汽车设计 第七章 车架设计

汽车设计 电子教案第 7章 车架设计1* 汽车设计 电子教案7.1 概述 车架是汽车的装配基体和承载基体，其功用是支承连接汽车的各总成零部件，车架还承受来自车内外的各种载荷。 评价车架设计的好坏，首先应该清楚车辆在行驶时车架所要承受的各种力。汽车的使用条件复杂，其受力情况也十分复杂，随着汽车行驶条件的变化，车架上的载荷变化很大。 2* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.1 车架的结构形式 1. 梯形车架梯形车架由左右分开的两根纵梁和若干根横梁组成，称作非承载式车架。 梯形车架的优点是具有很强的承载能力和抗扭刚度，结构简单，开发容易，生产工艺的要求也较低，同时，便于安装车身、车厢和布置其他总成，易于汽车的改装和变型。其缺点是质量大。 3* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.1 车架的结构形式 2. 一体式车架一体式车架的汽车，整个车身的外壳本身就属于车架的一部分，。一体式车架的优点是适应高度机械化的流水作业，可以大大降低生产成本；缺点是生产前的配套投资极其庞大，不适合小批量生产。 4* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.1 车架的结构形式 3. 脊梁式车架脊梁式车架有一根位于汽车左右对称中心的大断面管形梁 (圆形或箱形断面 )，其上固定有横向的托架或连接梁，使车架呈鱼骨状 ，又称中梁式车架 。这种结构对于横向弯曲及其水平菱形扭动有很好的抵御作用。但车架的制造工艺复杂，维修不便。5* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.1 车架的结构形式 4. 桁架式车架车架由钢管 (也有的车辆使用铝合金管 )组合焊接而成，兼有车架和车身的作用。它刚度大，质量轻，但制造工艺性差。 桁架式车架又称钢管式车架，这种车架也属于承载式车架。6* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.1 车架的结构形式 5. 碳纤维车架碳纤维车架是一种特殊材料一体成形式车架。在结构上，碳纤维车架没有既定的格局，几乎每辆车都根据自己整体的情况特别设计车架。制造方法是用碳纤维浇铸成一体化的底板、座舱和发动机舱结构，再装上机械零件和车身覆盖件。碳纤维车架的刚度极高，重量比其他任何车架都要轻，重心也可以降得很低。但是制造成本太高，目前只用于不计成本的赛车和极少数量产车上。7* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.2 车架的结构设计形式 纵梁是车架的主要承载部件，商用车的车架纵梁沿全长应尽量平直且截面不变或少变。载货汽车的车架纵梁截面形状多为槽形，也有 Z字形、工字形。 横梁将左右纵梁连接在一起，构成一个完整的车架，并保证车架有足够的扭转刚度；横梁还起着支承某些总成的作用。 8* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.3 车架的设计和计算 1. 弯曲强度计算的基本假设 (1) 以梯形车架为例，因为车架结构是左右对称的，左、右纵梁的受力相差不大，故认为纵梁是支撑在汽车前后轴上的简支梁。(2) 空车时的簧上质量 (包括车架质量在内 )均匀分布在左右二纵梁的全长上，其值可根据汽车底盘结构的统计数据大致估计。对于轻型和中型载货汽车来说，簧上质量约为空车质量的 2/3；汽车的有效载荷均匀分布在车厢全长上。(3) 所有的作用力均通过纵梁截面的弯曲中心。实际上，纵梁的某些部位会由于安装外伸部件 (如油箱、蓄电池等 )而产生局部扭转，在设计时通常在此安装一根横梁，使得这种对纵梁的扭转变为对横梁的弯矩，故这种假定不会造成明显的计算误差。9* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.3 车架的设计和计算 2. 纵梁的弯矩计算要计算车架纵梁的弯矩，先计算车架前支座反作用力在计算纵梁弯矩时，将纵梁分成两段区域，每一区段的均布载荷可简化为作用于区段中点的集中力。纵梁各端面上的弯矩计算采用弯矩差法，可使计算工作量大大减少。弯矩差法认为：纵梁上某一端面上的弯矩为该断面之前所有力对这点的转矩之和。10* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.3 车架的设计和计算(1) 驾驶室长度段纵梁的弯矩计算。在该区段内，根据弯矩差法，有(2) 驾驶室后端 (车厢前端 )到后轴段纵梁的弯矩计算 在该区段内，根据弯矩差法，纵梁某一断面的弯矩为纵梁某一断面上的剪力为该断面之前所有力的和 11* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.3 车架的设计和计算由上可知，纵梁的最大弯矩一定发生在该段纵梁内。求 对 的导数并令其为 0,可得纵梁受到的最大剪力则发生在汽车的后轴附近。当时，剪应力最大由于汽车高速行驶时，汽车受到多种载荷的影响。故应乘以一个系数。12* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.3 车架的设计和计算 3. 纵梁截面特性计算槽型梁截面系数为工字梁截面系数为管状梁截面系数为 13* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.3 车架的设计和计算 4. 弯曲应力计算纵梁断面的最大弯曲应力为按上式求得的弯曲应力不应大于材料的许用应力 。许用应力可以用下式进行计算： 5. 车架的刚度校核(1) 车架纵梁抗弯刚度校核对于简支梁来说，其跨距中间受集中载荷作用时，梁的挠度最大值为14* 汽车设计 电子教案7.2 车架的结构设计 7.2.3 车架的设计和计算根据使用要求和经验，当车架纵梁中间受到 1000N集中载荷作用时，总量的最大挠度不得超过 0.085cm，即要求载货汽车纵梁的值通常在 20-