)際上是邊梁式車架的改進(jìn)，有 一定的抗扭剛度，X橫梁能將扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)閺澗?，對短而寬的車架，這種效果最明顯。車 架中部為位于汽車縱向?qū)ΨQ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(dòng)力、傳動(dòng)總成，而后端則用于安裝后橋。傳動(dòng)軸經(jīng)中部管梁通 向后方。中部管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大。前后叉形邊梁由一些橫梁相連，后者還用于加強(qiáng)前、 后懸架的支撐。管梁部分位于后座乘客

24、的腳下位置且在車寬的中間，因此不妨礙在其兩 側(cè)的車身地板的降低，但地板中間會(huì)有較大的縱向鼓包。門檻的寬度不大，雖然從被動(dòng) 安全性考慮，要求門檻有足夠的強(qiáng)度和剛度。一般只在轎車上采用。圖2-22.3.1.4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(dòng)力一傳動(dòng)系連成一體，傳動(dòng)軸從其中間通過，故采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)驅(qū)動(dòng)橋必須是斷 開式的并與獨(dú)立懸架相匹配。與其他類型的車架比較，其扭轉(zhuǎn)剛度最大。容許車輪有較 大的跳動(dòng)空間，使汽車有較好的平順性和通過性。車架的強(qiáng)度和剛度較大；脊梁還能

25、起 封閉傳動(dòng)軸的防塵套作用。但這種車架的制造工藝復(fù)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2.3.1.5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(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)橋；中部為 一短脊梁管，傳動(dòng)軸從短管內(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(fù)雜。此種結(jié)構(gòu)一般在轎車上使用。由于設(shè)計(jì)的是中型載汽車車架，根據(jù)其特點(diǎn)選用邊梁式車架?？v梁上、下表面為平 直，斷面呈槽形，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，不僅能降低工人工作強(qiáng)度，而且其造價(jià)低廉, 有良

26、好的經(jīng)濟(jì)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(diǎn)： 邊梁式車架由兩根縱梁的若干根橫梁組成，該結(jié)構(gòu)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(jié)：通過選定參考車型，明確車架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，選定車架的具體結(jié)構(gòu)形式，為后面 的車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，車架的強(qiáng)度計(jì)算等提供了方向。第3章車架的設(shè)計(jì)車架是一個(gè)復(fù)雜的薄壁框架結(jié)構(gòu)，其受力情況極為復(fù)雜。本設(shè)計(jì)包括了結(jié)構(gòu)形式的 設(shè)計(jì)：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，以及加強(qiáng)版的布置。在車架設(shè)計(jì)的初期階段，可對車架縱梁進(jìn)行簡化的彎曲強(qiáng)度 計(jì)算，以及來確定車架的斷面尺寸。下面是設(shè)計(jì)和計(jì)

27、算的方法和步驟。3.1車架結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)3.1.1車架寬度的確定車架的寬度是左、右縱梁腹板外側(cè)面之間的寬度。車架前部寬度的最小值取決于發(fā) 動(dòng)機(jī)的外廓寬度，其最大值受到前輪最大轉(zhuǎn)角的限制。車架后部寬度的最大值主要是根 據(jù)車架外側(cè)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。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(shí)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(shè)計(jì)可 米取以下措施：3.1.1.1將車架做成前窄后寬這種結(jié)構(gòu)可以解決前輪轉(zhuǎn)向所需的空間與車架總寬之間的矛盾。此結(jié)構(gòu)適用于輕 型汽車、微型汽車和轎車。

28、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(fù)荷大，輪胎的尺寸加大，后鋼板彈簧片寬增加，同 時(shí)為了安裝外型尺寸大的發(fā)動(dòng)機(jī)，常需減小前輪轉(zhuǎn)向角，以便使汽車的總寬在公路標(biāo)準(zhǔn) 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(shè)計(jì)的要求，關(guān)于中型車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其載重設(shè)為3.5t，所以為了簡化制造工藝，最好車架前后等寬。為了便于實(shí)行產(chǎn)品的三化，不少國家對車架的寬度制定 了標(biāo)準(zhǔn)。如美國汽車工程學(xué)會(huì)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(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定對于中型載貨汽車的邊梁式車架，其寬度標(biāo)準(zhǔn)為864± 5mm。本設(shè)計(jì)方案取車架的寬度為866mm。3.1.

