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1、精选优质文档-倾情为你奉上车架设计作业指导书1、车架概述2、车架设计注意事项3、车架改动要求一、车架概述车架是汽车设计的重要项目，因为它的好坏直接关系到车的一切性能（操控、性能、安全、舒适等等）。评价车架设计和结构的好坏，首先应该清楚了解的是车辆在行驶时，车架所要承受的各种不同的力。如果车架在某方面的韧性不佳，就算有再好的悬挂系统，也无法达到良好的操控表现。而车架在实际环境下要面对4种压力。1负载弯曲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（unsprung mass）是由车架承受的，通过轮轴传到地面。而这个载荷，主要会集中在轴距的中心点。因此车架底部的纵梁和横梁，一般都要求
2、较强的刚度。2非水平扭动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。3横向弯曲所谓横向弯曲，就是汽车在入弯时重量的惯性（即离心力）会使车身产生向外弯甩的倾向，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。4水平菱形扭动因为车辆在行驶时，每个车轮因为路面和行驶情况的不同（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，这种情况就好像将一个长方形拉扯成一个菱形一样。其实车架的好坏并非物理指标就可以涵盖，所以即使有超强的新车架出现
3、，传统的车架形式依然存在。1.车架的主要类型1.1、梯形车架梯形车架是最早出现的车架形式。顾名思义，梯形车架的样子就好像一条平躺着的梯子由两条纵向的主梁，结合许多大小（粗细）不同的副横梁所构成的，有些情况还会加上斜梁作加固。目前只有商用车才使用梯形车架。越野车使用梯形车架主要是看中它车身和底盘分离的设计，车架和车壳作非固定连接，在越野行走的时候，崎岖的大幅路面上下落差环境，会导致车架的大幅扭动，如果是一体式车架的话，很有可能随时扭到连车厂都不认得这是自己造的车了。梯形车架的非水平扭曲刚性其实并不理想，一样会产生大幅的扭动，分离式车身正好阻止了车壳的扭动。另外这种车架的前向抗弯曲能力（即对抗前方
4、正面撞击力的能力）非常的强！所以这款车架仍被越野车普遍的使用。至于商用车由于梯形车架的负载抗弯曲能力高，而车架先天造就平台造型，无论对营造车厢空间还是载货空间都有极其正面的作用。梯形车架的优点也造就了它的缺点，平面结构令它的非水平扭曲刚性相对于一体式车架来的低。1.2、一体式金属车架使用一体式车架的汽车，整个车身的外壳本身就属于车架的一部分。所以它不同于传统的梯形车架或者管式车架，需要在车架外包裹外壳。事实上，按严格的定义来说，一体式车架都是由不同的组件装配而成的，其中最大的一块就是地台，其余的如车顶、侧板大小各异，所有的板件都是由压模机压制出来的，利用机械手做电焊处理，有的甚至使用激光焊接技
5、术。整个制作过程短至数分钟便可宣告完成。由此可见，一体式车架之所以那么流行，主要原因是为了适应高度机械化的流水生产作业大量生产，这样做可以大大的降低生产成本。而且一体式车架先天拥有良好的撞击保护能力，车头以及车尾加装副车架一方面有利于吸收撞击所造成的冲击力，另一方面对车架行驶的刚性也有所帮助。其次，一体式车架能够预留用以吸收撞击能量的吸能区外，车架本身的包裹式构造还可以将吸能区域吸收不完的能力经过骨架分散到车体的其余部分，避免猛烈撞击力在瞬间过于集中而对乘客造成严重的创伤！相对于其他的车架构造，一体式车架没有高而阔的门槛、防滑动支撑架和大型的传动轴管道等，空间的利用率极高。凡事总有正反两面，一
