【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(chē)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(chē)架縱梁抗彎應(yīng)力方面考慮的話(huà)，增大槽形斷面的高度最有利，但使汽車(chē)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(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)外型尺寸大，后軸負(fù)荷大，為了使車(chē)架做成前、后等寬，有的車(chē)架縱梁就采用Z形斷面，我國(guó)黃河牌載貨汽車(chē)的車(chē)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(chē)和超重型載貨汽車(chē)的車(chē)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(chē)和輕型越野車(chē)。超重型越野車(chē)及礦用自卸車(chē)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(chē)架，其抗彎剛度大，通?？蛙?chē)的車(chē)架也是采用此種斷面?？v梁的長(zhǎng)度一般接近汽車(chē)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(chē)型采用內(nèi)高相同的槽形斷面縱梁，通過(guò)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?？v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(chē)部件。 車(chē)架橫梁形式的確定 車(chē)架橫梁將左、右縱梁連接在一起，構(gòu)成一個(gè)框架，使車(chē)架有足夠的抗彎剛度。汽車(chē)主要總成通過(guò)橫梁來(lái)支承。載貨汽車(chē)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(lái)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(chē)，為了改善汽車(chē)的視野，希望汽車(chē)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(lái)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(lái)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(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以采用開(kāi)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(lái)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(chē)架有足夠的抗彎剛度。其斷面形狀為槽形。 車(chē)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(chē)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(chē)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(guò)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(guò)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(chē)架的剛度增加，且其翼緣外邊不致因受壓而產(chǎn)生翹曲。車(chē)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(guò)大時(shí)，縱梁翼緣上會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)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(chē)架用搭鐵板通過(guò)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(chē)車(chē)架上采用，以使裝在汽車(chē)車(chē)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(chē)車(chē)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?？傊?，車(chē)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分考慮到整車(chē)布置對(duì)車(chē)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(chē)架結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足汽車(chē)使用要求。以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 車(chē)架的受載分析汽車(chē)的使用條件復(fù)雜，其受力情況十分復(fù)雜，因此車(chē)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(lèi)： 靜載荷車(chē)架所承受的靜載荷是指汽車(chē)靜止時(shí)，懸架彈簧以上部分的載荷。即為車(chē)架質(zhì)量、車(chē)身質(zhì)量、安裝在車(chē)架的各總成與附屬件的質(zhì)量以及有效載荷（客車(chē)或貨物的總質(zhì)量）的總和。 對(duì)稱(chēng)的垂直動(dòng)載荷這種載荷是當(dāng)汽車(chē)在平坦的道路上以較高車(chē)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(chē)架上的靜載荷及其分布有關(guān)，路面的作用力使車(chē)架承受對(duì)稱(chēng)的垂直動(dòng)載荷。這種動(dòng)載使車(chē)架產(chǎn)生彎曲變形。 斜對(duì)稱(chēng)的動(dòng)載荷這種載荷是當(dāng)汽車(chē)在崎嶇不平的道路上行駛時(shí)產(chǎn)生的。此時(shí)汽車(chē)的前后幾個(gè)車(chē)輪可能不在同一平面上，從而使車(chē)架連同車(chē)身一同歪斜，其大小與道路不平的程度以及車(chē)身、車(chē)架和懸架的剛度有關(guān)。這種動(dòng)載荷會(huì)使車(chē)架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。 其它載荷汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，離心力將使車(chē)架受到側(cè)向力的作用；汽車(chē)加速或制動(dòng)時(shí)，慣性力會(huì)導(dǎo)致車(chē)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(chē)架產(chǎn)生水平方向的剪力變形；安裝在車(chē)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(xiàn)不通過(guò)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(chē)車(chē)架實(shí)際上是受到一定空間力系的作用，而車(chē)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(chē)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(chē)架進(jìn)行以下基本假設(shè)：因?yàn)檐?chē)架結(jié)構(gòu)是左右的對(duì)稱(chēng)的，左右縱梁的受力相差不大，故認(rèn)為縱梁是支承在汽車(chē)前后軸的簡(jiǎn)支梁?？哲?chē)時(shí)的簧載質(zhì)量（包括車(chē)架自身的質(zhì)量在內(nèi)）均勻分布在左右二縱梁的全長(zhǎng)上。其值可根據(jù)汽車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)大致估計(jì)，一般對(duì)于輕型和中型載貨汽車(chē)來(lái)說(shuō)，簧載質(zhì)量約為汽車(chē)自身質(zhì)量的2/3。汽車(chē)的有效載荷均勻分布在車(chē)廂全長(zhǎng)上。所有作用力均通過(guò)截面的彎曲中心。實(shí)際上，縱梁的某些部位會(huì)由于安裝外伸部件（如油箱、蓄電池等）而產(chǎn)生局部扭轉(zhuǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)通常在此安置一根橫梁，使得這種對(duì)縱梁的扭轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)橫梁的彎矩。故這種假定不會(huì)造成計(jì)算的明顯誤差。由于上述假設(shè)，使車(chē)架由一個(gè)靜不定的平面框架結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化成為一個(gè)位于支座上的靜定結(jié)構(gòu)。圖31 靜定結(jié)構(gòu) 縱梁的彎矩和剪力的計(jì)算要計(jì)算車(chē)架縱梁的彎矩，先計(jì)算車(chē)架前支座反作用力，向后輪中心支座處求矩（見(jiàn)圖41），可得F1=MsL2b+MeC2C2g∕4 (31) F2=Msg+Meg∕2F1 (32)式中：F1——前輪中心支座對(duì)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(duì)任一縱梁（左縱梁或右縱梁）的反作用力N。 L——縱梁的總長(zhǎng)，4815mm；l——汽車(chē)軸距，2700mm；a——前懸，1010mm；b——后懸，1105mm；c——車(chē)廂長(zhǎng)，2400mm；c1——車(chē)廂前端到二軸的距離，1295mm；c2——車(chē)廂后端到二軸的距離，1105mm； Ms——空車(chē)時(shí)的簧載質(zhì)量，約1200kg；Me——滿(mǎn)載時(shí)有效裝載質(zhì)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(jì)算縱梁彎矩時(shí)，將縱梁分成兩段區(qū)域，每一段的均布載荷可簡(jiǎn)化為作用于區(qū)段中點(diǎn)的集中力?？v梁各端面上的彎矩計(jì)算采用彎矩差法，可使計(jì)算工作量大大減少。彎矩差法認(rèn)為：縱梁上某一端面上的彎矩為該段面之前所有力對(duì)改點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩之和。 駕駛室長(zhǎng)度段縱梁的彎矩計(jì)算在該段內(nèi)，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(chē)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