1、福田輕型載貨汽車車 架 設(shè) 計 提 綱8.1 整車對車架的要求8.2 車架的受力情況分析8.3 車架的結(jié)構(gòu)分析 車架的基本結(jié)構(gòu)形式 車架寬度的確定 縱梁的形式、主參數(shù)的選擇 車架的橫梁及結(jié)構(gòu)形式以及材料的選擇 車架的連接方式及特點以及材料的選擇 載貨車輛采用鉚接車架的優(yōu)點 車架設(shè)計的公差分析與控制8.4 車架的計算 簡單強度計算分析 簡單剛度計算分析 CAE綜合分析8.5 車架設(shè)計注意事項 概述 焊接車架注意事項 鉚接車架注意事項 車架的通用化設(shè)計 車架的輕量化設(shè)計8.6 附表 附表（一） 現(xiàn)有車架參數(shù)一覽表附表（二） BJ1046E6西南車型設(shè)計方案計算書 附表（三） 輕量化設(shè)計實例 附表（

2、四）常用縱梁材料牌號的選用、標注 附表（五）常用部分國標牌號鋼材與企標牌號汽車梁用鋼板牌號及成份、性能對照對比 8.1 整車對車架的要求 車架是整車各總成的安裝基體，對它有以下要求：1. 有足夠的強度。要求受復雜的各種載荷而不破壞。要有足夠的疲勞強度，在大修里程內(nèi)不發(fā)生疲勞破壞。2. 要有足夠的彎曲剛度。保證整車在復雜的受力條件下，固定在車架上的各總成不會因車架的變形而早期損壞或失去正常工作能力。3. 要有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。當汽車行使在不平的路面上時，為了保證汽車對路面不平度的適應性，提高汽車的平順性和通過能力，要求車架具有合適的扭轉(zhuǎn)剛度。對載貨汽車，對扭轉(zhuǎn)剛度具體要求如下：3.1車架前端到駕駛

3、室后圍這一段車架的扭轉(zhuǎn)剛度較高，因為這一段裝有前懸架和方向機，如剛度弱而使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，勢必會影響轉(zhuǎn)向幾何特性而導致操縱穩(wěn)定性變壞。對獨立懸架的車型這一點很重要。3.2包括后懸架在內(nèi)的車架后部一段的扭轉(zhuǎn)剛度也應較高，防止由于車架產(chǎn)生變形而影響軸轉(zhuǎn)向，側(cè)傾穩(wěn)定性等。3.3駕駛室后圍到駕駛室前吊耳以前部分車架的剛度應低一些，前后的剛度較高，而大部分的變形都集中在車架中部，還可防止因應力集中而造成局部損壞現(xiàn)象。4. 盡量減輕質(zhì)量，按等強度要求設(shè)計。8.2 車架的受力情況分析1. 垂直靜載荷： 車身、車架的自重、裝在車架上個總成的載重和有效載荷（乘員和貨物），該載荷使車架產(chǎn)生彎曲變形。2. 對稱垂

4、直動載荷： 車輛在水平道路上高速行使時產(chǎn)生，其值取決于垂直靜載荷和加速度，使車架產(chǎn)生彎曲變形。3.斜對稱動載荷 在不平道路上行使時產(chǎn)生的。前后車輪不在同一平面上，車架和車身一起歪斜，使車架發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。其大小與道路情況，車身、車架及車架的剛度有關(guān)。4.其它載荷4.1汽車加速和減速時，軸荷重新分配引起垂直載荷。4.2汽車轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的側(cè)向力。4.3一前輪撞在凸包上，車架水平方向上產(chǎn)生箭切變形。4.4裝在車架上總成（方向機、發(fā)動機、減振器）產(chǎn)生的作用反力。2.5 載荷作用線不通過縱梁的彎曲中心（油箱、懸架）而使縱梁產(chǎn)生局部受扭。 因此車架的受力是一復雜的空間力系，縱梁和橫梁截面形狀和連接的多變多樣，

5、使車架的受載更復雜化。車架CAE分析一輪懸空這種極限工況，即解除一個車輪的約束，分析車架彎扭組合情況下的最大應力。普通載貨汽車車架的彎矩圖如下：8.3 車架的結(jié)構(gòu)分析 車架的基本結(jié)構(gòu)形式 邊梁式（載貨車、中客、大客車常用結(jié)構(gòu)） 框式 周邊式（復雜的邊梁式，越野車、轎車常用） 車架 X型式（X型橫梁，抗扭性能強） 脊梁式（抗扭性能好） 綜合式（前后框式、中間脊梁式）目前公司各種車架基本都是邊梁式車架。車架總成是一種受力情況非常復雜的構(gòu)件。目前，在進行車架設(shè)計時，首先參考國內(nèi)外現(xiàn)有的同內(nèi)型汽車車架縱梁的端面尺寸，根據(jù)總布置的要求（縱梁端面尺寸的大小直接影響整車的質(zhì)心的高度）選取車架車架縱梁端面尺寸

6、，然后對其進行靜態(tài)抗彎強度計算，并根據(jù)需要對其采用有限元進行靜態(tài)、彎扭等工況的分析計算。由于車架總成在汽車行駛過程中受力情況非常復雜，很難對其進行準確的計算，所以在正式投產(chǎn)前還需進行道路試驗（或MTS道路模擬試驗）來檢驗車架的強度是否滿足使用要求。由于絕大部分總成部件都是通過車架來固定其位置的的，所以車架的結(jié)構(gòu)形式首先應滿足總布置的要求。 車架寬度對于邊梁式（梯形）結(jié)構(gòu)車架，其寬度是指車架上由橫梁所固定的左、右縱梁腹板間的寬度。汽車的全寬決定以后，車架的寬度就可以根據(jù)裝在車架外側(cè)的輪胎、鋼板彈簧和裝在車架內(nèi)側(cè)的發(fā)動機等尺寸來確定。在車架設(shè)計時，為了提高整車的橫向穩(wěn)定性和減少前、后橋以及車廂橫梁

