車架設(shè)計的基礎(chǔ)知識

1、車架設(shè)計基礎(chǔ)1、 整車對車架的要求2、 車架的受力情況分析3、 車架的結(jié)構(gòu)分析1. 車架的基本結(jié)構(gòu)形式2. 車架寬度的確定3. 縱梁的形式、主參數(shù)的選擇4. 車架的橫梁及結(jié)構(gòu)形式5. 車架的連接方式及特點6. 載貨車輛采用鉚接車架的優(yōu)點4、 車架的計算1. 簡單強度計算分析2. 簡單剛度計算分析3. CA珠合分析5、 附表2000 年 7 月 1 日1、 整車對車架的要求車架是整車各總成的安裝基體，對它有以下要求：1. 有足夠的強度。要求受復(fù)雜的各種載荷而不破壞。要有足夠的疲勞強度，在大修里程內(nèi)不發(fā)生疲勞破壞。2. 要有足夠的彎曲剛度。保證整車在復(fù)雜的受力條件下，固定在車架上的各總成不會因車架

2、的變形而早期損壞或失去正常工作能力。3. 要有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。當(dāng)汽車行使在不平的路面上時，為了保證汽車對路面不平度的適應(yīng)性，提高汽車的平順性和通過能力，要求車架具有合適的扭轉(zhuǎn)剛度。對載貨汽車，具體要求如下：3.1 車架前端到駕駛室后圍這一段車架的扭轉(zhuǎn)剛度較高，因為這一段裝有前懸架和方向機，如剛度弱而使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，勢必會影響轉(zhuǎn)向幾何特性而導(dǎo)致操縱穩(wěn)定性變壞。對獨立懸架的車型這一點很重要。3.2 包括后懸架在內(nèi)的車架后部一段的扭轉(zhuǎn)剛度也應(yīng)較高，防止由于車架產(chǎn)生變形而影響軸轉(zhuǎn)向，側(cè)傾穩(wěn)定性等。3.3 駕駛室后圍到駕駛室前吊耳以前部分車架的剛度應(yīng)低一些，前后的剛度較高，而大部分的變形都集中在車架

3、中部，還可防止因應(yīng)力集中而造成局部損壞現(xiàn)象。4. 盡量減輕質(zhì)量，按等強度要求設(shè)計。2、 車架的受力情況分析1. 垂直靜載荷：車身、車架的自重、裝在車架上個總成的載重和有效載荷（乘員和貨物），該載荷使車架產(chǎn)生彎曲變形。2. 對稱垂直動載荷：車輛在水平道路上高速行使時產(chǎn)生，其值取決于垂直靜載荷和加速度，使車架產(chǎn)生彎曲變形。3. 斜對稱動載荷在不平道路上行使時產(chǎn)生的。前后車輪不在同一平面上，車架和車身一起歪斜，使車架發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。其大小與道路情況，車身、車架及車架的剛度有關(guān)。4. 其它載荷4.1 汽車加速和減速時，軸荷重新分配引起垂直載荷。4.2 汽車轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的側(cè)向力。4.3 一前輪撞在凸包上，車

4、架水平方向上產(chǎn)生箭切變形。4.4 裝在車架上總成（方向機、發(fā)動機、減振器）產(chǎn)生的作用反力。4.5 載荷作用線不通過縱梁的彎曲中心（油箱、懸架）而使縱梁產(chǎn)生局部受扭。因此車架的受力是一復(fù)雜的空間力系，縱梁和橫梁截面形狀和連接的多變多樣，使車架的受載更復(fù)雜化。車架CA的析時一輪懸空這種極限工況，即解除一個車輪的約束，分析車架彎扭組合情況下的最大應(yīng)力。普通載貨汽車車架的彎矩圖如下：三、車架的結(jié)構(gòu)分析1. 車架的基本結(jié)構(gòu)形式邊梁式（載貨車、大客車常用結(jié)構(gòu)）框式周邊式（復(fù)雜的邊梁式，越野車、轎車常用）車架X型式（X型橫梁，抗扭性能強）脊梁式（抗扭性能好）綜合式（前后框式、中間脊梁式）目前公司各種車架基本

5、都是邊梁式車架。2. 車架寬度的確定車架的寬度主要由前后輪距確定的，確定車架的寬度按以下原則進(jìn)行：車架前部寬度主要考慮前輪的最大轉(zhuǎn)角，選用成型的方向機要考慮方向機的安裝，有時結(jié)合駕駛室的安裝統(tǒng)一考慮。車架中部的寬度要考慮發(fā)動機及發(fā)動機附件（排氣管、變速操縱桿）的安裝。為考慮高速車的穩(wěn)定性，希望增加車架后部寬度，以便能加大后簧托距。 如BJ1027A和CA1026的托距都很大。對雙胎車，車架后部寬度取決于輪胎、板簧、車架三者的間隙。從簡化工藝的角度看，最好做成前后等寬，對低價位的產(chǎn)品，這一點很重要?？紤]標(biāo)準(zhǔn)的要求，我國汽車專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中型載貨車邊梁式車架的寬度為864± 5mm典型結(jié)構(gòu)

