非承载底盘设计作业指导书

1、XXXXXXXXXXX 有限公司非承载底盘设计作业指导书编制：校对：审核：批准：2015-06-15 发布2015-06-15实施XXXXXXXXXXX 有限公司 发布一、底盘总布置1 概述底盘技术是整车技术的关键，它直接影响整车的动力性、经济性、安全性、舒适性、 环保性等性能， 换句话来说， 底盘技术的好与坏影响着用户对整车的评价， 也决定了整车的随着科学技术的发展和人们的生活质量要求越来越高的因素的影响，安全性、舒适性、 平稳性、经济性、美观性成为当今整车发展的重要因素。2 电动整车底盘设计要求（ 1）调查研究与初始决策：选定设计目标，并制定产品设计工作及方针原则。（2）总体方案设计：根据

2、所选定的目标及对开发目标制定的工作方针、设计原则等主 导思想提出底盘设想。（3）绘制底盘总布置草图，确定底盘主要尺寸、质量参数与性能以及各总成的基本形 式。（4）编写设计任务书。（ 5）底盘总布置设计。 （6）总成设计。（7）试制、试验、定型。3 底盘主要参数及部件的确定 在主要参数的选择和计算问题上，主要考虑了电动整车整体的安全性、动力性、舒适性等， 以及底盘总体布置的难易程度来进行的。 设计主要包括： 车型构成： 车辆的主要尺寸、 驱动方式和采用的主要部件（如动机、变速器、驱动桥、悬架、转向器）及附属设备；车辆 的总体布置；整车性能、计算校核。各部件的选择主要考虑到利用国内各汽车部件生产厂

3、的现有资源，可从中选择适合的 部件，并对同型号车进行参考，避免对各部件单独设计以降低生产成本。4 各部件及总成总体位置的确定在初步确定汽车的载客量（载质量） 、驱动形式、发动机形式等以后，要深入做更具体 的工作， 包括绘制总布置草图， 并根据理论依据校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合 整车尺寸和参数的要求，以寻求合理的总布置方案。对于各部件及总成在车架上安装位置的问题，主要考虑到它们之间的工作关系、运动 关系、安全因素和对轴荷分配的影响来完成的。如果对上述问题考虑的不周到、不全面，将 会给整车带来性能上不好的影响及安全隐患。5 底盘总体设计的特点和要求（1）确定整车型式、结构和尺寸；（2）

4、确定整车的主要性能指标；（3）初选各总成的结构型式、尺寸和性能；（4）协调各总成与整车的关系以及各总成之间的关系。前几项需要进行选件分析，后一项需要进行理论校核分析，使其该设计底盘达到最优。6 电动机的选择 考虑到整车的动力性、经济性、环保性、乘客面积利用率和电动机使用可靠度、 耐久性、动力性、接近性、电动机的冷却性能、整车的供暖性等因素。7 传动系统 动力装置和驱动轮之间的所有传动部件总称为传动系。传动系的功用是将动力装置输 出的功率传动给驱动轮， 并改变动力装置的功率输出特性以满足汽车行驶要求。 所设计的轻 型电动整车根据动力性、经济性、可靠性等因素选择传动系统。8 行驶系统 轮式底盘行驶

5、系，一般由车架、车桥、车轮和悬架组成。它要充分利用动力传动系统 在主动轮或车轮处提供的转矩， 合理匹配的行驶机构设计是非常重要的。 达到最佳的匹配动 力性能、运动性能、最佳的驾驶性能，是行驶机构设计的主要目的。9 转向系统 确定转向系时应满足以下要求：1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。2）汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位 置，并稳定行驶。3）汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自振，转向盘没有摆动。4）转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最 小。5）保证汽车有较高的机动性，具有迅速和

6、小转弯行驶能力。6）操纵轻便。7）转向轮碰到障碍物后传给转向盘的反冲击力要尽可能小。8）转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。9）在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使 驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。10）进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。10 蓄电池的布置 蓄电池与快慢充电口有一定的布置联系，能够使电池在电使用完毕后能够方便的快速充电， 以便能够继续行驶。 同时还要考虑前后桥的质量分配。 电池与驱动电机的距离越近越 好，以缩短线路，同时还要考虑拆装方便和良好的接近性。二、 车架设计车架是汽车设计的重要项目，因为它的好坏

7、直接关系到车的一切性能（操控、性能、安 全、舒适等等）。评价车架设计和结构的好坏，首先应该清楚了解的是车辆在行驶时，车架 所要承受的各种不同的力。 如果车架在某方面的韧性不佳， 就算有再好的悬挂系统， 也无法 达到良好的操控表现。而车架在实际环境下要面对 4 种压力。1）负载弯曲从字面上就可以十分容易的理解这个压力，部分汽车的非悬挂重量（ unsprung mass ） 是由车架承受的，通过轮轴传到地面。而这个载荷，主要会集中在轴距的中心点。因此车架 底部的纵梁和横梁，一般都要求较强的刚度。2）非水平扭动当前后对角车轮遇到道路上的不平而滚动，车架的梁柱便要承受这个纵向扭曲压力，情 况就好像要你

8、将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。3）横向弯曲所谓横向弯曲， 就是汽车在入弯时重量的惯性 （即离心力） 会使车身产生向外弯甩的倾 向，而轮胎的抓着力会和路面形成反作用力，两股相对的压力将车架横向扭曲。4）水平菱形扭动因为车辆在行驶时， 每个车轮因为路面和行驶情况的不同 （路面的铺设情况、 凹凸起伏、 障碍物及进出弯角等等） ，每个车轮会承受不同的阻力和牵引力， 这可以使车架在水平方向 上产生推拉以至变形，这种情况就好像将一个长方形拉扯成一个菱形一样。本公司车架设计规定以上指标均要求进行CAE分析。2.1 车架选型2.1.1 、梯形车架梯形车架是最早出现的车架形式。 顾名思义， 梯形车架的样子就好像

