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1、1第 1章 前言概述车架和悬架系统是汽车设计的重要部分， 因为它们的好坏直接关系到汽车各个方面（操控、性能、安全、舒适）性能。现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架。汽车车架是整个汽车的基体，在它上面安装着汽车的各个主要总成（发动机、传动系、 汽车车身和车箱等 )/并把这些总成联合成为一辆完整的汽车。另外，车架还承 :受作用于汽车上的所有静载荷 （悬挂以上的汽车各总成的重量和有效载荷） 和汽车行驶时产生的动载荷 (各种力和力矩 )。为了使车架具有上述功能，对汽车车架有如下的一些要求：要有足够的强度：必须保证在各种复杂受力的情况下不致破坏。要求具有足够的疲 劳强度，在汽车运行 30? 50 万
2、公里以前，不致有严重的疲劳损伤。1. 要有合适的刚度：保证汽车在各种使用条件下，固定在车架上的各总成不致因为车架的变形而早期损坏或失去正常工作能力，故车架应有足够的刚度。但是，当汽车行驶于不平路面时，为了保证汽车对路面不平度的适应性，以提髙汽车的平顺性和通过能力，又要求车架具有一定的挠性，即扭转刚度不宜过高。2. 在保证强度的前提下 ,应尽量地减轻车架的重量 ： 车架的重量约占汽车自重的 10%, 用于车架的钢板消耗量也相当大，例如解放牌汽车的车架纵、横梁所消耗的钢板占全车钢板消耗量的 40%左右。因此，车架应按照等强度的原则进行设计，以减轻汽车的自重和降低材料消耗量。当今，对车辆轻量化和降低
3、成本的要求越来越高，于是对车架的结构形式设计有高的要求。首先要满足汽车总布置的要求。汽车在复杂多边的行驶过程中，固定在车架上的各总成和部件之间不应发生干涉。汽车在崎岖不平的道路上行驶时， 车架在载荷作用下可能产生扭转变形以及在纵向平面内的弯曲变形；车架布置的离地面近一些，以使汽车重心位置降低，有利于提高汽车的行驶稳定性。车架是一种受力情况很复杂的构件，目前在进行车架设计时，一般只进行抗弯强度计 算，在抗扭强度计算方面还有不少问题尚未得到解决，所以车架设计尚未建立完整的计算方 法。设计时除进行抗弯强度计算之外，还对国内现有的同类型汽车车架断面尺寸进行统计和核算，以作为选择断面的参考依据 . 悬架
4、设计是研究悬架系统的搌动特性，讨论悬架设计对平顺性、稳定性和通过性等性能 的影响，从而作出妥善设讣。汽车悬架是将车架（或车身）与车轴（或直接与车轮）弹性联接的部件，其主要功用如下：1. 缓和 、 抑制由于不平路面所引起的振动和冲击 ， 以保证汽车有良好的平顺性 。2. 迅速衰减车身和车桥（或车轮）的振动。3. 传递作用在车轮和车架（车身）之间的各种力（垂直力、纵向力和横向力）和力矩 (制动力矩和反作用力矩 )。24. 保证汽车行驶所必要的稳定性。汽车悬架通常由弹性元件、导向机构和减震器等三部分组成。弹性元件主要用来传递垂 直力和缓和冲击。当横向角刚度较小时，有时还装有横向稳定器以减小车身的横向
5、摆动。导 向机构用来决定车轮相对于车架（或车身）的运动特性，以保证有必要的稳定性，同时传 $ 除垂直力以外的力和力矩。减震器用来迅速衰减车身和车桥（或车轮）的振动。目前，最广泛采用的钢板弹簧，不仅用作弹性元件而且兼起导向作用（通过卷耳和支 座）和阻尼作用、（通过片间摩擦）。在进行设计时，要满足以下几点要求：a规范合理的型式和尺寸选择，结构和布置合理。b保证整车良好的平顺性能。c工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。d尽量使用通用件，以便降低制造成本。e在保证功能和强度的要求下，尽量减小整备质量。f其它有关产品技术规范和标准。目前， 农用运输车不能满足 三农 市场需求， 突出表现为一般产
