车架毕业设计

DA180低速汽车车架设计

摘要

汽车车架特别是重型汽车的车架，在使用中承受着沉重而又复杂的外力，容易引起各种形式的变形。例如：汽车的静负荷和动负荷能引起车架的垂直弯曲变形；汽车转弯时，会引起车架侧向弯曲变形；汽车在坑洼的路面上行驶，尤其是斜向过沟时，会引起车架的扭曲变形；拖带挂车猛起步时，会引起车架纵向拉伸变形；还有因局部受力而产生的局部变形等：由于各种变形均会使车架出现一种内应力，当该内应力超过车架金属材料的应力极限时，车架就会损坏。本文对车架的结构进行选择，基于DA180低速汽车车架所测得和收集到的相关数据，在忠实于结构主要力学特性的前提下，对车架结构进行了必要的简化。运用所学材料力学等知识，然后对DA180的纵梁进行受力分析，校核其各个强度。通过对计算数据与材料的强度数据进行对比，分析车架材料、形状、大小的可行性，找出了车架结构中需要改进的部位，对车架结构参数或材料进行优化设计，使车架不但符合强度要求，而且能减小其质量，从而减小汽车的簧上质量，进而达到节约燃料，提高燃油经济性。并对车架进行了性能评价，探索汽车车架的结构优化方案。

关键词：

低速汽车车架强度计算

目录

1.1引言 (1)

1.2车架的组成与功用 (2)

1.3国内外研究动态及重要意义 (3)

1.4课题研究的内容 (5)

第二章汽车车架的介绍 (6)

2.1汽车车架的几种结构形式与特点 (6)

2.2汽车车架的制造工艺与材料 (7)

第三章汽车车架的受载分析 (8)

第四章DA180低速汽车主要尺寸确定和计算 (10)

(一)汽车轴距 (10)

(二)车厢的布置 (10)

(三)汽车的前悬后悬 (10)

(四)汽车的前后轮距 (11)

(五)汽车外廓尺寸 (12)

(六)货车车头长度 (12)

(七)车架材料选择 (12)

第五章车架强度计算 (12)

第五章车架强度计算 (12)

(一)弯曲强度计算时的基本假设 (12)

(二)纵梁弯矩计算 (13)

(三)纵梁截面特性计算 (16)

(四)纵梁弯曲应力计算 (17)

(五)车架刚度校核 (18)

第六章结论与展望 (31)

6.1 总结 (31)

6.2 工作展望 (32)

参考文献 (33)

致谢 (35)

第一章绪论

1.1引言

车架系统是汽车设计的重要部分，因为它们的好坏直接关系到汽车各个方面（操控、性能、安全、舒适）性能。

现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架。汽车绝大多数部件和总成都是通过车架来固定其位置的，如发动机、传动系统、悬架、转向系统、驾驶室、货箱和有关操纵机构。车架是支撑连接汽车的各零部件，并承受来自车内、外的各种载荷，所以在车辆总体设计中车架要有足够的强度和刚度，以使装在其上面的有关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小，车架的刚度不足会引起振动和噪声，也使汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性及某些机件的可靠性下降。过去对车辆车架的设计与计算主要考虑静强度。当今，对车辆轻量化和降低成本的要求越来越高，于是对车架的结构形式设计有高的要求。首先要满足汽车总布置的要求。汽车在复杂多变的行驶过程中，固定在车架上的各总成和部件之间不应发生干涉。汽车在崎岖不平的道路上行驶时，车架在载荷作用下可能产生扭转变形以及在纵向平面内的弯曲变形；车架布置的离地面近一些，以使汽车重心位置降低，有利于提高汽车的行驶稳定性[1]。

1.2车架的组成与功用

车架是一般由左右纵梁和4-6根横梁组成，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或零部件，将它组成一个

完整的汽车。同时，车架还承受来自车内外的各种载荷。车架主要为货车、中型及以下的客车、中和高级轿车所采用。

为了车架完成上述功能，通常对车架有如下要求：

（1）要求有足够的强度，保证在各个复杂受力的情况下车架不受破坏。要求有足够的疲劳强度以保证其有足够的可靠性与寿命，纵梁等主要零件在使用期内不应有严重变形和开裂。

（2）要求有足够的弯曲刚度。保证汽车在各个复杂受力的使用条件下，安装在车架上的各总成不致因为车架的变形而早期损坏或失去正常的工作能力。载货汽车车架的最大弯曲扰度通常应小于10mm。（3）要求有适当的扭转刚度。当汽车行驶于不平路面时，为了保证汽车对路面不平度的适应性，提高汽车的平顺性和通过能力，要求车架具有合适的扭转刚度。但车架扭转刚度不宜过大，否则将使车架和悬架系统的载荷增大并使汽车轮胎的接地性变差，使通过性变坏。通常在使用中其轴间扭角约为10°/m。

（4）要求尽量减轻质量。在保证强度、刚度的前提下，车架的自身质量应尽可能小，以减小整车质量，因此，车架应按等强度的原则进行设计。通常，要求车架的质量应小于整车装备质量的10%。从被动安全性考虑，乘用车车架应具有易于吸收撞击能量的特点。此外，车架设计还应考虑车型系列化及改装车等方面的要求[2][3]。

1.3国内外研究动态及重要意义

1.3.1国内外对汽车车架的研究[4][5][6][7][8]

据美国统计，因交变载荷引起机械结构疲劳断裂的事故占其失效破坏总数的95%，疲劳破坏的危险性表现在达到疲劳寿命时无明显先兆（显著变形）结构就会突然断裂解体。为了保证安全，精确合理地确定使用寿命至关重要。作为轻型载货汽车的重要组成部分，车架除了承受结构及载荷施加的静载荷外，还承受在不平路面行驶时由于振动和冲击产生的动载荷。为了在预定寿命下对承受交变载荷的车架进行结构可靠性设计，必须对车架进行疲劳强度计算和寿命预测。近年来，国内外学者对此进行了大量研究[9][10][11][12]，如：（1）储佳章，王建一.学科交叉融合寿命定量设计——我国机械设计的当务之急[J]，中国机械工程.1998.11（9）：1—2 （2）Sridhar Snkantan,Shekar Yerrapalli,Hamid Keshtkar.Durability design process for truck body structures[J].International Journal Of Vehicle Design.2000,23(1/2):95—108.

他将有限元分析与多体动力学相结合。先建立车体结构的多体动力学模型，并根据中国路况得出的仿真路面谱作为输入，计算车体11个关键部位的载荷历程。然后在车体有限元模型中计算了相应的应力影响因子。同时根据车架材料的S—N曲线和车架本身的特点拟合了车架结构的S—N曲线。最好，利用MSC—FATIGUE软件基于准静态应力法的疲劳分析技术，预测了车架结构的疲劳寿命。另外，国内外对货车车架还进行了大量其他方面的研究[12][13][14][15][16]，