輕型載貨汽車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、第1章 緒論1.1 課題背景汽車(chē)的使用條件復(fù)雜，其受力情況也十分復(fù)雜，隨著汽車(chē)行駛條件（車(chē)速和路況）的變化，車(chē)架上的載荷變化也很大，而車(chē)架，作為汽車(chē)的主要承載工件，它的好壞直接關(guān)系著汽車(chē)的各方面性能，如操作穩(wěn)定性、安全性、舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性等。有過(guò)汽車(chē)在使用過(guò)程中，車(chē)架斷裂的情況發(fā)生。所以對(duì)車(chē)架的主要受力件車(chē)架縱梁的強(qiáng)度進(jìn)行校核，有著至關(guān)重要的意義。確保車(chē)架在各個(gè)工況下，車(chē)架縱梁的彎曲強(qiáng)度都符合材料的彎曲強(qiáng)度極限要求，如果不符合要求的，找出解決的方案，保證人與財(cái)產(chǎn)的安全。  另外，隨著油價(jià)的上漲和國(guó)家對(duì)汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，對(duì)載貨汽車(chē)車(chē)架進(jìn)行設(shè)計(jì)，不管是對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)的

2、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行輕量化的優(yōu)化設(shè)計(jì)，還是對(duì)汽車(chē)車(chē)架進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)分析等，都是出于對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性、安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性的考慮。是非常有必要的。研究新的車(chē)架材料，減輕其質(zhì)量，可以有效減少其整備質(zhì)量。1.2車(chē)架的發(fā)展歷程車(chē)架”這個(gè)名稱(chēng)原本是從法文的“Chassis”衍生而來(lái)的，早期汽車(chē)所使用的車(chē)架，大多都是由籠狀的鋼骨梁柱所構(gòu)成的，也就是在兩支平行的主梁上，以類(lèi)似階梯的方式加上許多左右相連的副梁制造而成。車(chē)體建構(gòu)在車(chē)架之上，至于車(chē)門(mén)、沙板、引擎蓋、行李廂蓋等鈑件，則是另外再包覆于車(chē)體之外，因此車(chē)體與車(chē)架其實(shí)是屬于兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造。第2章 方案論證參考車(chē)型及其參數(shù)公告型號(hào)CA1092PK26L5E4公告批

3、次228品牌解放類(lèi)型載貨汽車(chē)額定質(zhì)量4990總質(zhì)量8785整備質(zhì)量3600燃料種類(lèi)排放依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)2軸距4560軸荷3585/5200輪胎規(guī)格接近離去角28/12前懸后懸1080/2355前輪距后輪距識(shí)別代號(hào)整車(chē)長(zhǎng)7995整車(chē)寬2260,2445整車(chē)高2430貨廂長(zhǎng)6180貨廂寬2115,2300貨廂高560最高車(chē)速95載質(zhì)量利用系數(shù)1.44備注該車(chē)帶OBD,防護(hù)材料材質(zhì):Q235-A,連接方式:螺栓連接,后部防護(hù)裝置的斷面尺寸(mm):145×50,離地高度:545mm。2.1 汽車(chē)車(chē)架受力情況2.1.1車(chē)架水平菱形扭動(dòng)力因?yàn)檐?chē)輛在行駛時(shí)，每個(gè)車(chē)輪因?yàn)槁访婧托旭偳闆r的不同，（路面的