7、的彎曲力矩，一般希望加大車架的寬度。影響車架寬度的因素很多，在布置時應主要考慮：整車外寬、前輪和后輪輪距、安裝發(fā)動機及操縱機構(gòu)所需要的空間、輪胎及懸掛的空間、轉(zhuǎn)向所需要的空間等。我國行業(yè)標準ZB/TT43003-89固定了載貨汽車車架寬度寬度一般在700-950mm之間，如下表： 單位：mm基本尺寸860800780750700極限偏差±10在車架設(shè)計中，為了解決總布置與車架寬度的矛盾，通常采用以下幾種結(jié)構(gòu)形式的車架：1、前窄后寬式車架 這主要是為了滿足前輪轉(zhuǎn)向的需要，目前我公司奧鈴輕卡均采用了這種結(jié)構(gòu)的車架，有效地2、前寬后窄式車架 該結(jié)構(gòu)車架以往一般多應用在重型載貨汽車上。因為重

8、型載貨汽車的后軸荷較大，輪胎及鋼板彈簧都要加寬，同時所采用的發(fā)動機外型尺寸都較大，故只好減少前輪轉(zhuǎn)向角，最終使車架成為前寬后窄的形式。我公司毆曼重卡 型載貨汽車的車架就是該種結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)的車架縱梁在轉(zhuǎn)折處其上、下翼面易產(chǎn)生皺紋區(qū)，容易引起應力集中而導致縱梁的早期損壞，故在中、重型載貨汽車上應盡量避免采用該種結(jié)構(gòu)的車架。3、前、后等寬式車架 在整車總布置允許的條件下，應盡量采用前、后等寬式車架，因為該結(jié)構(gòu)車架的制造工藝簡單，不存在不等寬車架在該皺紋區(qū)易產(chǎn)生應力集中的缺點。目前，絕大多數(shù)的中、重型載貨汽車均采用前、后等寬式車架。我公司3200mm軸距時代輕卡的車架也采用了該種結(jié)構(gòu)，同時其縱梁直

9、接采用成形鋼材或滾壓成形，大大簡化了實際生產(chǎn)和提高了生產(chǎn)效率，且車架總成成本較低，迅速滿足了市場的需求。4、前后收縮式車架 有時為了滿足總布置的需要，也采用了前后收縮式車架，有效地布置了大型的發(fā)動機。.2車架寬度的確定 車架的寬度主要由前后輪距確定的，確定車架的寬度按以下原則進行：車架前部寬度主要考慮前輪的最大轉(zhuǎn)角，選用成型的方向機要考慮方向機的安裝，有時結(jié)合駕駛室的安裝統(tǒng)一考慮。車架中部的寬度要考慮發(fā)動機及發(fā)動機附件（排氣管、變速操縱桿）的安裝。為考慮高速車的穩(wěn)定性，希望增加車架后部寬度，以便能加大后簧托距而不使板簧支架的懸臂過長。如BJ1027A和CA1026的托距都很大，1032單胎系列

10、五星輕卡也一樣。對雙胎車，后輪距一確定，車架后部寬度取決于輪胎、板簧、車架三者的間隙。從簡化工藝的角度看，最好做成前后等寬，對低價位的產(chǎn)品，這一點很重要，如BJ1046E6就是采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的?？紤]標準的要求，我國汽車專業(yè)標準規(guī)定中型載貨車邊梁式車架的寬度為864±5mm，EQ140車架的寬度為861。車架寬度選擇的典型結(jié)構(gòu)： 轎車、微型車和單胎輕型車車架做成前窄后寬結(jié)構(gòu)，前部窄是為了增大前輪轉(zhuǎn)角。從發(fā)動機安裝處開始加寬，后寬是確保加大后簧托距而不使板簧支架的懸臂過長，最典型的是CA1026車架，前部寬度760，后部840。 雙胎載貨車，做成前寬后窄結(jié)構(gòu)。如1028非獨立懸架的五星

11、小卡（前740，后640）和五十玲NPR（前935，后810）。1049（NKR55LL）是以上兩種車架的綜合，前部寬度630、中部740、后部700；五十玲NHR單胎車型前部寬度630，中部中部740、后部800。 縱梁的型式、主參數(shù)的選擇.1 縱梁的型式縱梁主要有以下五種形式：槽型薄壁斷面、閉口薄閉斷面、Z字型斷面、工字型斷面等。其中重型載貨汽車和超重型載貨汽車采用工字型結(jié)構(gòu)截面的型材，Z字型斷面不常用。在此主要討論前面兩種結(jié)構(gòu)形式的縱梁斷面。兩種結(jié)構(gòu)（相同的斷面面積）的優(yōu)缺點如下：型式圖示抗彎性能抗扭性能材料利用率固定資產(chǎn)投入總布置方便性變形方便性車架工藝應用情況槽型薄壁斷面好很差較好大

12、好差鉚接為主，小部分焊接批量應用于各種載貨、中型和輕型載貨車輛閉口薄閉斷面成型管較差較好差小較差好焊接部分輕型車，如BJ1022、現(xiàn)代小貨車，部分越野車，福田小卡焊接結(jié)構(gòu)一般很大好差微型貨車、皮卡、越野車不同的斷面形狀，抗彎與抗扭的性能是不一樣的具體見下表斷面形狀斷面面積F慣性矩JX抗彎斷面系數(shù)WX極慣性矩JP抗扭斷面系數(shù)WP槽型斷面1001001000.54矩形斷面10081823250圓形斷面1007679100100.2 縱梁主參數(shù)的選擇1、要滿足強度和剛度需要，具體從以下三個方面考慮：根據(jù)軸距對車架剛度的初步驗算；同類車型的類比分析，具體見附表（一）。初步的強度計算。2、要考慮規(guī)劃中產(chǎn)

