《车架设计的案例》4200字

车架设计的案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u25483车架设计的案例综述 123866第一节车架宽度的确定 128410第二节车架纵梁形式的确定 127331第三节车架横梁形式的确定 271624．第四根为槽形，安装在后悬钢板弹簧前、后。 313199第四节车架纵梁与横梁连接形式 324655一、横梁和纵梁的腹板相连接 324584二、横梁同时和纵梁的腹板及任一翼缘(上或下)相连接 328067三、横梁同时和上、下翼缘相连接 4617第五节车架的受载分析 58065一、静载荷 514700二、对称的垂直动载荷 519909三、斜对称的动载荷 52394四、其它载荷 520462第六节弯曲强度计算时的基本假设 69899第七节纵梁弯矩计算 68125一、驾驶室长度纵梁的弯矩计算 71687二、驾驶室后端到后轴段纵梁的弯矩计算 715873第八节车架材料的确定 927981一、纵梁截面特性的计算 921117二、弯曲应力计算与校核 911937三、临界弯曲应力c计算和校核 102124四、纵梁的刚度校核 10车架宽度的确定车架的宽度是是从纵梁左右两边外部面之间的宽度测量。发动机宽度就是车架前部的最小值，前轮的最大旋转角度限制了它的最大值。则车架外侧的轮胎和钢板弹簧的宽度决定了车架后部的最大宽度，增加车架的宽度可以改善汽车的侧向稳定性。本次设计是关于中型货车车架的设计，汽车载质量为，使其车架的宽度前后相等，方便简化制造过程。许多国家已经规定了车架的宽度标准，我国汽车车架专业标准规定，中型货车的边梁式车架宽度为。在此次设计中，车架宽度定为。车架纵梁形式的确定车架的纵梁结构应尽可能简单，要满足车辆的总体布局要求，又要保证车架的性能，这样可以在制造时没这么复杂。从纵梁的侧面看，纵梁的形状可以分为两种：一种是翼板表面笔直，另一种是弯曲。优点：一些汽车的车架纵梁都使用这种类型。当翼板受力时，它会弯曲时，纵梁的一部分区域降低，并且距离地板的高度也减小，这样提高了整个车辆的稳定性使其更有利于上下车。这种结构用于轿车、小型汽车、部分轻中型载重车和公共汽车。纵梁一般都要求表面平直，中间的断面要比两边的大一点，可以和其中的弯矩兼容。也有整个长度或者中后部的截面是相同的。根据车辆的总体布局，有时纵梁的形状可以使用前部或后部是弯曲的，也可以使用前后部都弯曲的。纵梁的截面形状为槽形，工形，管形和Z型等。更改梁的高度以使中间部分断面更高而两端更低，这样可以使纵梁的每个截面的应力接近。槽形纵梁的截面抗弯度强，工艺性较好且易于安装和易于组装各种汽车部件而被最广泛地使用，但它们的抗扭强度较低，增加槽形断面可以比较好的解决这个问题，但是这也增加了汽车的质心高度，增加翼板的上表面和下表面的宽度，也能较综合的考虑上述因素的影响，纵梁高度和宽度通常为。图3-1纵梁断面形式在各种各样的生产中，槽型纵梁可以适用于不同轴距或者承受质量不同的汽车，它们可以为了获得不同的强度来改变板材的厚度和宽度。遵循此设计的要求，并考虑到梁纵截面的特性，在此方案中设计的纵梁采用槽形，其上，下翼板宽度相等且平直。纵梁的总长度为。优点是优异的抗弯强度和易于安装汽车零件。车架横梁形式的确定车架的横梁和纵梁连接在一起形成框架，汽车的主要部分都由横梁支撑。车架要有足够的抗弯刚度。中型载货汽车的横梁大约有根,各个横梁的用途和构造都不相同。考虑到车架的扭转刚度，闭口梁优于开口梁，但开口梁易于制造，并广泛用于载货车。