【文章內容簡介】 低。槽形斷面的縱梁有較好的抗彎強度，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度，但其值的增加又受到發(fā)動機、傳動系統(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)動機外型尺寸大，后軸負荷大，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構復雜，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構。箱形斷面梁抗扭強度大，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梁的長度一般接近汽車長度，—。多品種生產時，常使不同軸距、不同裝載質量的系列車型采用內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度。根據(jù)本設計的要求，再考慮縱梁截面的特點，本方案設計的縱梁采用上、下翼面是平直等高的槽形鋼?？v梁總長為4815mm。優(yōu)點：有較好的抗彎強度，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，構成一個框架，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，其結構和用途不一樣。(1) 前橫梁通常用來支承水箱。當發(fā)動機前支點安排在左右縱梁上時，可用較小槽型和Z型斷面橫梁。對于前部采用獨立懸架的轎車，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。當發(fā)動機前支點和水箱相距很近時，前橫梁常用來支承水箱和發(fā)動機前端，此時需采用斷面大的橫梁。(2) 中橫梁通常用來作傳動軸的中間支承。為了保證傳動軸有足夠的跳動空間，將其結構做成上拱形。在后鋼板彈簧前、后支架附近所受到的力或轉矩大，則要設置一根抗扭剛度大、連接寬度大的橫梁。(3) 后橫梁后橫梁采用中橫梁形式。本設計課題是關于輕型車車架結構設計，所以采用開口斷面比較合適。本次設計一共采用大小共8根橫梁，各根橫梁的結構及用途如下：第一根橫梁斷面形狀為槽型，用來支撐水箱，其中間設有多個圓形孔，目的是讓空氣可以流到發(fā)動機底部，也有助于發(fā)動機的散熱。第二根橫梁為發(fā)動機托架，為防止其與前軸發(fā)生碰撞幾干涉，故將其安排放在發(fā)動機前端，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軸的支承，其斷面形狀為槽形，為了保證傳動軸有足夠的跳動空間和安裝空間，將其結構做成上拱形。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構。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，構成一個框架，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單，連接剛度較差，但不會使縱梁出現(xiàn)大的應力，一般車架的中部橫梁采用此種連接方式。(2) 橫梁同時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雜，連接剛度增強，故得到廣泛應用。但后鋼板彈簧托架上的力會通過縱梁傳給后鋼板彈簧的前橫梁，使其承受較大載荷。因此在設計鋼板彈簧托架時應盡可能減少懸架伸長度，使載荷作用點靠近縱梁彎曲中心。當偏心載荷較大時，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) 橫梁同時和上、下翼緣相連接 這種連接形式具有剛性較好的加強角撐，可產生良好的斜支撐作用，使整個車架的剛度增加，且其翼緣外邊不致因受壓而產生翹曲。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雜，當轉矩過大時，縱梁翼緣上會出現(xiàn)應力過大的現(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，其剛度與鉚釘?shù)臄?shù)目及其分布有關。 焊接能使其連接牢固，不致產生松動，能保證有大的剛度。但焊接容易變形并產生較大的內應力，故要求焊接質量要高，主要在小批量生產或修理時采用。 