4、鋪設(shè)情況、凹凸起伏、障礙物及進(jìn)出彎角等等）每個(gè)車(chē)輪會(huì)承受不同的阻力和牽引力，這可以使車(chē)架在水平方向上產(chǎn)生推拉以至變形，這種情況就好像將一個(gè)長(zhǎng)方形拉扯成一個(gè)菱形一樣。2.1.2車(chē)架非水平扭動(dòng)力當(dāng)前后對(duì)角車(chē)輪遇到道路上的不平而滾動(dòng)，車(chē)架的梁柱便要承受這個(gè)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。2.1.3車(chē)架橫向彎曲力所謂橫向彎曲，就是汽車(chē)在入彎時(shí)重量的慣性（即離心力）會(huì)使車(chē)身產(chǎn)生向彎外甩的傾向，而輪胎的抓著力會(huì)和路面形成反作用力，兩股相對(duì)的壓力將車(chē)架橫向扭曲。2.1.4車(chē)架負(fù)載彎曲力從字面上就可以十分容易的理解這個(gè)壓力，部分汽車(chē)的非懸掛重量，是由車(chē)架承受的，通過(guò)輪軸傳到地面。而這

5、個(gè)壓力，主要會(huì)集中在軸距的中心點(diǎn)。因此車(chē)架底部的縱梁和橫梁(member），一般都要求較強(qiáng)的剛度。2.2車(chē)架設(shè)計(jì)要求2.2.1車(chē)架必須要有一定的強(qiáng)度保證在各種復(fù)雜受力的使用情況下車(chē)架不受破壞。要求有足夠的疲勞強(qiáng)度，保證在汽車(chē)大修里程內(nèi)，車(chē)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

6、：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(gè)偏心載荷盡量接近縱梁斷面的彎曲中心，并使合成量較?。辉谄妮d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??；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(guò)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

7、變化，避免出現(xiàn)波紋區(qū)或者受?chē)?yán)重變??；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(guò)大（常在12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。2.2.2車(chē)架的輕量化由于車(chē)架較重，對(duì)于鋼板的消耗量相當(dāng)大。因此，車(chē)架應(yīng)按等強(qiáng)度的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，以減輕汽車(chē)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(chē)架的質(zhì)量。通常要求車(chē)架的質(zhì)量應(yīng)小于整車(chē)整備質(zhì)量的10。 本設(shè)計(jì)主要對(duì)車(chē)架縱梁進(jìn)行簡(jiǎn)化的彎曲強(qiáng)度計(jì)算

8、，使車(chē)架縱梁具有足夠的強(qiáng)度，以此來(lái)確定車(chē)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(chē)的經(jīng)濟(jì)性考慮的話(huà)，也應(yīng)盡量減輕整車(chē)的質(zhì)量。從生產(chǎn)工藝性考慮，橫縱梁采用簡(jiǎn)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(chē)架的強(qiáng)度。2.3車(chē)架形式的確定2.3.1邊梁式車(chē)架這種車(chē)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?？v梁通常用低合金鋼板沖壓而成，斷面一般為槽型，z星或箱型斷面。橫梁用來(lái)連接縱梁，保證車(chē)架的抗扭剛度和承載能力，而且還用來(lái)支撐汽車(chē)上的主要部件。 邊梁式車(chē)架能給改裝變型車(chē)提供一個(gè)方便的安裝骨架，因而在載重汽車(chē)和

9、特種車(chē)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(chē)身、車(chē)箱和布置其他總成，易于汽車(chē)的改裝和變形，因此被廣泛地用在載貨汽車(chē)、越野汽車(chē)、特種汽車(chē)和用貨車(chē)底盤(pán)改裝而成的大客車(chē)上。在中、輕型客車(chē)上也有所采用，轎車(chē)則較少采用。 用于載貨汽車(chē)的邊梁式車(chē)架由兩根相互平行但開(kāi)口朝內(nèi)、沖壓制成的槽型縱梁及一些沖壓制成的開(kāi)口槽型橫梁組合而成。通常，縱梁的上表面沿全長(zhǎng)不變或局部降低，而兩端的下表面則可以根據(jù)應(yīng)力情況相應(yīng)地縮小。車(chē)架寬度多為全長(zhǎng)等寬。2.3.2中梁式車(chē)架（脊骨式車(chē)架） 其結(jié)構(gòu)只有一根位于中央而貫穿汽車(chē)全長(zhǎng)的縱梁，亦稱(chēng)為脊骨式車(chē)架。中梁的斷面可做成管形、槽形

