轻型载货汽车车架设计说明书.doc

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1、第1章 绪论1.1 课题背景汽车的使用条件复杂，其受力情况也十分复杂，随着汽车行驶条件车速与路况的变化，车架上的载荷变化也很大，而车架，作为汽车的主要承载工件，它的好坏直接关系着汽车的各方面性能，如操作稳定性、平安性、舒适性、燃油经济性等。有过汽车在使用过程中，车架断裂的情况发生。所以对车架的主要受力件车架纵梁的强度进展校核，有着至关重要的意义。确保车架在各个工况下，车架纵梁的弯曲强度都符合材料的弯曲强度极限要求，如果不符合要求的，找出解决的方案，保证人与财产的平安。另外，随着油价的上涨与国家对汽车尾气排放标准的不断提高，对载货汽车车架进展设计，不管是对其构造参数的优化设计，对其进展轻量化的优

2、化设计，还是对汽车车架进展疲劳寿命预测分析等，都是出于对汽车动力性、平安性、燃油经济性的考虑。是非常有必要的。研究新的车架材料，减轻其质量，可以有效减少其整备质量。车架这个名称原本是从法文的“Chassis衍生而来的，早期汽车所使用的车架，大多都是由笼状的钢骨梁柱所构成的，也就是在两支平行的主梁上，以类似阶梯的方式加上许多左右相连的副梁制造而成。车体建构在车架之上，至于车门、沙板、引擎盖、行李厢盖等钣件，那么是另外再包覆于车体之外，因此车体与车架其实是属于两个独立的构造。第2章 方案论证参考车型及其参数公告型号CA1092PK26L5E4公告批次228品牌解放类型载货汽车额定质量4990总质量

3、8785整备质量3600燃料种类排放依据标准轴数2轴距4560轴荷3585/5200轮胎规格接近离去角28/12前悬后悬1080/2355前轮距后轮距识别代号整车长7995整车宽2260,2445整车高2430货厢长6180货厢宽2115,2300货厢高560最高车速95载质量利用系数备注该车带OBD,防护材料材质:Q235-A,连接方式:螺栓连接,后部防护装置的断面尺寸(mm):14550,离地高度:545mm。2.1 汽车车架受力情况车架水平菱形扭动力因为车辆在行驶时，每个车轮因为路面与行驶情况的不同，路面的铺设情况、凹凸起伏、障碍物及进出弯角等等每个车轮会承受不同的阻力与牵引力，这可以使

4、车架在水平方向上产生推拉以至变形，这种情况就好似将一个长方形拉扯成一个菱形一样。车架非水平扭动力当前后对角车轮遇到道路上的不平而滚动，车架的梁柱便要承受这个纵向扭曲压力，情况就好似要你将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。车架横向弯曲力所谓横向弯曲，就是汽车在入弯时重量的惯性即离心力会使车身产生向弯外甩的倾向，而轮胎的抓着力会与路面形成反作用力，两股相对的压力将车架横向扭曲。车架负载弯曲力从字面上就可以十分容易的理解这个压力，局部汽车的非悬挂重量，是由车架承受的，通过轮轴传到地面。而这个压力，主要会集中在轴距的中心点。因此车架底部的纵梁与横梁(member，一般都要求较强的刚度。车架必须要有一定的强度

5、保证在各种复杂受力的使用情况下车架不受破坏。要求有足够的疲劳强度，保证在汽车大修里程内，车架不致有严重的疲劳损伤。纵梁受力极为复杂，设计时不仅应注意各种应力，改善其分布情况，还应该注意使各种应力峰值不出现在同一部位上。例如，纵梁中部弯曲应力较大，那么应注意降低其扭转应力，减少应力集中并防止失稳。而在前、后端，那么应着重控制悬架系统引起的局部扭转。提高纵梁强度常用的措施如下：(1)提高弯曲强度 选定较大的断面尺寸与合理的断面形状槽形梁断面高宽比一般为3：1左右； (2)提高局部扭转刚度 注意偏心载荷的布置，使相近的几个偏心载荷尽量接近纵梁断面的弯曲中心，并使合成量较小；在偏心载荷较大处设置横梁，

