1、汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題 目 輕型貨車車架設(shè)計(jì) 班 級 M11車輛工程 姓 名 劉符利 學(xué) 號 1121111015 指 導(dǎo) 教 師 智淑亞 2014年12摘要本設(shè)計(jì)課題是關(guān)于輕型載貨汽車的車架設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的車架結(jié)構(gòu)形式是前后等寬的邊梁式車架，其中縱梁和橫梁的截面形狀都采用槽型，縱梁與橫梁通過焊接連接。本說明書涉及了現(xiàn)階段載貨汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢，以及國內(nèi)外載貨汽車車架的發(fā)展?fàn)睢ｊP(guān)鍵詞：輕型貨車、車架、設(shè)計(jì) 1 緒論1.1 概述汽車車架是整個汽車的基體，是將汽車的主要總成和部件連接成汽車整體的金屬構(gòu)架，對于這種金屬構(gòu)架式車架，生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)合理，生產(chǎn)工藝規(guī)范，要采取一切切實(shí)可

2、行的措施消除工藝缺陷，保證它在各種復(fù)雜的受力情況下不至于被破壞。車架作為汽車的承載基體，為貨車、中型及以下的客車、中高級和高級轎車所采用，支撐著發(fā)動機(jī)離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式車身和貨箱等所有簧上質(zhì)量的有關(guān)機(jī)件，承受著傳給它的各種力和力矩。為此，車架應(yīng)有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機(jī)構(gòu)之間的相對位置在汽車行駛過程中保持不變并使車身的變形最小；車架也應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證其有足夠的可靠性與壽命，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴(yán)重變形和開裂。車架剛度不足會引起振動和噪聲，也使汽車的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些機(jī)件的可靠性下降。本說明書只是敘述非承載式車身結(jié)構(gòu)形式中單獨(dú)的車架系統(tǒng)。承載式

3、汽車，前、后懸架裝置，發(fā)動機(jī)及變速器等傳動系部件施加的作用力均由車架承受，所以，車架總成的剛性、強(qiáng)度及振動特性等幾乎完全決定了車輛整體的強(qiáng)度、剛度和振動特性。設(shè)計(jì)時(shí)在確保車架總成性能的同時(shí)，還應(yīng)對車架性能和匹配性進(jìn)行認(rèn)真的研究。車架結(jié)構(gòu)很多都是用電弧焊焊接而成，容易產(chǎn)生焊接變形。在設(shè)計(jì)方面對精度有要求的部位不得出現(xiàn)集中焊接，或者從部件結(jié)構(gòu)方面下工夫，盡量確保各個總成的精度。另外，與其他焊接方法相對比，采用電弧焊的話，后端部容易出現(xiàn)比較大的缺口，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。所以，應(yīng)對接頭位置和焊接端部進(jìn)行處理。車架受力狀態(tài)極為復(fù)雜。汽車靜止時(shí)，它在懸架系統(tǒng)的支撐下，承受著汽車各部件及載荷的重力，引起縱梁的

4、彎曲和偏心扭轉(zhuǎn)。如汽車所處的路面不平，車架還將呈現(xiàn)整體扭轉(zhuǎn)。汽車行駛時(shí)，載荷和汽車各部件的自身質(zhì)量及其工作載荷（如驅(qū)動力、制動力和轉(zhuǎn)向力等）將使車架各部件承受著不同方向、不同程度和隨機(jī)變化的動載荷，車架的彎曲、偏心扭轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)將更嚴(yán)重，同時(shí)還會出現(xiàn)側(cè)彎、菱形傾向，以及各種彎曲和扭轉(zhuǎn)振動。同時(shí)，有些裝置件還可能使車架產(chǎn)生較大的裝置載荷。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)品開發(fā)階段，對車架靜應(yīng)力、剛度、振動模態(tài)以至動應(yīng)力和碰撞安全等已可進(jìn)行有限元分析，對其輕量化、使用壽命，以及振動和噪聲特性也可以做出初步判斷，為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期創(chuàng)造了有利條件。1.2 車架的發(fā)展早期汽車所使用的車架，大多都是由籠狀的鋼骨

5、梁柱所構(gòu)成的，也就是在兩支平行的主梁上，以類似階梯的方式加上許多左右相連的副梁制造而成。車體建構(gòu)在車架之上，至于車門、沙板、引擎蓋、行李廂蓋等鈑件，則是另外再包覆于車體之外，因此車體與車架其實(shí)是屬于兩個獨(dú)立的構(gòu)造。這種設(shè)計(jì)的最大好處，在于輕量化與剛性得以同時(shí)兼顧，因此受到了不少跑車制造商的青睞，早期的法拉利與蘭博基尼都是采用的這種設(shè)計(jì)。由于鋼骨設(shè)計(jì)的車架必須通過許多接點(diǎn)來連結(jié)主梁和副梁，加之籠狀構(gòu)造也無法騰出較大的空間，因此除了制造上比較復(fù)雜、不利于大量生產(chǎn)之外，也不適合用在強(qiáng)調(diào)空間的四門房車上。隨后單體結(jié)構(gòu)的車架在車壇上成為主流，籠狀的鋼骨車架也逐漸改由這種將車體與車架合二為一的單體車架所取