制造闭口横截面梁的工艺很复杂，部件安装不方便。因此，它适合用于重型载货汽车、公共汽车和轿车。中型货车的横梁的板材一般采用钢板，板厚约为，此次采用厚度的钢板。本次设计是中型货车架结构设计，选取了开口断面的横梁。本次设计一共用到6根横梁，各根横梁的结构及用途如下:第一根横梁是槽型梁，横梁腹板中间设有3个圆孔，作用是让空气流通到发动机底部，有助于发动机散热。第二根横梁为拱形梁，用来安装驾驶室后支座，也可以安装传动轴。第三根横梁为槽型梁，位置在前后悬交叉点，安装在纵梁中间位置，加强受力。第四根为槽形，安装在后悬钢板弹簧前、后。第五根为槽形梁，安装在后悬钢板弹簧前、后，所受到的力或转矩都非常大。与第四根横梁连接后悬钢板弹簧。第六横梁为槽形梁，将左右两根纵梁封闭形成一个框架，使车架有足够的抗弯刚度。横梁之间的间隔一般为。车架纵梁与横梁连接形式车架纵梁和横梁的连接方式有以下几种类型：横梁和纵梁的腹板相连接这种类型的连接方式制造时简单省时，但是刚度较低，车架的中间横梁通常采用这种连接方法，因为不会对纵梁施加很大的力。横梁同时和纵梁的腹板及任一翼缘(上或下)相连接这样的连接方法制造时比较简单，连接的刚度得到提高并且被经常使用。但是，后钢板弹簧的前横梁会受到到钢板弹簧托架通过纵梁传来的力，这样会出现较大的载荷。横梁同时和上、下翼缘相连接这种类型的连接方式有更好的支撑能力和更好的刚度，能很好的支撑车架上的组件，增加整个车架的刚度，并且翼板的外边缘不会因压力而变形弯曲。这种形式可以让车架前后两端的横梁和纵梁相连。然而，这种连接方法制造过程复杂，并且如果扭矩太大，则在纵梁的翼缘上会产生过大的应力，原因是纵梁的截面不能自已弯曲。横梁和纵梁的连接端固定方式有：铆接、焊接和螺栓连接等。很大一部分车架通过铆钉与连接板连接。该方法便宜且适合批量生产，车架的刚度决定了铆钉的数量以及孔的排布。焊接会使连接变得更牢固，防止松动并确保有足够的刚度。但是，焊接容易变形会使内部应力加大，因此焊接的质量要高。螺栓连接主要在某些特殊使用条件的汽车车架上使用，这样可以轻松拆卸或更换连接到汽车车架的某些组件。但是，这种连接方法在长期使用后很容易松动，并可能导致方生事故。这种方法通常不用来固定横梁和纵梁。本次设计方案中，将纵梁和横梁之间的连接用铆接的方式，并且横梁的连接板厚度为。图3.2横梁的截面形状及纵梁的联接图3-3纵、横梁的铆钉联接方式横梁、2-纵梁车架的受载分析由于汽车的运行极其复杂且压力条件大，车架上的负载变化多端，承受的的载货分为几种，以下：静载荷车子在停止时车架所受到悬架弹簧上面部分的载荷，叫做静载荷。等于车架的质量加车身的质量加车架上面各个总成和其挈带的零件质量加装载货物的质量的和。对称的垂直动载荷汽车在平路上行驶时时速较高，在路面的作用力使之产生的载荷就是对称的垂直动载荷。它的大小取决于垂直振动的加速度，还和车架上的静载荷相关联，会使车架变形弯曲。斜对称的动载荷汽车在不平的路面上行驶时会产生这种载荷，行驶到不平的路面时车轮不在一个平面上，这样会使车身向一旁倾斜，道路不平的程度还有车身、车架和悬架的刚度决定了此载荷的大小。这种载荷会让车架扭转变形。其它载荷还有些载荷是在汽车转弯时产生，离心力就在转弯时让车架受到侧向力；汽车加速时会受到惯性力导致车架前后会重新分布载荷；车架上安装的各个组件工作时产生的力等等。总之，在特定的空间力系统的影响下，纵梁和横梁之间的截面形状和连接点非常的多样化，这样使车架的受力情况更加复杂。弯曲强度计算时的基本假设为了方便抗弯强度的计算，以下是车架的基本设想：一、由于车架的结构是对称的，因此左右纵梁所受到的力没有显着差异，我们可以把纵梁看作是一根简支梁。