车架结构设计知识
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了解有限元分析原理，会做一些小结构的有限元分析。 ➢ 了解钢板材料发展趋势及钢板的力学性能，有利于进行轻量化设计。 ➢ 了解结构件生产过程及重要的生产设备参数，例如铆钳、焊枪、折弯刀
具大小等，避免工艺结构干涉。 ➢ 清楚与结构件直接装配或焊接的周边零件作用，以确定定位尺寸公差及
形位公差。
二、商用车车架设计步骤
5. 尽可能减少翼缘上的孔（特别是高应力区）， 严禁在翼面上布置大孔。 禁止在槽型纵梁的翼缘边沿处施焊。
6、注意避免铆钳结构干涉 ➢ QD07E车架车架
现场粗测铆钳静铆模
6、注意避免铆钳结构干涉 ➢ QD07E车架车架
五、模型设计
目前汽车行业主要使用CATIA软件，工程机械行业主要使用 CREO/NX/SolidWorks，工程机械多用CREO，NX。不管哪种软件都可以实 现常用的建模思路，只是实现方法不同。
4.2 大梁钢选型 大梁是商用车主要的承载部件，其对钢板的强韧性以及疲劳性能要求高。
从成形方式来区分，商用车大梁主要有：冲压大梁、辊压大梁、以及焊接大梁。 冲压及辊压大梁以冷变形为主，对大梁钢板的成形性要求较高；焊接大梁以焊 接加工为主，对大梁钢板的焊接性要求较高。
宝钢大梁钢系列
4.3 车架设计注意事项 1.车架内梁、加强板等零件的端部形状和连接方式应注意，避免刚度突变。 倒角，避免应力集中 U型口
2.布置偏心载荷时，应使载荷尽量接近纵梁端面的弯曲中心，提高局部扭转刚度。
4.3 车架设计注意事项 3. 纵梁一般不允许加接，如必须加接，对焊位置应远离高负荷区，一般采用 45°斜焊缝，要打坡口且有材质相同、厚度不大于纵梁的加强板。 QH16G内、外纵梁加接
4. 车架纵梁的钻孔要远离焊缝（大于20mm），不允许在高应力区域钻孔， 禁止在纵梁弯曲区域（压型或折弯处）内钻孔。
1. 整车参数输入：车架宽度、前/后悬、轴距以及车架重量。通过这些参 数可以确定车架外形，车架重量应始终贯穿在设计中，根据以往经验尽 量轻量化。
2. 车架总成模型设计：三维软件在现代产品设计中发挥了很大的作用，我 们也要充分利用好。车架设计随着整车设计的进行不断细化深入，相关 参数也会发生变化。因此应引入TOP-DOWN设计，提高车架设计效率。
3. 车架纵梁、横梁布置好后，过管（线）孔打好，提交有限元分析，验证 强度及刚度是否满足要求。
4. 整车模型评审后，进行二维图设计，尺寸链核对，公差标注。 5. 模型和图纸两个阶段均需召集设计、工艺、整车相关专家进行评审，再
下发生产图纸。
三、 车架设计主要参数：
车型
车架宽度 车架长度 纵梁截面 纵梁板厚 纵梁材料
➢ 纵梁截面
➢ 车架骨架模板
5.2 车架零件建模 1. 车架总成下插入骨架模型，再继续零件创建。 2. 纵梁建模 左外梁：外部参考选车架骨架左纵梁曲面（通过选择性粘贴），绘制腹 面、翼面上的孔草图，分割曲面，加厚实体。 左内梁：外部参考选择左外纵梁实体加厚前的最后一步曲面（通过选择 性粘贴），这样外纵梁上的孔可以直接体现出来，再将参考面偏移到内纵梁 面上，或者直接加厚曲面生成实体。
车架结构设计知识
1 2
目3
4
录 5 6 7
结构设计总述 商用车车架设计步骤
车架设计主要参数 车架细节设计 模型设计 有限元分析 工程图设计
一、结构设计总述
作为一名结构设计工程师，需要具备以下背景知识： ➢ 材料力学基础，例如强度、刚度、应力、应变、弯曲、扭转这些结构分
析上常用的术语得清楚，可以把大学材料力学的教材找出来看看。 ➢ 清楚所负责的结构（如商用车车架）受力工况，会看有限元分析结果，
不用装配，也可以通过约束进行装配定位。
5.2 车架建模步骤 6. 提高建模速度，注意建模细节。 ➢ 通用孔绘制 阵列
➢ 基准面创建
六、有限元分析
《Q/BM J0115—2017 车架有限元分析规范》 《GBT 33582-2017 机械产品结构有限元力学分析通用规则》