13、品對車架斷面的要求，滿足產(chǎn)品系列化對車架縱梁強度和剛度的要求。3、車架縱梁要盡量簡單，減少斷面急劇過度及彎曲，減少應力集中。4、通過CAE分析，最終確定車架強度和加強板的形狀和結(jié)構(gòu)形式。 對槽型梁結(jié)構(gòu)，要注意縱梁高寬比的確定，通常范圍為2.83.5之間，例如1029車架為170/55=3.09比較合適。1046E6為195/55=3.54，寬度偏小。.3縱梁的材料 對閉口薄閉斷面矩形車架縱梁，公司一直選用10號鋼，目前已累計生產(chǎn)30萬臺以上，應用情況良好，這種材料雖強度指標不高，但焊接性好，成本低。 對槽型薄壁斷面，按GB3273-89汽車大梁用熱扎鋼板選用，也可選用B510L、WL510等材

14、料。.4.車架的橫梁及結(jié)構(gòu)形式 車架橫梁將左、右縱梁連接起來，構(gòu)成一個框架，使車架有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。汽車的主要總成也靠橫梁支撐。具體的確定的原則如下：1、要確保車架前部的扭轉(zhuǎn)剛度。對獨立懸架車型，更要注意。2、板簧支架和吊耳處盡量設(shè)置橫梁，以降低縱梁的應力和變形。后板簧前后支架處力和轉(zhuǎn)距很大，一般設(shè)置一根抗扭剛度大，連接寬度的橫梁。3、發(fā)動機懸置部位，盡量設(shè)計簡易的橫梁,減少縱梁變形。4、合理設(shè)計橫梁與縱梁的連接方式及結(jié)構(gòu)，.4.1橫梁和縱梁的腹板連接，工藝簡單，連接剛性差，但不會使縱梁出現(xiàn)大的應力，車架中部采用這種連接。橫梁與縱梁腹板及翼面（上或下）相連接。 工藝并不復雜，應用廣泛。如后板簧

15、托架的處橫梁的連接，但后板簧托架的力會通過縱梁傳遞給橫梁，因此要減少板簧托架的懸伸長度，使載荷點盡量靠近縱梁彎曲中心。當偏心載荷較大時，可將縱梁做成局部封口，或?qū)M梁穿過縱梁，將載荷直接傳遞給橫梁。橫梁與縱梁上下翼面相連接。 由于有剛性很好的角支撐，可產(chǎn)生良好的斜支撐作用，使整個車架剛度增加，翼面外邊不會因受壓而產(chǎn)生翹曲。車架兩端的橫梁采用這種方式和縱梁連接。由于翼面不能自由翹曲，但轉(zhuǎn)距過大時，縱梁翼面會出現(xiàn)應力過大現(xiàn)象。對受力較大的結(jié)構(gòu)附件，要注意其與車架縱梁的連接方式，避免因縱梁局部應力過大造成縱梁開裂。注意減振器支架、駕駛室支架、板簧支架、發(fā)動機支架的設(shè)計。 車架的連接方式和特點車架的連

16、接方式有鉚接、焊接和螺栓連接三種:5.1鉚接車架：鉚接成本低,適合于大批量生產(chǎn)，其剛度與鉚釘?shù)臄?shù)量極其分布有關(guān),因此鉚釘布置設(shè)計很重要。5.2焊接車架：焊接能使其連接牢固，不致產(chǎn)生松動，能保證有大的剛度。但焊接容易產(chǎn)生較大的變形和內(nèi)應力，因此對焊接的質(zhì)量要求很高。適用于小批量生產(chǎn)和修理。5.3螺栓連接： 特殊使用條件和特殊用途的車架采用。但長期使用，要從螺栓設(shè)計的角度防止產(chǎn)生松動問題，避免發(fā)生嚴重的質(zhì)量事故。 無論是焊接車架，還是鉚接車架，緊固件的數(shù)量和尺寸應和橫梁的大小相適應，鉚釘分布不要太近。當利用連接板的翻邊緊固時，適當加大連接板的寬度和厚度，緊固孔應靠近翻邊處，防止連接損壞。.載貨車輛

17、采用鉚接車架的優(yōu)點 對于車速較高（100km/h）和總質(zhì)量大于3500kg的輕型汽車，建議采用鉚接車架，優(yōu)點如下：6.1車速高，為確保高速行駛的穩(wěn)定性，必須提高車架精度，因此優(yōu)先采用鉚接車架。 皮卡、部分越野車、微型貨車車架一般采用焊接工藝（縱梁是薄壁閉口斷面）。是受以下幾個特殊因素影響而決定的：這部分車型使用中超載不多。斷面較小，最大斷面高在130毫米以下，采用鉚接時鉚鉗空間不夠充裕。前兩類產(chǎn)品的批量不大，如采用鉚接投入較大。 6.2矩管焊接車架的缺點 雖部分小型貨車和越野車采用矩管車架，有以下缺點：矩形管彎曲后回彈大，影響了整車高度方向的基準。焊接后車架本身的尺寸精度不高。矩形管縱梁，同樣

18、抗彎模量前提下，成本高。原2310-II車架（100X50X5）170.6公斤重，成本1100元，改成1022EZC2A沖壓車架（150X50X4），總成131公斤，成本830元，成本降低，抗彎模量大幅度增加（抗扭性能下降）。不利于總布置。線路、管路、附件的固定不好處理。6.3 焊接車架焊接變形大1022EZC2A車架為沖壓焊接車架，焊接變形大，長期以來達不到設(shè)計要求，只好辦理偏差許可，具體數(shù)據(jù)見附表（二）。6.4焊接車架不可避免有焊接缺陷 對焊接工藝，容易出現(xiàn)過燒、假焊、咬邊等焊接缺陷，由于焊接缺陷的存在，車架出現(xiàn)質(zhì)量問題的機會增多。6.5 對卡車行業(yè)，鉚接車架是主流國內(nèi)輕型車行業(yè)中，除了北