6、品生产能力过剩， 技术水平低， 质量和维修服务水平差， 价格较高， 而市场急需的高质量经济型产品不能满足需求。 结合生产实际， 在农用运输车基础上对低速载货汽车车架及悬架系统进行了设计。1.2 车架的发展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，则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。这种设计的最大好处，在于轻量化与刚性得以同时兼顾， 因此受到了不少跑车制造商的青睐， 早期的法拉利与兰博基尼都是采用的这种设计。由于
7、钢骨设计的车架必须通过许多接点来连结主梁和副梁， 加之笼状构造也无法腾出较大的空间， 因此除了制造上比较复杂、 不利于大量生产之外， 也不适合用在强调空间的四门房车上。 随后单体结构的车架在车坛上成为主流， 笼状的钢骨车架也逐渐改由这种将车体与车架合二为一的单体车架所取代， 这种单体车架一般以“底盘”称之。关于单体车架， 简单的说就是将引擎室、 车厢以及行李厢三个空间合而为一，这样的好处除了便于大量生产， 模组化的运用也是其中主要的考虑。 通过采取模组化生产的共用策略， 车厂可以将同一具车架分别使用在数种不同的车款上， 这样也可节省不少研发经费。除了有利于共用， 车体车架也可以通过材料的不同来
8、发挥轻量化的特性， 例如本田 NSX 所使用的铝合金以及法拉利 F50、 Enzo所使用的碳纤维材料等。铝合金是 80 年代末期相当热门的一种工业材料，虽然重量比铁轻，但是强度却较差，因此如果要用铝合金制成单体车架，虽然在重量上比起铁制车架更占优势，但是强度却无法达到和铁制车架同样的水准。 除非增加更多的铝合金材料， 利用更多的用量来弥补强度上的不足。 不过这样一来， 重量必然会相对增加， 而原本出于轻量化考量而采用铝合金材料的动机， 当然也就失去了意义。 也正因为这个3原因， 铝合金车架在车坛上并未成为主流， 少数高性能跑车或是使用了强度更高的碳纤维， 或是用碳纤维结合蜂巢状夹层铝合金的复合
9、材料取代了铝合金。 但是要用碳纤维制成单体车架， 在制作上相当复杂且费时， 成本也相对更高， 所以至今仍无法普及到一般市售车上，而仅有少数售价高昂的跑车使用。尽管铝合金车架鲜有车厂使用， 不过用钢铁车架搭配铝合金钣件的方式， 近年来却受到不少车厂的重视， 这样的结构不仅可以保留车架本身的强度， 同时也可以通过钣件的铝合金化来取得轻量化效果， 在研发成本上自然也不像碳纤维制的单体车架那样昂贵。欧美从 90 年代开始逐渐提高了撞击事故的安全防护标准，这也是凸现出车架刚性重要的另一原因。 许多车厂为了在撞击事故发生时能够确保车内乘员的安全， 惟有针对车架以及车体进行全面强化， 这也使得除了车架以外的
10、强度有所改善， 包括钣件厚度的改变以及各种辅助梁的增设也成为各厂惯用的手法。 不过在这样的情况下， 伴随而来的是车重相对增加， 这也正是欧美日许多市售车的重量比起 10 年前、 20 年前增加不少的主要原因。关于刚性的确保， 大多数车厂在新车的设计阶段， 都是利用电脑计算出车架的刚性需求， 并以此作为设计依据。 有些车厂在用电脑完成设计雏形后， 还会再由专业的试车人员进行实际测试。中国第一汽车集团凌源汽车制造有限公司汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线竞标成功。 汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线是我公司继两年前成功设计制造了合肥江淮汽车厂汽车纵梁数控平板冲孔生产线的基础上， 在汽车纵梁数控冲孔
11、方面的又一标志性成果，填补了国内设计制造汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线的空白。汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线的设计制造成功，在汽车制造行业具有划时代的意义， 标志着中国在汽车车架数控冲孔加工的生产设备方面达到了国际先进水平， 降低了汽车制造行业购置汽车车架数控冲孔生产线的巨大费用， 积极推动了中国汽车制造业的飞速发展， 为中国汽车制造业早日与国际接轨奠定了基础。我国的车架企业基本拥有剪切、冲压、焊接、铆接、油漆、机加工六大工艺能力和完善的检测手段、 研究设计中心， 具有 16 吨至 3000 吨的冷冲压能力， 具备了开发、设计、生产各种类型车架。第 2 章 总体方案论证2.1 设计选型