29、2車架縱梁形式的確定車架的縱梁結(jié)構(gòu)，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(shí)形狀應(yīng)盡量簡單，以簡化其制造工藝。從縱梁的側(cè)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(diǎn)：結(jié)構(gòu) 簡單，工藝性好；當(dāng)上翼面為平直時(shí)，可使貨廂底板平整，縱梁制造方便，大多數(shù)載貨 汽車車架縱梁都采用這種型式。當(dāng)上翼面彎曲時(shí)，縱梁部分區(qū)段降低，地板高度相應(yīng)降 低，改善了整車的穩(wěn)定性，且有利于上、下車，此種結(jié)構(gòu)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(fù)雜?？v梁上表面應(yīng)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(yīng)。 也有全長或僅中部及后部為等斷面的。根據(jù)整

30、車布置要求，有時(shí)采用前端或后端或前后 端均彎曲的縱梁?？v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(yīng)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(qiáng)度，工藝性好，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(yīng)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(qiáng)度，但其值的增加又受到發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)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2.83.5。由于重型載貨汽車的發(fā)

31、動(dòng)機(jī)外型尺寸大，后軸負(fù)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(jié)構(gòu)復(fù)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用工字形 截面的型材或焊接成的箱形結(jié)構(gòu)。箱形斷面梁抗扭強(qiáng)度大，多用于轎車和輕型越野車。 超重型越野車及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(gòu)成的車架，其抗彎剛度大，通?？蛙嚨能嚰芤彩遣捎么朔N斷面?？v梁 的長度一般接近汽車長度，其值約為1.41.7倍汽車輪距。多品種生產(chǎn)時(shí)，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

32、梁，通過變化鈑料厚度或翼緣寬度獲得不同強(qiáng)度。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，再考慮縱梁截面的特點(diǎn)，本方案設(shè)計(jì)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(diǎn)：有較好的抗彎強(qiáng)度，便于安裝汽車部件。3.1.3車架橫梁形式的確定車架橫梁將左、右縱梁連接在一起，構(gòu)成一個(gè)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(jié)構(gòu)和用途不一樣。3.1.3.1前橫梁通常用來支承水箱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)前支點(diǎn)安排在左右縱梁上時(shí)，可用較小槽型和Z型斷面橫梁。對于前部采用獨(dú)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

33、下凹的形狀。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)前支點(diǎn)和水箱相 距很近時(shí)，前橫梁常用來支承水箱和發(fā)動(dòng)機(jī)前端，此時(shí)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(dòng)機(jī)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。3.1.3.3中橫梁通常用來作傳動(dòng)軸的中間支承。為了保證傳動(dòng)軸有足夠的跳動(dòng)空間，將其結(jié)構(gòu)做成 上拱形。在后鋼板彈簧前、后支架附近所受到的力或轉(zhuǎn)矩大，則要設(shè)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(shè)有拖曳裝置，裝有拖鉤，故將橫梁做成K形結(jié)構(gòu)，利用斜撐來減少橫梁跨距，使之局部加強(qiáng)。本設(shè)計(jì)課題是關(guān)于中型車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以采用開口斷面比較合適。本次設(shè)計(jì)一 共采用大小共

34、9根橫梁，各根橫梁的結(jié)構(gòu)及用途如下：第一根橫梁斷面形狀為三角形，也就是角鋼機(jī)構(gòu)，用來支撐水箱，其中間設(shè)有多個(gè) 方形孔，目的是讓空氣可以流到發(fā)動(dòng)機(jī)底部，也有助于發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。第二根橫梁為發(fā)動(dòng)機(jī)托架，為防止其與前軸發(fā)生碰撞幾干涉，故將其安排放在發(fā)動(dòng) 機(jī)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(dòng)軸的支承，其斷面形狀為槽形，為了保證傳動(dòng)軸有足夠的跳動(dòng) 空間和安裝空間，將其結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)矩都很大。 它們的斷面形狀也是采用槽形，并且做成扭轉(zhuǎn)剛度

35、大的K形結(jié)構(gòu)。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(jī)構(gòu)。 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(gòu)成一個(gè)框架，使車架有足夠的 抗彎剛度。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(huì)使縱梁出現(xiàn)大的應(yīng)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(shí)和縱梁的腹板及任一翼緣（上或下）相連接這種連接方式制造工藝不很復(fù)雜，連接剛度增強(qiáng)，故得到廣泛應(yīng)用

