《車架設計的案例》4200字

車架設計的案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u25483車架設計的案例綜述 123866第一節(jié)車架寬度的確定 128410第二節(jié)車架縱梁形式的確定 127331第三節(jié)車架橫梁形式的確定 271624．第四根為槽形，安裝在后懸鋼板彈簧前、后。 313199第四節(jié)車架縱梁與橫梁連接形式 324655一、橫梁和縱梁的腹板相連接 324584二、橫梁同時和縱梁的腹板及任一翼緣(上或下)相連接 328067三、橫梁同時和上、下翼緣相連接 4617第五節(jié)車架的受載分析 58065一、靜載荷 514700二、對稱的垂直動載荷 519909三、斜對稱的動載荷 52394四、其它載荷 520462第六節(jié)彎曲強度計算時的基本假設 69899第七節(jié)縱梁彎矩計算 68125一、駕駛室長度縱梁的彎矩計算 71687二、駕駛室后端到后軸段縱梁的彎矩計算 715873第八節(jié)車架材料的確定 927981一、縱梁截面特性的計算 921117二、彎曲應力計算與校核 911937三、臨界彎曲應力c計算和校核 102124四、縱梁的剛度校核 10車架寬度的確定車架的寬度是是從縱梁左右兩邊外部面之間的寬度測量。發(fā)動機寬度就是車架前部的最小值，前輪的最大旋轉(zhuǎn)角度限制了它的最大值。則車架外側(cè)的輪胎和鋼板彈簧的寬度決定了車架后部的最大寬度，增加車架的寬度可以改善汽車的側(cè)向穩(wěn)定性。本次設計是關于中型貨車車架的設計，汽車載質(zhì)量為，使其車架的寬度前后相等，方便簡化制造過程。許多國家已經(jīng)規(guī)定了車架的寬度標準，我國汽車車架專業(yè)標準規(guī)定，中型貨車的邊梁式車架寬度為。在此次設計中，車架寬度定為。車架縱梁形式的確定車架的縱梁結(jié)構(gòu)應盡可能簡單，要滿足車輛的總體布局要求，又要保證車架的性能，這樣可以在制造時沒這么復雜。從縱梁的側(cè)面看，縱梁的形狀可以分為兩種：一種是翼板表面筆直，另一種是彎曲。優(yōu)點：一些汽車的車架縱梁都使用這種類型。當翼板受力時，它會彎曲時，縱梁的一部分區(qū)域降低，并且距離地板的高度也減小，這樣提高了整個車輛的穩(wěn)定性使其更有利于上下車。這種結(jié)構(gòu)用于轎車、小型汽車、部分輕中型載重車和公共汽車?？v梁一般都要求表面平直，中間的斷面要比兩邊的大一點，可以和其中的彎矩兼容。也有整個長度或者中后部的截面是相同的。根據(jù)車輛的總體布局，有時縱梁的形狀可以使用前部或后部是彎曲的，也可以使用前后部都彎曲的?？v梁的截面形狀為槽形，工形，管形和Z型等。更改梁的高度以使中間部分斷面更高而兩端更低，這樣可以使縱梁的每個截面的應力接近。槽形縱梁的截面抗彎度強，工藝性較好且易于安裝和易于組裝各種汽車部件而被最廣泛地使用，但它們的抗扭強度較低，增加槽形斷面可以比較好的解決這個問題，但是這也增加了汽車的質(zhì)心高度，增加翼板的上表面和下表面的寬度，也能較綜合的考慮上述因素的影響，縱梁高度和寬度通常為。圖3-1縱梁斷面形式在各種各樣的生產(chǎn)中，槽型縱梁可以適用于不同軸距或者承受質(zhì)量不同的汽車，它們可以為了獲得不同的強度來改變板材的厚度和寬度。遵循此設計的要求，并考慮到梁縱截面的特性，在此方案中設計的縱梁采用槽形，其上，下翼板寬度相等且平直?？v梁的總長度為。優(yōu)點是優(yōu)異的抗彎強度和易于安裝汽車零件。車架橫梁形式的確定車架的橫梁和縱梁連接在一起形成框架，汽車的主要部分都由橫梁支撐。車架要有足夠的抗彎剛度。中型載貨汽車的橫梁大約有根,各個橫梁的用途和構(gòu)造都不相同?？紤]到車架的扭轉(zhuǎn)剛度，閉口梁優(yōu)于開口梁，但開口梁易于制造，并廣泛用于載貨車。制造閉口橫截面梁的工藝很復雜，部件安裝不方便。因此，它適合用于重型載貨汽車、公共汽車和轎車。