車架設計指南

1、.奇瑞汽車有限公司底盤部設計指南編制：審核：批準：;.1、 架的主要功能：車架是整個汽車的基體，汽車上絕大多數(shù)部件和總成都是通過車架來固定其位置的。如：發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、懸架、轉向、駕駛室、貨箱和有關操縱機構。車架的功用是支撐連接汽車的各零部件，并承受來自車內(nèi)外的各種載荷。2、車架的類型：2.1主要類型目前，汽車車架的結構形式基本上有三種：邊梁式車架、中梁式車架（或稱脊骨式車架）和綜合式車架。其中以邊梁式車架應用最廣。邊梁式車架由兩根位于兩邊的縱梁和若干根橫梁組成，用鉚接法或焊接法將縱梁與橫梁連接成堅固的剛性構架。通常用低合金鋼板沖壓而成，斷面形狀一般為槽形，也有的做成Z 字形或箱形斷面。其結

2、構特點是便于安裝駕駛室、車廂及一些特種裝備和布置其它總成，有利于改裝變型車和發(fā)展多品種汽車。被廣泛采用在載貨汽車和大多數(shù)的特種汽車上。近代轎車為了保證良好的整車性能，盡量降低中心和有利于前后懸架的布置，把結構需要放在第一位，兼顧車架加工工藝性，所以車架形狀設計的比較復雜而實用。中梁式車架只有一根位于中央貫穿前后的縱梁，因此亦稱為脊骨式車架，中梁的斷面可以做成管型或箱型。這種結構的車架有較大的扭轉剛度。使車輪有較大的運動空間，便于布置等優(yōu)點因此被采用在某些轎車和貨車上。綜合式車架比較復雜，應用比較廣，一般轎車上使用。2.2 車架的幾種結構車架主要有以下結構形式：1 箱橫梁和 發(fā)動機支撐梁橫梁總成

3、支撐發(fā)動機、水箱、保證車身的扭轉剛度發(fā)動機支撐梁和水箱橫梁均有鋼板沖壓焊接而成，發(fā)動機支撐梁為封閉斷面。發(fā)動機支撐梁與車身連接處通常裝有橡膠緩沖塊。材料：支撐梁上下體材料常采用為SAPH440其它 BH340表面處理為電泳。;.2 車架副車架帶控制臂總成承受前軸載荷、支撐車身、動力總成、轉向機、前懸掛、制動器等副車架、控制臂均為鋼板沖壓焊接而成為封閉斷面?？刂票叟c副車架連接處采用橡膠襯套，起到改善行駛性能和舒適性。材料：副車架上下體材料為常采用SAPH370（ 370 為抗拉強度）其它為 SPHE、 SPHC，表面處理為電泳3、縱梁發(fā)動機縱梁總成支撐動力總成1、 動機縱梁總成均由鋼板沖壓焊接而

4、成，為封閉斷面。2、 料：支撐梁上下體材料通常采用SAPH370焊接總成表面處理為電泳;.4、后副車架后軸總成承受后軸載荷，起到支撐車身、后懸架、后制動器1、 后軸焊接總成均為鋼板沖壓焊接而成，主體的斷面為封閉斷面。2、 后軸總成與車身連接處通常裝有橡膠緩沖襯套，減緩車輪傳遞的沖擊力。3、 材料：支撐梁上下體材料通常采用SAPH370焊接總成的表面處理為電泳5、后軸扭轉梁后軸總成支撐車身、后懸架、制動器該后軸的結構為：復合雙縱臂式，主體結構為沖壓焊接件，焊接總成是在一個V 型梁的兩端各焊上一個管狀縱臂，相交點約在縱臂的前1/3 處，為了增加他們之間的聯(lián)接強度在兩端的內(nèi)側各焊接了一個楔狀加強梁。

5、后軸連接車身的紐帶是后軸鉸鏈。（車架均為受力部件：應進行嚴格的試驗，驗證其強度。除臺架壽命試驗，可靠性，強化路試外，生產(chǎn)的每批;.件應抽取一定數(shù)量進行檢驗。其中包括焊接性能檢驗，以及疲勞壽命試驗臺架試驗詳見臺架試驗規(guī)范）。V 型梁同時起著穩(wěn)定桿的作用，將車體傾斜保持最低的程度，同時省去了穩(wěn)定桿，減輕重量。略去了穩(wěn)定桿以及橫向推力桿等件，由于受力程度較大，且很復雜，固在材料的選擇上要求較高目前在國類還找不到強度及形狀都符合要求的型材。后軸橡膠鉸鏈對于行駛性能及舒適性起著決定性作用它是聯(lián)接后軸與車身的紐帶。6、 Real beam axle后軸總成（含拖曳臂、推力桿）支撐車身、后懸架、后制動器等;