36、。但后鋼板彈簧 托架上的力會(huì)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(shè)計(jì)鋼板 彈簧托架時(shí)應(yīng)盡可能減少懸架伸長度，使載荷作用點(diǎn)靠近縱梁彎曲中心。當(dāng)偏心載荷較 大時(shí)，可將該處縱梁作成局部閉口斷面；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(shí)和上、下翼緣相連接這種連接形式具有剛性較好的加強(qiáng)角撐，可產(chǎn)生良好的斜支撐作用，使整個(gè)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(fù)雜，當(dāng)轉(zhuǎn)矩過大時(shí)，縱梁翼緣上會(huì)出現(xiàn)應(yīng)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

37、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)目及其分布有關(guān)。焊接能使其連接牢固，不致產(chǎn)生松動(dòng)，能保證有大的剛度。但焊接容易變形并產(chǎn)生 較大的內(nèi)應(yīng)力，故要求焊接質(zhì)量要高，主要在小批量生產(chǎn)或修理時(shí)采用。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，以使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(shí)，容易松動(dòng)，甚至 發(fā)生嚴(yán)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(yīng)，鉚釘分布不要太近。當(dāng)利用連接板的翻 邊緊固時(shí)，應(yīng)加大連接板的寬度和厚度，緊固孔應(yīng)盡可能靠近翻邊處，

38、以防連接損壞。本設(shè)計(jì)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(qiáng)板的布置3.1.5.1 車架加強(qiáng)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(qiáng)板。車架中部，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(yīng)加加強(qiáng)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6X 4重型汽車采用平衡懸架，懸架為單點(diǎn)支撐，縱梁所受的支撐反力更大。為保證該區(qū)域抗彎 強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度，因此，我設(shè)計(jì)的車架在中后部布置了加強(qiáng)扳。3.1.5.2車架加強(qiáng)板的布置方式由于車架縱梁的下翼板應(yīng)力大，而縱梁的上翼板應(yīng)力小。但在布置車架加強(qiáng)扳

39、時(shí)卻 不能這樣考慮，而應(yīng)認(rèn)為車架受交變載荷同時(shí)加強(qiáng)上下翼板，使縱粱得到整體加強(qiáng)。如 果僅根據(jù)車架縱粱不同部位上下翼板所受應(yīng)力的大小進(jìn)行分別加強(qiáng)，就會(huì)使車架縱梁上下翼板的強(qiáng)度不同，在實(shí)際使用中，強(qiáng)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(yīng)力較大，為了避免翼板由于鉆孔而導(dǎo)致抗彎強(qiáng)度下降。該加 強(qiáng)板主要與腹板聯(lián)接。3.1.6車架加強(qiáng)板形式的確定在設(shè)計(jì)車架加強(qiáng)板時(shí)，應(yīng)特別注意車架局部區(qū)域的應(yīng)力集中，主要是指加強(qiáng)板端頭 區(qū)域。為了降低應(yīng)力集中，加強(qiáng)板的端頭可采用以下三種設(shè)計(jì)方式（如圖3-2） ob圖3-2加強(qiáng)板端頭形式本方案設(shè)計(jì)的加強(qiáng)板采用了“ b方式”總之，車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充

40、分考慮到整車布置對車架的要求及企業(yè)的工藝制造能 力，合理選擇縱梁截面高度、橫粱的結(jié)構(gòu)形式、橫粱與縱梁的聯(lián)接方式，并根據(jù)車架的 應(yīng)力計(jì)算合理地布置車架加強(qiáng)板，使車架結(jié)構(gòu)滿足汽車使用要求。以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效 益和社會(huì)效益。3.2車架的受載分析汽車的使用條件復(fù)雜，其受力情況十分復(fù)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(shí)，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)量以及有效載荷（客車或貨物的總質(zhì)量） 的總和。3.2.2對稱的垂直動(dòng)載荷這種載荷是當(dāng)汽車在平坦的道路上以較高車速行駛時(shí)產(chǎn)生的。其大小