9、一条平躺着的梯子 由两条纵向的主梁，结合许多大小（粗细）不同的副横梁所构成的，有些情况还会加上斜梁 作加固。目前只有商用车才使用梯形车架。货车使用梯形车架主要是看中它车身和底盘分离的设计， 车架和车壳作非固定连接， 在 行走的时候， 崎岖的大幅路面上下落差环境， 会导致车架的大幅扭动。 梯形车架的非水平扭 曲刚性其实并不理想， 一样会产生大幅的扭动， 分离式车身正好阻止了车壳的扭动。 另外这 种车架的前向抗弯曲能力 （即对抗前方正面撞击力的能力） 非常的强！ 所以这款车架仍被越 货车普遍的使用。由于梯形车架的负载抗弯曲能力高， 而车架先天造就平台造型， 无论对营造车厢空间还 是载货空间都有极其

10、正面的作用。 梯形车架的优点也造就了它的缺点， 平面结构令它的非水 平扭曲刚性相对于一体式车架来的低。1.2 、一体式金属车架使用一体式车架的汽车， 整个车身的外壳本身就属于车架的一部分。 所以它不同于传统 的梯形车架或者管式车架， 需要在车架外包裹外壳。 按严格的定义来说， 一体式车架都是由 不同的组件装配而成的，其中最大的一块就是地台，其余的如车顶、侧板大小各异，所有的 板件都是由压模机压制出来的，利用机械手做电焊处理，有的甚至使用激光焊接技术。由此可见，一体式车架适应高度机械化的流水生产作业大量生产， 大大的降低生产成本。 而且一体式车架先天拥有良好的撞击保护能力， 车头以及车尾加装副车

11、架一方面有利于吸收 撞击所造成的冲击力， 另一方面对车架行驶的刚性也有所帮助。 其次， 一体式车架能够预留 用以吸收撞击能量的吸能区外， 车架本身的包裹式构造还可以将吸能区域吸收不完的能力经 过骨架分散到车体的其余部分，避免猛烈撞击力在瞬间过于集中而对乘客造成严重的创伤！ 相对于其他的车架构造， 一体式车架没有高而阔的门槛、 防滑动支撑架和大型的传动轴管道 等，空间的利用率极高。但一体式车架生产前的配套投资极其庞大，不适合小批量生产。另外一个明显的缺陷， 就是一体式车架因为使用大量的金属， 重量偏高。 外壳的作用主要是用来营造理想的空间效 果， 而车架的设计主要由金属钢片构成， 虽然钢片已经作

12、了开孔的加强韧度处理， 但是在物 理结构上的刚度，特别是非水平扭动（longitudinal torsion），始终不及钢管式车架。如果以重量和刚性比来做比较的话， 使用同等金属重量所制作出来的一体式车架是所有车架中 刚性表现最不经济的。2.1.3 、超轻量一体式车架传统的一体式车架， 其优点是对于大量生产成本相对较低， 拥有较强的空间效能， 同时 撞击保护能力较强。缺点是车身沉重，初期投入很高，无法做小批量生产。超轻量一体式车 架在结构上与传统的一体式车架无异， 轻量化的主要原因是车的板块由液压形式压制。 传统 车架用高重量压模机压制的车架模块， 效果就好像用纸盖着硬币， 然后用铅笔描出图案

13、的效 果。车架和车壳的板块因为压模机的压制细腻度有所规限， 整体厚度和设计的厚度有一定的 出入，尤其在弯角和边缘的位置，在压制后肯定是最薄弱的地方。为了弥补这个缺陷，整个 车架在压制时会刻意做的厚一点， 就是说用厚一点的钢板去迁就这些最薄弱的位置都符合最 低的厚度要求，从而达到刚度要求。液压利用极高的水压，将钢材压迫成所需的车架形状。 因为水的压力是平均的， 不同的地方所受的压力同样是相同。 这样就解决了车架冲压受力不 均的问题，车架便可以造得更薄了。2.2 、车架设计规范（一）、确定设计条件在车架设计时必须明确以下设计条件， 应联系总布置及有关专业进行细致的了解， 必要 时需查阅已有的试验分

14、析资料、开展专门的试验工作和使用调查。1. 市场状况拟设计车型的类别、用途、使用条件（如装载情况、道路条件、运行情况等） 、需求 量情况（数量、时间、前景预期等） 、可靠性要求、以及同类车型（特别是竞争对象） 的车架使用情况。2. 车型系列化情况 同时设计的车型以及准备发展的车型有哪些？这些车型的外形尺寸和载荷级别的情 况如何？主要车型是哪些？3. 生产规模及生产方式有关生产规模及生产率的准则如何？在采用大型压力机、 大型复杂模具、 自动焊接设 备等方面的约束条件如何？哪些车型须按批量生产考虑？4. 总布置对车架部件的形状和尺寸的限定情况，各部件同车架的连接尺寸。5. 汽车载荷大小及其分布，各

15、部件的重量和中心位置及其在车架上的悬置位置。6. 各部件的结构特点，刚度情况及主要工作载荷情况，对车架刚度和应力的影响如何？ 和同类车型相比，将出现哪些重大变化？（二）、确定设计要求1. 可靠性及耐久性要求 纵梁等主要零件，在使用期内，不得出现严重的致命故障，如严重变形及开裂，致使 其它部件不能正常安装和工作。 铆钉的少量更换， 以及其它较易修复的故障的出现， 不得低于三保里程。2. 刚度及振动特性要求车架的固有频率不应与车身等的固有频率以及发动机和簧下质量的激励频率相耦合，致使平顺性和操纵稳定形变坏、噪音过大、零件损坏。车架扭转刚度应适度避免变形过大，横摆严重，通过性变坏，可靠性下降。车架满

