车架设计的基础知识

福田轻型载货汽车福田轻型载货汽车 车车 架架 设设 计计 提提 纲纲 8.18.1整车对车架的要求整车对车架的要求 8.28.2车架的受力情况分析车架的受力情况分析 8.38.3车架的结构分析车架的结构分析 8。3。1车架的基本结构形式 8.3。2车架宽度的确定 8.3。3纵梁的形式、主参数的选择 8.3。4车架的横梁及结构形式以及材料的选择 8.3。5车架的连接方式及特点以及材料的选择 8.3。6载货车辆采用铆接车架的优点 8。3.7车架设计的公差分析与控制 8 8。。4 4车架的计算车架的计算 8.4.1简单强度计算分析 8.4。2简单刚度计算分析 8.4.3 CAE 综合分析 8 8。。5 5车架设计注意事项车架设计注意事项 8。5。1概述 8。5.2焊接车架注意事项 8。5.3铆接车架注意事项 8。5.4车架的通用化设计 8。5。5车架的轻量化设计 8 8。。6 6附表附表 附表(一）现有车架参数一览表 附表（二） BJ1046E6 西南车型设计方案计算书 附表（三）轻量化设计实例 附表（四）常用纵梁材料牌号的选用、标注 附表(五）常用部分国标牌号钢材与企标牌号汽车梁用钢板牌号及成份、性能对照对比 8 8。。1 1整车对车架的要求整车对车架的要求 车架是整车各总成的安装基体，对它有以下要求： 1.有足够的强度。 要求受复杂的各种载荷而不破坏。 要有足够的疲劳强度,在大修里程内不发生疲劳破 坏. 2.要有足够的弯曲刚度。保证整车在复杂的受力条件下，固定在车架上的各总成不会因车架的变形而 早期损坏或失去正常工作能力。 3.要有足够的扭转刚度。 当汽车行使在不平的路面上时， 为了保证汽车对路面不平度的适应性,提高汽 车的平顺性和通过能力，要求车架具有合适的扭转刚度。对载货汽车，对扭转刚度具体要求如下 : 3。1 车架前端到驾驶室后围这一段车架的扭转刚度较高，因为这一段装有前悬架和方向机，如刚度弱而 使车架产生扭转变形，势必会影响转向几何特性而导致操纵稳定性变坏。对独立悬架的车型这一点很重 要。 3。2 包括后悬架在内的车架后部一段的扭转刚度也应较高，防止由于车架产生变形而影响轴转向，侧倾 稳定性等. 3.3 驾驶室后围到驾驶室前吊耳以前部分车架的刚度应低一些，前后的刚度较高，而大部分的变形都集 中在车架中部,还可防止因应力集中而造成局部损坏现象。 4.尽量减轻质量，按等强度要求设计. 8.28.2车架的受力情况分析车架的受力情况分析 1.垂直静载荷： 车身、 车架的自重、 装在车架上个总成的载重和有效载荷 （乘员和货物） ,该载荷使车架产生弯曲变形。 2.对称垂直动载荷： 车辆在水平道路上高速行使时产生,其值取决于垂直静载荷和加速度，使车架产生弯曲变形。 3。斜对称动载荷 在不平道路上行使时产生的。 前后车轮不在同一平面上， 车架和车身一起歪斜， 使车架发生扭转变形. 其大小与道路情况，车身、车架及车架的刚度有关。 4.其它载荷 4。1 汽车加速和减速时，轴荷重新分配引起垂直载荷。 4.2 汽车转弯时产生的侧向力。 4。3 一前轮撞在凸包上，车架水平方向上产生箭切变形。 4。4 装在车架上总成（方向机、发动机、减振器）产生的作用反力。 2.5 载荷作用线不通过纵梁的弯曲中心（油箱、悬架）而使纵梁产生局部受扭。 因此车架的受力是一复杂的空间力系，纵梁和横梁截面形状和连接的多变多样，使车架的受载更复 杂化。车架 CAE 分析一轮悬空这种极限工况，即解除一个车轮的约束，分析车架弯扭组合情况下的最大 应力。 