【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 求車架具有足夠的強(qiáng)度，合適的剛度，同時(shí)盡量減輕重量。在良好路面行駛的汽車，車架應(yīng)布置得離地面近一些，使汽車重心降低，有利于汽車穩(wěn)定行駛，車架的形狀尺寸還應(yīng)保證前輪轉(zhuǎn)向要求的空間。
由于設(shè)計(jì)的是輕型載汽車車架，根據(jù)其特點(diǎn)選用邊梁式車架?？v梁上、下表面為平直，斷面呈槽形，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，不僅能降低工人工作強(qiáng)度，而且其造價(jià)低廉，有良好的經(jīng)濟(jì)性，將廣泛地用于各種載貨汽車、客車上。
選取的方案的優(yōu)點(diǎn)： 邊梁式車架由兩根縱梁的若干根橫梁組成，該結(jié)構(gòu)便于安裝駕駛室、車廂和其它總成，被廣泛用在載重貨車、特種車和大客車上。
3 車架的設(shè)計(jì) 車架是一個(gè)復(fù)雜的薄壁框架結(jié)構(gòu)，其受力情況極為復(fù)雜。本設(shè)計(jì)包括了結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)：車架的寬度的確定，縱梁形式的確定，橫梁形式的確定，橫梁與縱梁連接形式的確定。在車架設(shè)計(jì)的初期階段，可對(duì)車架縱梁進(jìn)行簡(jiǎn)化的彎曲強(qiáng)度計(jì)算，以及來確定車架的斷面尺寸。下面是設(shè)計(jì)和計(jì)算的方法和步驟。
車架結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì) 車架寬度的確定 車架的寬度是左、右縱梁腹板外側(cè)面之間的寬度。車架前部寬度的最小值取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的外廓寬度，其最大值受到前輪最大轉(zhuǎn)角的限制。車架后部寬度的最大值主要是根據(jù)車架外側(cè)的輪胎和鋼板彈簧片寬等尺寸確定。為了提高汽車的橫向穩(wěn)定性，希望增大車架的寬度。
通常，車架的寬度根據(jù)汽車總體布置的參數(shù)來確定，故往往很難同時(shí)滿足上述要求。為了解決總體布置與加寬車架的矛盾，車架的寬度設(shè)計(jì)可采取以下措施： （1）將車架做成前窄后寬 這種結(jié)構(gòu)可以解決前輪轉(zhuǎn)向所需的空間與車架總寬之間的矛盾。此結(jié)構(gòu)適用于輕型汽車、微型汽車和轎車。
（2）將車架做成前寬后窄 對(duì)于重型載貨汽車，其后軸的負(fù)荷大，輪胎的尺寸加大，后鋼板彈簧片寬增加，同時(shí)為了安裝外型尺寸大的發(fā)動(dòng)機(jī)，常需減小前輪轉(zhuǎn)向角，因此車架不得不采用前寬后窄的型式。
但根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，關(guān)于輕車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化制造工藝，最好車架前后等寬。為了便于實(shí)行產(chǎn)品的三化，不少國(guó)家對(duì)車架的寬度制定了標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)方案取車架的寬度為750mm。
車架縱梁形式的確定 車架的縱梁結(jié)構(gòu)，一方面要保證車架的功能，另一方面要滿足整車總體布置的要求，同時(shí)形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，以簡(jiǎn)化其制造工藝。
從縱梁的側(cè)視圖看，縱梁的形狀可分為上翼面是平直的和彎曲的兩種。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好；當(dāng)上翼面為平直時(shí)，可使貨廂底板平整，縱梁制造方便，大多數(shù)載貨汽車車架縱梁都采用這種型式。當(dāng)上翼面彎曲時(shí)，縱梁部分區(qū)段降低，地板高度相應(yīng)降低，改善了整車的穩(wěn)定性，且有利于上、下車，此種結(jié)構(gòu)在轎車、微型汽車、公共汽車和部分輕型載貨汽車上采用，其制造工藝復(fù)雜。
縱梁上表面應(yīng)盡量做成平直的，中部斷面一般較大、兩端較小，與所受彎矩相適應(yīng)。也有全長(zhǎng)或僅中部及后部為等斷面的。根據(jù)整車布置要求，有時(shí)采用前端或后端或前后端均彎曲的縱梁。