19、輕汽受工藝條件的限制以外，基本都是鉚接車架。北輕汽的主導產(chǎn)品BJ1041和BJ1061為焊接車架，BJ1041嚴格說來是一種“輕拋車型”，后懸架為漸變剛度簧，無副簧，整車承載能力弱，銷售區(qū)域也基本在北方。焊接車架不是輕卡車架的主流。6.6公司已有有鉚接工藝 為生產(chǎn)五星輕卡的車架，公司完成鉚接線的投入，為進一步分攤鉚接線的投入，新設(shè)計的車架應優(yōu)先考慮采用鉚接工藝。 車架設(shè)計的公差分析及控制縱梁和橫梁等主要零件通常用板料沖壓而成，由于成形時，材料的某些部分的纖維被拉長或壓縮，成形后必然回彈，致使零件尺寸、形狀出現(xiàn)偏差，見圖1。這些偏差與零件形狀、材料強度和厚度公差、模具設(shè)計及精度、工藝及調(diào)整情況等

20、有關(guān)，有時很大，必須根據(jù)車架自身裝配要求及裝置件的需要予以限定。也就是說，為了得到合格的車架總成，除了裝配質(zhì)量外，也要控制縱梁、橫梁和支架類的零件自身的質(zhì)量。沒有合格的零部件，很難裝出合格的車架總成。對于縱梁和橫梁來說，一是控制縱向和橫向的正負回彈及縱向扭曲回彈。二是要控制腹面和上下翼面的平度，特別是鉚接部位的平度。一般平度不大于0.3mm，否則將影響鉚接間隙，影響縱梁與橫梁的垂直度，支架之間的同軸度及平行度。三是對孔位準確度的要求。一般圖紙上對于一組孔之間位置度為0.25-0.5mm，每組孔之間的要求稍微寬些，如前后鋼板彈簧支架的每組孔之間不大于（±0.5-±1）mm，上

21、下翼面之間同組孔的同心度不大于1mm。在大批量生產(chǎn)中，采用落料沖孔模是很容易保證的。如果是小批量生產(chǎn)，采用鉆模來鉆孔，則孔位置度很難保證。對于支架類零件，主要控制鉚接面的平度及形狀尺寸中的垂直度，如鋼板彈簧支架的鉚接面與銷孔之間的垂直度及孔位置準確度等。對于保安件（如方向機支架）更要嚴加控制。7.1、縱梁車架縱梁是汽車上最大的部件，也是構(gòu)成車架總成的主要部件。由于車架是承載構(gòu)件，一般在設(shè)計上選用低合金高強度熱扎中厚鋼板材料，我國常用的材料牌號為16MnL和10Ti等鋼材。同時由于縱梁在設(shè)計上幾乎與汽車的縱向長度相等，所以是最大的沖壓件。1）腹板縱向直徑度（F）如模具壓緊面是平的，則腹板側(cè)彎較大

22、；如模具壓緊面反向彎曲，則腹板側(cè)彎即可較小，但截面負回彈較大，且模具復雜，故一般少用。變截面梁通常定為總長的0.15%；材料屈服點高時，往往需要放寬到0.3%。等截面梁可定為0.1%以下。每米長度上的直線度一般可<4 mm。2）截面扭曲（N）變截面縱梁在截面轉(zhuǎn)折部位將出現(xiàn)較大的扭曲，很難解決，故最好不在該處緊固零件。兩相鄰橫梁的緊固處，相對扭角應<1°。等截面直梁的扭曲較小，一般不必限定公差（按自由公差），如1046E6、1033E采用195斷面高的大直梁。3）截面喇叭口（A1、A2）由于工藝條件不同，截面可能出現(xiàn)正回彈或負回彈，在無裝配問題處，其偏差可不加限定；當有裝配

23、要求時，可定為A=1°，或限定其開口尺寸公差為2（可雙向分布）。4）壓彎半徑（R）壓彎半徑過小則易開裂，過大則回彈加大。隨著模具磨損，該尺寸將變大，從而使喇叭口和翼緣上的孔邊距增大，影響裝配，其公差常定為+1.5，或為+1/4板厚。5）腹板縱向直線度（）沖模調(diào)整不當，壓緊力不夠，腹板可能出現(xiàn)弧形，必須嚴格控制。在非壓彎區(qū)測量，橫向直線度公差可為0.3（從圓角切點開始，從腹板內(nèi)表面或外表面測量）。6）波紋度（B）一般應<2 mm，高應力區(qū)應<1 mm，拉應力區(qū)可不限定。7.2、縱梁存在的質(zhì)量問題對于縱梁成形的主要質(zhì)量問題就是開裂和回彈。壓彎時開裂可以通過提高材料質(zhì)量，合理的

24、選擇圓角半徑等措施是不難解決的。而回彈影響著裝配的難易程度和裝配質(zhì)量，所以必須加以控制。1）縱向回彈，一般表現(xiàn)為縱梁中部鼓起、縱梁前后端部發(fā)翹，目前規(guī)定（1.5-2）：1000，或則是規(guī)定為不大于10mm。這種縱向回彈一般在裝配時可以靠夾具來克服。2）橫向回彈：橫向回彈是指上下翼面相對腹面的垂直度，如果大于90°角，則為正回彈，小于90°角為負回彈。橫向正回彈使鉚接間隙大，負回彈使橫梁裝配困難。因此各廠家都對橫向回彈規(guī)定了檢查范圍，對列如下：表1 縱梁橫向回彈數(shù)值規(guī)定國別公司草圖數(shù)據(jù)范圍單位備注中國一汽1.5：100mm東風福田日本五十鈴±0.5mm裝配零件部位&

25、#177;1mm不裝零件部位3）縱梁扭曲質(zhì)量問題。扭曲問題也是影響裝配質(zhì)量問題之一，一般是由中間開始，到兩端扭曲角度逐漸增大。解放車縱梁扭曲值一般在3.8-6.7mm，如下圖。東風越野車縱梁前端扭曲3mm，后端扭曲5mm。對于扭曲的控制，只要也是靠裝配時來糾正。7.3、設(shè)計與控制產(chǎn)生回彈的原因很多，主要是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，壓床氣墊壓力，模具結(jié)構(gòu)及材料的機械性能等。解決回彈的措施是：如凸模做成預回彈角，改變凸模底部與退料板的形狀，改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，控制材料性能與厚度公差，適當?shù)卣{(diào)整壓床氣墊壓力等。同時在縱梁設(shè)計中，應從工藝角度進行以下考慮：1）在技術(shù)條件要求上應區(qū)別對待，該嚴的要嚴格要求，不該嚴的部位應一般