车架有限元静力分析工况：Fra Baidu bibliotek
1.惯性释放工况 2.弯曲刚度工况 3.扭转刚度工况 4.匀速行驶工况 5.制动工况 6.转弯工况 7.扭转工况 8.模态分析
QH12G 810mm 6753mm 230×65 6+4
QH16B/C 860mm 7086/7736 250×80 6+5
QD18A 860mm 7675mm 250×80 7+4
25吨东风 860mm
300×90 8+6
31吨
850mm
300×80 8+5
AG700L+Q235B AG700L+510L AG700L
5.2 车架建模步骤
3. 右外梁：外部参考选车架骨架右纵梁曲面及左纵梁零件上的左右通用孔 （通过选择性粘贴），因车架左右纵梁部分孔是对称的，因此右纵梁上的这些 孔可以通过对称得到。
左纵梁特征 4. 右内梁：建模步骤同左内梁。
右纵梁特征
5. 横梁：外部参考选车架骨架中的横梁中心面，以此定位绘制横梁截面，横梁
个人见解：商用车车架作为底盘的承载件，牵涉到的设计因素很多， 而且结构基本相同，在建模时可以使用参数化建模。参数化设计是一种使 用重要几何参数快速构造和修改几何模型的建模方法。这些重要的几何参 数包括控制形状大小的尺寸和定位形体方向的矢量等。通过参数化设计可 以快速地修改模型，提高设计效率。
5.1 车架参数化设计——骨架设计 ➢ 定位面
消除边界约束条件对计算结果的影响 结构优化前后刚度对比
常用分析工况，得出应力分布，及车架的变形趋势 避免车架固有频率与其它激振频率接近
6.1 车架受力及变形趋势
纵向弯曲
车架宽度需考虑发动机及变速箱的拆装空间是否足够，为保证动力装配可设计 前宽后窄车架。 车架长度主要由整车参数确定。 纵梁截面考虑通用，主要从现有资源中选取。
四、 车架细节设计
4.1 横梁布置 1. 前后悬架处：悬架与车架连接的支点处，需要重点加强。由于整车的重量
全靠这几个支点支撑，因此连接这 几个支点位置的车架受力最大，此处需 要布置横梁。 2. 发动机处：一般发动机加变速箱长度在2m，而横梁布置间隔要求在1m左 右，为了解决内横梁的布置，一般在纵梁下方或上方增加一个弯梁。
具大小等，避免工艺结构干涉。 ➢ 清楚与结构件直接装配或焊接的周边零件作用，以确定定位尺寸公差及
形位公差。
二、商用车车架设计步骤
5. 尽可能减少翼缘上的孔（特别是高应力区）， 严禁在翼面上布置大孔。 禁止在槽型纵梁的翼缘边沿处施焊。
6、注意避免铆钳结构干涉 ➢ QD07E车架车架
现场粗测铆钳静铆模
6、注意避免铆钳结构干涉 ➢ QD07E车架车架
五、模型设计
目前汽车行业主要使用CATIA软件，工程机械行业主要使用 CREO/NX/SolidWorks，工程机械多用CREO，NX。不管哪种软件都可以实 现常用的建模思路，只是实现方法不同。
4.2 大梁钢选型 大梁是商用车主要的承载部件，其对钢板的强韧性以及疲劳性能要求高。
从成形方式来区分，商用车大梁主要有：冲压大梁、辊压大梁、以及焊接大梁。 冲压及辊压大梁以冷变形为主，对大梁钢板的成形性要求较高；焊接大梁以焊 接加工为主，对大梁钢板的焊接性要求较高。
宝钢大梁钢系列
4.3 车架设计注意事项 1.车架内梁、加强板等零件的端部形状和连接方式应注意，避免刚度突变。 倒角，避免应力集中 U型口
2.布置偏心载荷时，应使载荷尽量接近纵梁端面的弯曲中心，提高局部扭转刚度。
4.3 车架设计注意事项 3. 纵梁一般不允许加接，如必须加接，对焊位置应远离高负荷区，一般采用 45°斜焊缝，要打坡口且有材质相同、厚度不大于纵梁的加强板。 QH16G内、外纵梁加接
4. 车架纵梁的钻孔要远离焊缝（大于20mm），不允许在高应力区域钻孔， 禁止在纵梁弯曲区域（压型或折弯处）内钻孔。
1. 整车参数输入：车架宽度、前/后悬、轴距以及车架重量。通过这些参 数可以确定车架外形，车架重量应始终贯穿在设计中，根据以往经验尽 量轻量化。
2. 车架总成模型设计：三维软件在现代产品设计中发挥了很大的作用，我 们也要充分利用好。车架设计随着整车设计的进行不断细化深入，相关 参数也会发生变化。因此应引入TOP-DOWN设计，提高车架设计效率。