6、体式车架生产前的配套投资极其庞大，绝对不适合小批量生产。另外一个明显的缺陷，就是一体式车架因为使用大量的金属，重量偏高。外壳的作用主要是用来营造理想的空间效果，而车架的设计主要由金属钢片构成，虽然钢片已经作了开孔的加强韧度处理，但是在物理结构上的刚度，特别是非水平扭动（longitudinal torsion），始终不及钢管式车架。如果以重量和刚性比来做比较的话，使用同等金属重量所制作出来的一体式车架是所有车架中刚性表现最不经济的。1.3、超轻量一体式车架传统的一体式车架，其优点是对于大量生产成本相对较低，拥有较强的空间效能，同时撞击保护能力较强。缺点是车身沉重，初期投入很高，无法做小批量生产
7、。在上世纪八、九十年代开始，国际汽车的安全规格开始迅猛的发展，各大车厂除了发展不同形式的主/被动安全设备以外，也开始着手于设计撞击刚性更高的车架。虽然当时超级计算机已经可以辅助设计出理想的车身结构，但是也无可避免的使更多的钢材应用到车身上，使得车架重量进一步增加。制造商为了兼顾汽车的性能和环保表现，则着手研究别类的车架金属的应用，希望借此克服传统一体式车架重量偏高的缺点。在结构上，它与传统的一体式车架无异。轻量化的主要原因是车的板块由液压形式压制。传统车架用高重量压模机压制的车架模块，效果就好像用纸盖着硬币，然后用铅笔描出图案的效果。车架和车壳的板块因为压模机的压制细腻度有所规限，整体厚度和设
8、计的厚度有一定的出入，尤其在弯角和边缘的位置，在压制后肯定是最薄弱的地方。为了弥补这个缺陷，整个车架在压制时会刻意做的厚一点，就是说用厚一点的钢板去迁就这些最薄弱的位置都符合最低的厚度要求，从而达到刚度要求。液压利用极高的水压，将钢材压迫成所需的车架形状。因为水的压力是平均的，不同的地方所受的压力同样是相同。这样就解决了车架冲压受力不均的问题，车架便可以造得更薄了。1.4、一体式碳纤维车架现在世界上有两种物质可以制造碳纤维，其中一种就是人造丝（Rayon）。人造丝是一种丝质的人造纤维，由纤维素（cellulose）所构成，而纤维素是构成植物主要组成部分的有机化合物。另外一种能制造碳纤维的物质是
9、丙烯酸纤维（Acrylic fiber）。制作碳纤维的方式会因生产商的不同而稍有不同。一般加工碳纤维板，都要将板件在模具中成型时加入合成树脂。而不同的板件性质就是由于加入不同的合成树脂所造成的。总的来说，碳纤维和传统钢材比较，其性能具有压倒性的优势，密度要比钢材低4倍左右，而强度和硬度都是钢材的两倍。但是整体中的某些部位不太能受力。在结构上，一体式碳纤维车架没有即定的格局，几乎每辆车都根据自己整体的情况特别设计车架，碳纤维的铸造主要依赖手工，属于劳动密集型生产二、车架设计注意事项（一）、确定设计条件在车架设计时必须明确以下设计条件，应联系总布置及有关专业进行细致的了解，必要时需查阅已有的试验分
10、析资料、开展专门的试验工作和使用调查。1.市场状况拟设计车型的类别、用途、使用条件（如装载情况、道路条件、运行情况等）、需求量情况（数量、时间、前景预期等）、可靠性要求、以及同类车型（特别是竞争对象）的车架使用情况。2.车型系列化情况同时设计的车型以及准备发展的车型有哪些？这些车型的外形尺寸和载荷级别的情况如何？主要车型是哪些？3.生产规模及生产方式有关生产规模及生产率的准则如何？在采用大型压力机、大型复杂模具、自动焊接设备等方面的约束条件如何？哪些车型须按批量生产考虑？4.总布置对车架部件的形状和尺寸的限定情况，各部件同车架的连接尺寸。5.汽车载荷大小及其分布，各部件的重量和中心位置及其在车
11、架上的悬置位置。6.各部件的结构特点，刚度情况及主要工作载荷情况，对车架刚度和应力的影响如何？和同类车型相比，将出现哪些重大变化？（二）、确定设计要求1.可靠性及耐久性要求纵梁等主要零件，在使用期内，不得出现严重的致命故障，如严重变形及开裂，致使其它部件不能正常安装和工作。铆钉的少量更换，以及其它较易修复的故障的出现，不得低于三保里程。2.刚度及振动特性要求车架的固有频率不应与车身等的固有频率以及发动机和簧下质量的激励频率相耦合，致使平顺性和操纵稳定形变坏、噪音过大、零件损坏。车架扭转刚度应适度避免变形过大，横摆严重，通过性变坏，可靠性下降。车架满载时垂直弯曲挠度通常约在10mm以内。行驶中最