6、： 轎車、微型車和單胎輕型車車架做成窄后寬結(jié)構(gòu)，前部窄是為了增大前輪轉(zhuǎn)角。從發(fā)動機安裝處開始加寬。 雙胎載貨車，做成前寬后窄結(jié)構(gòu)。如1028 非獨立懸架的都市小卡和NPR。1049 （NKR55LL是以上兩種車架的綜合，前部寬度630、中部740、后部700。NHR 單胎車型前部寬度630，中部中部740、后部800。3. 縱梁的型式、主參數(shù)的選擇3.1 縱梁的型式縱梁主要有以下五種形式：槽型薄壁斷面、閉口薄閉斷面、Z 字型斷面、工字型斷面等。其中重型載貨汽車和超重型載貨汽車采用工字型結(jié)構(gòu)截面的型材，Z字型斷面不常用。在此主要討論前面兩種結(jié)構(gòu)形式的縱梁斷面。兩種結(jié)構(gòu)（相同的斷面面積）的優(yōu)缺點如

7、下：型式圖示抗彎 性能抗扭 性能材料 利用 率固定 資產(chǎn) 投入總布置 方便性變形 方便 性車架工藝應(yīng)用情況槽型薄 壁斷面好很差較好大好差釧接為 主，小部 分焊接批量應(yīng)用于各種載 貨、中型和輕型載貨 車輛閉口薄 閉斷面 （成型 管）較差較好差小較差好焊接部分輕型車，如 BJ1022、現(xiàn)代小貨車， 部分越野車閉口薄 閉斷面 （焊接 結(jié)構(gòu)）很大好差焊接微型貨車、皮卡、越 野車3.2 縱梁主參數(shù)的選擇3.2.1 要滿足強度和剛度需要，具體從以下三個方面考慮：根據(jù)軸距對車架剛度的初步驗算；同類車型的類比分析，具體見附表（一）。初步的強度計算。3.2.2 要考慮規(guī)劃中產(chǎn)品對車架斷面的要求，滿足產(chǎn)品系列化對

8、車架縱梁強度和剛度的要求。3.2.3 車架縱梁要盡量簡單，減少斷面急劇過度及彎曲，減少應(yīng)力集中。3.2.4 通過CAE析，最終確定車架強度和加強板的形狀和結(jié)構(gòu)形式。對槽型梁結(jié)構(gòu)，要注意縱梁高寬比的確定，通常范圍為 2.83.5之間，例如1029車架為170/55=3.09 比較合適。1046E6 為 195/55=3.54 ,寬度偏小。4. 車架的橫梁及結(jié)構(gòu)形式車架橫梁將左、右縱梁連接起來，構(gòu)成一個框架，使車架有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。汽車的主要總成也靠橫梁支撐。具體的確定的原則如下：4.1 要確保車架前部的扭轉(zhuǎn)剛度。對獨立懸架車型，更要注意。4.2 板簧支架和吊耳處盡量設(shè)置橫梁，以降低縱梁的應(yīng)力和變

9、形。后板簧前后支架處力和轉(zhuǎn)距很大，一般設(shè)置一根抗扭剛度大，連接寬度的橫梁。4.3 發(fā)動機部位，盡量設(shè)計簡易的橫梁，減少縱梁變形。4.4 合理設(shè)計橫梁與縱梁的連接方式及結(jié)構(gòu)，4.4.1 橫梁和縱梁的腹板連接，工藝簡單，連接剛性差，但不會使縱梁出現(xiàn)大的應(yīng)力，車架中部采用這種連接。4.4.2 橫梁與縱梁腹板及翼面（上或下）相連接。工藝并不復(fù)雜，應(yīng)用廣泛。但后板簧托架的力會通過縱梁傳遞給橫梁，因此要減少板簧托架 的懸伸長度，使載荷點盡量靠近縱梁彎曲中心。當(dāng)偏心載荷較大時，可將縱梁做成局部封口，或 將橫梁穿過縱梁，將載荷直接傳遞給橫梁。4.4.3 橫梁與縱梁上下翼面相連接。由于有剛性很好的角支撐，可產(chǎn)生