中型貨車的橫梁的板材一般采用鋼板，板厚約為，此次采用厚度的鋼板。本次設計是中型貨車架結(jié)構(gòu)設計，選取了開口斷面的橫梁。本次設計一共用到6根橫梁，各根橫梁的結(jié)構(gòu)及用途如下:第一根橫梁是槽型梁，橫梁腹板中間設有3個圓孔，作用是讓空氣流通到發(fā)動機底部，有助于發(fā)動機散熱。第二根橫梁為拱形梁，用來安裝駕駛室后支座，也可以安裝傳動軸。第三根橫梁為槽型梁，位置在前后懸交叉點，安裝在縱梁中間位置，加強受力。第四根為槽形，安裝在后懸鋼板彈簧前、后。第五根為槽形梁，安裝在后懸鋼板彈簧前、后，所受到的力或轉(zhuǎn)矩都非常大。與第四根橫梁連接后懸鋼板彈簧。第六橫梁為槽形梁，將左右兩根縱梁封閉形成一個框架，使車架有足夠的抗彎剛度。橫梁之間的間隔一般為。車架縱梁與橫梁連接形式車架縱梁和橫梁的連接方式有以下幾種類型：橫梁和縱梁的腹板相連接這種類型的連接方式制造時簡單省時，但是剛度較低，車架的中間橫梁通常采用這種連接方法，因為不會對縱梁施加很大的力。橫梁同時和縱梁的腹板及任一翼緣(上或下)相連接這樣的連接方法制造時比較簡單，連接的剛度得到提高并且被經(jīng)常使用。但是，后鋼板彈簧的前橫梁會受到到鋼板彈簧托架通過縱梁傳來的力，這樣會出現(xiàn)較大的載荷。橫梁同時和上、下翼緣相連接這種類型的連接方式有更好的支撐能力和更好的剛度，能很好的支撐車架上的組件，增加整個車架的剛度，并且翼板的外邊緣不會因壓力而變形彎曲。這種形式可以讓車架前后兩端的橫梁和縱梁相連。然而，這種連接方法制造過程復雜，并且如果扭矩太大，則在縱梁的翼緣上會產(chǎn)生過大的應力，原因是縱梁的截面不能自已彎曲。橫梁和縱梁的連接端固定方式有：鉚接、焊接和螺栓連接等。很大一部分車架通過鉚釘與連接板連接。該方法便宜且適合批量生產(chǎn)，車架的剛度決定了鉚釘?shù)臄?shù)量以及孔的排布。焊接會使連接變得更牢固，防止松動并確保有足夠的剛度。但是，焊接容易變形會使內(nèi)部應力加大，因此焊接的質(zhì)量要高。螺栓連接主要在某些特殊使用條件的汽車車架上使用，這樣可以輕松拆卸或更換連接到汽車車架的某些組件。但是，這種連接方法在長期使用后很容易松動，并可能導致方生事故。這種方法通常不用來固定橫梁和縱梁。本次設計方案中，將縱梁和橫梁之間的連接用鉚接的方式，并且橫梁的連接板厚度為。圖3.2橫梁的截面形狀及縱梁的聯(lián)接圖3-3縱、橫梁的鉚釘聯(lián)接方式橫梁、2-縱梁車架的受載分析由于汽車的運行極其復雜且壓力條件大，車架上的負載變化多端，承受的的載貨分為幾種，以下：靜載荷車子在停止時車架所受到懸架彈簧上面部分的載荷，叫做靜載荷。等于車架的質(zhì)量加車身的質(zhì)量加車架上面各個總成和其挈帶的零件質(zhì)量加裝載貨物的質(zhì)量的和。對稱的垂直動載荷汽車在平路上行駛時時速較高，在路面的作用力使之產(chǎn)生的載荷就是對稱的垂直動載荷。它的大小取決于垂直振動的加速度，還和車架上的靜載荷相關聯(lián)，會使車架變形彎曲。斜對稱的動載荷汽車在不平的路面上行駛時會產(chǎn)生這種載荷，行駛到不平的路面時車輪不在一個平面上，這樣會使車身向一旁傾斜，道路不平的程度還有車身、車架和懸架的剛度決定了此載荷的大小。這種載荷會讓車架扭轉(zhuǎn)變形。其它載荷還有些載荷是在汽車轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生，離心力就在轉(zhuǎn)彎時讓車架受到側(cè)向力；汽車加速時會受到慣性力導致車架前后會重新分布載荷；車架上安裝的各個組件工作時產(chǎn)生的力等等?？傊?，在特定的空間力系統(tǒng)的影響下，縱梁和橫梁之間的截面形狀和連接點非常的多樣化，這樣使車架的受力情況更加復雜。彎曲強度計算時的基本假設為了方便抗彎強度的計算，以下是車架的基本設想：一、由于車架的結(jié)構(gòu)是對稱的，因此左右縱梁所受到的力沒有顯著差異，我們可以把縱梁看作是一根簡支梁。