轻型载货汽车车架设计说明书

轻型载货汽车车架设计说明书

第1章绪论

1.1 课题背景

汽车的使用条件复杂，其受力情况也十分复杂，随着汽车行驶条件（车速和路况）的变化，车架上的载荷变化也很大，而车架，作为汽车的主要承载工件，它的好坏直接关系着汽车的各方面性能，如操作稳定性、安全性、舒适性、燃油经济性等。有过汽车在使用过程中，车架断裂的情况发生。因此对车架的主要受力件车架纵梁的强度进行校核，有着至关重要的意义。确保车架在各个工况下，车架纵梁的弯曲强度都符合材料的弯曲强度极限要求，如果不符合要求的，找出解决的方案，保证人与财产的安全。

另外，随着油价的上涨和国家对汽车尾气排放标准的不断提高，对载货汽车车架进行设计，不论是对其结构参数的优化设计，对其进行轻量化的优化设计，还是对汽车车架进行疲劳寿命预测分析等，都是出于对汽车动力性、安全性、燃油经济性的考虑。是非常有必要的。研究新的车架材料，减轻其质量，能够有效减少其整备质量。

1.2车架的发展历程

车架”这个名称原本是从法文的“Chassis”衍生而来的，早期汽车所使用的车架，大多都是由笼状的钢骨梁柱所构成的，也就是在两支平行的主梁上，以类似阶梯的方式加上许多左右相连的副梁制造而成。车体建构在车架之上，至于车门、沙板、引擎盖、行厢盖等钣件，则是另外再包覆于车体之外，因此车体与车架其实是属于两个独立的构造。

第2章方案论证

参考车型及其参数

公告型号CA1092PK26L5E4 公告批次228

品牌解放类型载货汽车

额定质量4990 总质量8785

整备质量3600 燃料种类

排放依据标准轴数 2

轴距4560 轴荷3585/5200

轮胎规格接近离去角28/12

前悬后悬1080/2355 前轮距

后轮距识别代号

整车长7995 整车宽2260,2445

整车高2430 货厢长6180

货厢宽2115,2300 货厢高560

最高车速95 载质量利用系数1.44

备注该车带OBD,防护材料材质:Q235-A,连接方式:螺

栓连接,后部防护装置的断面尺寸(mm):145×50,

离地高度:545mm。

2.1 汽车车架受力情况

2.1.1车架水平菱形扭动力

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，这能够使车架在水平方向上产生推拉以至变形，这种情况就仿佛将一个长方形拉扯成一个菱形一样。

2.1.2车架非水平扭动力

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，情况就仿佛要你将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。

2.1.3车架横向弯曲力

所谓横向弯曲，就是汽车在入弯时重量的惯性（即离心力）会使车身产生向弯外甩的倾向，而轮胎的抓着力会和路面形成反作用力，两股相正确压力将车架横向扭曲。

2.1.4车架负载弯曲力

从字面上就能够十分容易的理解这个压力，部分汽车的非悬挂重量，是由车架承受的，经过轮轴传到地面。而这个压力，主要会集中在轴距的中心点。因此车架底部的纵梁和横梁(member），一般都要求较强的刚度。

2.2车架设计要求

2.2.1车架必须要有一定的强度

保证在各种复杂受力的使用情况下车架不受破坏。要求有足够的疲劳强度，保证在汽车大修里程，车架不致有严重的疲劳损伤。纵梁受力极为复杂，设计时不但应注意各种应力，改进其分布情况，还应该注意使各种应力峰值不出现在同一部位上。例如，纵梁中部弯曲应力较大，则应注意降低其扭转应力，减少应力集中并避免失稳。而在前、后端，则应着重控制悬架系统引起的局部扭转。提高纵梁强度常见的措施如下：

(1)提高弯曲强度

选定较大的断面尺寸和合理的断面形状（槽形梁断面高宽比一般为3：1左右）；

(2)提高局部扭转刚度

注意偏心载荷的布置，使相近的几个偏心载荷尽量接近纵梁断面的弯曲中心，并使合成量较小；在偏心载荷较大处设置横梁，并根据载荷大小及分散情况确定连接强度和宽度；将悬置点分布在横梁的弯曲中心上；当偏心载荷较大并偏离横梁较远处时候，能够采用K形梁，或者将该段纵梁形成封闭断面；偏心载荷较大且比较分散时候，应该采用封闭断面梁，横梁间距也应缩小；选用较大的断面；限制制造扭曲度，减少装配预应力。

(3)提高整体扭转强度

不使纵梁断面过大；翼缘连接的横梁不宜相距太近。

(4)减少应力集中及疲劳敏感

尽可能减少翼缘上的孔（特别是高应力区），严禁在翼缘上布置大孔；注意外形的变化，避免出现波纹区或者受严重变薄；注意加强端部的形状和连接，避免刚度突变；避免在槽形梁的翼缘边缘处施焊，特别畏忌短焊缝和“点”焊。

(5)减少失稳

受压翼缘宽度和厚度的比值不宜过大（常在12左右）；在容易出现波纹处限制其平整度。

(6)局部强度加强采用较大的板厚；

加大支架紧固面尺寸，增多紧固数量，并尽量使力作用点接近腹板的上、下侧面。

2.2.2车架的轻量化

由于车架较重，对于钢板的消耗量相当大。因此，车架应按等强度的原则进行设计，以减轻汽车的自重和降低材料的消耗量。在保证强度的条件下，尽量减轻车架的质量。一般要求车架的质量应小于整车整备质量的10％。

本设计主要对车架纵梁进行简化的弯曲强度计算，使车架纵梁具有足够的强度，以此来确定车架的断面尺寸。（参照《材料力学》）另外，当前钢材价格暴涨，汽油价格上涨，从生产汽车的经济性考虑的话，也应尽量减轻整车的质量。从生产工艺性考虑，横纵梁采用简便可靠的连接方式，不但能降低工人的工作强度，还能增强车架的强度。

2.3车架形式的确定

2.3.1边梁式车架

这种车架由两根纵梁及连接两根纵梁的若干根横梁组成，用铆接和焊接的方法将纵横梁连接成坚固的刚性构架。纵梁一般见低合金钢板冲压而成，断面一般为槽型，z星或箱型断面。横梁用来连接纵梁，保证车架的抗扭刚度和承载能力，而且还用来支撑汽车上的主要部件。边梁式车架能给改装变型车提供一个方便的安装骨架，因而在载重汽车和特种车上得到广泛用。其弯曲刚度较大，而当承受扭矩时，各部分同时产生弯曲和扭转。其优点是便于安装车身、车箱和布置其它总成，易于汽车的改装和变形，因此被广泛地用在载货汽车、越野汽车、特种汽车和用货车底盘改装而成的大客车上。在中、轻型客车上也有所采用，轿车则较少采用。用于载货汽车的边梁式车架由两根相互平行但开口朝、冲压制成的槽型纵梁及一些冲压制成的开口槽型横梁组合而成。一般，纵梁的上表面沿全长不变或局部降低，而两端的下表面则能够根据应力情况相应地缩小。车架宽度多为全长等宽。

2.3.2中梁式车架（脊骨式车架）

其结构只有一根位于中央而贯穿汽车全长的纵梁，亦称为脊骨式车架。中梁的断面可做成管形、槽形或箱形。中梁的前端做成伸出支架，用以固定发动机，而主减速器壳一般固定在中梁的尾端，形成断开式后驱动桥。中梁上的悬伸托架用以支承汽车车身和安装其它机件。若中梁是管形的，传动轴可在管穿过。优点