16、载时垂直弯曲挠度通常约在10mm以内。行驶中最大扭角约为每米轴距1°。3安全性要求在正常使用条件下，能克服障碍物的干扰，保护车前板件少受损坏。在发生碰撞事故 时，能吸收大部分碰撞能量、 降低减速度值、避免乘员空间被严重挤占而危及乘员声明。4. 改装性及维修性要求尽量使汽车改装方便。避免改装时对车架部件进行较大的改动，如过多的增加新孔。（三）、车架受力分析1、车架（整车）扭转刚度车架（整车）扭转刚度指整车状态下的车架扭转刚度。在车架出现扭转变形时，与车架连接在一起的汽车部件，必将随之一起变形，导致车架刚度增大；当这些部件和车架刚性连接时，其刚度提高情况基本取决于连接部分的 刚度。通常车

17、架（整车）扭转刚度比车架扭转刚度要大出几倍。在现代轿车上，车身的 扭转刚度常为车架刚度的 3倍。在货车上，车厢在车架上的扭转刚度可达车架刚度的3倍以上。前后轴及弹簧总成、驾驶室和车头以及发动机等在车架上的扭转刚度也可达到 或接近车架刚度水平。汽车部件的大刚度和车架的低刚度比较广泛的实现了成功的结 合。在轿车上车架的自重也比以前有所降低。2、车架（整车）扭转刚度与扭角2.1、车架（整车）静扭转当车架（整车）扭转刚度和悬架系统扭转刚度已知时，则缓慢通过或静止处在不平路面上的汽车的车架轴间扭角（如图3），即可用以下公式就得：(1Cj)1图3车架（整车）扭转式中：以通过左右前轮接地点的连线与通过左右后

18、轮的相应连线之间的夹角,道路不平度， 表示。Cj ,车架（整车）扭转刚度。 Cs,悬架系统（含车轮）扭转刚度。由公式可知，车架的静扭角大小， 取决于Cj/Cs比值情况。改变Cj或Cs，都 将引起的改变。一般货车 Cj/Cs接近于 1或更大，故其车架的静扭角约为道路扭 角的一半或更小。在轿车上Cj远大于Cs， 故其车架静扭角较小。显然，车架扭转 刚度对车架扭角的影响比车架（整车） 扭转刚度Cj的影响更小。当汽车斜越深沟时，一个车轮可能离开地面，车架扭角从而达到极限，曾测得某中型货车的极限扭角为 13°,某轻型货车为 8°。在崎岖路面上行驶时，车架扭角可 达每米轴距1 

19、6;。车架的单位长度扭角沿其全长是变化的，一般其前部较大，后部较小。3、车架（整车）扭转刚度与扭矩汽车处于不平路面上，车架受到的扭转载荷可以下式计算CjCSMC j CS即作用于车架上的扭矩，随着路面的不平度变化而变大，同时也随的Cj、CS增大而增大。此扭矩系车轮上的斜对称垂直载荷构成，故驱动轴必有一侧的垂直载荷将下降，这意味着该轴的附着重量将较之成倍的下降，故通过性随之变坏。M随着Cj、CS的变大而提高后，车架及悬架系统的应力必然相应提高。4、车架刚度与振动车架固有频率的大小决定于其相关刚度。 确定车架刚度时，应使其固有频率不和道 路及发动机激励频率想耦合， 也不合驾驶室等部件的固有频率想耦

20、合， 以免平顺性变坏， 可靠性下降。5、车架（整车）扭转刚度与汽车横向摆动降低车架（整车）扭转刚度，将使汽车的横向摆动加剧，严重时，使人产生不安全 感。高速行驶时，操纵稳定性变坏。6、车架刚度与成本提高车架刚度，往往受到经济因素的制约，如制造及装配成本提高、重量增大等。 通过非刚度途径，解决某些刚度问题，有时更为简单易行。对于刚度和强度都较大的汽车部件，如车身、车厢等，使其对车架刚度发挥增强作用是极为有利的。对于刚度较大而强度较低的汽车部件，可根据具体情况，采用三点悬置、四点悬置或菱形悬置以及刚度适当的软垫与车架连接，以使车架变形部分得到隔离，而不出现损坏。通过悬置点布置（如移近振型节点）、悬

21、置姿态、悬置刚度的选择，有时也可解决一些振动问题。7、车架刚度计算采用有限元分析法， 对车架扭转刚度、 垂直弯曲刚度和水平弯曲刚度进行计算，现已取得相当准确的结果。并可预测出车架的模态频率和振型。在轿车设计中也进行车架纵向冲击刚度计算，预测其变形及碰撞减速度。（四）、纵梁设计注意事项1应力特点整车纵梁常为开口截面，其应力主要有以下4种：1）.垂直弯曲能力在汽车自重及载荷作用下，纵梁中部（驾驶室后）及后部（后弹簧后）出现弯矩峰 值。可用弯矩差法求得（见日产柴资料）。弯曲应力沿断面的分布情况如图4a。2）.水平弯曲能力汽车在弯道上行驶时， 在离心力、转向力和车轮阻力的作用下，纵梁出现水平弯曲。其应

