轻型载货汽车车架设计说明书

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1、轻型载货汽车车架设计W说明书Document serial number KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108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（车速和路况） 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、安全性、舒适性、燃油经济性等。有过汽车 在使用过程中，车 架断裂的悄况发生。所以对车架的主要受力件车架纵梁的强度进行校 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

2、财产的安全。另外，随着油价的上涨和国家对汽车尾气排放标准的不断提高，对载货汽车车架进 行设 计，不管是对其结构参数的优化设讣，对其进行轻量化的优化设计，还是对汽车车 架进行疲 劳寿命预测分析等，都是出于对汽车动力性、安全性、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。车架的发展历程车架”这个名称原本是从法文的“Chassi衍”生而来的，早期汽车所使用的车架，大多都 是山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、行李厢盖等飯件， 则是另外再包覆于

3、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CA1092PK26L5E1公告批次228品牌类型载货汽千额定质址4990总质址8785整备质虽3600燃料种类排放依据标准轴数2轴距4560轴荷35S5/5200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午长7995整牟宽2260,2445整牛岛2430货厢长6180货厢宽2115,2300货厢冋560最商午速95戦质址利用系数该车带OBD,防护材料材质:Q235-A，连接方式:螺备注栓连接，后部防护装置的断面尺寸(m m)： 145X50,离地高度: 545mmo

4、汽车车架受力情况2. 1. 1车架水平菱形扭动力因为车辆在行驶时，每个车轮因为路面和行驶悄况的不同，(路面的铺设悄况、 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和牵引力，这可以使车架在水平方向 上产生推拉以至变形，这种悄况就好像将一个长方形拉扯成一个菱形一 样。2.1.2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， 情况就好像要你将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。2.1.3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，而轮胎的抓着力会和路面形成反作用力，两股相对的压力将车架横向扭曲

5、。2. 1.4 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，部分汽车的非悬挂重量，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 纵梁和横梁 (member), 一般都要求较强的刚度。车架设计要求2. 2. 1车架必须要有一定的强度 保证在各种复杂受力的使用惜况下车架不受破坏。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，则应注意降低其扭转应力，减少应力集中并避免失稳。而 在

6、前、后端，则应着 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和合理的断面形状(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，使相近的儿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，并根据载荷大小及分散悄况确定连接强度 和宽度； 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；偏心载荷较大且比较分散时候，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

7、) 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，避免出现波纹区或者受严重变薄；注意加强端部的形状和连接，避免刚 度突变；避免在 槽形梁的翼缘边缘处施焊，尤其畏忌短焊缝和“点”焊。(5) 减少失稳 受压翼缘宽度和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) 局部强度加强釆用较大的板厚； 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。2.2.2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

8、强度的原则进行设 计， 以减轻汽车的自重和降低材料的消耗量。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行简化的弯曲强度汁算，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。 车架形式的确定2. 3.1 边梁式车架这种车架山两根纵梁及连接两根纵梁的若干根横梁组成，用钏接和焊接的方法将纵 横梁 连接成坚固的刚性构架。

9、纵梁通常用低合金钢板冲压而成，断面一般为槽型，星或箱型断面。 横梁用来连接纵梁，保证车架的抗扭刚度和承载能力，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 汽车和特种车上得到广泛 用。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。其优点是便于安装车 身、车箱和布置其他总成，易于汽车的改装和变形，因此 被广泛地用在载货汽车、越野汽车、 特种汽车和用货车底盘改装而成的大客车上。在 中、轻型客车上也有所采用，轿车则较少采 用。 用于载货汽车的边梁式车架山两根相 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。

10、通 常，纵梁的上表面沿全长不变或局部降低，而两端的下 表面则可以根据应力悄况相应地 缩小。车架宽度多为全长等宽。2.3.2 中梁式车架（脊骨式车架）其结构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 和安装其它机 件。若中梁是管形的，传动轴可在管内穿过。优点是有较好的抗扭转刚度 和较大的前轮转向 角，在结构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

11、质量小，同时质心也 较低，故行驶稳定性好；车 架的强度和刚度较大；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U前应用较少。2. 3. 3综合式车架综合式车架是山边梁式和中梁式车架联合构成的。车架的询段或后段是边梁式结构, 用以安装发动机或后驱动桥。而车架的另一段是中梁式结构的支架可以固定车 身。传动轴从 中梁的中间穿过，使之密封防尘。其中部的抗扭刚度合适，但中部地板凸 包较大，且制造工 艺较复杂。此种结构一般在轿车上使用。车架承受着全车的大部分 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

12、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，合适的刚度， 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 章车架结构车架结构形式的选定3. 1. 1车架宽度的确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 架前后部分宽度就可以根据前轮最大转向角、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

13、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，同时前后部分宽度应相等。本设计取的车架宽860mm3 3.1.2车架纵梁形式的确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 状分有工字梁和槽形梁。山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 选用槽形梁结构。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 形结构。这样 既可降低纵梁的高度，减轻整车自身重量，降低成本，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结构，是应用最广泛的低合 金钢，综合机械性能良好，正

14、火可提高塑性，韧性及冷压成型性能。 根据本设汁的要求，再 考虑纵梁截面的特点，本方案设汁的纵梁采用上、下翼面是平直 等高的槽形钢。纵梁总长为 6815m m。优点：有较好的抗弯强度，便于安装汽车部件。3. 1. 3车架横梁形式的确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，若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，其结果是增加

15、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和总成，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 钏接连接，扭转刚度适中。车架C：槽型纵梁、工字型横梁，横、纵梁间采用钏接连接，扭 转刚度最小。从以上三种车架的对比可以看出：轻型载货汽车应该选用车架 B。 本设汁共有八根横梁，有前横梁，发动机前悬置横梁，发动机后悬置横梁，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3. 2. 1 车架纵梁与横梁的连接形式货车多以钏钉连接（见下图）。钏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。车架钏接示意图钏接设计注意事项：a. 尽量使钏钉的中心线与构件的端面重心线重合；b. 钏接厚度一般不大于 5d；c. 在同一结构上钏钉种类不益太多；d. 尽量减少在同一截面上的钏钉孔数，将钏钉交错排列；闾3.2.2 横梁在纵梁上的连接常见有三种型式：横