10、良好的斜支撐作用，使整個車架剛度增加，翼面外邊不會因受壓而產(chǎn)生翹曲。車架兩端的橫梁采用這種方式和縱梁連接。由于翼面不能自由翹曲，但轉(zhuǎn)距過大時，縱梁翼面會出現(xiàn)應(yīng)力過大現(xiàn)象。4.4.4 對受力較大的結(jié)構(gòu)附件，要注意其與車架縱梁的連接方式，避免因縱梁局部應(yīng)力過大造成縱梁開裂。注意減振器支架、駕駛室支架、板簧支架、發(fā)動機支架的設(shè)計。5. 車架的連接方式和特點車架的連接方式有鉚接、焊接和螺栓連接三種:5.1 鉚接車架：鉚接成本低, 適合于大批量生產(chǎn)，其剛度與鉚釘?shù)臄?shù)量極其分布有關(guān), 因此鉚釘布置設(shè)計很重要。5.2 焊接車架：焊接車架能使其連接牢固，不致產(chǎn)生松動，能保證有大的剛度。但焊接容易產(chǎn)生較大的變形

11、和內(nèi)應(yīng)力，因此對焊接的質(zhì)量要求很高。適用于小批量生產(chǎn)和修理。5.3 螺栓連接：特殊使用條件和特殊用途的車架采用。但長期使用，容易產(chǎn)生松動，易發(fā)生嚴(yán)重的質(zhì)量事故。一般汽車的縱梁和橫梁的連接不采用這種方式。無論是焊接車架，還是鉚接車架，緊固件的數(shù)量和尺寸應(yīng)和橫梁的大小相適應(yīng)，鉚釘分布不要太近。當(dāng)利用連接板的翻邊緊固時，應(yīng)加大連接板的寬度和厚度，緊固孔應(yīng)靠近翻邊處，防止連接損壞。6. 載貨車輛采用鉚接車架的優(yōu)點對于車速較高(R 100km/h)和總質(zhì)量大于3500kg的輕型汽車，建議采用挪接車架，優(yōu)點如下：6.1 車速高，為確保高速行駛的穩(wěn)定性，必須提高車架精度，因此優(yōu)先采用鉚接車架。皮卡、部分越野

12、車、微型貨車車架一般采用焊接工藝(縱梁是薄壁閉口斷面)。是受以下幾個特殊因素影響而決定的：這部分車型使用中超載不多。斷面較小，最大斷面高在130 毫米以下，采用挪接時挪鉗空間不夠充裕。前兩類產(chǎn)品的批量不大，如采用挪接投入較大。6.2 矩管焊接車架的缺點雖部分小型貨車和越野車采用矩管車架，有以下缺點：6.2.1 矩形管彎曲后回彈大，影響了整車高度方向的基準(zhǔn)。焊接后車架本身的尺寸精度不高。6.2.2 矩形管縱梁，同樣抗彎模量前提下，成本高。原2310-II 車架(100X50X5) 170.6 公斤重，成本1100元，改成1022EZC2A沖壓車架(150X50X4),總成131公斤，成本830元

13、，成本降低，抗彎模量大幅度增加。6.2.3 不利于總布置。線路、管路、附件的固定不好處理。6.3 焊接車架焊接變形大1022EZC2A架為沖壓焊接車架，焊接變形大，長期以來達(dá)不到設(shè)計要求，只好辦理偏差許可，具體數(shù)據(jù)見附表（二）。6.4 焊接車架不可避免有焊接缺陷對焊接工藝，容易出現(xiàn)過燒、假焊、咬邊等焊接缺陷，由于焊接缺陷的存在，車架出現(xiàn)質(zhì)量問題的機會增多。6.5 對卡車行業(yè)，娜接車架是主流國內(nèi)輕型車行業(yè)中，除了北輕汽受工藝條件的限制以外，基本都是挪接車架。北輕汽的主導(dǎo)產(chǎn)品BJ1041和BJ1061為焊接車架，BJ1041嚴(yán)格說來是一種“輕拋車型”，后懸架為漸變剛度 簧，無副簧，整車承載能力弱，銷售區(qū)域也基本在北方。焊接車架不是輕卡車架的主流。6.6 公司即將有挪接工藝為生產(chǎn)BJ1049輕卡的車架，公司正在上是挪接線， 為進(jìn)一步分?jǐn)偱步泳€的投入，新設(shè)計的車架應(yīng)優(yōu)先考慮采用挪接工藝。四、車架計算1.簡單強度計算附表附表（一）懷柔車輛廠1022EZC2A架尺寸實際精度尺 寸設(shè)計要求實際能達(dá)到 的精度尺 寸設(shè)計要求實際能達(dá)到的 精度前簧前支架 高度599 ± 0.5士 3車架上平囿度±1.5±2前簧后支架 高度238.5 &