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期使用時，容易松動，甚至發(fā)生嚴重事故。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，鉚釘分布不要太近。當利用連接板的翻邊緊固時，應加大連接板的寬度和厚度，緊固孔應盡可能靠近翻邊處，以防連接損壞。 本設計方案中，橫梁與縱梁的連接形式大體都使用焊接連接?？傊?，車架結構的設計要充分考慮到整車布置對車架的要求及企業(yè)的工藝制造能力，合理選擇縱梁截面高度、橫梁的結構形式、橫梁與縱梁的聯(lián)接方式，使車架結構滿足汽車使用要求。以達到較好的經濟效益和社會效益。 車架的受載分析汽車的使用條件復雜，其受力情況十分復雜，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，懸架彈簧以上部分的載荷。即為車架質量、車身質量、安裝在車架的各總成與附屬件的質量以及有效載荷（客車或貨物的總質量）的總和。 對稱的垂直動載荷這種載荷是當汽車在平坦的道路上以較高車速行駛時產生的。其大小與垂直振動加速度有關，與作用在車架上的靜載荷及其分布有關，路面的作用力使車架承受對稱的垂直動載荷。這種動載使車架產生彎曲變形。 斜對稱的動載荷這種載荷是當汽車在崎嶇不平的道路上行駛時產生的。此時汽車的前后幾個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。這種動載荷會使車架產生扭轉變形。 其它載荷汽車轉彎行駛時，離心力將使車架受到側向力的作用；汽車加速或制動時，慣性力會導致車架前后部載荷的重新分配；當一個前輪正面撞在路面凸包上時，將使車架產生水平方向的剪力變形；安裝在車架上的各總成（如發(fā)動機、轉向搖臂及減振器等）工作時所產生的力；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）而使縱梁產生附加的局部轉矩。綜上所述，汽車車架實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又是多種多樣，更導致車架受載情況復雜化。 彎曲強度計算時的基本假設為了便于彎曲強度的計算，對車架進行以下基本假設：因為車架結構是左右的對稱的，左右縱梁的受力相差不大，故認為縱梁是支承在汽車前后軸的簡支梁?？哲嚂r的簧載質量（包括車架自身的質量在內）均勻分布在左右二縱梁的全長上。其值可根據(jù)汽車底盤結構的統(tǒng)計數(shù)據(jù)大致估計，一般對于輕型和中型載貨汽車來說，簧載質量約為汽車自身質量的2/3。汽車的有效載荷均勻分布在車廂全長上。所有作用力均通過截面的彎曲中心。實際上，縱梁的某些部位會由于安裝外伸部件（如油箱、蓄電池等）而產生局部扭轉，在設計時通常在此安置一根橫梁，使得這種對縱梁的扭轉變?yōu)閷M梁的彎矩。故這種假定不會造成計算的明顯誤差。由于上述假設，使車架由一個靜不定的平面框架結構，簡化成為一個位于支座上的靜定結構。圖31 靜定結構 縱梁的彎矩和剪力的計算要計算車架縱梁的彎矩，先計算車架前支座反作用力，向后輪中心支座處求矩（見圖41），可得F1=MsL2b+MeC2C2g∕4 (31) F2=Msg+Meg∕2F1 (32)式中：F1——前輪中心支座對任一縱梁（左縱梁或右縱梁）的反作用力N。F2——后輪中心支座對任一縱梁（左縱梁或右縱梁）的反作用力N。 L——縱梁的總長，4815mm；l——汽車軸距，2700mm；a——前懸，1010mm；b——后懸，1105mm；c——車廂長，2400mm；c1——車廂前端到二軸的距離，1295mm；c2——車廂后端到二軸的距離，1105mm； Ms——空車時的簧載質量，約1200kg；Me——滿載時有效裝載質量，1990kg； g——重力加速度，；代入(41)和(42)可得： F1=MsL2b+MeC2C2g∕4l = F2=Msg+Meg∕2F1 =在計算縱梁彎矩時，將縱梁分成兩段區(qū)域，每一段的均布載荷可簡化為作用于區(qū)段中點的集中力?？v梁各端面上的彎矩計算采用彎矩差法，可使計算工作量大大減少。彎矩差法認為：縱梁上某一端面上的彎矩為該段面之前所有力對改點的轉矩之和。 駕駛室長度段縱梁的彎矩計算在該段內，根據(jù)彎矩差法 ，則有：Mx=F1XMsga+x2∕4l （33）式中：Mx縱梁上某一段截面的彎矩，N*mm x截面到前輪中心的距離，mm a車架縱梁前端到前輪中心的距離，mm（1） （0≤X≤1010）AB段彎矩：Q=MsgX∕2L