汽车的设计 第七章 车架的设计
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《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。
《汽车设计》电子教案
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《汽车设计》电子教案
《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。
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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。
• 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
F 14 g l m sL2 bm eC 2 C 2
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。
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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
W th h6b
6
工字梁截面系数为
W6ht1h6bt
管状梁截面系数为
W
πD3 32
1
d 4
D
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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
ຫໍສະໝຸດ Baidu10
《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
MxF1xm 4algax2
(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
M x F 1 x m 4 s L g a x 2 m 4 e c g C 1 1 x 2
x2C L F 1aC m sgL m eg(lC 1)
纵梁受到的最大剪C 力m sg则L 发m eg 生在汽车的后轴附近。当 xl时，剪应力最大
Q m axF 1m 2sL glam 2e C gC 1
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。
Mdmax kdMmax Qdmax kdQmax
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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。
纵梁某一断面上的剪力为该断面之前所有力的和
Q x F 1 m 2 s L g x a m 2 e c g C 1 1 x
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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 M x 对x 的导数并令其为0,可得
(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。
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.3 车架的设计和计算
纵梁断面的最大弯曲应力为 Mdmax
W
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
s
n
(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
ymax
Fl3 48EJx
14
瑞典语:Tack
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• 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。
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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。
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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。
• 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
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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。
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• 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
W th h6b
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工字梁截面系数为
W6ht1h6bt
管状梁截面系数为
W
πD3 32
1
d 4
D
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• 7.2.3 车架的设计和计算
• 4. 弯曲应力计算
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• 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
MxF1xm 4algax2
(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
M x F 1 x m 4 s L g a x 2 m 4 e c g C 1 1 x 2
x2C L F 1aC m sgL m eg(lC 1)
纵梁受到的最大剪C 力m sg则L 发m eg 生在汽车的后轴附近。当 xl时，剪应力最大
Q m axF 1m 2sL glam 2e C gC 1
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。
Mdmax kdMmax Qdmax kdQmax
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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。
纵梁某一断面上的剪力为该断面之前所有力的和
Q x F 1 m 2 s L g x a m 2 e c g C 1 1 x
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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 M x 对x 的导数并令其为0,可得
(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。
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.3 车架的设计和计算
纵梁断面的最大弯曲应力为 Mdmax
W
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
s
n
(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
ymax
Fl3 48EJx
14
瑞典语:Tack