二、空車時彈簧的質(zhì)量（包括車架本身的質(zhì)量）均勻地分布在整個縱梁上。通常中小型貨車，空載時彈簧上的質(zhì)量約為車輛自身質(zhì)量的2/3。三、車輛的有效載荷均勻地分布在車廂上。四、所有力都通過橫截面的彎曲中心。實際上，由于安裝了突出部件（例如燃料箱，電池等），縱梁產(chǎn)生部分扭轉(zhuǎn)。通常，會設計一根橫梁放置在此處，橫梁的彎矩就是把縱梁的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的。因此，此假設不會導致計算中出現(xiàn)明顯誤差。由于上述假設，將車架從一個靜態(tài)的平面框架結(jié)構(gòu)簡化成靜態(tài)的支撐結(jié)構(gòu)?？v梁彎矩計算圖3-4尺寸示意圖先計算車架前支座反作用力，向后輪中心支座處求矩（見圖3-4）可得：式3-1代入式3-1可得:=13792.21N在計算縱梁彎矩時，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)段中點的集中力?？v梁各端面上的彎矩計算采用彎矩差法，可使計算工作量大大減少。彎矩差法認為:縱梁上某一端面上的彎矩為該段面之前所有力對改點的轉(zhuǎn)矩之和REF_Ref14520\r\h[1]。一、駕駛室長度縱梁的彎矩計算駕駛室段縱梁的彎矩:式3-2代入式3-2得=15651269N.mm二、駕駛室后端到后軸段縱梁的彎矩計算駕駛室后段到后軸的彎矩:式3-3代入式3-3得=4700935.67N.mm車架作為一個簡支梁，受均布載荷作用時，最大彎矩在跨中得：=3000根據(jù)上面公式的計算求得縱梁最大彎矩發(fā)生的位置，將該值代入彎矩計算公式，可求得縱梁所受到的最大彎矩REF_Ref14520\r\h[1]。代入式3-3得：=26682230.03N.mm縱梁受到的最大剪力則產(chǎn)生在汽車后軸附近。當時，剪力最大，其最大剪應力為式3-4=10490.88N以上僅考慮了在車輛的靜態(tài)載荷條件下梁的縱向截面的彎矩和剪切力的計算。汽車行駛時還會受到非常多的動態(tài)載荷的作用。故汽車行駛過程中，實際受到的最大彎矩Mdmax和最大剪力Qdmax為REF_Ref14520\r\h[1]:式3-5式中:Kd-動載系數(shù)，對于轎車、客車=1.75，載貨汽車=2.5,越野汽車=3.0REF_Ref14520\r\h[1]。則有:=66705575.08N.mm=26227.2N第八節(jié)車架材料的確定一般來說，車架的材料要有高的強度和夠大的疲勞極限，擁有較好的冷沖壓和焊接條件，對集中應力也比較敏感，這些要求中低碳合金都能滿足。復雜形狀、拉伸較大的沖壓件應為低碳鋼或低碳合金鋼，比如等型號的鋼板來制造，不需要太大的拉伸且形狀不是很復雜的沖壓件用較高強度的鋼板，比如等型號的鋼板制造，強度高的鋼板在冷沖壓過程中易開裂并且具有較高的回彈性，使用不建議采用。輕型和中型貨車縱梁的沖壓出的鋼板厚度為。這次設計，采用鋼板制造車架?？v梁截面特性的計算車架縱梁和橫梁截面系數(shù)根據(jù)材料力學的公式計算，槽形斷面(如圖3.5)，斷面系數(shù)為式3-6根據(jù)槽型斷面熱軋槽鋼表（）取型號22a的熱軋槽鋼得,代入式3-5得=175046.66圖3.5槽型梁截面彎曲應力計算與校核縱梁截面的最大彎曲應力計算公式是:式3-7則最大應力為:=183.23Mpa上式所求的彎曲應力不應大于材料的許用應力。許用應力的計算公式為:式3-8則許用應力為:所以=144.89Mpa小于范圍內(nèi)上述計算符合應力要求最終確定縱梁槽形斷面的尺寸為:（高）（寬）（截面厚）臨界彎曲應力c計算和校核縱梁的彎曲或變形會使上下翼板受到壓縮和拉伸的作用，這會損壞翼板。因此，應根據(jù)薄鈑理論進行檢查，槽型截面縱梁的臨界彎曲應力δc的計算公式為：式3-9由上式可得式3-10取則有所以，車架滿足臨界彎曲應力的要求?？v梁的剛度校核由材料