26、要求，這樣可降低制造成本。如縱梁的橫向回彈，在有裝配橫梁和支架之處，要求嚴些，在非裝配之處，應一般要求。2）縱梁上的孔徑盡量統(tǒng)一，縱梁設(shè)計時應盡量使各支架、橫梁等緊固面的厚度相同，鉚釘孔徑或螺釘孔徑應盡量統(tǒng)一，可減少鉚釘螺釘?shù)钠贩N，也便于模具備件的管理和維修。3）關(guān)于縱梁加強板的設(shè)計，為防止車架縱梁在使用中的斷裂問題，往往設(shè)計者在縱梁易斷的地方增加一個或幾個加強板。加強板與縱梁的連接有鉚接，也有點焊固定，有的二者兼有之。一般最好只加一層加強板，特殊如軍車和越野車可能會內(nèi)外加4層加強板，工藝性要求更高。7.4、車架總成根據(jù)裝配需要，可注出若干公差，必要時應對車架實施矯正，加以保證。1）車架寬度車

27、架寬度一般可保持±5 mm以內(nèi)，但在縱梁截面轉(zhuǎn)折處，相當長的范圍內(nèi)，寬度偏差可能很大，如存在裝配問題無法滿足，則應根據(jù)需要注明公差（如懸架系統(tǒng)及散熱器支架安裝處），以便工藝上考慮校正措施。2）懸置孔位公差發(fā)動機、駕駛室的懸置孔，最好采用長孔，否則應規(guī)定孔位位置度公差，可為1 mm。3）對角線公差應在左右縱梁上選用一組對稱孔，孔距以1.52 m為宜，以便檢查，該組孔的對角線孔距應 <5 mm。執(zhí)行標準表6 車架總成應滿足的形位公差和尺寸公差車架型式及產(chǎn)品未注形位公差未注尺寸公差焊接式車架皮卡、輕客、高檔載貨汽車GB/T 1184HQC/T 290871992中表1的A級

28、經(jīng)濟型汽車、農(nóng)用運輸車GB/T 1184LQC/T 290871992中表1的B級其它汽車GB/T 1184K鉚接或鉚焊結(jié)合式車架皮卡、輕客、高檔載貨汽車GB/T 1184HGB/T 1804f經(jīng)濟型汽車、農(nóng)用運輸車GB/T 1184LGB/T 1804c其它汽車GB/T 1184KGB/T 1804m附表（二）懷柔汽車廠1022EZC2A車架尺寸實際精度尺 寸設(shè)計要求實際能達到的精度尺 寸設(shè)計要求實際能達到的精度前簧前支架高度599±0.5±3車架上平面度±1.5±2前簧后支架高度238.5±0.5±2車身支架對角線（單排）23后簧

29、前支架高度200±0.5±1車身支架對角線（單排）23后簧后支架高度62±2車架前部寬度760±1.5±2前簧前后支架對角線24前簧后支架前輪中心572±2±3后簧前后支架對角線24駕駛室前支架-前輪中心799±0.8±38.4 車架計算 簡單強度計算車架是一種力情況非常復雜的部件。在汽車運行過程中，它既受彎又受扭，而且是動態(tài)的，所以很難用常規(guī)的方法來準確地對其受力情況進行分析計算。目前采用的計算方法主要有兩種，一是常規(guī)的靜彎曲強度計算，二是有限元法。有限元法可以對車架進行彎扭聯(lián)合作用及動靜態(tài)的強度計算，

30、是目前應用比較好的一種強度計算分析方法。但是兩種方法在計算過程中建立數(shù)學模型時都有不同程度假設(shè)，計算結(jié)果都不能完全反映車架的真實受力情況，因此往往還需要用試驗來驗證。目前，在設(shè)計時，首先是進行靜彎曲強度計算，來初步確定車架縱梁的端面尺寸，最后再進行有限元計算，來全面檢驗車架的整體結(jié)構(gòu)及局部是否合適。在車架設(shè)計中要貫徹可靠性設(shè)計與分析產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計出來的，生產(chǎn)出來的，管理出來的，產(chǎn)品的可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。則車架的可靠性是指據(jù)日本電子行業(yè)的統(tǒng)計，產(chǎn)品不可靠的原因中，設(shè)計占到了80%，可靠性必須先確定評價系數(shù)，建立標準，如車架的可靠（使用）壽命、零部件

31、的首次出現(xiàn)故障時間、單位時間（里程）的故障率等，車架的組件主要是串聯(lián)式的，因此一部件出現(xiàn)故障，車架的可靠性就嚴重下降，對部件進行重要度分析、強度和受力分析貫徹一點即是車架進行等強度設(shè)計，在規(guī)定的使用壽命范圍，不使局部強度儲備過大而使局部壽命延長造成浪費。在計算時，對于車架作如下簡化：1、對于常用的邊梁式梯形車架，其左右縱梁基本是對稱的，所承受的載荷差別不大，故可以認為車架縱梁是支承在懸架上的簡支梁。如左右縱梁所承受的載荷不相等，則計算時取載荷較大的一根縱梁進行。2、所有作用力都通過縱梁端面的彎曲中心。實際上，縱梁的某些部位會由于安裝外伸的部件（如油箱、蓄電池等）而產(chǎn)生局部扭轉(zhuǎn)，但在設(shè)計時往往在

32、該處布置有橫梁，使得對縱梁的扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)閷M梁的彎矩。因此，一般來說這種假定不會給計算帶來較大的誤差。由于上述兩個假設(shè)，使車架計算由一個靜不定問題簡化為一個靜定問題。車架上載荷分配按以下原則進行：1、具有幾個支點的零部件，其質(zhì)量按質(zhì)心的位置分配于各支點上，然后將力傳至車架。2、裝有載荷的車廂，其質(zhì)量通過車廂橫梁傳至車架，即將車廂按其橫梁的數(shù)量及分布情況分成相應的若干區(qū)段，每一區(qū)段的質(zhì)量就是每根橫梁上所受的載荷。3、車架自重及管線路的質(zhì)量可以認為是均布載荷。計算時將車架分成相應的若干區(qū)段，每一區(qū)段的質(zhì)量被認為是以集中力的形式作用于區(qū)段的中點。K：安全系數(shù)，是考慮影響車架強度和各種因素（如應力集中、