6、.3、車架的功能設計要求:車架的結構形式首先應滿足汽車總布置的要求。當汽車在復雜多變的行駛過程中，固定在車架上的各總成和部件之間不應發(fā)生干涉。當汽車在崎嶇不平的道路上行駛時，車架在載荷作用下可產(chǎn)生扭轉變形及在縱向平面內(nèi)的彎曲變形，當一邊車輪遇到障礙時，還可能使整個車架扭曲成菱形。這些變形將會改變安裝在車架上的各部件之間的相對位置，而影響其正常工作。因此車架還應具有足夠的強度和適當?shù)膭偠取榱藴p輕整車質量，要求車架質量盡可能小。此外，降低車架高度，以使汽車中心位置降低，有利于提高汽車的行駛穩(wěn)定性。這對于轎車和客車來說尤為重要。4. 車架的設計和計算 :4.1車架的主要載荷車架是汽車設計的重要課題

7、，它幾乎比引擎更重要，因為它的好壞直接關系到車的一切（操控、性能、安全、舒適 .） 要評價車架設計和結構的好壞，首先應該清楚了解的是車輛在行駛時車架所要承受的各種不同的載荷。如果車架在某方面的韌性（stiffness）不佳，就算有再好的懸掛系統(tǒng)，也無法達到良好的操控表現(xiàn)。而車架在實際環(huán)境下要面對4 種載荷。1)負載彎曲（ Vertical bending）;.從字面上就可以十分容易的理解這個載荷，部分汽車的非懸掛重量（unsprung mass），是由車架承受的，通過輪軸傳到地面。而這個載荷，主要會集中在軸距的中心點。因此車架底部的縱梁和橫梁（member），一般都要求較強的剛度。2)非水平扭

8、動（longitudinal torsion）當前后對角車輪遇到道路上的不平而滾動，車架的梁柱便要承受這個縱向扭曲應力（longltudinaltorsion），情況就好象要你將一塊塑料片扭曲成螺旋形一樣。3)橫向彎曲（ lateral bending）所謂橫向彎曲，就是汽車在入彎時重量的慣性（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。4)水平菱形扭動（horizontal lozenging）因為車輛在行駛時，每個車輪因為路面和行駛情況的不同，（路面的鋪設情況、凹凸起伏、障礙物及進出彎角等等） 每個車輪會承受不同的阻力和牽引力，這

9、可以使車架在水平方向上產(chǎn)生推拉以至變形，這種情況就好象將一個長方形拉扯成一個菱形一樣。4.2車架的主要設計內(nèi)容4.2.1.功能和可靠性:車架設計首先要保證的就是產(chǎn)品的功能和可靠性，并且要保證產(chǎn)品有良好的工藝性。車架設計是一項創(chuàng)造性勞動，新穎的設計要求有新的構思，對此設計人員一方面應大膽的采用新理論和新結構，另一方面也要總結經(jīng)驗采用原有的成功的技術和結構。車架設計涉及到工程技術的各個領域，主要基本要素有：材料、強度、撓度、剛度、穩(wěn)定性；摩擦、磨損、潤滑；形狀、尺寸、表面加工、體積、重量、風格；溫度、噪聲、腐蝕；可靠性；控制；使用、安全、價格；以及維修等。4.2.2.強度計算 ：車架屬于整車中的關

10、鍵件，其中強度不夠產(chǎn)生的斷裂直接影響著整車可靠性和安全性。因此在設計車架時強度時零件的基本要求。設計人員應當盡可能精確地確定作用在零件上載荷地性質、大小、方向和作用點。由于在設計中一方面很難確定載荷的全部要素；而且即使同一種材料做成的試樣對載荷、溫度、環(huán)境等條件;.所顯示地抵抗能力也會出現(xiàn)差異。這樣，計算的結果就不能準確的表示實際的承載能力。為此，在車架設計種常做出各種假設，以便對產(chǎn)品進行力學計算和強度分析。假設既要反映實際情況，又要便于計算。一般這種假設都偏于保守，也有考慮不周而失效的。所以對于車架的設計必須要通過試驗和試用，證明該產(chǎn)品的設計是成功的。1) 載荷：在強度計算中作用于車架上的載