22、力沿截面的分布情况如图 4b。3）.纵梁局部扭转应力在偏心载荷的作用下，纵梁呈现局部扭转状态，常常在载荷作用处及其左右节点处， 出现约束扭转应力峰值，这时，其沿该段纵梁长度及截面的分布情况如图5。Ta/rall I卜图4纵梁弯曲应力图a垂直弯曲b水平弯曲2纵梁截面1).槽形截面抗弯强度好，零件安装紧固方便。 采用冲压工艺，可方便的制成变截面梁、 有时还可做成双向弯曲的梁，适于大量 生产。广泛应用于货车和整车。选用钢厂出产的冷弯型材做胚料， 工厂即可不用大型冲压设备和模具。采 用翼缘加厚的型材，其比强度较大。% 5纵梁局部扭转应力图a双力矩b扇性应力4) .扭转应力汽车使用中，当车轮收到斜对称的

23、垂直载荷时，车架随即呈现扭转状态， 纵梁在节点处常收到翘曲约束，而出现约束扭转应力峰值。当约束极大时，双力矩(应力)的分 布情况如图6。根据节点翘曲约束情况的不同， 纵梁两种扭转应力的分布也将发生诸多变化， 只有 采用有限元分析方法， 才能比较精确的加以计算， 应在产品开发阶段进行。 车厢等连接 于车架上以后，纵梁应力分布还将发生变化， 应在样品上进行试验研究。逐步实现早期 分析。JHJJ 口 V$*JLfcTllq2) .箱形截面扭转刚度及强度都较大，多用于轿车。在整车和轻型越野车上也有应用。3) 工字型截面可用不同强度、不同厚度的板料组焊而成，以取得极大的弯曲强度，并可减轻重量。常用于超重

24、型货车。4）Z型截面当发动机尺寸较大时，便于整车前部布置。为少数货车采用。3纵梁强度3.1弯曲强度1选用较大的截面尺寸。2. 选定合适的截面形状，加高腹板则垂直弯曲强度变大，加宽翼缘则水平弯曲强度 变大。通常高宽比为 3: 1左右。3翼缘加厚、加宽或在其上贴加强板。3.2局部扭转强度1. 降低以至消除纵梁局部扭转载荷a. 注意偏心载荷的布置，尽量减小偏心距。b. 将发动机、驾驶室的悬置布置在横梁的弯心上。c. 在悬架支架处，设置弯曲刚度较大的横梁并采用刚度较大的连接。d. 限制纵梁加工扭曲度。2提高纵梁抗扭能力a. 使偏心载荷尽量接近横梁，必要时可采用较大的横梁连接板。b. 缩小横梁的间距，并

25、使横梁和纵梁翼缘连接。c. 加大纵梁截面尺寸。d. 在纵梁局部扭转处的部分长度上，构成封闭截面。3.3扭转强度1. 减小纵梁截面尺寸。2. 在纵梁大截面处，使横梁与其腹板相连。3. 与纵梁翼缘连接的两横梁，不要相距过近。3.4局部强度1. 加大纵梁板厚。2. 局部贴加强板，必要时将加强板翻边或压筋。3. 沿载荷作用方向加大支架的尺寸。增加受拉紧固件的数量。4. 使垂直于腹板的较大力位于其上下侧，而不位于其中部。3.5减少应力集中及其它1. 尽量减少翼缘上的孔数，减小其孔径，禁止在其上出现大孔和空孔，在纵梁高应 力区，尤其应重视。2. 禁止在槽形纵梁翼缘边上施焊，特别是短焊缝和“点焊”。3. 纵

26、梁截面高度转折处或横向弯曲处，翼缘可能出现“波纹”，应尽量使变形缓和和以减低波纹使其处于拉应力区或低压应力区，波纹高度应限制在1mm以下。4. 纵梁加强板两端的形状及连接应不 引起刚度突变，并不处于横梁附近（可远离横梁或与横梁重合），见图7。5. 纵梁受压翼缘的宽度不能太大（可 为板厚的12倍）。图7加强板的连接6. 采用屈服点较低、伸长率较大的材料，在冲压后，其实际疲劳强度往往较大。修 磨冲压毛边和修铰冲孔，也可显著提高其实际疲劳强度。以上措施是从不同方面分别考虑的，因而存在诸多矛盾。设计时，必须根据使用特点和纵梁具体部位，抓住主要矛盾，作出恰当的抉择。如纵梁中部，弯矩较大，且常存在刚度突变

27、情况，应注意不在使扭转应力在该处出现峰值；在弹簧支架处则应着力处理好局部扭转应力。尽量避免各种应力峰值出现在同一部位。在越野车上， 则可选用较小的纵梁截面，以免车架扭转应力过大。五）、横梁设计注意事项5.1 横梁截面1. 槽形截面沿腹板方向弯曲， 刚度和强度都较大， 多用于弹簧支架处。 通常都为直梁或弯度不 大的梁，以利于制造。其缺点是，在纵梁截面高度改变时，极难适应。沿翼缘方向弯 曲时，刚度和强度将下降很大。2. 帽形截面通常都用矩形胚料直接成形， 较易制成大弯度梁； 在空间受到限制时较易布置， 且 可获得相当的弯曲强度和刚度。 故适于在其上布置大总成的悬置。 采用鳄鱼式结构时， 可形成较大

28、的连接宽度； 变化其接头设计， 可以与截面高度不同的纵梁实现各种形式 的连接，通用性较好。3. Z 形截面其特性与槽形截面近似，常用于前横梁，便于发动机悬置。4. 工字形截面常由槽形截面组合而成，弯曲强度和刚度都很大。5. 封闭截面常为管形及箱形。其突出的优点是扭转刚度极大。管形截面常为现成的型材， 不须为其配备大的生产设备和模具。 通过接头可连接在不同截面高度的纵梁腹板上，实现极大的通用。箱形截面通常由帽形截面组合而成，其刚度和强度较大，但成本过高。5.2 横梁连接 横梁作用的发挥程度，全在于其连接设计是否恰当。应从以下几个方面考虑：1. 连接宽度加大连接宽度， 可以布置较多的紧固件， 以形