12、大扭角约为每米轴距1。3.安全性要求在正常使用条件下，能克服障碍物的干扰，保护车前板件少受损坏。在发生碰撞事故时，能吸收大部分碰撞能量、降低减速度值、避免乘员空间被严重挤占而危及乘员声明。4.改装性及维修性要求尽量使汽车改装方便。避免改装时对车架部件进行较大的改动，如过多的增加新孔。（三）、车架受力分析3.1、车架（整车）扭转刚度车架（整车）扭转刚度指整车状态下的车架扭转刚度。在车架出现扭转变形时，与车架连接在一起的汽车部件，必将随之一起变形，导致车架刚度增大；当这些部件和车架刚性连接时，其刚度提高情况基本取决于连接部分的刚度。通常车架（整车）扭转刚度比车架扭转刚度要大出几倍。在现代轿车上，车
13、身的扭转刚度常为车架刚度的3倍。在货车上，车厢在车架上的扭转刚度可达车架刚度的3倍以上。前后轴及弹簧总成、驾驶室和车头以及发动机等在车架上的扭转刚度也可达到或接近车架刚度水平。汽车部件的大刚度和车架的低刚度比较广泛的实现了成功的结合。在轿车上车架的自重也比以前有所降低。3.2、车架（整车）扭转刚度与扭角3.2.1、车架（整车）静扭转当车架（整车）扭转刚度和悬架系统扭转刚度已知时，则缓慢通过或静止处在不平路面上的汽车的车架轴间扭角（如图3），即可用以下公式就得：式中：，道路不平度，以通过左右前轮接地点的连线与通过左右后轮的相应连线之间的夹角表示。Cj，车架（整车）扭转刚度。Cs，悬架系统（含车轮
14、）扭转刚度。由公式可知，车架的静扭角大小，取决于Cj/Cs比值情况。改变Cj或Cs，都将引起的改变。一般货车Cj/Cs接近于1或更大，故其车架的静扭角约为道路扭角的一半或更小。在轿车上Cj远大于Cs，故其车架静扭角较小。显然，车架扭转刚度对车架扭角的影响比车架（整车）扭转刚度Cj的影响更小。图3车架（整车）扭转当汽车斜越深沟时，一个车轮可能离开地面，车架扭角从而达到极限，曾测得某中型货车的极限扭角为13，某轻型货车为8。在崎岖路面上行驶时，车架扭角可达每米轴距1。车架的单位长度扭角沿其全长是变化的，一般其前部较大，后部较小。3.3、车架（整车）扭转刚度与扭矩汽车处于不平路面上，车架受到的扭转载
15、荷可以下式计算即作用于车架上的扭矩，随着路面的不平度变化而变大，同时也随的Cj、Cs增大而增大。此扭矩系车轮上的斜对称垂直载荷构成，故驱动轴必有一侧的垂直载荷将下降，这意味着该轴的附着重量将较之成倍的下降，故通过性随之变坏。M随着Cj、Cs的变大而提高后，车架及悬架系统的应力必然相应提高。3.4、车架刚度与振动车架固有频率的大小决定于其相关刚度。确定车架刚度时，应使其固有频率不和道路及发动机激励频率想耦合，也不合驾驶室等部件的固有频率想耦合，以免平顺性变坏，可靠性下降。3.5、车架（整车）扭转刚度与汽车横向摆动降低车架（整车）扭转刚度，将使汽车的横向摆动加剧，严重时，使人产生不安全感。高速行驶时，操纵稳定性变坏。3.6、车架刚度与成本提高车架刚度，往往受到经济因素的制约，如制造及装配成本提高、重量增大等。通过非刚度途径，解决某些刚度问题，有时更为简单易行。对于刚度和强度都较大的汽车部件，如车身、车厢等，使其对车架刚度发挥增强作用是极为有利的。对于刚度较大而强度较低的汽车部件，可根据具体情况，采用三点悬置、四点悬置或菱形悬置以及刚度适当的软垫与车架连接，以使车架变形部分得到隔离，而不出现损坏。通过悬置点布置（如移近振型节点）、悬置姿态、悬置刚度的选择，有时也可解决一些振动问题。3.7、车架刚度计算采用有限元分析法，对车架扭转刚度、垂直弯曲刚度和水平弯曲刚度进行计算，现已取得