普通载货汽车车架的弯矩图如下： 8.38.3车架的结构分析车架的结构分析 8 8。。3 3。。1 1车架的基本结构形式车架的基本结构形式 边梁式（载货车、中客、大客车常用结构) 框式周边式（复杂的边梁式，越野车、轿车常用） 车架 X型式（X 型横梁，抗扭性能强） 脊梁式（抗扭性能好） 综合式（前后框式、中间脊梁式） 目前公司各种车架基本都是边梁式车架。 车架总成是一种受力情况非常复杂的构件.目前，在进行车架设计时,首先参考国内外现有的同内型汽车 车架纵梁的端面尺寸,根据总布置的要求 （纵梁端面尺寸的大小直接影响整车的质心的高度） 选取车架车 架纵梁端面尺寸,然后对其进行静态抗弯强度计算， 并根据需要对其采用有限元进行静态、 弯扭等工况的 分析计算。 由于车架总成在汽车行驶过程中受力情况非常复杂,很难对其进行准确的计算， 所以在正式投 产前还需进行道路试验（或MTS 道路模拟试验）来检验车架的强度是否满足使用要求。 由于绝大部分总成部件都是通过车架来固定其位置的的 ,所以车架的结构形式首先应满足总布置的 要求。 8.3.28.3.2车架宽度车架宽度 对于边梁式（梯形)结构车架,其宽度是指车架上由横梁所固定的左、右纵梁腹板间的宽度。汽车的 全宽决定以后，车架的宽度就可以根据装在车架外侧的轮胎、钢板弹簧和装在车架内侧的发动机等尺寸 来确定。 在车架设计时， 为了提高整车的横向稳定性和减少前、 后桥以及车厢横梁的弯曲力矩,一般希望加大 车架的宽度。影响车架宽度的因素很多，在布置时应主要考虑：整车外宽、前轮和后轮轮距、安装发动 机及操纵机构所需要的空间、轮胎及悬挂的空间、转向所需要的空间等. 我国行业标准 ZB/TT43003—89 固定了载货汽车车架宽度宽度一般在700—950mm 之间，如下表: 单位:mm 基本尺寸 极限偏差 860800780 ±10 750700 在车架设计中,为了解决总布置与车架宽度的矛盾,通常采用以下几种结构形式的车架： 1、前窄后宽式车架这主要是为了满足前轮转向的需要，目前我公司奥铃轻卡均采用了这种结构 的车架，有效地 2、前宽后窄式车架该结构车架以往一般多应用在重型载货汽车上。因为重型载货汽车的后轴荷 较大，轮胎及钢板弹簧都要加宽，同时所采用的发动机外型尺寸都较大，故只好减少前轮转向角，最终 使车架成为前宽后窄的形式。 我公司殴曼重卡型载货汽车的车架就是该种结构。 由于该结构的车架纵 梁在转折处其上、下翼面易产生皱纹区，容易引起应力集中而导致纵梁的早期损坏,故在中、重型载货汽 车上应尽量避免采用该种结构的车架。 3、前、后等宽式车架在整车总布置允许的条件下，应尽量采用前、后等宽式车架,因为该结构车 架的制造工艺简单,不存在不等宽车架在该皱纹区易产生应力集中的缺点。目前,绝大多数的中、重型载 货汽车均采用前、后等宽式车架。我公司 3200mm 轴距时代轻卡的车架也采用了该种结构， 同时其纵梁直 接采用成形钢材或滚压成形，大大简化了实际生产和提高了生产效率，且车架总成成本较低，迅速满足 了市场的需求。 4、 前后收缩式车架有时为了满足总布置的需要， 也采用了前后收缩式车架,有效地布置了大型的 发动机。 8。3。2。2 车架宽度的确定 车架的宽度主要由前后轮距确定的，确定车架的宽度按以下原则进行： ①车架前部宽度主要考虑前轮的最大转角，选用成型的方向机要考虑方向机的安装，有时结合驾驶室的 安装统一考虑。 ②车架中部的宽度要考虑发动机及发动机附件（排气管、变速操纵杆）的安装. ③为考虑高速车的稳定性，希望增加车架后部宽度，以便能加大后簧托距而不使板簧