11、荷分為兩種一種是靜載荷一種是動載荷。用靜載荷的設計方法最簡單，至今仍廣為采用。受沖擊載荷時，在零件中引起的應力和應變值，都要顯著地大于靜載荷時的應力和應變值。在常規(guī)設計中， 經(jīng)常采用的是在載荷中乘以大于1 的動載系數(shù)后 ，仍用靜載荷方法進行計算。對于能將機器中有關部分簡化成簡單振動系統(tǒng)的場合，動載系數(shù)可用機械振動的方法求得。通常動載系數(shù)是由 經(jīng)驗 來確定。新設計的車架，載荷一般是預先給定的。2)靜強度計算在車架設計中最基本的計算是靜強度計算。在計算中考慮到應力的變化的影響要采用較大的安全系數(shù)，或較低的許用應力。 對于此塑性材料的部件可用第三強度理論、第四強度理論求出 等效單項應力, 等效單向應

12、力除以材料的極限應力s 得安全系數(shù) n，則靜強度判據(jù)為或者 nn式中許用應力n 許用安全系數(shù)3). 疲勞強度計算進行應力幅變化的無限壽命計算時，通常作如下假設：當材料承受高于疲勞極限應力時，每一循環(huán)都使材料產(chǎn)生一定量的損傷，該損傷量是能積累的，麥因納假設損傷累積是線性的，由此可以將應力幅規(guī)律變化的循環(huán)應力， 轉化為等幅的當量應力，再與疲勞極限相比得安全系數(shù)n，則疲勞強度判據(jù)為nn 。4.3車架的設計計算舉例下面以 S21 的后軸校核為例：;.4.3.1.S21 車型后軸參數(shù)后軸滿載時軸荷670Kg后軸軸距1420mm后軸彈簧支架中心間距1102mm后軸外徑54mm后軸壁厚3.5mm4.3.2.

13、 后軸靜應力1) 彈簧支座處的靜垂直彎矩：M A AF L670 9.8(1420 1102)22 521.997N.m2) 后軸彈簧支座處的抗彎截面模量后軸彈簧支座處的危險斷面為圓形斷面WA A(D 4d 4 )3.14544(54 7)4 32D3254 6584.142 mm 33) 后軸彈簧支座處的垂直彎曲靜應力A A靜M521.9973MPaW6584.1421079.2814) 安全系數(shù)后軸彈簧支座處是無縫鋼管，材料為冷2054*3.5 ，經(jīng)過計算后軸的安全系數(shù)為ncmax2453.0979.281軸靜載荷的許用安全系數(shù)為1.3 2.5 ，故該軸能夠滿足設計要求.4.3.3.動應力

14、汽車在行駛過程中，后軸有三種典型工況：1）緊急制動時；2）側滑時； 3）沖擊負荷。在上述三種工況;.下，應力最大的是沖擊負荷工況。故只計算沖擊負荷下的應力：A A動 K dst2.579.281 198.203MPa在此處 K d 是動載荷系數(shù)取2.5即汽車在行駛過程中，后軸所承受的最大應力在后軸彈簧支座附近，應力值為198.203Mpa5. 車架的工藝介紹。以奇瑞車型中的副車架為例:副車架是發(fā)動機前置前驅動轎車前橋的組成部分，其主要功能是承載發(fā)動機，即它是發(fā)動機的安裝托架，因而采取的工藝方法主要是為增加其承載能力。目前較多的副車架采用沖片焊接結構，再壓入聯(lián)結部的橡膠襯套，即可完成副車架的制造

15、。5.1 、副車架的制造1）沖壓：副車架的沖壓加工工序有落料、成形、切邊、翻邊、沖孔等。沖壓加工的產(chǎn)品質量主要取決于模具的狀態(tài)及設備的動態(tài)精度。加工過程中應注意材料的彈性變形對質量的影響，注意型材的表面處理，提高耐磨性和耐粘附性。2）焊接：副車架的焊接主要采用電阻點焊和二氧化碳氣體保護焊。包括上、 下殼體的電阻點焊；發(fā)動機支架的方形螺母凸焊；以及上、下殼體發(fā)動機支架與支承板的二氧化碳氣體保護焊。電阻點焊變形較小，只要選擇合理的焊接順序及焊接裝夾具，基本能保證產(chǎn)品精度。而弧焊則不然，為確保精度，必須嚴格控制熱變形。焊接質量主要靠合適的焊接參數(shù)以及嚴密的監(jiān)控、合理的焊裝夾具（夾具精度控制在正負0.