6、代，這種單體車架一般以“底盤”稱之。 關(guān)于單體車架，簡單的說就是將引擎室、車廂以及行李廂三個空間合而為一，這樣的好處除了便于大量生產(chǎn)，模組化的運(yùn)用也是其中主要的考慮。通過采取模組化生產(chǎn)的共用策略，車廠可以將同一具車架分別使用在數(shù)種不同的車款上，這樣也可節(jié)省不少研發(fā)經(jīng)費(fèi)。除了有利于共用，車體車架也可以通過材料的不同來發(fā)揮輕量化的特性，例如本田NSX所使用的鋁合金以及法拉利F50、Enzo所使用的碳纖維材料等。鋁合金是80年代末期相當(dāng)熱門的一種工業(yè)材料，雖然重量比鐵輕，但是強(qiáng)度卻較差，因此如果要用鋁合金制成單體車架，雖然在重量上比起鐵制車架更占優(yōu)勢，但是強(qiáng)度卻無法達(dá)到和鐵制車架同樣的水準(zhǔn)。除非增加

7、更多的鋁合金材料，利用更多的用量來彌補(bǔ)強(qiáng)度上的不足。不過這樣一來，重量必然會相對增加，而原本出于輕量化考量而采用鋁合金材料的動機(jī)，當(dāng)然也就失去了意義。也正因?yàn)檫@個原因，鋁合金車架在車壇上并未成為主流，少數(shù)高性能跑車或是使用了強(qiáng)度更高的碳纖維，或是用碳纖維結(jié)合蜂巢狀夾層鋁合金的復(fù)合材料取代了鋁合金。但是要用碳纖維制成單體車架，在制作上相當(dāng)復(fù)雜且費(fèi)時(shí)，成本也相對更高，所以至今仍無法普及到一般市售車上，而僅有少數(shù)售價(jià)高昂的跑車使用。盡管鋁合金車架鮮有車廠使用，不過用鋼鐵車架搭配鋁合金鈑件的方式，近年來卻受到不少車廠的重視，這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以保留車架本身的強(qiáng)度，同時(shí)也可以通過鈑件的鋁合金化來取得輕量化

8、效果，在研發(fā)成本上自然也不像碳纖維制的單體車架那樣昂貴。歐美從90年代開始逐漸提高了撞擊事故的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，這也是凸現(xiàn)出車架剛性重要的另一原因。許多車廠為了在撞擊事故發(fā)生時(shí)能夠確保車內(nèi)乘員的安全，惟有針對車架以及車體進(jìn)行全面強(qiáng)化，這也使得除了車架以外的強(qiáng)度有所改善，包括鈑件厚度的改變以及各種輔助梁的增設(shè)也成為各廠慣用的手法。不過在這樣的情況下，伴隨而來的是車重相對增加，這也正是歐美日許多市售車的重量比起10年前、20年前增加不少的主要原因。關(guān)于剛性的確保，大多數(shù)車廠在新車的設(shè)計(jì)階段，都是利用電腦計(jì)算出車架的剛性需求，并以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)。有些車廠在用電腦完成設(shè)計(jì)雛形后，還會再由專業(yè)的試車人員進(jìn)行

9、實(shí)際測試。中國第一汽車集團(tuán)凌源汽車制造有限公司汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線競標(biāo)成功。汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線是我公司繼兩年前成功設(shè)計(jì)制造了合肥江淮汽車廠汽車縱梁數(shù)控平板沖孔生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，在汽車縱梁數(shù)控沖孔方面的又一標(biāo)志性成果，填補(bǔ)了國內(nèi)設(shè)計(jì)制造汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的空白。汽車車架U型槽合數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)制造成功，在汽車制造行業(yè)具有劃時(shí)代的意義，標(biāo)志著中國在汽車車架數(shù)控沖孔加工的生產(chǎn)設(shè)備方面達(dá)到了國際先進(jìn)水平，降低了汽車制造行業(yè)購置汽車車架數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的巨大費(fèi)用，積極推動了中國汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，為中國汽車制造業(yè)早日與國際接軌奠定了基礎(chǔ)。我國的車架企業(yè)基本擁有剪切、沖

10、壓、焊接、鉚接、油漆、機(jī)加工六大工藝能力和完善的檢測手段、研究設(shè)計(jì)中心，具有16噸至3000噸的冷沖壓能力，具備了開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)各種類型車架。2.2 車架在實(shí)際環(huán)境下要面對的4種壓力要評價(jià)車架設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的好壞，首先應(yīng)該清楚了解的是車輛在行駛時(shí)車架所要承受的各種不同的力。如果車架在某方面的韌性不佳，就算有再好的懸掛系統(tǒng)，也無法達(dá)到良好的操控表現(xiàn)。而車架在實(shí)際環(huán)境下要面對4種壓力。負(fù)載彎曲從字面上就可以十分容易的理解這個壓力，部分汽車的非懸掛重量，是由車架承受的，通過輪軸傳到地面。而這個壓力，主要會集中在軸距的中心點(diǎn)。因此車架底部的縱梁和橫梁，一般都要求較強(qiáng)的剛度。非水平扭動當(dāng)前后對角車輪遇到道