29、成较大的连接强度和抗菱形能力， 往 往可使偏离横梁的纵梁局部扭转载荷得到一定的支撑。 为了加大连接宽度， 可将槽形 截面横梁两端加宽或另加连接板，也可采用鳄鱼式横梁。2. 连接跨度 横梁上下方的连接，应保持较大的跨距，以便更好的钳住纵梁，限制其扭转变形。3. 连接强度连接强度应和横梁的强度和刚度相匹配， 以免连接失效。 为此， 应使连接件有较大 的强度、紧固件数量多些并保持适当距离。4. 连接刚度横梁及其连接， 共同构成了对纵梁的约束， 连接刚度不足， 将不利于对纵梁局部扭 转的控制；连接刚度大时，车架扭转应力又将变大，故应根据具体部位的应力情况， 做出选择。5. 连接型式 横梁和纵梁翼缘连接

30、，可得到较大的连接跨度和连接刚度，使车架扭转刚度增大， 纵梁布局扭转改善， 但常常引起车架扭转应力提高。 横梁和纵梁腹板连接， 则结果相 反。可用于纵梁的大截面处， 并注意增大其连接跨度。 横梁和纵梁腹板及一个翼缘同时相连，则兼有以上两种连接方式的特点。有时使横梁只和纵梁的一个翼缘相连，则极难发挥其刚度作用。5.3横梁布置横梁布置对纵梁局部扭转强度和车架扭转强度有很大的影响，必须十分注意。可参见纵梁设计部分。通常在弹簧支架处都设置弯曲刚度较大和纵梁的偏心载荷相适应的横图8常见横梁故障梁，在发动机及驾驶室的悬置处，设置弯曲强 度足够的横梁。当二者重合在一起或较为接近 时，则可合用一梁。在纵梁的中

31、部或后部可设 置刚度不太大的横梁。汽车保险杠或其它类似 杆件，如其和纵梁的连接与横梁相似，则在结 构分析时，也应视同横梁。采用翼缘连接的横梁，彼此相距不宜太近, 横梁间散布有纵梁局部扭转载荷时，则其间距 不宜太大。5.4横梁故障模式横梁故障多出现于其端部，疲劳裂纹一般 由其翼缘边上开始发生，并沿其垂直方向扩展, 铆钉剪断情况尤为多见，典型故障见图8。（六）、车架通用化和系列化设计注意事项在车架零件的制造中，一般都需采用大型压力机和大型模具，不仅其价格昂贵，且制造周期较长，因此在设计中必须十分重视车架的系列化，使其能以少数零部件组成多种总成， 并可用少数模具制造出来，以满足汽车多品种系列化的需要

32、。发展系列车型时，车架的长度、轴距和部分孔位一般都要发生变化，有时还要改变车架的宽度和承载能力。因此各种纵梁的长度、孔位和截面尺寸常常不能保持一致，横梁的结构、数 量和长度也会发生变化。在系列化设计中，如将其处理得好，即可使生产大大简化。6.1纵梁6.1.1长度系列化纵梁，不论其品种多少、长度如何变化，一般用一套组合冲模（指生产一种 车架纵梁所需得冲模数）即可满足需要。如纵梁前后部都存在变截面部分，则在改变长度时，只要保持各变截面部分形状不变（图9C、F段），只变化等截面部分得长度（图 9AB、DE、FG段），通过增减或更 换各种冲模镶块，即可采用一套组合式冲模将所有不同长度纵梁压制出来。如为

33、等截面纵梁或仅在前部存在变截面部分的纵梁，由于各种纵梁的差别Trgpj隹口3 - M!匚灯多发生在其后部等截面部分，则组合式冲模比较简单。图9纵梁冲模分块图6.1.2 孔1. 采用大冲孔模生产纵梁时，应注意使所有纵梁的绝大多数孔保持通用，并注意使 某些纵梁的专用孔与这些通用孔保持适当的距离，以便使这些孔的冲头和凹模镶块 可装在一套通用模上。这样当不生产该纵梁时，只需拔去该块换冲头即可。对于哪 些于强度无影响的孔，也可任其冲出。如某纵梁的专用孔和通用孔过近或孔径不同 时，通过更换镶块虽可冲出，但较麻烦，最好少用。也可采用补钻、补冲的方法加工出某些专用孔。2减小纵梁孔的数量，非常有利于纵梁的生产，

34、最好每一个纵梁的孔数不多于100个。为此，应多方设法减少纵梁上的装置件数，如将多个贮气筒固定在一套支架上，该系统的其它小附件，有的也可以紧固在该支架上，又如将驾驶室踏板直接不定在 驾驶室上等。3纵梁的紧固孔径应予以标准化，一般以3种为宜，最好不多于 5种。6.1.3强度通常采取以下措施，以满足系列化纵梁不同强度的要求。1. 采用不同强度的材料，模具可完全通用。2. 采用不同厚度的材料，改变料厚时纵梁截面内高应保持不变，这样仅须改动部分 镶块机壳通用原模具生产。同时，翼缘联接的横梁也可通用。3. 采用不同的翼缘宽度，应结合板厚大小合理确定，模具可大部分通用。4. 采用加强板局部加强，加强板的长度

35、及板厚也可按需要进行多种变化。5当车型系列较宽时，可再增加一种截面高度。6.1.4支架1各支架紧固处的壁厚应标准化，以减少紧固件的品种。2. 支架按对称原则设计，以使左右件通用或左右件的工模具通用。3. 左右支架由通用的胚件组焊而成。4将某些零件共用一套支架与车架固定，以减少支架数量。5. 注意支架在车型间的通用。在支架改变时，注意保持紧固孔位通用。6.2横梁1. 采用腹板连接结构，可使横梁在同一车架上或不同车架上实现比较广泛的通用。 采用腹板及翼缘综合连接的横梁，通用性一般要差些。2. 同一横梁通过两端连接件的改变，亦可实现较大的通用。3. 采用翼缘连接结构的横梁，只要纵梁截面内高保持不变，

