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1、哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,1,第7章 车架设计,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,2,7.1 概述,车架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零部件，车架还承受来自车内外的各种载荷。评价车架设计的好坏，首先应该清楚车辆在行驶时车架所要承受的各种力。汽车的使用条件复杂，其受力情况也十分复杂，随着汽车行驶条件的变化，车架上的载荷变化很大。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,3,7.2 车架的结构设计,7.2.1 车架的结构形式1.梯形车架 梯形车架由左右分开的两根纵梁和若干根横梁组成，称作非承载式车架。梯形车架的优点是具有很强的承载能力和抗扭刚度，结构简
2、单，开发容易，生产工艺的要求也较低，同时，便于安装车身、车厢和布置其他总成，易于汽车的改装和变型。其缺点是质量大。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,4,7.2 车架的结构设计,7.2.1 车架的结构形式2.一体式车架 一体式车架的汽车，整个车身的外壳本身就属于车架的一部分，。一体式车架的优点是适应高度机械化的流水作业，可以大大降低生产成本；缺点是生产前的配套投资极其庞大，不适合小批量生产。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,5,7.2 车架的结构设计,7.2.1 车架的结构形式3.脊梁式车架 脊梁式车架有一根位于汽车左右对称中心的大断面管形梁(圆形或箱形断面)，其上固定有横向的托
3、架或连接梁，使车架呈鱼骨状，又称中梁式车架。这种结构对于横向弯曲及其水平菱形扭动有很好的抵御作用。但车架的制造工艺复杂，维修不便。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,6,7.2 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。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,7,7.2 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
4、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。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,8,7.2 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。,哈尔滨工业大学
5、汽车工程学院车辆工程系*,9,7.2 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。(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
6、变为对横梁的弯矩，故这种假定不会造成明显的计算误差。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,10,7.2 车架的结构设计,7.2.3 车架的设计和计算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 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。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,11,7.2 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，
7、有(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 纵梁某一断面上的剪力为该断面之前所有力的和,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,12,7.2 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 对 的导数并令其为0,可得 纵梁受到的最大剪力则发生在汽车的后轴附近。当 时，剪应力最大 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。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,13,7.2 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 工字梁截面系
8、数为 管状梁截面系数为,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,14,7.2 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 纵梁断面的最大弯曲应力为 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(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,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,15,7.2 车架的结构设计,7.2.3 车架的设计和计算 根据使用要求和经验，当车架纵梁中间受到1000N集中载荷作用时，总量的最大挠度不得超过0.085cm，即 要求载货汽车纵梁的值通常在20-30之间，有些重型载货汽车或平头货车此值要求更高，甚至超过50。(2)车架的扭转刚度 车架的扭转刚度通常是指汽车前后桥之间的车架的扭转刚度。由于车架纵梁不是等截面，且横梁也不是等距离布置，因而车架的扭转刚度沿纵梁长度上并非常数。,