11、路上的不平而滾動，車架的梁柱便要承受這個縱向扭曲壓力，情況就好像要你將一塊塑料片扭曲成螺旋形一樣。橫向彎曲所謂橫向彎曲，就是汽車在入彎時(shí)重量的慣性（即離心力）會使車身產(chǎn)生向彎外甩的傾向，而輪胎的抓著力會和路面形成反作用力，兩股相對的壓力將車架橫向扭曲。水平菱形扭動因?yàn)檐囕v在行駛時(shí)，每個車輪因?yàn)槁访婧托旭偳闆r的不同，每個車輪會承受不同的阻力和牽引力，這可以使車架在水平方向上產(chǎn)生推拉以至變形，這情況就好像將一個長方形拉扯成一個菱形一樣。2.3 車架設(shè)計(jì)的技術(shù)要求為了使車架符合上述功用，通常對設(shè)計(jì)的車架有如下的要求：2.3.1 必須有足夠的強(qiáng)度保證在各種復(fù)雜受力的使用情況下車架不受破壞。要求有足夠的

12、疲勞強(qiáng)度，保證在汽車大修里程內(nèi)，車架不致有嚴(yán)重的疲勞損傷。縱梁受力極為復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)不僅應(yīng)注意各種應(yīng)力，改善其分布情況，還應(yīng)該注意使各種應(yīng)力峰值不出現(xiàn)在同一部位上。例如，縱梁中部彎曲應(yīng)力較大，則應(yīng)注意降低其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，減少應(yīng)力集中并避免失穩(wěn)。而在前、后端，則應(yīng)著重控制懸架系統(tǒng)引起的局部扭轉(zhuǎn)。提高縱梁強(qiáng)度常用的措施如下：(1) 提高彎曲強(qiáng)度 選定較大的斷面尺寸和合理的斷面形狀（槽形梁斷面高寬比一般為3：1左右）；(2) 提高局部扭轉(zhuǎn)剛度 注意偏心載荷的布置，使相近的幾個偏心載荷盡量接近縱梁斷面的彎曲中心，并使合成量較小；在偏心載荷較大處設(shè)置橫梁，并根據(jù)載荷大小及分散情況確定連接強(qiáng)度和寬度；將懸置點(diǎn)分

13、布在橫梁的彎曲中心上； 當(dāng)偏心載荷較大并偏離橫梁較遠(yuǎn)處時(shí)候，可以采用K形梁，或者將該段縱梁形成封閉斷面； 偏心載荷較大且比較分散時(shí)候，應(yīng)該采用封閉斷面梁，橫梁間距也應(yīng)縮小； 選用較大的斷面； 限制制造扭曲度，減少裝配預(yù)應(yīng)力。(3) 提高整體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 不使縱梁斷面過大； 翼緣連接的橫梁不宜相距太近。(4) 減少應(yīng)力集中及疲勞敏感 盡可能減少翼緣上的孔（特別是高應(yīng)力區(qū)），嚴(yán)禁在翼緣上布置大孔； 注意外形的變化，避免出現(xiàn)波紋區(qū)或者受嚴(yán)重變薄； 注意加強(qiáng)端部的形狀和連接，避免剛度突變； 避免在槽形梁的翼緣邊緣處施焊，尤其畏忌短焊縫和“點(diǎn)”焊。(5) 減少失穩(wěn) 受壓翼緣寬度和厚度的比值不宜過大（常在12

14、左右）； 在容易出現(xiàn)波紋處限制其平整度。(6) 局部強(qiáng)度加強(qiáng) 采用較大的板厚； 加大支架緊固面尺寸，增多緊固數(shù)量，并盡量使力作用點(diǎn)接近腹板的上、下側(cè)面。2.3.2 車架的輕量化由于車架較重，對于鋼板的消耗量相當(dāng)大。因此，車架應(yīng)按等強(qiáng)度的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，以減輕汽車的自重和降低材料的消耗量。在保證強(qiáng)度的條件下，盡量減輕車架的質(zhì)量。通常要求車架的質(zhì)量應(yīng)小于整車整備質(zhì)量的10。本設(shè)計(jì)主要對車架縱梁進(jìn)行簡化的彎曲強(qiáng)度計(jì)算，使車架縱梁具有足夠的強(qiáng)度，以此來確定車架的斷面尺寸。（參照材料力學(xué)）另外，目前鋼材價(jià)格暴漲，汽油價(jià)格上漲，從生產(chǎn)汽車的經(jīng)濟(jì)性考慮的話，也應(yīng)盡量減輕整車的質(zhì)量。從生產(chǎn)工藝性考慮，橫縱梁采用

15、簡便可靠的連接方式，不僅能降低工人的工作強(qiáng)度，還能增強(qiáng)車架的強(qiáng)度。 2.4 車架結(jié)構(gòu)的確定2.4.1 車架類型的選擇車架的結(jié)構(gòu)形式可以分為邊梁式、中梁式（或稱脊骨式）和綜合式。而在有些客車和轎車上車身和車架制成一體，這樣的車身稱為“半承載式車身”，有的被加強(qiáng)了車身則能完全起到車架的作用，這樣的車身稱為“承載式車身”，不另設(shè)車架。隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，為了減輕自重，越來越多的轎車都采用了承載式車身。下邊先分別列舉下各車架的特點(diǎn)。（1） 邊梁式車架的構(gòu)造這種車架由兩根縱梁及連接兩根縱梁的若干根橫梁組成，用鉚接和焊接的方法將縱橫梁連接成堅(jiān)固的剛性構(gòu)架。縱梁通常用低合金鋼板沖壓而成，斷面一般為槽型，z星