36、即可使之通用。4. 尽量保持车架宽度不变，车型系列较宽时，可增加一种宽度尺寸。并注意二者的横梁设计，尽可能使其模具通用。（七）、车架公差纵梁和横梁等主要零件通常用板料冲压 而成，由于成形时，材料的某些部分的纤维 被拉长或压缩，成形后必然回弹，致使零件 尺寸、形状出现偏差，见图 10.这些偏差与零 件形状、材料强度和厚度公差、模具设计及 精度、工艺及调整情况有关，有时很大，必 须根据车架自身装配要求及装置件安装的需 要，予以限定。图10纵梁形状偏差7.1纵梁1. 腹板纵向直线度（F）如模具压紧面时平的，则腹板水平弯曲较大； 如模具压紧面反向弯曲，则腹板水平弯曲即可较小，但截面负回弹较大，且模具复

37、杂，故一般少用。变截面梁常定为总长的0.15% ;材料屈服点高时，往往需要放宽到0.3%。等截面梁可定为0.1%以下。每米长度上的直线度一般可小于4mm， 2.截面扭曲（N ）变截面纵梁在截面转折部位将出现较大的扭曲，很难解决， 故最好不在该处紧固零件。两相邻横梁的紧固处，相对扭角应小于1°。等截面直梁的扭曲较小，一般不必限定公差（按自由公差） 。3.截面喇叭口（ A1 、A2） 由于工艺条件不同， 截面可能出现正回弹或负回弹， 在无装配问题处， 其偏差可不加 限定；当有装配要求时，可定为A = 1°,或限定其开口尺寸公差为 2 （可双向分布） 4.压弯半径（ R ） 压弯

38、半径过小则易开裂，过大则回弹加大。随着模具磨损，该尺寸将变大，从而使喇 叭口和翼缘上的孔边距增大，影响装配，其公差常定为1.5，或为 1/4 板厚。5腹板横向直线度（） 冲模调整不当，压紧力不够，腹板可能出现弧形，必须严格控制。在非压弯区测量， 横向直线度公差可为 0.3 （从园角切点开始，从腹板内表面或外表面测量）。6.波纹度（B）一般应小于2mm ,高应力区应小于 Imm ,拉应力区可不限定。7.2车架总成 根据装配需要，可注出若干公差，必要时应对车架实施矫正，加以保证。1. 宽度公差车架宽度一般可保持± 5mm 以内，但在纵梁截面转折处，相当长的范围内，宽度偏 差可能很大， 如

39、存在装配问题无法满足， 则应根据需要注明公差 （如悬架系统及踏板 支架紧固处） 。以便公以上考虑校正措施。2. 悬置孔位公差发动机、驾驶室的悬置孔，最好采用长孔，否则应规定孔位置度公差，可为1mm。3. 对角线公差应在左右纵梁上选用一组对称孔，孔距以 1.52m 为宜，以便检查，该组孔的对角线 孔距差应小于 5mm。八）、材料选用注意事项8.1 性能要求1 较大的实际疲劳强度 车架零件在正常使用情况下， 应力极少达到材料的屈服点。 常见的损坏形式是疲劳裂 纹。纵横梁通常采用冲压加工，表面质量较差，甚至存在显微裂纹，故零件的实际疲 劳强度比试样强度降低很多。 其降低的幅度与材料的应力集中敏感性有

40、关。 敏感性差 的材料，即使标准试样强度较低，其实际疲劳强度却可能搞些。2. 较好的冲压性能 冲压工艺，生产率高，成本低，在车架生产中得到广泛应用。材料的冲压性能不好， 如伸长率小， 则极易开裂， 有时裂纹较小， 难以察觉， 常被流出厂外， 导致早起损坏。 如屈服点过高，则零件回弹大，即将出现较大的弓形、扭曲、喇叭口、直线度、孔位 置度等误差， 不仅影响装配质量和难度， 也可能因预应力大， 而使零件的可靠性降低。 轿车车架形状复杂，尤应重视材料的冲压性能。3. 较好的焊接性能 轿车车架等生产中采用焊接工艺， 车架修理和改装时一般也用焊接工艺。 如焊接性能 不好，焊接后强度必将下降。4 .一定的

41、耐腐蚀性能 车架零件与路面较为接近， 故较易腐蚀， 当采用较薄的板料， 做成不易防锈处理的封 闭截面梁时（如轿车车架） ，尤应考虑其耐腐蚀性问题。8.2 常用材料1. 板料形状较复杂的冷冲压件，常采用伸长率较大（>35%）,强度较低的低碳钢板或低合金高强度钢板，如 08、 09MnL 、09MnReL 等。形状比较简单的冷冲压件，常采用 强度稍大的碳钢或低合金高强度钢板，如20、16MnL 、10Ti、09SiV、T52L 等。在国外，因考虑成本和刚度因素，采用碳钢的极为普遍，如日本多采用38， 41， 45kg级钢板，也用 55kg 级钢板。强度越大的材料，往往伸长率越低，冲压性能越差

42、，有 时不得不限制材料抗拉强度的上限， 导致成本增加。 有些大型货车车架纵梁采用合金 钢板，压制后，再经热处理和喷丸处理，可使抗拉强度提高到1000Mpa ，但工艺复杂，并受刚度及成本因素制约，应用受限。有些超重型车架纵梁采用组合截面， 由不同强度和厚度的钢板焊成， 可用强度较大的 钢板。2. 槽形型钢仅适用于等截面件， 可省去相应的压制设备， 直接向钢厂采购。 产量少时， 尤宜考虑。 也有翼缘加厚的槽形型钢，其材料利用更加有效。3. 园管常在两端焊接接头，制成横梁，而不须压制设备。8.3 工艺对材料实际疲劳强度的影响曾对 09SiV 、16Mn、T52L 三种钢板进行专门试验，发现标准试样静