10、或箱形。中梁的前端做成伸出支架，用以固定發(fā)動(dòng)機(jī)，而主減速器殼通常固定在中梁的尾端，形成斷開(kāi)式后驅(qū)動(dòng)橋。中梁上的懸伸托架用以支承汽車(chē)車(chē)身和安裝其它機(jī)件。若中梁是管形的，傳動(dòng)軸可在管內(nèi)穿過(guò)。優(yōu)點(diǎn)是有較好的抗扭轉(zhuǎn)剛度和較大的前輪轉(zhuǎn)向角，在結(jié)構(gòu)上容許車(chē)乾有較大的跳動(dòng)空間，便于裝用獨(dú)立懸架，從而提高了汽車(chē)的越野性；與同噸位的載貨汽車(chē)相比，其車(chē)架輕，整車(chē)質(zhì)量小，同時(shí)質(zhì)心也較低，故行駛穩(wěn)定性好；車(chē)架的強(qiáng)度和剛度較大；脊梁還能起封閉傳動(dòng)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。2.3.3綜合式車(chē)架 綜合式車(chē)架是由邊梁式和中梁式車(chē)架聯(lián)合構(gòu)成的。車(chē)架的前段或后

11、段是邊梁式結(jié)構(gòu)，用以安裝發(fā)動(dòng)機(jī)或后驅(qū)動(dòng)橋。而車(chē)架的另一段是中梁式結(jié)構(gòu)的支架可以固定車(chē)身。傳動(dòng)軸從中梁的中間穿過(guò)，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(chē)上使用。 車(chē)架承受著全車(chē)的大部分重量，在汽車(chē)行駛時(shí)，它承受來(lái)自裝配在其上的各部件傳來(lái)的力及其相應(yīng)的力矩的作用。當(dāng)汽車(chē)行駛在崎嶇不平的道路上時(shí)，車(chē)架在載荷作用下會(huì)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(chē)輪受到?jīng)_擊時(shí)，車(chē)架也會(huì)相應(yīng)受到?jīng)_擊載荷。因而要求車(chē)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(chē)，車(chē)架應(yīng)布置得離地面近一些，使汽車(chē)重心降低，有利于汽車(chē)穩(wěn)定行駛

12、，車(chē)架的形狀尺寸還應(yīng)保證前輪轉(zhuǎn)向要求的空間。 第3章 車(chē)架結(jié)構(gòu)3.1 車(chē)架結(jié)構(gòu)形式的選定 3.1.1車(chē)架寬度的確定車(chē)架寬度是指左右縱梁腹板外側(cè)面之間的寬度。在總體設(shè)計(jì)中，整車(chē)寬度確定后，車(chē)架前后部分寬度就可以根據(jù)前輪最大轉(zhuǎn)向角、輪距、鋼板彈簧片寬、裝在車(chē)架內(nèi)側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)外廓寬度及懸置等尺寸確定。從提高整車(chē)的橫向穩(wěn)定性以及減小車(chē)架縱梁外側(cè)裝置件的懸伸長(zhǎng)度來(lái)看，車(chē)架盡量寬些，同時(shí)前后部分寬度應(yīng)相等。本設(shè)計(jì)取的車(chē)架寬860mm。 3.1.2車(chē)架縱梁形式的確定縱梁是車(chē)架的主要承載部件，在汽車(chē)行駛中受較大的彎曲應(yīng)力。車(chē)架縱梁根據(jù)截面形狀分有工字梁和槽形梁。由于槽形梁具有強(qiáng)度高、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此在載貨汽