16、或箱型斷面。橫梁用來連接縱梁，保證車架的抗扭剛度和承載能力，而且還用來支撐汽車上的主要部件。 邊梁式車架能給改裝變型車提供一個方便的安裝骨架，因而在載重汽車和特種車上得到廣泛用。其彎曲剛度較大，而當(dāng)承受扭矩時(shí)，各部分同時(shí)產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是便于安裝車身、車箱和布置其他總成，易于汽車的改裝和變形，因此被廣泛地用在載貨汽車、越野汽車、特種汽車和用貨車底盤改裝而成的大客車上。在中、輕型客車上也有所采用，轎車則較少采用。用于載貨汽車的邊梁式車架（圖2-1），由兩根相互平行但開口朝內(nèi)、沖壓制成的槽型縱梁及一些沖壓制成的開口槽型橫梁組合而成。通常，縱梁的上表面沿全長不變或局部降低，而兩端的下表面則可以

17、根據(jù)應(yīng)力情況相應(yīng)地縮小。車架寬度多為全長等寬。 圖2-1 邊梁式車架X型車架是邊梁式車架的改進(jìn)，這種車架由兩根縱梁及X型橫梁組成，實(shí)際上是邊梁式車架的改進(jìn)，有一定的抗扭剛度，X橫梁能將扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)閺澗兀瑢Χ潭鴮挼能嚰埽@種效果最明顯。車架中部為位于汽車縱向?qū)ΨQ平面上的一根矩形斷面的空心脊梁，其前后端焊以叉形梁。前端的叉形梁用于支撐動力、傳動總成，而后端則用于安裝后橋。傳動軸經(jīng)中部管梁通向后方。中部管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大。前后叉形邊梁由一些橫梁相連，后者還用于加強(qiáng)前、后懸架的支撐。管梁部分位于后座乘客的腳下位置且在車寬的中間，因此不妨礙在其兩側(cè)的車身地板的降低，但地板中間會有較大的縱向鼓包。門檻的寬度不

18、大，雖然從被動安全性考慮，要求門檻有足夠的強(qiáng)度和剛度。轎車要是使用邊梁式車架，為了降低地板高度，可局部地減少縱梁的斷面高度并相應(yīng)地加大其寬度，但這使縱梁的制造工藝復(fù)雜化且其車身地板仍比采用其他車架時(shí)為高，當(dāng)然地板上的傳動軸通道鼓包也就不大了。所以X型車架較多使用于轎車。還有周邊式車架，這種車架是從邊梁式車架派生出來的，前后兩端縱梁變窄，中部縱梁加寬，前端寬度取決于前輪最大轉(zhuǎn)角，后端寬度取決于后輪距，中部寬度取決于車身門檻梁的內(nèi)壁寬，前部和中部以及后部和中部的連接處用緩沖臂或抗扭盒相連，具有一定的彈性，能緩和不平路面的沖擊。其結(jié)構(gòu)形狀容許緩沖臂有一定的彈性變形，可以吸收來自不平路面的沖擊和降低車

19、內(nèi)噪聲。此外，車架中部加寬既有利于提高汽車的橫向穩(wěn)定性，又可以減短了車架縱梁外側(cè)裝置件的懸伸長度。在前后縱梁處向上彎曲以讓出前后獨(dú)立懸架或非斷開式后橋的運(yùn)動空間。采用這種車架時(shí)車身地板上的傳動軸通道所形成的鼓包不大，但門檻較寬。這種車架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般在中、高級轎車上采用。 （2） 中梁式車架（脊骨式車架）其結(jié)構(gòu)只有一根位于中央而貫穿汽車全長的縱梁，亦稱為脊骨式車架。中梁的斷面可做成管形、槽形或箱形。中梁的前端做成伸出支架，用以固定發(fā)動機(jī)，而主減速器殼通常固定在中梁的尾端，形成斷開式后驅(qū)動橋。中梁上的懸伸托架用以支承汽車車身和安裝其它機(jī)件。若中梁是管形的，傳動軸可在管內(nèi)穿過。優(yōu)點(diǎn)是有較好的抗扭轉(zhuǎn)

20、剛度和較大的前輪轉(zhuǎn)向角，在結(jié)構(gòu)上容許車乾有較大的跳動空間，便于裝用獨(dú)立懸架，從而提高了汽車的越野性；與同噸位的載貨汽車相比，其車架輕，整車質(zhì)量小，同時(shí)質(zhì)心也較低，故行駛穩(wěn)定性好；車架的強(qiáng)度和剛度較大；脊梁還能起封閉傳動軸的防塵罩作用。缺點(diǎn)是制造工藝復(fù)雜，精度要求高，總成安裝困難，維護(hù)修理也不方便，故目前應(yīng)用較少。（3） 綜合式車架綜合式車架是由邊梁式和中梁式車架聯(lián)合構(gòu)成的。車架的前段或后段是邊梁式結(jié)構(gòu)，用以安裝發(fā)動機(jī)或后驅(qū)動橋。而車架的另一段是中梁式結(jié)構(gòu)的支架可以固定車身。傳動軸從中梁的中間穿過，使之密封防塵。其中部的抗扭剛度合適，但中部地板凸包較大，且制造工藝較復(fù)雜。此種結(jié)構(gòu)一般在轎車上使用