43、强度和疲劳强度 较高的材料， 其冲压试样的疲劳强度却较低。 同一种材料， 冲孔与铰孔试样疲劳强度 竟相差一倍。 说明这些钢板的疲劳强度对冲压非常敏感， 且材料的静强度越大， 伸长 率越小，其敏感性越强，越不利于使用。更加这种材料的冲压性能较差，也不利于生 产，故在选用时必须全面比较。8.4 提高材料实际疲劳强度的工艺措施1.喷丸处理可使冲压的扯裂带得到强化； 使锈皮脱尽， 防锈层牢固； 因而可提高零件的实际疲劳 强度，但比热处理工艺简单。2. 钻孔纵梁裂纹不少从孔边开始， 如采用较精细的钻削规范， 代替一般钻孔或冲孔， 也可较 大的提高其实际疲劳强度。 对于易于开裂的个别冲孔， 则可采用扩孔或

44、铰孔工艺。 加 以改善。3. 边缘刨、铣加工或局部修磨纵横梁裂纹不少从边缘开始， 如在该处采用刨或铣加工， 代替冲压或剪切、 则可极大 的提高其实际疲劳强度。如冲压毛边在某处较易开裂，则可在该处局部加以修磨。4. 严格工艺避免施工不当，使零件强度受损，如随意在纵梁翼缘边上施焊（特别是点 焊）。使用锈蚀严重或酸洗时间过场的材料、随意保留纵梁上的无用孔等。2.3 车架设计辅助工具公司车架设计建议使用三维结构设计软件进行计算机辅助设计，同时要求建立数模输出后采用计算机辅助有限元分析（ CAE ）验证设计结果。三、悬挂系统匹配公司非承载底盘悬挂系统主要采用两种形式：前麦弗逊独立悬架+后钢板弹簧带双向液

45、压减震器式和前后纵向钢板弹簧式。设计关注事项按下规则执行：钢板弹簧的布置方案钢板弹簧在汽车上可以纵置或者横置。后者因为要传递纵向力，必须设置附加的导向传力装置，使结构复杂、质量加大，所以只在少数轻、微型车上应用。纵置钢板弹簧能传递 各 种力和力矩，并且结构简单，故在汽车上得到广泛应用。纵置钢板弹簧又有对称式与不对称式之分。钢板弹簧中部在车轴（桥）上的固定中心至钢板弹簧两端卷耳中心之间的距离若相等，则为对称式钢板弹簧； 若不相等，则称为不对称式钢板弹簧。多数情况下汽车采用对称式钢板弹簧。由于整车布置上的原因，或者钢板弹簧在汽车上的安装位置不动，又要改变轴距或者通过变化轴距达到改善轴荷分配的目的时

46、，采用不对称式钢板弹簧。钢板弹簧主要参数的确定在进行钢板弹簧计算之前，应当知道下列初始条件：满载静止时汽车前、后轴（桥）负荷G1、G2和簧下部分荷重 Gul、Gu2 ,据此计算出单个钢板弹簧 的载荷：Fwl =（GI-GU1 ）/2 和Fw2 = （G2 - Gu2 ）/2 ,悬架的静挠度fc和动挠度fd ,汽车的轴距等。2.1满载弧高fa满载弧高fa是指钢板弹簧装到车轴（桥）上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端 （不 包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差（图6 11）。fa用来保证汽车具有给定的高度。当fa = 0时，钢板弹簧在对称位置上工作。为了在车架高度已限定时能得到足够的动挠度值，常取

47、fa = 1020mm2.2钢板弹簧长度L的确定钢板弹簧长度L是指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离。增加钢板弹簧长度 L能显著降低弹簧应力，提高使用寿命；降低弹簧刚度，改善汽车平顺性；在垂直刚度 c 给定的条件 下，又能明显增加钢板弹簧的纵向角刚度。 钢板弹簧 的纵向角刚度系指钢板弹簧产生单位纵向转角时，作用到钢板弹簧上的纵向力矩值。增大钢板弹簧纵向角刚度的同时，能减少车轮 扭转力矩所引起的弹簧变形；选用长些的钢板弹 簧，会在汽车上布置时产生困难。 原则上在 总布置可能的条件下， 应尽可能将钢板弹簧取 长些。推荐在下列范围内选用钢板弹簧的长度：轿车：L= (0.400.55)轴距；货车前悬架：L

48、= (0.260.35)轴距，后悬架：L= (0.35 0.45) 轴距。3. 钢板弹簧断面尺寸及片数的确定3.1 钢板断面宽度 b 的确定有关钢板弹簧的刚度、 强度等，可按等截面简支梁的计算 公式计算，但需引入挠度增大 系数加以修正，因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩 J0 。对于对称钢板弹簧：3J0= ( L - ks ) 3c /( 48 E )(65)式中： s 为 U 形螺栓中心距 (mm)；k 是为考虑 U 形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数 (如刚性夹紧，取 k = 0.5 ，挠性夹紧，取 k = 0 ) ；c 为钢板弹簧垂直刚度 (Nmm)， c = F w