6、并根据载荷大小及分散情况确定连接强度与宽度；将悬置点分布在横梁的弯曲中心上；当偏心载荷较大并偏离横梁较远处时候，可以采用K形梁，或者将该段纵梁形成封闭断面；偏心载荷较大且比拟分散时候，应该采用封闭断面梁，横梁间距也应缩小；选用较大的断面； 限制制造扭曲度，减少装配预应力。 (3)提高整体扭转强度 不使纵梁断面过大； 翼缘连接的横梁不宜相距太近。 (4)减少应力集中及疲劳敏感 尽可能减少翼缘上的孔特别是高应力区，严禁在翼缘上布置大孔； 注意外形的变化，防止出现波纹区或者受严重变薄；注意加强端部的形状与连接，防止刚度突变； 防止在槽形梁的翼缘边缘处施焊，尤其畏忌短焊缝与“点焊。(5)减少失稳 受压

7、翼缘宽度与厚度的比值不宜过大常在12左右；在容易出现波纹处限制其平整度。 (6)局部强度加强采用较大的板厚； 加大支架紧固面尺寸，增多紧固数量，并尽量使力作用点接近腹板的上、下侧面。车架的轻量化由于车架较重，对于钢板的消耗量相当大。因此，车架应按等强度的原那么进展设计，以减轻汽车的自重与降低材料的消耗量。在保证强度的条件下，尽量减轻车架的质量。通常要求车架的质量应小于整车整备质量的10。 本设计主要对车架纵梁进展简化的弯曲强度计算，使车架纵梁具有足够的强度，以此来确定车架的断面尺寸。参照?材料力学?另外，目前钢材价格暴涨，汽油价格上涨，从生产汽车的经济性考虑的话，也应尽量减轻整车的质量。从生产

8、工艺性考虑，横纵梁采用简便可靠的连接方式，不仅能降低工人的工作强度，还能增强车架的强度。边梁式车架这种车架由两根纵梁及连接两根纵梁的假设干根横梁组成，用铆接与焊接的方法将纵横梁连接成巩固的刚性构架。纵梁通常用低合金钢板冲压而成，断面一般为槽型，z星或箱型断面。横梁用来连接纵梁，保证车架的抗扭刚度与承载能力，而且还用来支撑汽车上的主要部件。 边梁式车架能给改装变型车提供一个方便的安装骨架，因而在载重汽车与特种车上得到广泛用。其弯曲刚度较大，而当承受扭矩时，各局部同时产生弯曲与扭转。其优点是便于安装车身、车箱与布置其他总成，易于汽车的改装与变形，因此被广泛地用在载货汽车、越野汽车、特种汽车与用货车

9、底盘改装而成的大客车上。在中、轻型客车上也有所采用，轿车那么较少采用。 用于载货汽车的边梁式车架由两根相互平行但开口朝内、冲压制成的槽型纵梁及一些冲压制成的开口槽型横梁组合而成。通常，纵梁的上外表沿全长不变或局部降低，而两端的下外表那么可以根据应力情况相应地缩小。车架宽度多为全长等宽。中梁式车架脊骨式车架 其构造只有一根位于中央而贯穿汽车全长的纵梁，亦称为脊骨式车架。中梁的断面可做成管形、槽形或箱形。中梁的前端做成伸出支架，用以固定发动机，而主减速器壳通常固定在中梁的尾端，形成断开式后驱动桥。中梁上的悬伸托架用以支承汽车车身与安装其它机件。假设中梁是管形的，传动轴可在管内穿过。优点是有较好的抗

10、扭转刚度与较大的前轮转向角，在构造上容许车乾有较大的跳动空间，便于装用独立悬架，从而提高了汽车的越野性；与同吨位的载货汽车相比，其车架轻，整车质量小，同时质心也较低，故行驶稳定性好；车架的强度与刚度较大；脊梁还能起封闭传动轴的防尘罩作用。缺点是制造工艺复杂，精度要求高，总成安装困难，维护修理也不方便，故目前应用较少。综合式车架 综合式车架是由边梁式与中梁式车架联合构成的。车架的前段或后段是边梁式构造，用以安装发动机或后驱动桥。而车架的另一段是中梁式构造的支架可以固定车身。传动轴从中梁的中间穿过，使之密封防尘。其中部的抗扭刚度适宜，但中部地板凸包较大，且制造工艺较复杂。此种构造一般在轿车上使用。