33、車架制造質(zhì)量、材料的金相和表面質(zhì)量等等）的一個系數(shù)，根據(jù)試驗和統(tǒng)計結(jié)果，一般K值在1.3-1.8，同時由于考慮汽車在道路上行駛，由于道路不平使汽車產(chǎn)生振動，即受到動載荷的作用，因此可選擇2-4范圍，同時隨著道路條件的改善，這一數(shù)值可以相應地減少，目前可選取2.5。 8.4.2 簡單的剛度計算分析 以上兩種計算可參照汽車設(shè)計上推薦的方法計算強度與驗算抗彎剛度。 車架設(shè)計的剛度比強度重要，JX/L3（1000N的垂直作用力作用于簡支梁的中點時，縱梁的變形倒數(shù)）推薦值為大于12，實際上考慮超載，中卡該值為推薦值的1.5到2.5倍。 車架CAE綜合分析有限元法可以對車架進行彎扭聯(lián)合作用及動靜態(tài)的強度計

34、算，是目前應用比較好的一種強度計算分析方法。8.5 車架設(shè)計注意事項 概述車架總成是汽車中最重要的總成之一，汽車中幾乎所有的總成部件都裝置其上。它承受著所裝載的全部重量，傳遞著全部的驅(qū)動力和制動力，其工作可靠性將直接影響到整車的使用壽命。為了使車架具有上述功能，在車架設(shè)計時應主要考慮以下幾個方面：1、車架要有足夠的強度 必須保證車架在各種道路條件下，不致過早受到嚴重損壞，即要有足夠的使用壽命。目前，用戶一般都超載使用，為了爭取更多的市場份額，對車架的強度要求尤為重要。2、車架要有合適的剛度 必須保證汽車在各種道路條件下，固定在車架上的各總成不致因為車架的變形而早期損壞或失去正常的工作能力，故車

35、架應有足夠的剛度。但剛度并不是越大越好，當汽車行駛于不平路面時，為了保證汽車對路面不平度的適應性，以提高汽車的平順性和通過能力，要求車架具有一定的撓度，即扭轉(zhuǎn)剛度不宜過大，與裝備其上的其他各總成部件的剛度不匹配，也會造成車架的早期損壞。3、在保證強度的前提下，應盡量減輕車架的質(zhì)量 車架的質(zhì)量約占汽車自身重量的10%（標準軸距時），因此，車架縱梁應按照等強度的原則進行設(shè)計，以減輕汽車的自身質(zhì)量和降低材料消耗量。但是，有時為了改裝和變型的方便，車架縱梁后部一般采用等端面而非等強度梁。汽車的輕量化設(shè)計：焊接車架注意事項從車架斷裂看車架的設(shè)計和預防措施從車架斷裂看車架的可靠性設(shè)計1 車架上增加孔位的注

36、意事項在車架上鉆孔，應當使用普通鉆頭，嚴禁使用氣焊吹孔。同時為了防止應力集中，鉆完孔后應予精修。對于安裝螺栓的孔，在螺栓頭和螺母面應倒角。1、角板、縱梁和橫梁的上下翼緣面不應該有切口。2、橫梁不應鉆孔3、縱梁的上下翼緣面不應鉆孔，但有下述情況除外a)安裝后橫梁的孔b)靠近縱梁端面用以阻止付車架前后竄動的螺栓孔4、縱梁腹板的上下邊各占縱梁高度的18%以內(nèi)不應該有任何孔（對于55kg/mm2抗拉鋼板應占20%）5、縱梁垂直壓彎線的兩側(cè)80mm范圍內(nèi)不應該鉆孔6、孔的邊緣到焊縫件的距離應大于30mm。7、在一條垂直線上不能連鉆三個孔，如果需要鉆三個孔，則系列孔徑應小于11mm，端面較高的可小于13m

37、m，對于其他重型車應小于15mm。同時盡可能避免在水平方向鉆一連串孔。8、所有孔應該垂直于該鉆孔面。鉚接車架注意事項車架的鉚接1、鉚接鉚接有熱鉚和冷鉚兩種形式，為了質(zhì)量的穩(wěn)定，我們堅決推薦使用液壓鉚鉗冷鉚。對于熱鉚，由于鉚釘?shù)氖湛s產(chǎn)生有巨大的緊固力，但在加熱時產(chǎn)生有氧化鐵皮，鉚釘和鉚孔間即有間隙，可能引起鉚釘松動。采用熱鉚或手工鉚接時，鉚緊后應仔細檢查。鉚接時，應不用氣焊等方式加熱。具體鉚接缺陷見右圖1。此外，以剪切力為主的部位一定要采用鉚接，重要的是要使鉚釘直接受拉。當與車架上廣泛使用鉚接時應將車架和裝置鉗起鉆孔，鉚釘應該是錯開的，而不要上下排在一條線上。車架的通用化設(shè)計 通用化設(shè)計原則與方

38、法2.1 設(shè)計原則a) 有利于生產(chǎn)準備b) 有利于維修及配件供應c) 車輛品種的增多有利于用戶的選擇。d) 減小配件資源達到標準化與批量，才能減少成本除非絕對需要，不要輕易改動車架2.2 方法：a) 車架設(shè)計適應良好資源b) 調(diào)整小量資源與整車相配，大批量及系列品種件互換c) 易損件利用社會資源，不同車型間互換。d) 社會資源適應我公司產(chǎn)品，變其而不變我。3 部件的設(shè)計3.1 縱梁 長度系列化縱梁，不論其品種多少、長度如何變化，一般用一套組合沖模（指生產(chǎn)一種車架縱梁所需的沖模數(shù)）即可滿足需要。如縱梁前后部都存在變截面部分，則在改變長度時，只要保持各變截面部分形狀不變（見圖1中C、F段），只變化