12、原则2.1.1 车架的设计方案根据纵梁的结构特点，车架可分为以下几种方案X 形车架， ,它是由二根纵梁及 X 型横梁组成的 X 型车架实质上是边梁式车1 的改进，其目的在于提高车架的抗扭刚度 。 X 型车架之所以能达到这一目的，是因为当车架受扭时， X 型横梁能将扭4矩转换成弯矩的缘故。 但是狭而长的车架采用 X 型横梁并无明显优点，这是因X 型横梁太长时 ,受压的一根可能丧失稳定 ,失去抵抗能力因此， X 型横梁的优点仅对短 而宽的车架较有效，最适宜于小客车。2、梯形车架，梯形车架是由两根相互平行的纵梁和若干根横梁组成。其弯曲刚度较大， 而当承受扭矩时， 各部分同时产生弯曲和扭转。 其优点是
13、便于安装车身、 车箱和布置其他总成， 易于汽车的改装和变型， 因此被广泛地用在载货汽车、越野汽车、特种车辆和用货车底盘改装的大客车上；梯形车架3、中粱式车架；中梁式车架，或称脊骨式车架 : 它只有一根位于中央且贯穿汽车全长的纵梁。中央 纵梁可以是圆管状的，也可以是箱形断面的。中梁的前端做成伸出支架，用以固定发动机。传动轴在中粱内穿过。主传动器通常是固定在中梁的尾端，而形成断开式的驱动桥。在中梁上固定有横梁，用以支承汽车车身。4、综合式车架； 是 中 梁 式 车 架的 变型，它 的一部 分为管 或梁 ,而其余 部 分 成叉 形。 采 用中 梁 式或 综合式 车 架 ， 可 以 获 得 很 强 的
14、 抗 扭 能力 。但是 它们也 存在很 多缺点 I 如5车 身 等其 总成 在 车架 上面 的连 结是 比 较复 杂的 ,而且 横梁 悬 臂较 长 ,弯 矩较大 ，使横 梁与中 梁的连 接处容 易损 坏。因此，目前尚未获得广泛的采用。结合生产实际及设计要求，选用方案 2。2.1.2 悬架的设计方案a前轮和后轮均采用非独立悬架；b前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；c前后轮均采用独立悬架；非独立悬架的结构特点是，左右车轮用一根整体轴连接再经过悬架与车架（或车身） 连接； 独立悬架的结构特点是左右车轮通过各自的悬架与车架 （车身）连接。结合生产实际及设计要求，选用方案 a。由于是载货汽车， 前后
15、悬架均采用纵置半椭圆形钢板弹簧， 当采用纵置钢板弹簧作弹性元件时， 它兼起导向装置作用。 缓冲块用来减轻车轴对车架 （或车身）的直接冲撞， 防止弹性元件产生过大的变形。 装有横向稳定器的汽车， 能减少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角振动。2.1.3 整体设计方案综合上述两方案确定了整体设计方案： 梯形车架和前后悬架均采用纵置半椭圆形钢板弹簧非独立悬架。2 2 设计内容a参与总体设计；b车架、悬架结构型式分析和主要参数的确定；c车架、悬架结构设计。第 3 章 主要尺寸参数的选定参考车型及其参数参考车型：欧铃 ZB5040XXYBSC3S 厢式运输车详细参数：发动机型号： SD4W58-3U 发动机
16、功率： 58 kw 发动机排量： 2156ML 发动机类型：柴油发动机外形尺寸（长 宽 高） ： 5150 1695 2660 mm 货箱栏板内尺寸： 2390 1585 1700 mm 总质量： 3770 Kg 整备质量： 1780 Kg 额定载质量： 1665 Kg 接近角 /离去角： 21/16 前悬 /后悬： 1010/1440 mm 轴距： 2700 mm 轴荷： 1260/2510 N 最高车速： 90 km/h 前轮距： 1240 mm 后轮距： 1360 mm 底盘型号： ZB5040XXYBSC3S 轴数： 2 底盘尺寸（长 宽 高） ： 4810 1605 1990 弹簧片数： 6/5+3 63.1 外廓尺寸我国对低速载货汽车的限制尺寸是：总高不大于 2.05 米；总宽不大于 2 米；总长不大于 6 米。3.2 质量参数3.2.1 装载质量 Gm按要求取 Gm =1700kg3.2.2 整备质量 0m汽车的装载量与整备质量之比 Gm / 0m 称为汽车的