縱梁的斷面形狀有槽形、工字形、箱形、管形和Z形等幾種。為了使縱梁各斷面處的應(yīng)力接近，可改變梁的高度，使中部斷面高、兩端斷面低。槽形斷面的縱梁有較好的抗彎強(qiáng)度，工藝性好，緊固方便，又便于安裝各種汽車部件，故采用得最為廣泛，但此種斷面的抗扭性能差。從降低車架縱梁抗彎應(yīng)力方面考慮的話，增大槽形斷面的高度最有利，但使汽車的質(zhì)心高度增加。增大上、下翼面的寬度，也可以提高縱梁的抗彎強(qiáng)度，但其值的增加又受到發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)部件布置的限制。因此需綜合考慮上述因素的影響，—。由于重型載貨汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)外型尺寸大，后軸負(fù)荷大，為了使車架做成前、后等寬，有的車架縱梁就采用Z形斷面，我國(guó)黃河牌載貨汽車的車架就是采用此種斷面。這種縱梁和橫梁的連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，燃油箱的安裝也不方便。重型載貨汽車和超重型載貨汽車的車架縱梁一般多采用工字形截面的型材或焊接成的箱形結(jié)構(gòu)。箱形斷面梁抗扭強(qiáng)度大，多用于轎車和輕型越野車。超重型越野車及礦用自卸車的縱梁形式多用鈑料焊接而成，常為箱形或工字形斷面。采用封閉斷面縱梁構(gòu)成的車架，其抗彎剛度大，通常客車的車架也是采用此種斷面?？v梁的長(zhǎng)度一般接近汽車長(zhǎng)度，—。
多品種生產(chǎn)時(shí)，常使不同軸距、不同裝載質(zhì)量的系列車型采用內(nèi)高相同的槽形斷面縱梁，通過變化鈑料厚度或翼緣寬度獲得不同強(qiáng)度。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，再考慮縱梁截面的特點(diǎn)，本方案設(shè)計(jì)的縱梁采用上、下翼面是平直等高的槽形鋼。縱梁總長(zhǎng)為4815mm。優(yōu)點(diǎn)：有較好的抗彎強(qiáng)度，便于安裝汽車部件。
車架橫梁形式的確定 車架橫梁將左、右縱梁連接在一起，構(gòu)成一個(gè)框架，使車架有足夠的抗彎剛度。汽車主要總成通過橫梁來支承。
載貨汽車的橫梁一般有多根橫梁組成，其結(jié)構(gòu)和用途不一樣。
(1) 前橫梁 通常用來支承水箱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)前支點(diǎn)安排在左右縱梁上時(shí)，可用較小槽型和Z型斷面橫梁。對(duì)于前部采用獨(dú)立懸架的轎車，為了改善汽車的視野，希望汽車頭部高度降低，固需要將水箱安裝得低些，可將前橫梁做成寬而下凹的形狀。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)前支點(diǎn)和水箱相距很近時(shí)，前橫梁常用來支承水箱和發(fā)動(dòng)機(jī)前端，此時(shí)需采用斷面大的橫梁。
(2) 中橫梁 通常用來作傳動(dòng)軸的中間支承。為了保證傳動(dòng)軸有足夠的跳動(dòng)空間，將其結(jié)構(gòu)做成上拱形。在后鋼板彈簧前、后支架附近所受到的力或轉(zhuǎn)矩大，則要設(shè)置一根抗扭剛度大、連接寬度大的橫梁。
(3) 后橫梁 后橫梁采用中橫梁形式。
本設(shè)計(jì)課題是關(guān)于輕型車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以采用開口斷面比較合適。本次設(shè)計(jì)一共采用大小共8根橫梁，各根橫梁的結(jié)構(gòu)及用途如下： 第一根橫梁斷面形狀為槽型，用來支撐水箱，其中間設(shè)有多個(gè)圓形孔，目的是讓空氣可以流到發(fā)動(dòng)機(jī)底部，也有助于發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。
第二根橫梁為發(fā)動(dòng)機(jī)托架，為防止其與前軸發(fā)生碰撞幾干涉，故將其安排放在發(fā)動(dòng)機(jī)前端，其形狀就是近似元寶的元寶梁，此種形狀有較好的剛度。
第三根橫梁為駕駛室的安裝梁。用于駕駛室后部的安裝，斷面形狀為槽形。
第四根橫梁用作傳動(dòng)軸的支承，其斷面形狀為槽形，為了保證傳動(dòng)軸有足夠的跳動(dòng)空間和安裝空間，將其結(jié)構(gòu)做成上拱形。
第五、七根橫梁分別在后鋼板彈簧前、后支架附近，它們所受到的力或轉(zhuǎn)矩都很大。它們的斷面形狀也是采用槽形。
第六、七根橫梁不僅要承受各種力和力矩的作用，還要作為安裝備胎的的安置機(jī)構(gòu)。它們的斷面形狀為槽型。
第八橫梁為后橫梁，其將左、右縱梁連接在一起，構(gòu)成一個(gè)框架，使車架有足夠的抗彎剛度。其斷面形狀為槽形。
車架縱梁與橫梁連接型式的確定 縱梁和橫梁的連接方式對(duì)車架的受力有很大的影響。大致可分有以下幾種： (1) 橫梁和縱梁的腹板相連接 這種連接型式制造工藝簡(jiǎn)單，連接剛度較差，但不會(huì)使縱梁出現(xiàn)大的應(yīng)力，一般車架的中部橫梁采用此種連接方式。
(2) 橫梁同時(shí)和縱梁的腹板及任一翼緣（上或下）相連接 這種連接方式制造工藝不很復(fù)雜，連接剛度增強(qiáng)，故得到廣泛應(yīng)用。但后鋼板彈簧托架上的力會(huì)通過縱梁傳給后鋼板彈簧的前橫梁，使其承受較大載荷。因此在設(shè)計(jì)鋼板彈簧托架時(shí)應(yīng)盡可能減少懸架伸長(zhǎng)度，使載荷作用點(diǎn)靠近縱梁彎曲中心。當(dāng)偏心載荷較大時(shí)，可將該處縱梁做成局部閉口斷面；也可將橫梁穿過縱梁向外延伸，將載荷直接傳給橫梁。