49、 / f c ；为挠度增大系数(先确与主片等长的重叠片数n i ,再估计一个总数 no ,求得=nn 0 ,然后用 = 1.5 /1.04(1 + 0.5 ) 初定 );E 为材料的弹性模量。钢板弹簧总截面系数W0 用下式计算W0 F w ( L -ks ) / 4 w(66)式中， w 为许用弯曲应力。 对于 55SiMnVB 或 60Si2Mn 等材料 ,面经喷丸处理后， 推 荐 w在下列范围内选取：前弹簧和平衡悬架弹簧为350450MPa后主簧为450550MPa ；后副簧为 220 250MPa 。将式(66)代人下式计算钢板弹簧平均厚度hphp = 2J 0/W0= ( L -ks

50、) 2 w /6Ef c (67)有了 hp 以后，再选钢板弹簧的片宽 b 。增大片宽，能增加卷耳强度，但当车身受侧向力作用倾斜时，弹簧的扭曲应力增大。前 悬架用宽的弹簧片，会影响转向轮的最大转角。片宽选取过窄，又得增加片数，从而增加片 间的摩擦和弹簧的总厚。推荐片宽与片厚的比值 b / h P在610范围内选取。3.2 钢板弹簧片厚 h 的选择矩形断面等厚钢板弹簧的总惯性矩J0用下式计算J0 = nbh3 / 12(68)式中， n 为钢板弹簧片数。由式(68)可知，改变片数 n、片宽b和片厚h三者之一，都影响到总惯性矩J。的变 化；再结合式（65）可知，总惯性矩 Jo的改变又会影响到钢板弹

51、簧垂直刚度 C的变化，响 汽车的平顺性变化。其中，片厚 h的变化对钢板弹簧总惯性矩 Jo影响最大。增加片厚 h,可 以减少片数 n。钢板弹簧各片厚度可能有相同和不同两种情况，希望尽可能采用前者。 但因为主片工作条件恶劣，为了加强主片及卷耳，也常将主片加厚，其余各片厚度稍薄。此时，要求一副钢 板弹簧的厚度不宜超过三组。为使各片寿命接近又要求最厚片与最薄片厚度之比应小于1.5。最后，钢板断面尺寸 b和h应符合国产型材规范图6-12叶片断面形状a）矩形断面b）T形断面C）单面有抛物线边缘的断面d）单面有双槽的断面3.3钢板弹簧片数n片数n少些有利于制造和装配，并可以降低片间的干摩擦，改善汽车行驶平顺

52、性。但 片数少了将使钢板弹簧与等强度梁的差别增大，材料利用率变坏。多片钢板弹簧一般片数在614片之间选取，重型货车可达20片。用变截面少片簧时，片数在14片之间选取。四钢板弹簧各片长度的确定片厚不变宽度连续变化的单片钢板弹簧是等强度梁，形状为菱形（两个三角形）。将由两个三角形钢板组成的钢板弹簧分割成宽度相同的若干片，然后按照长度大小不同依次排列、 叠放到一起，就形成接近实用价值的钢板弹簧。实际上的钢板弹簧不可能是三角形，因为为了将钢板弹簧中部固定到车轴（桥）上和使两卷耳处能可靠地传递力，必须使它们有一定的宽度，因此应该用中部为矩形的双梯形钢板弹簧（图6 13）替代三角形钢板弹簧才有真正的实用

53、意义。这种钢板弹簧各片具有相同的宽度，但长度不同。首先假设各片厚度不同，则具体进行步 骤如下：先将各片厚度的立方值按同一比例尺沿纵坐标绘制在图（图6 14）上，再沿横坐标量出主片长度的一半L /2和U形螺栓中心距的一半 S/2 ,得到A、B两点，连接A、B即得到三角形的钢板弹簧展开图。AB线与各叶片上侧边的交点即为各片长度。如果存在与 主片等长的重叠片，就从B点到最后一个重叠片的上侧边端点连一直线，此直线与各片上侧边的交点即为各片长度。各片实际长度尺寸需经圆整后确定。图6-13双梯形钢板弹簧图6-14确定钢板弹簧各片长度的作图法五钢板弹簧刚度验算在此之前，有关挠度增大系数 不够准确，所以有必要

54、验算刚度。、总惯性矩J 0刚度验算公式为、片长和叶片端部形状等的确定都ak1 l1 lk 1Ykk 1k 11kYkY. 11k 1JiE为材料弹性模量；l 1 、l k+1为主片Yk 1为经验修正系数， 片的一半长度。式(6 9)中主片的一半I 1 ,如果用中心螺栓到卷耳中心间的距离代入，求得的刚度值为 钢板弹簧总成自由刚度 Cj ;如果用有效长度，即代入式(6 9),求得的刚 度值是钢板弹簧总成的夹紧刚度。式中，和第(k +1 )O90 i 0.94 ;六钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算6.1钢板弹簧总成在自由状态下的弧咼Ho钢板弹簧各片装配后， 在预压缩和U形螺栓夹紧前，其主

55、片上表面与两端(不包括卷耳 孔半径)连线间的最大高度差(图6 11)，称为钢 板弹簧总成在自由状态下的弧高 Ho，用 下式计算Ho = ( fc + f a + ?f )(6 10)式中，fC为静挠度；fa为满载弧高；?f为钢板弹簧总成用 U形螺栓夹紧后引起的弧 高变化，?f =S (3L - S )(f a + f C ) /2L2 ； S为U形螺栓中心距；L为钢板弹簧主片长度。钢 板弹簧总成在自由状态下的曲率半径Ro = L2 / (8 Ho)。6.2钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的曲率半径不同，各片自由状态下做成不同曲率半径的目的是：使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能很好地贴紧，减少主片工作应力，使各片寿命接近。图6 15钢板弹簧各片自由状态下的曲率半径矩形断面钢板弹簧装配前各片曲率半径由下式确定R=R 1 + (2 oi Ro )/ ( EhI) (611)式中，Ri为第i片弹簧自由状态下的曲率半径(mm); Ro为钢板弹簧总成在自