21、。車架承受著全車的大部分重量，在汽車行駛時(shí)，它承受來自裝配在其上的各部件傳來的力及其相應(yīng)的力矩的作用。當(dāng)汽車行駛在崎嶇不平的道路上時(shí)，車架在載荷作用下會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，使安裝在其上的各部件相互位置發(fā)生變化。當(dāng)車輪受到?jīng)_擊時(shí)，車架也會相應(yīng)受到?jīng)_擊載荷。因而要求車架具有足夠的強(qiáng)度，合適的剛度，同時(shí)盡量減輕重量。在良好路面行駛的汽車，車架應(yīng)布置得離地面近一些，使汽車重心降低，有利于汽車穩(wěn)定行駛，車架的形狀尺寸還應(yīng)保證前輪轉(zhuǎn)向要求的空間。由于設(shè)計(jì)的是輕型載汽車車架，根據(jù)其特點(diǎn)選用邊梁式車架。縱梁上、下表面為平直，斷面呈槽形，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，不僅能降低工人工作強(qiáng)度，而且其造價(jià)低廉，有良好的經(jīng)濟(jì)性，將

22、廣泛地用于各種載貨汽車、客車上。選取的方案的優(yōu)點(diǎn)： 邊梁式車架由兩根縱梁的若干根橫梁組成，該結(jié)構(gòu)便于安裝駕駛室、車廂和其它總成，被廣泛用在載重貨車、特種車和大客車上。3 車架的設(shè)計(jì)車架是一個復(fù)雜的薄壁框架結(jié)構(gòu)，其受力情況極為復(fù)雜。本設(shè)計(jì)包括了結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)：車架的寬度的確定，縱梁形式的確定，橫梁形式的確定，橫梁與縱梁連接形式的確定。在車架設(shè)計(jì)的初期階段，可對車架縱梁進(jìn)行簡化的彎曲強(qiáng)度計(jì)算，以及來確定車架的斷面尺寸。下面是設(shè)計(jì)和計(jì)算的方法和步驟。 3.1 車架結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)3.1.1 車架寬度的確定車架的寬度是左、右縱梁腹板外側(cè)面之間的寬度。車架前部寬度的最小值取決于發(fā)動機(jī)的外廓寬度，其最大值受

23、到前輪最大轉(zhuǎn)角的限制。車架后部寬度的最大值主要是根據(jù)車架外側(cè)的輪胎和鋼板彈簧片寬等尺寸確定。為了提高汽車的橫向穩(wěn)定性，希望增大車架的寬度。通常，車架的寬度根據(jù)汽車總體布置的參數(shù)來確定，整車寬度不得超過2.5m，故往往很難同時(shí)滿足上述要求。為了解決總體布置與加寬車架的矛盾，車架的寬度設(shè)計(jì)可采取以下措施：（1）將車架做成前窄后寬這種結(jié)構(gòu)可以解決前輪轉(zhuǎn)向所需的空間與車架總寬之間的矛盾。此結(jié)構(gòu)適用于輕型汽車、微型汽車和轎車。（2）將車架做成前寬后窄對于重型載貨汽車，其后軸的負(fù)荷大，輪胎的尺寸加大，后鋼板彈簧片寬增加，同時(shí)為了安裝外型尺寸大的發(fā)動機(jī)，常需減小前輪轉(zhuǎn)向角，以便使汽車的總寬在公路標(biāo)準(zhǔn)的2.5

24、m內(nèi)，因此車架不得不采用前寬后窄的型式。但根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，關(guān)于輕車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其載重設(shè)為1.7t，簡化制造工藝，最好車架前后等寬。為了便于實(shí)行產(chǎn)品的三化，不少國家對車架的寬度制定了標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)方案取車架的寬度為750mm。3.1.2 車架縱梁形式的確定車架的縱梁結(jié)構(gòu)，一方面要保證車架的功能，另一方面要滿足整車總體布置的要求，同時(shí)形狀應(yīng)盡量簡單，以簡化其制造工藝。從縱梁的側(cè)視圖看，縱梁的形狀可分為上翼面是平直的和彎曲的兩種。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好；當(dāng)上翼面為平直時(shí)，可使貨廂底板平整，縱梁制造方便，大多數(shù)載貨汽車車架縱梁都采用這種型式。當(dāng)上翼面彎曲時(shí)，縱梁部分區(qū)段降低，地板高度相應(yīng)降低，改善

25、了整車的穩(wěn)定性，且有利于上、下車，此種結(jié)構(gòu)在轎車、微型汽車、公共汽車和部分輕型載貨汽車上采用，其制造工藝復(fù)雜。縱梁上表面應(yīng)盡量做成平直的，中部斷面一般較大、兩端較小，與所受彎矩相適應(yīng)。也有全長或僅中部及后部為等斷面的。根據(jù)整車布置要求，有時(shí)采用前端或后端或前后端均彎曲的縱梁。縱梁的斷面形狀有槽形、工字形、箱形、管形和Z形等幾種。為了使縱梁各斷面處的應(yīng)力接近，可改變梁的高度，使中部斷面高、兩端斷面低。槽形斷面的縱梁有較好的抗彎強(qiáng)度，工藝性好，緊固方便，又便于安裝各種汽車部件，故采用得最為廣泛，但此種斷面的抗扭性能差。從降低車架縱梁抗彎應(yīng)力方面考慮的話，增大槽形斷面的高度最有利，但使汽車的質(zhì)心高度