(3) 橫梁同時(shí)和上、下翼緣相連接 這種連接形式具有剛性較好的加強(qiáng)角撐，可產(chǎn)生良好的斜支撐作用，使整個(gè)車架的剛度增加，且其翼緣外邊不致因受壓而產(chǎn)生翹曲。車架兩端的橫梁常采用這種形式和縱梁相連接。但此種連接方式制造復(fù)雜，當(dāng)轉(zhuǎn)矩過大時(shí)，縱梁翼緣上會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力過大的現(xiàn)象，這是由于縱梁截面不能自由翹曲所致。
橫梁和縱梁的固定方法可分為鉚接、焊接和螺栓連接等方式。
大多數(shù)車架用搭鐵板通過鉚釘連接。這種方法成本低，適合大批量生產(chǎn)，其剛度與鉚釘?shù)臄?shù)目及其分布有關(guān)。
焊接能使其連接牢固，不致產(chǎn)生松動(dòng)，能保證有大的剛度。但焊接容易變形并產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，故要求焊接質(zhì)量要高，主要在小批量生產(chǎn)或修理時(shí)采用。
螺栓連接主要在某些為了適用于各種特殊使用條件的汽車車架上采用，以使裝在汽車車架上的某些部件易于拆卸或互換。但此種連接方式在長(zhǎng)期使用時(shí)，容易松動(dòng)，甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。一般汽車車架橫梁與縱梁的固定不采用此種方法。
緊固件的尺寸和數(shù)量要和橫梁大小相適應(yīng)，鉚釘分布不要太近。當(dāng)利用連接板的翻邊緊固時(shí)，應(yīng)加大連接板的寬度和厚度，緊固孔應(yīng)盡可能靠近翻邊處，以防連接損壞。
本設(shè)計(jì)方案中，橫梁與縱梁的連接形式大體都使用焊接連接。
總之，車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分考慮到整車布置對(duì)車架的要求及企業(yè)的工藝制造能力，合理選擇縱梁截面高度、橫梁的結(jié)構(gòu)形式、橫梁與縱梁的聯(lián)接方式，使車架結(jié)構(gòu)滿足汽車使用要求。以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
車架的受載分析 汽車的使用條件復(fù)雜，其受力情況十分復(fù)雜，因此車架上的載荷變化也很大，其承受的載荷大致可分為下面幾類： 靜載荷 車架所承受的靜載荷是指汽車靜止時(shí)，懸架彈簧以上部分的載荷。即為車架質(zhì)量、車身質(zhì)量、安裝在車架的各總成與附屬件的質(zhì)量以及有效載荷（客車或貨物的總質(zhì)量）的總和。
對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷 這種載荷是當(dāng)汽車在平坦的道路上以較高車速行駛時(shí)產(chǎn)生的。其大小與垂直振動(dòng)加速度有關(guān)，與作用在車架上的靜載荷及其分布有關(guān)，路面的作用力使車架承受對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷。這種動(dòng)載使車架產(chǎn)生彎曲變形。
斜對(duì)稱的動(dòng)載荷 這種載荷是當(dāng)汽車在崎嶇不平的道路上行駛時(shí)產(chǎn)生的。此時(shí)汽車的前后幾個(gè)車輪可能不在同一平面上，從而使車架連同車身一同歪斜，其大小與道路不平的程度以及車身、車架和懸架的剛度有關(guān)。這種動(dòng)載荷會(huì)使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。
其它載荷 汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力將使車架受到側(cè)向力的作用；汽車加速或制動(dòng)時(shí)，慣性力會(huì)導(dǎo)致車架前后部載荷的重新分配；當(dāng)一個(gè)前輪正面撞在路面凸包上時(shí)，將使車架產(chǎn)生水平方向的剪力變形；安裝在車架上的各總成（如發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向搖臂及減振器等）工作時(shí)所產(chǎn)生的力；由于載荷作用線不通過縱梁截面的彎曲中心（如油箱、備胎和懸架等）而使縱梁產(chǎn)生附加的局部轉(zhuǎn)矩。
綜上所述，汽車車架實(shí)際上是受到一定空間力系的作用，而車架縱梁與橫梁的截面形狀和連接點(diǎn)又是多種多樣，更導(dǎo)致車架受載情況復(fù)雜化。
彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的基本假設(shè) 為了便于彎曲強(qiáng)度的計(jì)算，對(duì)車架進(jìn)行以下基本假設(shè)： 因?yàn)檐嚰芙Y(jié)構(gòu)是左右的對(duì)稱的，左右縱梁的受力相差不大，故認(rèn)為