41、與垂直振動(dòng)加速度有關(guān)，與作用在車架上的靜載荷及其分布有關(guān)，路面的作用力使車架承受對稱的垂 直動(dòng)載荷。這種動(dòng)載使車架產(chǎn)生彎曲變形。3.2.3斜對稱的動(dòng)載荷這種載荷是當(dāng)汽車在崎嶇不平的道路上行駛時(shí)產(chǎn)生的。此時(shí)汽車的前后幾個(gè)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及車身、 車架和懸架的剛度有關(guān)。這種動(dòng)載荷會(huì)使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。3.2.4其它載荷汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力將使車架受到側(cè)向力的作用；汽車加速或制動(dòng)時(shí)，慣性力 會(huì)導(dǎo)致車架前后部載荷的重新分配；當(dāng)一前輪正面撞在路面凸包上時(shí)，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(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向搖臂及減振器等）

42、工作時(shí) 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(zhuǎn)矩。綜上所述，汽車車架實(shí)際上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(diǎn)又是多種多樣，更導(dǎo)致車架受載情況復(fù)雜化。3.3彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的基本假設(shè)為了便于彎曲強(qiáng)度的計(jì)算，對車架進(jìn)行以下基本假設(shè)：一、因?yàn)檐嚰芙Y(jié)構(gòu)是左右的對稱的，左右縱梁的受力相差不大，故認(rèn)為縱梁是支承在汽 車前后軸的簡支梁。二、空車時(shí)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(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)大致估計(jì)，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。

43、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(shí)際上，縱梁的某些部位會(huì)由于安裝外伸部件（如油箱、蓄電池等）而產(chǎn)生局部扭 轉(zhuǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)通常在此安置一根橫梁，使得這種對縱梁的扭轉(zhuǎn)變?yōu)閷M梁的彎矩。故這 種假定不會(huì)造成計(jì)算的明顯誤差。由于上述假設(shè)，使車架由一個(gè)靜不定的平面框架結(jié)構(gòu)，簡化成為一個(gè)位于支座上的 靜定結(jié)構(gòu)。3.4縱梁的彎矩和剪力的計(jì)算要計(jì)算車架縱梁的彎矩，先計(jì)算車架前支座反作用力，向后輪中心支座處求矩可 得F嚴(yán)了二淚7川屮!(3-1) 夙汀和占以(3-2)式中：山一一前輪中心支座對任一縱梁(左縱梁或右縱梁)的反作用力N;_后輪中心支座對任一縱梁(左縱梁或右縱梁

44、)的反作用力N;.L縱梁的總長，8394mm一汽車軸距，4700mm3前懸，1272mm_后懸，2425mm一 車廂長，6400mm.車廂前端到二軸和三軸軸距的中點(diǎn)的距離，3840mm_ 車廂后端到二軸和三軸軸距的中點(diǎn)的距離，2560mm比-空車時(shí)的簧載質(zhì)量，約4000kg；一一滿載時(shí)有效裝載質(zhì)量，10000kg；_重力加速度，9.8m/s ;代入(4-1)和(4-2)可得：F訐ML-2b) + MC 2Cg/41=14061.96NF2=(MEg+Meg)/2-F1=54538.04N在計(jì)算縱梁彎矩時(shí)，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(diǎn)的集中力。縱梁各端面上的彎矩計(jì)

45、算采用彎矩差法，可使計(jì)算工作量大大減少。彎 矩差法認(rèn)為：縱梁上某一端面上的彎矩為該段面之前所有力對改點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩之和。一、駕駛室長度段縱梁的彎矩計(jì)算在該段內(nèi)，根據(jù)彎矩差法，則有：二廣斗-礦期,"(3-3)式中：以耳一縱梁上某一段截面的彎矩，N*mm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<XW 1272) AB段的剪力和彎矩：Q = -M£gX/2LMx = F1X-Msg(a + x)z/4當(dāng)X=0時(shí)Q= 0 NM=0 N當(dāng) X=1272Q= -2970.12NM=-1900010.36N- mm(二) (1272WX< 21

46、32) BE段的剪力的彎矩：Q=F1-MjrgX/2LMx = F1X-Mag(a+x)1/4l當(dāng)X=1272時(shí)Q=10986.56NM=-1890010.51N mm當(dāng) X=2132Q=8979.18NM=6692201.49N mm二、駕駛室后端到后軸段縱梁的彎矩計(jì)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：2J(3-4)式中：Hj：縱梁上某一截面的彎矩 N*mm截面到前輪中心的距離，mm車廂前端到后輪中心的距離，mm縱梁某一斷面上的剪力為該斷面之前所以力之和。QF-Msgfx+I) /2L-MegCl-(-x)/C(3-5)式中：;一縱梁某一斷面上的剪力，No由上可知，縱梁的最大彎