26、增加。增大上、下翼面的寬度，也可以提高縱梁的抗彎強(qiáng)度，但其值的增加又受到發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)部件布置的限制。因此需綜合考慮上述因素的影響，通常取高與寬的比值為2.83.5。由于重型載貨汽車的發(fā)動機(jī)外型尺寸大，后軸負(fù)荷大，為了使車架做成前、后等寬，有的車架縱梁就采用Z形斷面，我國黃河牌載貨汽車的車架就是采用此種斷面。這種縱梁和橫梁的連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，燃油箱的安裝也不方便。重型載貨汽車和超重型載貨汽車的車架縱梁一般多采用工字形截面的型材或焊接成的箱形結(jié)構(gòu)。箱形斷面梁抗扭強(qiáng)度大，多用于轎車和輕型越野車。超重型越野車及礦用自卸車的縱梁形式多用鈑料焊接而成，常為箱形或工字形斷面。采用封閉斷面縱梁構(gòu)成的車架，其抗

27、彎剛度大，通常客車的車架也是采用此種斷面。縱梁的長度一般接近汽車長度，其值約為1.41.7倍汽車輪距。多品種生產(chǎn)時(shí)，常使不同軸距、不同裝載質(zhì)量的系列車型采用內(nèi)高相同的槽形斷面縱梁，通過變化鈑料厚度或翼緣寬度獲得不同強(qiáng)度。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，再考慮縱梁截面的特點(diǎn)，本方案設(shè)計(jì)的縱梁采用上、下翼面是平直等高的槽形鋼。縱梁總長為4815mm。優(yōu)點(diǎn)：有較好的抗彎強(qiáng)度，便于安裝汽車部件。3.1.3 車架橫梁形式的確定車架橫梁將左、右縱梁連接在一起，構(gòu)成一個框架，使車架有足夠的抗彎剛度。汽車主要總成通過橫梁來支承。載貨汽車的橫梁一般有多根橫梁組成，其結(jié)構(gòu)和用途不一樣。(1) 前橫梁通常用來支承水箱。當(dāng)發(fā)動機(jī)前

28、支點(diǎn)安排在左右縱梁上時(shí)，可用較小槽型和Z型斷面橫梁。對于前部采用獨(dú)立懸架的轎車，為了改善汽車的視野，希望汽車頭部高度降低，固需要將水箱安裝得低些，可將前橫梁做成寬而下凹的形狀。當(dāng)發(fā)動機(jī)前支點(diǎn)和水箱相距很近時(shí)，前橫梁常用來支承水箱和發(fā)動機(jī)前端，此時(shí)需采用斷面大的橫梁。(2) 中橫梁通常用來作傳動軸的中間支承。為了保證傳動軸有足夠的跳動空間，將其結(jié)構(gòu)做成上拱形。在后鋼板彈簧前、后支架附近所受到的力或轉(zhuǎn)矩大，則要設(shè)置一根抗扭剛度大、連接寬度大的橫梁。(3) 后橫梁后橫梁采用中橫梁形式。本設(shè)計(jì)課題是關(guān)于輕型車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以采用開口斷面比較合適。本次設(shè)計(jì)一共采用大小共8根橫梁，各根橫梁的結(jié)構(gòu)及用途如

29、下：第一根橫梁斷面形狀為槽型，用來支撐水箱，其中間設(shè)有多個圓形孔，目的是讓空氣可以流到發(fā)動機(jī)底部，也有助于發(fā)動機(jī)的散熱。第二根橫梁為發(fā)動機(jī)托架，為防止其與前軸發(fā)生碰撞幾干涉，故將其安排放在發(fā)動機(jī)前端，其形狀就是近似元寶的元寶梁，此種形狀有較好的剛度。第三根橫梁為駕駛室的安裝梁。用于駕駛室后部的安裝，斷面形狀為槽形。第四根橫梁用作傳動軸的支承，其斷面形狀為槽形，為了保證傳動軸有足夠的跳動空間和安裝空間，將其結(jié)構(gòu)做成上拱形。第五、七根橫梁分別在后鋼板彈簧前、后支架附近，它們所受到的力或轉(zhuǎn)矩都很大。它們的斷面形狀也是采用槽形。第六、七根橫梁不僅要承受各種力和力矩的作用，還要作為安裝備胎的的安置機(jī)構(gòu)。

30、它們的斷面形狀為槽型。第八橫梁為后橫梁，其將左、右縱梁連接在一起，構(gòu)成一個框架，使車架有足夠的抗彎剛度。其斷面形狀為槽形。3.1.4 車架縱梁與橫梁連接型式的確定縱梁和橫梁的連接方式對車架的受力有很大的影響。大致可分有以下幾種：(1) 橫梁和縱梁的腹板相連接這種連接型式制造工藝簡單，連接剛度較差，但不會使縱梁出現(xiàn)大的應(yīng)力，一般車架的中部橫梁采用此種連接方式。(2) 橫梁同時(shí)和縱梁的腹板及任一翼緣（上或下）相連接這種連接方式制造工藝不很復(fù)雜，連接剛度增強(qiáng)，故得到廣泛應(yīng)用。但后鋼板彈簧托架上的力會通過縱梁傳給后鋼板彈簧的前橫梁，使其承受較大載荷。因此在設(shè)計(jì)鋼板彈簧托架時(shí)應(yīng)盡可能減少懸架伸長度，使載