二、空车时弹簧的质量（包括车架本身的质量）均匀地分布在整个纵梁上。通常中小型货车，空载时弹簧上的质量约为车辆自身质量的2/3。三、车辆的有效载荷均匀地分布在车厢上。四、所有力都通过横截面的弯曲中心。实际上，由于安装了突出部件（例如燃料箱，电池等），纵梁产生部分扭转。通常，会设计一根横梁放置在此处，横梁的弯矩就是把纵梁的扭转转变的。因此，此假设不会导致计算中出现明显误差。由于上述假设，将车架从一个静态的平面框架结构简化成静态的支撑结构。纵梁弯矩计算图3-4尺寸示意图先计算车架前支座反作用力，向后轮中心支座处求矩（见图3-4）可得：式3-1代入式3-1可得:=13792.21N在计算纵梁弯矩时，将纵梁分成两段区域，每一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段面之前所有力对改点的转矩之和REF_Ref14520\r\h[1]。一、驾驶室长度纵梁的弯矩计算驾驶室段纵梁的弯矩:式3-2代入式3-2得=15651269N.mm二、驾驶室后端到后轴段纵梁的弯矩计算驾驶室后段到后轴的弯矩:式3-3代入式3-3得=4700935.67N.mm车架作为一个简支梁，受均布载荷作用时，最大弯矩在跨中得：=3000根据上面公式的计算求得纵梁最大弯矩发生的位置，将该值代入弯矩计算公式，可求得纵梁所受到的最大弯矩REF_Ref14520\r\h[1]。代入式3-3得：=26682230.03N.mm纵梁受到的最大剪力则产生在汽车后轴附近。当时，剪力最大，其最大剪应力为式3-4=10490.88N以上仅考虑了在车辆的静态载荷条件下梁的纵向截面的弯矩和剪切力的计算。汽车行驶时还会受到非常多的动态载荷的作用。故汽车行驶过程中，实际受到的最大弯矩Mdmax和最大剪力Qdmax为REF_Ref14520\r\h[1]:式3-5式中:Kd-动载系数，对于轿车、客车=1.75，载货汽车=2.5,越野汽车=3.0REF_Ref14520\r\h[1]。则有:=66705575.08N.mm=26227.2N第八节车架材料的确定一般来说，车架的材料要有高的强度和够大的疲劳极限，拥有较好的冷冲压和焊接条件，对集中应力也比较敏感，这些要求中低碳合金都能满足。复杂形状、拉伸较大的冲压件应为低碳钢或低碳合金钢，比如等型号的钢板来制造，不需要太大的拉伸且形状不是很复杂的冲压件用较高强度的钢板，比如等型号的钢板制造，强度高的钢板在冷冲压过程中易开裂并且具有较高的回弹性，使用不建议采用。轻型和中型货车纵梁的冲压出的钢板厚度为。这次设计，采用钢板制造车架。纵梁截面特性的计算车架纵梁和横梁截面系数根据材料力学的公式计算，槽形断面(如图3.5)，断面系数为式3-6根据槽型断面热轧槽钢表（）取型号22a的热轧槽钢得,代入式3-5得=175046.66图3.5槽型梁截面弯曲应力计算与校核纵梁截面的最大弯曲应力计算公式是:式3-7则最大应力为:=183.23Mpa上式所求的弯曲应力不应大于材料的许用应力。许用应力的计算公式为:式3-8则许用应力为:所以=144.89Mpa小于范围内上述计算符合应力要求最终确定纵梁槽形断面的尺寸为:（高）（宽）（截面厚）临界弯曲应力c计算和校核纵梁的弯曲或变形会使上下翼板受到压缩和拉伸的作用，这会损坏翼板。因此，应根据薄钣理论进行检查，槽型截面纵梁的临界弯曲应力δc的计算公式为：式3-9由上式可得式3-10取则有所以，车架满足临界弯曲应力的要求。纵梁的刚度校核由材料