13、車(chē)設(shè)計(jì)中選用槽形梁結(jié)構(gòu)。另外為了滿(mǎn)足低速載貨汽車(chē)使用性能的要求，縱梁采用直線(xiàn)形結(jié)構(gòu)。這樣既可降低縱梁的高度，減輕整車(chē)自身重量，降低成本，亦可保證強(qiáng)度。材料選用16Mn低合金鋼，16Mn低合金鋼在強(qiáng)度,塑性,可焊性方面能較好地滿(mǎn)足剛結(jié)構(gòu)，是應(yīng)用最廣泛的低合金鋼，綜合機(jī)械性能良好,正火可提高塑性，韌性及冷壓成型性能。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?？v梁總長(zhǎng)為6815mm。優(yōu)點(diǎn)：有較好的抗彎強(qiáng)度，便于安裝汽車(chē)部件。 3.1.3車(chē)架橫梁形式的確定橫梁是車(chē)架中用來(lái)連接左、右縱梁，構(gòu)成車(chē)架的主要構(gòu)件。橫梁本身的抗扭性能的好壞及其分布，直接影響著縱梁

14、的內(nèi)應(yīng)力大小及其分布 合理設(shè)計(jì)橫梁，可以保證車(chē)架具有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。從早期通過(guò)試驗(yàn)所得出的一些結(jié)論可以看出，若加大橫梁的扭轉(zhuǎn)剛度，可以提高整個(gè)車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度，但與該橫梁連接處的縱梁的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力會(huì)加大；如果不加大橫梁，而是在兩根橫梁間再增加橫梁，其結(jié)果是增加了車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度，同時(shí)還降低了與橫梁連接處的縱梁扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在橫梁上往往要安裝汽車(chē)上的一些主要部件和總成，所以橫梁形狀以及在縱梁上的位置應(yīng)滿(mǎn)足安裝上的需要。橫、縱梁的斷面形狀、橫梁的數(shù)量以及兩者之間的連接方式，對(duì)車(chē)機(jī)架的扭轉(zhuǎn)剛度有大的影響?？v、橫梁材料的選用有以下三種：車(chē)架A：箱型縱梁、管型橫梁，橫、縱梁間采用焊接連接，扭轉(zhuǎn)剛度最大。車(chē)架B：槽型縱

15、梁、槽型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉(zhuǎn)剛度適中。車(chē)架C：槽型縱梁、工字型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接連接，扭轉(zhuǎn)剛度最小。從以上三種車(chē)架的對(duì)比可以看出：輕型載貨汽車(chē)應(yīng)該選用車(chē)架B。 本設(shè)計(jì)共有八根橫梁，有前橫梁，發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置橫梁，發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置橫梁，駕駛室后懸置橫梁，中橫梁，后鋼板彈簧前支架橫梁，后鋼板彈簧后支架橫梁，后橫梁。3.2 縱梁與橫梁的連接 3.2.1車(chē)架縱梁與橫梁的連接形式貨車(chē)多以鉚釘連接（見(jiàn)下圖）。鉚釘連接具有一定彈性，有利于消除峰值應(yīng)力，改善應(yīng)力狀況，這對(duì)于要求有一定扭轉(zhuǎn)彈性的貨車(chē)車(chē)架有重要意義。車(chē)架鉚接示意圖鉚接設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：a.盡量使鉚釘?shù)闹行木€(xiàn)與構(gòu)件的端面重心線(xiàn)重合；b.鉚接

16、厚度一般不大于5d；c.在同一結(jié)構(gòu)上鉚釘種類(lèi)不益太多；d.盡量減少在同一截面上的鉚釘孔數(shù)，將鉚釘交錯(cuò)排列；3.2.2橫梁在縱梁上的連接常見(jiàn)有三種型式：橫梁和縱梁上下翼緣相連；橫梁和縱梁的腹板相連；橫梁同時(shí)和縱梁的任一翼緣以及腹板相連。其中前后橫梁分別采用上下翼緣相連接的方式，可得到較大的連接跨度和連接剛度，使車(chē)架扭轉(zhuǎn)剛度增大，縱梁局部扭轉(zhuǎn)改善。第四橫梁即車(chē)架中部的橫梁采用腹板連接的方式，腹板連接結(jié)構(gòu)與翼面連接結(jié)構(gòu)相比，前者比后者可使縱梁的扭轉(zhuǎn)翹曲應(yīng)力降低。橫梁和縱梁腹板及一個(gè)翼緣同時(shí)相連，則兼有以上兩種連接方式的特點(diǎn)，缺點(diǎn)在于作用在縱梁上的力直接傳到橫梁上。有時(shí)使橫梁只和縱梁的一個(gè)翼緣相連，則