39、等截面部分的長度（圖1中AB、DE、FG段），通過增減或更換各種沖壓鑲塊，即可采用一套組合式?jīng)_模將所有不同長度縱梁壓制出來。如為等截面縱梁，或僅在前部存在變截面部分的縱梁，由于各種縱梁的差別多發(fā)生在其后部等截面部分，則組合式?jīng)_模比較簡單。 孔 a）采用大沖孔模生產(chǎn)縱梁時，應注意使所有縱梁的絕大多數(shù)孔保持通用，并注意使某些縱梁的專用孔與這些通用孔保持適當?shù)木嚯x，以便使這些孔的沖頭和凹模鑲塊可裝在一套通用模上，這樣當不生產(chǎn)該縱梁時，只需拔去該塊換沖頭即可。對于那些于強度無影響的孔，也可任其沖出。如某縱梁的專用孔和通用孔過近或孔徑不同時，通過更換鑲塊雖可沖出，但較麻煩，最好少用，也可采用補鉆、補沖的

40、方法加工出某些專用孔。 b）減少縱梁孔的數(shù)量，非常有利于縱梁的生產(chǎn)，最好每一個縱梁的孔數(shù)不多于100個。為此，應多方設(shè)法減少縱梁上的裝置件數(shù)，如將多個儲氣筒固定在一套支架上，該系統(tǒng)的其他小附件，有的也可以緊固在該支架上，又如將駕駛室踏板直接固定在駕駛室上等。 c）縱梁的緊固孔徑應予以標準化，一般以3種為宜，最好不多于5種。 強度通常采用以下設(shè)計措施，以滿足系列化縱梁不同強度的要求。a）采用不同強度的材料，模具可完全通用。b）采用不同厚度的材料，改變料厚時縱梁截面內(nèi)高應保持不變，這樣僅須改動部分鑲塊即可通用原模具生產(chǎn)。同時翼緣聯(lián)接的橫梁也可以通用。c）采用不同的翼緣寬度，應結(jié)合板厚大小合理確定，

41、模具可大部通用。d）采用加強板局部加強，加強板的長度及板厚也可按需要進行多種變化。e）當縱梁系列較寬時，可再增加一種截面高度3.2 橫梁a) 采用腹板連接結(jié)構(gòu)，可使橫梁在同一車架上或不同車架上實現(xiàn)比較廣泛的通用，采用腹板及翼緣綜合連接的橫梁，通用性一般要差些。b) 同一橫梁通過兩端連接件的改變，亦可實現(xiàn)較大的通用。c) 采用翼緣連接結(jié)構(gòu)的橫梁，只要縱梁截面內(nèi)高保持不變，即可使之通用。d) 盡量保持車架寬度不變，車型系列較寬時，可增加一種寬度尺寸，并注意二者橫梁設(shè)計，盡可能使其模具通用。3.3 支架 a) 各支架緊固處的壁厚應標準化，以減少緊固件的品種。b) 支架按對稱原則設(shè)計，以使左右件通用或

42、左右件的工模具通用。c) 左右支架由通用的胚件組焊而成。d) 將某些零件共用一套支架與車架固定，以減少支架數(shù)量。e) 注意支架在車型間的通用。在支架改變時，應注意保持緊固孔位通用。3.4 附件車架的輕量化設(shè)計汽車的輕量化設(shè)計：低成本設(shè)計是每位設(shè)計人員追求的一個目標，而通用化與輕量化設(shè)計則是車架低成本設(shè)計中的兩個重要措施。現(xiàn)代輕型載貨汽車都具有作為整個骨架的車架，其功用是支承連接汽車的各零部件，并承受來自車內(nèi)的各種載荷。車架是整個汽車的基體，汽車的絕大多數(shù)部件和總成都是通過車架來固定其位置的。車架的的結(jié)構(gòu)型式首先應滿足汽車總布置的需要，即各部件和總成不發(fā)生靜態(tài)和動態(tài)干涉，同時還應在車輛受到外來和

43、內(nèi)在的力時，能保證整車性能的可靠性。在車架零件的制造中，一般都需采用大型壓力機和大型模具，不僅其價格昂貴，且制造周期較長，因此在設(shè)計中必須十分重視車架的系列化，使其能以少數(shù)零部件組成多種總成，并可用少數(shù)模具制造出來，以滿足汽車多品種系列化的需要。發(fā)展系列車型時，車架的長度、軸距和部分孔位一般都要發(fā)生變化，有時還要改變車架的寬度和承載能力。因此各種縱梁的長度、孔位和截面尺寸常常不能保持一致，橫梁的結(jié)構(gòu)、數(shù)量和長度也會發(fā)生變化。在系列化設(shè)計中，如將其處理得好，即可使生產(chǎn)大大簡化。在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展中，能源和環(huán)境問題已成為不可回避的重大社會課題，因此在現(xiàn)代汽車的結(jié)構(gòu)性能中，減輕車重，降低油耗，減少環(huán)

44、境污染和提高安全性一直是重要的課題。汽車的減重（輕型化）是降低油耗的主要途徑（約占50%以上）之一，因而也是減少二氧化碳廢氣排放量的最有效對策。據(jù)統(tǒng)計，汽車車重每減輕1%，燃油可降低0.6%-1.0%為了減輕車重和提高安全性，近年來，汽車用鋼板向高強度化方向發(fā)展。當鋼板厚度分別減少0.5mm、1mm，車身向鋼添加Ti的析出強化可以固定碳和氧，很好地提高鋼材的性能，1、采用具有高強度和優(yōu)良的彎曲成形及翻邊成形性能的貝氏體熱扎鋼板，或者加入10Ti和Cr、Cu等元素進行合金化的鋼板。附： BJ1046E6西南車型設(shè)計方案計算書BJ1046E6系列車型按原設(shè)計任務書設(shè)計的運輸輕拋貨物的經(jīng)濟型車輛，它