47、矩一定發(fā)生在該段縱梁內(nèi)。其位置可采用求i店對x的導(dǎo)數(shù)并令其為零的辦法得到。x=2C*L*Fl-a*C*Ms*g-L(l- Cl)*Jfe*gJ/C*Me*g-L*M5*g)(3-6)可得：x=1588由上式計(jì)算求得縱梁發(fā)生最大彎矩的位置，將該值代入彎矩計(jì)算公式，則可求得縱 梁受到的最大彎矩貽遞；亦賤=12615248.51 N - mm縱梁受到的最大剪力則發(fā)生在汽車后軸附近。當(dāng)x=l時(shí)，剪力最大，其最大剪力 購二為：Qurn 二FbrMwp (a+1) /2L- Me*gCl/C可得麗誕g=-29384.03N(一) (2132WXW 5972) EC段的剪力和彎矩：Q = F1-Ms*g*

48、X/2L-Me*g * Q-2132)/2cM = Fix- Ms g(x + a)2/41 *§1- (l-x)z /4c當(dāng) X=2132Q=8979.18NM=6692201.49N mm當(dāng) X=5972Q=-29384.03NM=-23915723.09N- mm(二) (5972WX< 8397) CD段的剪力和彎矩：Q = (Ms g/4L + Me g/4c) X (7260 - X)M = -(Ms g/4L + Me g/4c)X (7260 一 X)2當(dāng) X=5972Q=12115.92NM=-23915723.09N- mm當(dāng) x=8397Q=0 NM=0

49、N- mm剪力圖彎矩圖受到各種動(dòng)載荷的作用。因此，汽車行駛時(shí)實(shí)際受到的最大彎矩業(yè)述和最大剪力工為：-1Qdinax = Kd X Qmax式中：I動(dòng)載系數(shù)，對于轎車，客車.=1.75，載貨汽車1=2.5，越野汽車=3.0則有：口品一丄： 討匚影=73460.08N進(jìn);-F*；ih議;=31538121.28N343車架材料的確定車架材料應(yīng)具有足夠高的屈服極限和疲勞極限，低的應(yīng)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(guān)。拉伸尺寸較大或形狀復(fù)雜的沖壓件需采用沖壓性能好的低碳鋼或低碳合金 鋼08、09MnL 09MnRE等鋼板制

50、造；拉伸尺寸不大、形狀又不復(fù)雜的沖壓件采用強(qiáng)度稍 高的20、25、16Mn 09SiVL、10TiL等鋼板制造。強(qiáng)度更高的鋼板在冷沖壓時(shí)易開裂且 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(shè)計(jì)，采用16Mn鋼板制造車架，其疲勞強(qiáng)度（T -1 = 220260MPa 3.4.4縱梁截面特性的計(jì)算車架縱梁和橫梁截面系數(shù)W按材料力學(xué)的方法計(jì)算。對于槽形斷面（如圖3-3），斷面系數(shù)W為W = th（h+ 6b / 6取 h=220mm, b=77m

51、m, t=7mm,=118580mm計(jì)算公式W = ( K + 6b )圖3-33.4.5彎曲應(yīng)力計(jì)算與校核縱梁斷面的最大彎曲應(yīng)力S為:S = /W則最大應(yīng)力為：S =/W=165.54Mpa按照上式求得的彎曲應(yīng)力應(yīng)不大于材料的許用應(yīng)力S。許用應(yīng)力可以按照以下公式計(jì)算：S= S s/n式中：§s材料的疲勞極限，對于16Mr材料，Ss=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(yīng)力為：滬S s/n=350/1.25=280所以S =156.78Mpa、于S范圍內(nèi)上述計(jì)算符合應(yīng)力要求S< S , 最終確定縱梁槽形斷面的尺寸為：h=220mmb=77

52、mmt=7+4mm （根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：縱梁還須在彎矩大的區(qū)域布置加強(qiáng)板，加強(qiáng)板厚為4mm加強(qiáng)板布置在EC段和CD段）3.4.6臨界彎曲應(yīng)力S c計(jì)算和校核當(dāng)縱梁受彎變形時(shí)，上下翼緣分別受到壓縮和拉伸的作用，可能會(huì)造成翼緣的破裂。 因此應(yīng)按薄板理論進(jìn)行校核。對于槽型截面縱梁來說，其臨界彎曲應(yīng)力Sc :I Li二二 w 350式中：E材料的彈性模量，E=2.06MPaU 泊松比。對16Mn u=0.3。由上式可得b w 16t 取 b=76mm t=7mm則有76< 112因此，車架滿足臨界彎曲應(yīng)力的要求。小結(jié)：通過對車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括縱梁的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)梁的設(shè)計(jì)，橫梁的設(shè)計(jì)，橫梁與縱 梁的連接設(shè)計(jì)