17、極難發(fā)揮其剛度作用，因此不常采用。3.2.3車(chē)架加強(qiáng)版 第4章 車(chē)架設(shè)計(jì)計(jì)算4.1車(chē)架的載荷分析汽車(chē)靜止時(shí)，車(chē)架上只承受彈簧以上部分的載荷稱(chēng)為靜載荷。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，隨行駛條件(車(chē)速和路面情況)的變化，車(chē)架將主要承受對(duì)稱(chēng)的垂直動(dòng)載荷和斜對(duì)稱(chēng)的動(dòng)載荷。對(duì)稱(chēng)的垂直動(dòng)載荷是當(dāng)汽車(chē)在平坦道路上以較高車(chē)速行駛時(shí)產(chǎn)生的，其值取決于作用在車(chē)架上的靜載荷及其在車(chē)架上的分布，還取決于靜載荷作用處的垂直加速度之值。這種動(dòng)載荷會(huì)使車(chē)架產(chǎn)生彎曲變形。當(dāng)汽車(chē)在不平道路上行駛時(shí)，汽車(chē)的前后幾個(gè)車(chē)輪可能不在同一平面上，從而使車(chē)架連同車(chē)身一起歪斜，其值取決于道路不平坦的程度以及車(chē)身、車(chē)架和懸架的剛度。這種動(dòng)載荷將會(huì)使車(chē)架產(chǎn)

18、生扭轉(zhuǎn)變形。由于汽車(chē)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用工況多變，除了上述兩種主要載荷的作用外，汽車(chē)車(chē)架上還承受其他的一些載荷。如汽車(chē)加速或制動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致車(chē)架前后載荷的重新分配；汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)，慣性力將使車(chē)架受到側(cè)向力的作用。一般來(lái)說(shuō)，車(chē)架主要損壞的疲勞裂紋起源于縱梁和橫梁邊緣處，然后向垂直于邊緣的方向擴(kuò)展。在縱梁上的裂紋將迅速發(fā)展乃至全部斷裂，而橫梁上出現(xiàn)的裂紋則往往不再繼續(xù)發(fā)展或擴(kuò)展得很緩慢。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料可知，車(chē)架的使用壽命主要取決于縱梁抗疲勞損傷的強(qiáng)度。因此，在評(píng)價(jià)車(chē)架的載荷性能時(shí)，主要應(yīng)著眼于縱梁。4.2車(chē)架縱梁的強(qiáng)度計(jì)算4.3車(chē)架的應(yīng)力計(jì)算4.3.1支座反力的計(jì)算4.3.1縱梁的剪力和彎矩計(jì)算要計(jì)算車(chē)架縱梁的彎矩，先計(jì)算車(chē)架前支座反作用力，向后輪中心支座處求矩 F1前輪中心支座對(duì)任一縱梁（左縱梁或右縱梁）的反作用力N; F2后輪中心支座對(duì)任一縱梁（左縱梁或右縱梁）的反作用力N; L縱梁的總長(zhǎng)，7215mm； l汽車(chē)軸距，4560mm； a前懸，1080mm； b后懸，2355mm； c貨廂長(zhǎng)，6180mm； c1車(chē)廂前端到二軸的距離，4120mm； c2車(chē)廂后端到二軸的距離，2060mm； Ms空車(chē)時(shí)的簧載質(zhì)量，