11、 车架承受着全车的大局部重量，在汽车行驶时，它承受来自装配在其上的各部件传来的力及其相应的力矩的作用。当汽车行驶在崎岖不平的道路上时，车架在载荷作用下会产生扭转变形，使安装在其上的各部件相互位置发生变化。当车轮受到冲击时，车架也会相应受到冲击载荷。因而要求车架具有足够的强度，适宜的刚度，同时尽量减轻重量。在良好路面行驶的汽车，车架应布置得离地面近一些，使汽车重心降低，有利于汽车稳定行驶，车架的形状尺寸还应保证前轮转向要求的空间。 第3章 车架构造3.1 车架构造形式的选定 车架宽度确实定车架宽度是指左右纵梁腹板外侧面之间的宽度。在总体设计中，整车宽度确定后，车架前后局部宽度就可以根据前轮最大转

12、向角、轮距、钢板弹簧片宽、装在车架内侧的发动机外廓宽度及悬置等尺寸确定。从提高整车的横向稳定性以及减小车架纵梁外侧装置件的悬伸长度来看，车架尽量宽些，同时前后局部宽度应相等。本设计取的车架宽860mm。 车架纵梁形式确实定纵梁是车架的主要承载部件，在汽车行驶中受较大的弯曲应力。车架纵梁根据截面形状分有工字梁与槽形梁。由于槽形梁具有强度高、工艺简单等特点，因此在载货汽车设计中选用槽形梁构造。另外为了满足低速载货汽车使用性能的要求，纵梁采用直线形构造。这样既可降低纵梁的高度，减轻整车自身重量，降低本钱，亦可保证强度。材料选用16Mn低合金钢，16Mn低合金钢在强度,塑性,可焊性方面能较好地满足刚构

13、造，是应用最广泛的低合金钢，综合机械性能良好,正火可提高塑性，韧性及冷压成型性能。根据本设计的要求，再考虑纵梁截面的特点，本方案设计的纵梁采用上、下翼面是平直等高的槽形钢。纵梁总长为6815mm。优点：有较好的抗弯强度，便于安装汽车部件。 车架横梁形式确实定横梁是车架中用来连接左、右纵梁，构成车架的主要构件。横梁本身的抗扭性能的好坏及其分布，直接影响着纵梁的内应力大小及其分布 合理设计横梁，可以保证车架具有足够的扭转刚度。从早期通过试验所得出的一些结论可以看出，假设加大横梁的扭转刚度，可以提高整个车架的扭转刚度，但与该横梁连接处的纵梁的扭转应力会加大；如果不加大横梁，而是在两根横梁间再增加横梁

14、，其结果是增加了车架的扭转刚度，同时还降低了与横梁连接处的纵梁扭转应力在横梁上往往要安装汽车上的一些主要部件与总成，所以横梁形状以及在纵梁上的位置应满足安装上的需要。横、纵梁的断面形状、横梁的数量以及两者之间的连接方式，对车机架的扭转刚度有大的影响。纵、横梁材料的选用有以下三种：车架A：箱型纵梁、管型横梁，横、纵梁间采用焊接连接，扭转刚度最大。车架B：槽型纵梁、槽型横梁，横、纵梁间采用铆接连接，扭转刚度适中。车架C：槽型纵梁、工字型横梁，横、纵梁间采用铆接连接，扭转刚度最小。从以上三种车架的比照可以看出：轻型载货汽车应该选用车架B。 本设计共有八根横梁，有前横梁，发动机前悬置横梁，发动机后悬置