45、不能滿足西南地區(qū)道路狀況差、用戶超載嚴重的客觀情況，西南車型除了對底盤配置加強外，對后懸右1720減少至1470，貨廂容積減小，以下計算按嚴重超載6T計算，一、車架縱梁強度校核1 主要相關(guān)參數(shù)11 尺寸參數(shù)(mm) 縱梁總長L 5510 縱梁前端到前軸之間的距離a 840 縱梁后端到后軸之間的距離b 1310 汽車軸距l(xiāng) 3200 車廂長C 4000 車廂前端到后軸之間的距離C1 2530 車廂后端到后軸之間的距離C2 1470 縱梁截面尺寸 195×65×6 車廂容積 4×1.78×0.36=2.56m312 質(zhì)量參數(shù)(kg) 空車時簧載質(zhì)量Gs 15

46、33 裝載質(zhì)量Ge (按裝載濕沙比重2000kg/ m3 計算) 60002 校核計算2.1 確定計算彎矩 滿載條件下，前輪中心支座對任一縱梁的支反力(N) F1=Gs(L-2b)+Ge(C-2C2) =1533×(55102×1310)+6000×(40002×1470) =8269.8 在駕駛室長度內(nèi)這一段縱梁的彎矩(N·mm)為 Mx=F1x(x+a)2 在駕駛室后端至后軸這一段縱梁的彎矩(N·mm)為 Mx= F1x(x+a)2C1(lx)2 縱梁某一斷面的剪力(N)為 Qx=F1(x+a)C1(lx) 由上可知，縱梁的最大彎

47、矩發(fā)生在駕駛室后端至后軸這一段縱梁內(nèi)。其位置可求得 令 = F1(x+a)C1(lx)=0 x=2 F1+/（+） =2×8269.8+/（ +）=1381.826 代入彎矩計算公式，可得縱梁受到的最大彎矩(N·mm) Mmax=8269.8×1381.8×(1381.8+840)22530（32001381.8)2=6195046.8 縱梁所受到的最大剪力發(fā)生在后軸附近，當x=l時最大剪力(N)為 Qmax=F1(l+a)C1 =8269.8(3200+840)×2530=-15858 以上僅考濾靜載工況下，縱梁斷面彎矩和剪力的計算。若考濾動

48、載荷作用，縱梁受到的最大彎矩和剪力大約為靜載工況下的34.7倍,可用動載系數(shù)表示，再考濾縱梁在動載荷作用下將產(chǎn)生疲勞，對疲勞的影響可用疲勞系數(shù)表示，此值取1.4,故汽車行駛時受到的最大彎矩和剪力為Mdmax=6.58Mmax=6.58×6195046.8=40763408(N·mm)Qdmax=6.58Qmax=6.58×15858=104345.64(N)22 縱梁斷面特性計算(計加強板) W= =123846.23 (mm2)2.3 彎曲應力校核 縱梁斷面的最大彎曲應力(N/mm2)為 max=329.145而 =350 max所以縱梁的強度是足夠的2.4 抗

49、彎剛度校核 根據(jù)使用要求，車架縱梁中點受1000N集中載荷作用時，允許變形量y0.085cm,即jx/l312，可以認為車架縱梁的剛度是足夠的，若取動載系數(shù)為2，則須jx/l324，而 jx/l3=1003.22/3.23=30.6224 所以車架縱梁的剛度是足夠的另 最大撓度發(fā)生在最大彎矩處，而最大彎矩處的剪力(N)約為 F=4.7×(x+a)-F1=4.7××(1381.8+840)-8269.8=31157.8 縱梁的抗彎剛度系數(shù)(cm4)為 Jx=1207.5 則有縱梁的最大撓度(cm)為 Ymax=0.84而許用撓度(cm)為y=×0.085=

50、0.563 Ymaxy所以縱梁的抗彎剛度是不夠的低成本設(shè)計實例一：時代輕卡加孔減輕重量5×60 2R30圖 4 后簧后支架處橫梁改進前模型及整體應力云圖原設(shè)計質(zhì)量7.0kg，改進后重量為5.8kg，降低1.2kg。4×1202R60圖 5 后簧后支架處橫梁改進前后模型及整體應力云圖對比低成本設(shè)計實例二：鉚接車架五、六橫梁的連接板設(shè)計L=80=5原設(shè)計料厚5mm，重量為2kg/件，時代輕卡全車共需八件，凈重16kg；改進后料厚4mm，同時翻邊由80mm減為50mm，重量為1.5kg/件，全車凈重12kg,減少4kg。 =4L=50圖 18 后簧后支架處橫梁連接板改進前后應力云

51、圖低成本設(shè)計實例三：鉚接車架的上下加強板考慮模具時的成本低成本設(shè)計實例四：附件表1 常用黑色金屬材料牌號的選用、標注序 號材質(zhì)標準常用材料牌號標注方法示例1GB/T 6991988優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件08F、10F、08、10、20、35、45、65Mn45-GB/T 6992GB/T 7001988碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195、Q215A、Q215B、Q235A、Q235BQ235A-GB/T 7003GB/T 12221984彈簧鋼65Mn、60Si2Mn65Mn-GB/T 12224GB/T 12981986碳素工具鋼技術(shù)條件T7、T8、T8A、T10、T10AT10A-GB/T 12985GB

52、/T 15911994低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q295A、Q295B、Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345EQ345A-GB/T 15916GB/T 30771988合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件20Mn2、30Mn2、45Mn2、15Cr、20Cr、40Cr、40CrMn、20CrMnTi40Cr-GB/T 30777GB/T 30781994優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼冷拉鋼材技術(shù)條件20、35、20Cr、40Cr45-GB/T 30788GB/T 52161985保淬透性結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件40CrH、20CrMnTiH、20CrNi3H45H-GB/T 52169GB/T 87311988易切削結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件Y12、Y15、Y40MnY12-GB/T 871310GB/T 13481988球墨鑄鐵件QT400-18、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT900-2QT400-18-GB/T 134811GB/T 76591987焊接結(jié)構(gòu)用碳素鋼鑄件ZG20