31、荷作用點(diǎn)靠近縱梁彎曲中心。當(dāng)偏心載荷較大時(shí)，可將該處縱梁做成局部閉口斷面；也可將橫梁穿過縱梁向外延伸，將載荷直接傳給橫梁。(3) 橫梁同時(shí)和上、下翼緣相連接這種連接形式具有剛性較好的加強(qiáng)角撐，可產(chǎn)生良好的斜支撐作用，使整個車架的剛度增加，且其翼緣外邊不致因受壓而產(chǎn)生翹曲。車架兩端的橫梁常采用這種形式和縱梁相連接。但此種連接方式制造復(fù)雜，當(dāng)轉(zhuǎn)矩過大時(shí)，縱梁翼緣上會出現(xiàn)應(yīng)力過大的現(xiàn)象，這是由于縱梁截面不能自由翹曲所致。橫梁和縱梁的固定方法可分為鉚接、焊接和螺栓連接等方式。大多數(shù)車架用搭鐵板通過鉚釘連接。這種方法成本低，適合大批量生產(chǎn)，其剛度與鉚釘?shù)臄?shù)目及其分布有關(guān)。焊接能使其連接牢固，不致產(chǎn)生松動

32、，能保證有大的剛度。但焊接容易變形并產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，故要求焊接質(zhì)量要高，主要在小批量生產(chǎn)或修理時(shí)采用。螺栓連接主要在某些為了適用于各種特殊使用條件的汽車車架上采用，以使裝在汽車車架上的某些部件易于拆卸或互換。但此種連接方式在長期使用時(shí)，容易松動，甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。一般汽車車架橫梁與縱梁的固定不采用此種方法。緊固件的尺寸和數(shù)量要和橫梁大小相適應(yīng)，鉚釘分布不要太近。當(dāng)利用連接板的翻邊緊固時(shí)，應(yīng)加大連接板的寬度和厚度，緊固孔應(yīng)盡可能靠近翻邊處，以防連接損壞。本設(shè)計(jì)方案中，橫梁與縱梁的連接形式大體都使用焊接連接。總之，車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分考慮到整車布置對車架的要求及企業(yè)的工藝制造能力，合理選擇縱梁截

33、面高度、橫梁的結(jié)構(gòu)形式、橫梁與縱梁的聯(lián)接方式，使車架結(jié)構(gòu)滿足汽車使用要求。以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 3.2 車架的受載分析汽車的使用條件復(fù)雜，其受力情況十分復(fù)雜，因此車架上的載荷變化也很大，其承受的載荷大致可分為下面幾類：3.2.1 靜載荷車架所承受的靜載荷是指汽車靜止時(shí)，懸架彈簧以上部分的載荷。即為車架質(zhì)量、車身質(zhì)量、安裝在車架的各總成與附屬件的質(zhì)量以及有效載荷（客車或貨物的總質(zhì)量）的總和。3.2.2 對稱的垂直動載荷這種載荷是當(dāng)汽車在平坦的道路上以較高車速行駛時(shí)產(chǎn)生的。其大小與垂直振動加速度有關(guān)，與作用在車架上的靜載荷及其分布有關(guān)，路面的作用力使車架承受對稱的垂直動載荷。這種動載使

34、車架產(chǎn)生彎曲變形。3.2.3 斜對稱的動載荷這種載荷是當(dāng)汽車在崎嶇不平的道路上行駛時(shí)產(chǎn)生的。此時(shí)汽車的前后幾個車輪可能不在同一平面上，從而使車架連同車身一同歪斜，其大小與道路不平的程度以及車身、車架和懸架的剛度有關(guān)。這種動載荷會使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。3.2.4 其它載荷汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力將使車架受到側(cè)向力的作用；汽車加速或制動時(shí)，慣性力會導(dǎo)致車架前后部載荷的重新分配；當(dāng)一個前輪正面撞在路面凸包上時(shí)，將使車架產(chǎn)生水平方向的剪力變形；安裝在車架上的各總成（如發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)向搖臂及減振器等）工作時(shí)所產(chǎn)生的力；由于載荷作用線不通過縱梁截面的彎曲中心（如油箱、備胎和懸架等）而使縱梁產(chǎn)生附加的局部轉(zhuǎn)矩。綜上

35、所述，汽車車架實(shí)際上是受到一定空間力系的作用，而車架縱梁與橫梁的截面形狀和連接點(diǎn)又是多種多樣，更導(dǎo)致車架受載情況復(fù)雜化。4 車架的制造工藝4.1 車架梁的制造工藝 4.1.1 縱梁圖 4-2 縱梁斷面(1) 產(chǎn)品特征 斷面形式 ：等斷面 、變端面；長度形式 ：直線式；料厚：縱梁 5.00、8.0mm；縱梁長度：4815 (2) 工藝特點(diǎn) a 工藝流程 第一種模式 ：剪切一用模具落料；中孔一用模具壓彎成形一裝配一油漆。 第二種模式 ：剪切一用模具落料沖工藝孔一用平面數(shù)控沖孔機(jī)沖孔一用模具壓彎成形一裝配一油漆。 第三種模式 ：剪切一用平面數(shù)控沖孔機(jī)沖孔一折彎成形一裝配一油漆。 第四種模式 ：單倍尺

36、卷料一輥壓成形一切斷一用三面數(shù)控；中孔機(jī) ；中孔一等離子切割局部外形一噴丸。b 生產(chǎn)設(shè)備 機(jī)械壓力機(jī) ：3000、3500、4000、5000t ； 平面數(shù)控； 中孔機(jī)、三面數(shù)控； 中孔機(jī)、折彎機(jī)； 采用模具生產(chǎn)和平面數(shù)控沖孔機(jī)模式的工藝 ，一般受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、壓床噸位 ( 一般為3000、3500、4000、5000t)限制。不能采用強(qiáng)度過高的高強(qiáng)度鋼板，即屈服強(qiáng)度在350-560N/mm以下的高強(qiáng)度鋼板 ；縱梁和縱梁加強(qiáng)板的長度不易太長，應(yīng)控制在10000mm左右。材料厚度與材料長度成反比，控制在8mm以下為好。采用輥壓成形模式的工藝 ，在購買設(shè)備時(shí)就已將材料參數(shù)即屈服 強(qiáng)度設(shè)定在350-70