53、，確定了車架的大體結(jié)構(gòu)。為保證車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，合理性，對車 架縱梁進(jìn)行了彎矩和剪力的計(jì)算，以及校核，更進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)板 4.0、5.0、6.0、7.0mm縱梁長度：5600-11540mm4.1.1.2 工藝特點(diǎn)a工藝流程第一種模式：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(jī)沖孔一用模具壓彎 成形一裝配一油漆。第三種

54、模式：剪切一用平面數(shù)控沖孔機(jī)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(jī)；中孔一等離子切割局部外形一噴丸。b生產(chǎn)設(shè)備機(jī)械壓力機(jī)：3000、3500、4000、5000t ；平面數(shù)控；中孔機(jī)、三面數(shù)控；中孔機(jī)、折彎機(jī)；采用模具生產(chǎn)和平面數(shù)控沖孔機(jī)模式的工藝，一般受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、壓床噸位（一般為3000、3500、4000、5000t）限制。不能采用強(qiáng)度過高的高強(qiáng)度鋼板，即屈服強(qiáng)度在 350-560N/mm以下的高強(qiáng)度鋼板；縱梁和縱梁加強(qiáng)板的長度不易太長，應(yīng)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，

55、在購買設(shè)備時(shí)就已將材料參數(shù)即屈服強(qiáng)度設(shè)定在350-700N，mm以下，可以選擇屈服強(qiáng)度在700/mm以下的材料，長度不限，厚度控制在10mm以下。縱梁和縱梁加強(qiáng)板用材 受設(shè)備、工藝模式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響，材料強(qiáng)度級(jí)別范圍也有所不同。一般來說開發(fā) 縱梁和縱梁加強(qiáng)材料時(shí)應(yīng)結(jié)合其工藝條件，從材料的使用范圍入手，確定合理的高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)度開發(fā)范圍，從而適用不同的工藝模式。還應(yīng)研究高強(qiáng)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(qiáng)度要求、適用油漆方式等相關(guān)參 數(shù)，從而提高材料的應(yīng)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(jié)構(gòu)各不相同。不同條件的汽車橫梁其 結(jié)構(gòu)型式變化

56、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?yàn)椴坌褪綑M梁曲剛度和強(qiáng)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(diǎn)。汽車橫梁一般都是采用沖壓加工方法 生產(chǎn)。4.1.2.1 產(chǎn)品特征厚度:4.0、5.0、7.0、8.0、1.0mm長度：600-790mm抗拉強(qiáng)度：370-610 N / mm形狀：槽型式橫梁、鱷魚口式橫梁等4.1.2.2工藝特點(diǎn)a工藝流程槽型式橫梁：剪切一修邊沖孔（或落料沖孔）一成形一沖孔（按需）一裝配一油漆。鱷魚1b式橫梁：剪切一成形一修邊沖孔一裝配一油漆。b設(shè)備機(jī)械壓力機(jī)：800t、1250t、3000t。近 年來,為了滿足用戶經(jīng)濟(jì)性、大噸位要 求，橫梁材料厚度由4.0-6.0mm 變?yōu)?.5-1.0mm,抗拉強(qiáng)度也由 370-510MPa提高到590-610MPa以上。復(fù)雜形狀 的橫梁應(yīng)用較多。既要有一定的強(qiáng)度又要有良好的成形性 能是橫梁用材的基本要求。同時(shí)，受壓力機(jī)噸位、模具制造業(yè)水平限制，未將高強(qiáng)度鋼板應(yīng)用在成形復(fù)雜的橫梁上。對于橫梁用材的開發(fā)應(yīng)針對橫梁的產(chǎn)品特性，結(jié)合工藝技術(shù)水平，在滿足強(qiáng)度要求的前提下重點(diǎn)提高材料成形性能和焊接性能。還要開 展高強(qiáng)度鋼板 的極限拉伸速度 的研究，這是由于商用車橫梁一般都是在機(jī)械