15、横梁，驾驶室后悬置横梁，中横梁，后钢板弹簧前支架横梁，后钢板弹簧后支架横梁，后横梁。 纵梁与横梁的连接 车架纵梁与横梁的连接形式货车多以铆钉连接见下列图。铆钉连接具有一定弹性，有利于消除峰值应力，改善应力状况，这对于要求有一定扭转弹性的货车车架有重要意义。车架铆接示意图铆接设计考前须知：a.尽量使铆钉的中心线与构件的端面重心线重合；b.铆接厚度一般不大于5d；c.在同一构造上铆钉种类不益太多；d.尽量减少在同一截面上的铆钉孔数，将铆钉交织排列；横梁在纵梁上的连接常见有三种型式：横梁与纵梁上下翼缘相连；横梁与纵梁的腹板相连；横梁同时与纵梁的任一翼缘以及腹板相连。其中前后横梁分别采用上下翼缘相连接

16、的方式，可得到较大的连接跨度与连接刚度，使车架扭转刚度增大，纵梁局部扭转改善。第四横梁即车架中部的横梁采用腹板连接的方式，腹板连接构造与翼面连接构造相比，前者比后者可使纵梁的扭转翘曲应力降低。横梁与纵梁腹板及一个翼缘同时相连，那么兼有以上两种连接方式的特点，缺点在于作用在纵梁上的力直接传到横梁上。有时使横梁只与纵梁的一个翼缘相连，那么极难发挥其刚度作用，因此不常采用。车架加强版 第4章 车架设计计算汽车静止时，车架上只承受弹簧以上局部的载荷称为静载荷。汽车在行驶过程中，随行驶条件(车速与路面情况)的变化，车架将主要承受对称的垂直动载荷与斜对称的动载荷。对称的垂直动载荷是当汽车在平坦道路上以较高

17、车速行驶时产生的，其值取决于作用在车架上的静载荷及其在车架上的分布，还取决于静载荷作用处的垂直加速度之值。这种动载荷会使车架产生弯曲变形。当汽车在不平道路上行驶时，汽车的前后几个车轮可能不在同一平面上，从而使车架连同车身一起歪斜，其值取决于道路不平坦的程度以及车身、车架与悬架的刚度。这种动载荷将会使车架产生扭转变形。由于汽车的构造复杂，使用工况多变，除了上述两种主要载荷的作用外，汽车车架上还承受其他的一些载荷。如汽车加速或制动时会导致车架前后载荷的重新分配；汽车转向时，惯性力将使车架受到侧向力的作用。一般来说，车架主要损坏的疲劳裂纹起源于纵梁与横梁边缘处，然后向垂直于边缘的方向扩展。在纵梁上的

18、裂纹将迅速开展乃至全部断裂，而横梁上出现的裂纹那么往往不再继续开展或扩展得很缓慢。根据统计资料可知，车架的使用寿命主要取决于纵梁抗疲劳损伤的强度。因此，在评价车架的载荷性能时，主要应着眼于纵梁。支座反力的计算纵梁的剪力与弯矩计算要计算车架纵梁的弯矩，先计算车架前支座反作用力，向后轮中心支座处求矩 F1前轮中心支座对任一纵梁左纵梁或右纵梁的反作用力N; F2后轮中心支座对任一纵梁左纵梁或右纵梁的反作用力N; L纵梁的总长，7215mm； l汽车轴距，4560mm； a前悬，1080mm； b后悬，2355mm； c货厢长，6180mm； c1车厢前端到二轴的距离，4120mm； c2车厢后端到二轴的距离，2060mm； Ms空车时的簧载质量，约2400kg； Me满载时有效装载质量，5190kg； g重力加速度，9.8m/s ； 代入(4-1)与(4-2)可得： =3179.65N =12451.35N 在计算纵梁弯矩时，将纵梁分成两段区域，每一段的均布载荷可简化为作用于区段中点的集中力。纵梁各端面上的弯矩计算采用弯矩差法，可使计算工作量大大减少。弯矩差法认为：纵梁上某一端面上的弯矩为该段面之前所有力对改点的转矩之与。第5章 车架制图5.3 CAD制图绘图便利保存便利utoCAD在机械零件上的优势第 9 页