37、0N，mm以下，可以選擇屈服強(qiáng)度在700/mm以下的材料 ，長度不限，厚度控制在10mm以下。縱梁和縱梁加強(qiáng)板用材受設(shè)備 、工藝模式 、產(chǎn) 品結(jié)構(gòu)影響 ，材料強(qiáng)度級別范圍也有所不同。一般來說開發(fā)縱梁和縱梁加強(qiáng)材料時(shí)應(yīng)結(jié)合其工藝條件，從材料的使用范圍入手，確定合理的高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)度開發(fā)范圍，從而適用不同的工藝模式。還應(yīng)研究高強(qiáng)度鋼板 回彈消除問題、可適用的焊接方式和 匹配的焊條 、對模 具材料的強(qiáng)度要求 、適用油漆方式等相關(guān)參數(shù)，從而提高材料的應(yīng)用空間。 4.1.2 橫梁貨車車架上一般有5到11根橫梁，其用途和結(jié)構(gòu)各不相同。不同條件的汽車橫梁其結(jié)構(gòu)型式變化較大 。目前 ，汽車車架上使用的梁通常以槽

38、形式和拱形居多。這是因?yàn)椴坌问綑M梁曲剛度和強(qiáng)度都較大 ，且便于制：拱形橫梁具有較大的連接度、截面高度較低 ，可以讓開下空間的優(yōu)點(diǎn)。汽車橫梁一般都是采用沖壓加工方法生產(chǎn)。 (1) 產(chǎn)品特征 厚度 ：5.0、6.5、7.0mm長度 ：740mm抗拉強(qiáng)度：370-610 N mm；形狀 ：槽形式橫梁、拱形式橫梁等 ，如圖4-3、4-4圖 4-3 拱形橫梁圖 4-4 槽形橫梁(2) 工藝特點(diǎn)a 工藝流程 槽型式橫梁 ：剪切一修邊沖孔(或落料沖孔)一成形一沖孔( 按需)一裝配一油漆。 鱷魚1b式橫梁：剪切一成形一修邊沖孔一裝配一油漆。 b 設(shè)備 機(jī)械壓力機(jī) ：800t 、1250t 、3000t 。近

39、年來,為了滿足用戶經(jīng)濟(jì)性、大噸位要 求，橫梁材料厚度由4.0-6.0mm變?yōu)?.5-1.0mm,抗拉強(qiáng)度也由370-510MPa提高到590-610MPa以上。復(fù)雜形狀 的橫梁應(yīng)用較多。既要有一定的強(qiáng)度又要有良好的成形性能是橫梁用材的基本要求。同時(shí)，受壓力機(jī)噸位、模具制造業(yè)水平限制 ，未將高強(qiáng)度鋼板應(yīng)用在成形復(fù)雜的橫梁上 。對于橫梁用材的開發(fā)應(yīng)針對橫梁 的產(chǎn)品特性 ，結(jié)合工藝技術(shù)水平 ，在滿足強(qiáng)度要求的前提下重點(diǎn)提高材料成形性能和焊接性能。還要開展高強(qiáng)度鋼板 的極限拉伸速度 的研究，這是由于商用車橫梁一般都是在機(jī)械壓力機(jī) 上生產(chǎn) ，依據(jù)高強(qiáng)度鋼板的極限拉伸速度來控制機(jī)械壓力機(jī)的生產(chǎn)速度 。從而

40、減少橫梁破損的發(fā)生。 c 連接板 厚度 ：4.0mm；長度 ：110mm； 抗拉強(qiáng)度 ：510-640N mm；形 狀 ：平板連接板用于連接橫梁和縱梁，增強(qiáng)縱梁的強(qiáng)度。以壓彎件為主，材料主要為高強(qiáng)度鋼板。對材料的成形性能要求不高，但要求材料的壓彎回彈小。 4.2 焊接工藝4.2.1 焊接工藝分析(1) 車架結(jié)構(gòu)材料采用的是16Mn，焊接性好，加之材料厚度適中，在合理的裝焊工藝條件下，一般不容易產(chǎn)生氣孔和裂紋，不需要采用特殊的焊接工藝措施和焊后熱處理。(2) 車架是整車的載體，車架的焊縫主要承受汽車運(yùn)行過程中的動載作用，而車架剛性大，焊后接頭的收縮力較大，因此必須選用合理的焊接方法及工藝參數(shù)，控制線能量。(3) 對于車架縱梁和橫梁而言，焊接分布并非完全對稱，所以要合理安排焊接順序，盡量采用對稱焊和從中間向兩頭釋焊，以減少焊接變形。(4) 控制零部件尺寸即互換性，保證裝配間隙均勻，以減少因收縮不均所造成的變形。(5) 夾具設(shè)計(jì)時(shí)要合理留有收縮余量及裝配間隙，綜合處理好車架焊后接頭應(yīng)力與總體變形這對相互矛盾的問題，在保證滿足設(shè)計(jì)尺寸要求的條件下，接頭焊后存