16、2mm，焊接可達性良好，盡可能實現(xiàn)全方位最佳位置焊接）。目前，已普遍采用焊接機器人。采用的焊接機器人，其位置重復精度為正負0.1mm確保了焊接行走軌跡的準確、穩(wěn)定； 另外，機器人控制系統(tǒng)中設置有焊接參數(shù)自動匹配程序，以及擺焊、自動填充收弧坑、自動重起弧、自動校核管身長等多項功能，使得焊縫質量得以保證，并減少認為因素影響，穩(wěn)定質量，提高設備柔性。同時，拼焊的沖壓件的配合間隙也有一定的要求，盡可能不大于 0.8mm，至少必須穩(wěn)定。這樣，焊接質量才能穩(wěn)定。3）整形：;.由于副車架在以后的裝配工序中有一定的裝配尺寸要求，及焊后少量變形，故采用 專機對焊后副車架進行孔的精整，以及開檔的整形，整形的精度以

17、產(chǎn)品圖紙要求為準。4）涂裝：現(xiàn)較多地采用陰極電泳油漆。涂裝主要是為了防銹和提高表面質量。涂裝工藝有涂裝前的清潔（防銹、油等）、上吊具、預脫脂、脫脂、熱水清洗、活化、磷化、清洗、鈍化去離子水清洗、烘干、強冷、檢驗等。涂層地質量主要有涂膜厚度、粘附性和脆性及耐腐蝕性等，不同的產(chǎn)品有不同的質量標準，一般涂層厚度內(nèi)側不小于25um，外側不小于35um、粘附性和脆性至少GTO 1（網(wǎng)格刻化試驗等級） ，耐腐蝕性通過鹽霧試驗 60 次循環(huán)，刮痕的損傷深度不大于 2.5mm。 涂裝質量取決于涂膜的特性和化學覆蓋膜的特性，主要通過對設備的、溫度、涂膜的化學成分的監(jiān)控來保證。5）裝配：副車架的裝配就是在軸套中壓

18、入橡膠軸承。采用 液壓機壓裝 。為了不影響橡膠軸承的特性， 壓入時使用與其形狀配合的夾具， 為方便壓入作業(yè)， 有時也在壓入部位涂抹潤滑油脂。壓入橡膠軸承的質量是有脫開力來保證的，脫開力的大小由產(chǎn)品圖紙來確定，從大于 1000N 到 7000N 不等。對于壓入力與脫開力的關系，應在事先進行確認，在檢測壓入力時，采取裝在壓入設備上的相應傳感器來完成。5.2 、總成檢驗 ：副車架的總成檢驗，主要項目是與客戶相關的裝配尺寸和表面質量（包括焊縫表面質量以及油漆表面質量，如有無焊縫缺陷，有無飛濺，有無油漆磕、碰傷、剝落等）5.3 、質量保證：副車架沖壓、 焊接、涂裝及裝配過程中，主要采用的檢測手段有幾何尺

19、寸檢具和形狀檢具。如綜合量具、通用量具及 測量漆膜厚度的測厚儀等。另外，還具有 焊點金相試驗、 產(chǎn)品疲勞試驗等，相應設備。 在管理上，還應有一套完整的質保體系。5.4 、生產(chǎn)技術新動向：目前新車型中，已采用管子彎曲成形的副車架，其加工工序為：管子成形焊接涂裝裝配。管子成形的副車架加工方便，成形精度高于沖壓成形，焊接量少，焊接變形小，剛性好。管子彎曲成形的副車;.架，加工過程中應注意材料的彈性變形，在成形過程中有時會用熱處理方式如退火來進一步保證材料成形質量。6、車架常用材料的選擇:從對材料性能的要求分析，主要有三個方面：材料的耐蝕性、耐磨性和耐疲勞性 。其次是 常溫強度和焊接性 要恰巧和當前設

20、計產(chǎn)品失效的原因相吻合。鋼材利用率的高低是材料技術水平的一個重要指標，各工業(yè)發(fā)達國家都努力提高鋼材的利用率，以提高機械制造的經(jīng)濟效益。提高鋼材的利用率， 應進一步調(diào)整鋼材結構，提高合金鋼、低合金鋼和板材、管材的比例。此外，應通過合理選材用材，推廣使用無切削工藝和保護加工技術， 發(fā)展焊接結構來達到節(jié)材的目的。對于設計的產(chǎn)品采用 低合金高強度鋼軋材 代替普通炭素鋼， 可使金屬消耗量降低 30；采用 冷軋鋼板代替熱軋鋼板可降低材料消耗量25；用鋼板和帶鋼冷彎成異型材代替熱軋型鋼，材料消耗量可降低25；用冷拔型鋼代替熱軋型材可降低消耗15。選材中還要注意到材料的化學物理性能、機械性能和工藝性能，如：車架設計中所需要的彈性模量、強度、韌性、焊接性能、淬透性、回火脆性，熱處理變形量、可鍛、深沖、冷鐓和冷彎性能、切削性能、經(jīng)濟性、可獲得性等。選用材料要根據(jù)產(chǎn)品批量，是常年需要或一次性生產(chǎn)，從使用、工藝和經(jīng)濟三方面考慮。其中車架設計就