3. 车架纵梁、横梁布置好后，过管（线）孔打好，提交有限元分析，验证 强度及刚度是否满足要求。
4. 整车模型评审后，进行二维图设计，尺寸链核对，公差标注。 5. 模型和图纸两个阶段均需召集设计、工艺、整车相关专家进行评审，再
下发生产图纸。
三、 车架设计主要参数：
车型
车架宽度 车架长度 纵梁截面 纵梁板厚 纵梁材料
➢ 纵梁截面
➢ 车架骨架模板
5.2 车架零件建模 1. 车架总成下插入骨架模型，再继续零件创建。 2. 纵梁建模 左外梁：外部参考选车架骨架左纵梁曲面（通过选择性粘贴），绘制腹 面、翼面上的孔草图，分割曲面，加厚实体。 左内梁：外部参考选择左外纵梁实体加厚前的最后一步曲面（通过选择 性粘贴），这样外纵梁上的孔可以直接体现出来，再将参考面偏移到内纵梁 面上，或者直接加厚曲面生成实体。
车架结构设计知识
1 2
目3
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录 5 6 7
结构设计总述 商用车车架设计步骤
车架设计主要参数 车架细节设计 模型设计 有限元分析 工程图设计
一、结构设计总述
作为一名结构设计工程师，需要具备以下背景知识： ➢ 材料力学基础，例如强度、刚度、应力、应变、弯曲、扭转这些结构分
析上常用的术语得清楚，可以把大学材料力学的教材找出来看看。 ➢ 清楚所负责的结构（如商用车车架）受力工况，会看有限元分析结果，
不用装配，也可以通过约束进行装配定位。
5.2 车架建模步骤 6. 提高建模速度，注意建模细节。 ➢ 通用孔绘制 阵列
➢ 基准面创建
六、有限元分析
《Q/BM J0115—2017 车架有限元分析规范》 《GBT 33582-2017 机械产品结构有限元力学分析通用规则》
车架有限元静力分析工况：Fra Baidu bibliotek
1.惯性释放工况 2.弯曲刚度工况 3.扭转刚度工况 4.匀速行驶工况 5.制动工况 6.转弯工况 7.扭转工况 8.模态分析
QH12G 810mm 6753mm 230×65 6+4
QH16B/C 860mm 7086/7736 250×80 6+5
QD18A 860mm 7675mm 250×80 7+4
25吨东风 860mm
300×90 8+6
31吨
850mm
300×80 8+5
AG700L+Q235B AG700L+510L AG700L
5.2 车架建模步骤
3. 右外梁：外部参考选车架骨架右纵梁曲面及左纵梁零件上的左右通用孔 （通过选择性粘贴），因车架左右纵梁部分孔是对称的，因此右纵梁上的这些 孔可以通过对称得到。
左纵梁特征 4. 右内梁：建模步骤同左内梁。
右纵梁特征
5. 横梁：外部参考选车架骨架中的横梁中心面，以此定位绘制横梁截面，横梁
个人见解：商用车车架作为底盘的承载件，牵涉到的设计因素很多， 而且结构基本相同，在建模时可以使用参数化建模。参数化设计是一种使 用重要几何参数快速构造和修改几何模型的建模方法。这些重要的几何参 数包括控制形状大小的尺寸和定位形体方向的矢量等。通过参数化设计可 以快速地修改模型，提高设计效率。
5.1 车架参数化设计——骨架设计 ➢ 定位面
消除边界约束条件对计算结果的影响 结构优化前后刚度对比
常用分析工况，得出应力分布，及车架的变形趋势 避免车架固有频率与其它激振频率接近
6.1 车架受力及变形趋势
纵向弯曲
车架宽度需考虑发动机及变速箱的拆装空间是否足够，为保证动力装配可设计 前宽后窄车架。 车架长度主要由整车参数确定。 纵梁截面考虑通用，主要从现有资源中选取。
四、 车架细节设计
4.1 横梁布置 1. 前后悬架处：悬架与车架连接的支点处，需要重点加强。由于整车的重量
全靠这几个支点支撑，因此连接这 几个支点位置的车架受力最大，此处需 要布置横梁。 2. 发动机处：一般发动机加变速箱长度在2m，而横梁布置间隔要求在1m左 右，为了解决内横梁的布置，一般在纵梁下方或上方增加一个弯梁。