【文章內(nèi)容簡介】 附錄 B 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 1 第 1 章 緒 論 研究的目的和意義 在汽 車制造市場競爭日益激烈的今天，汽車制造技術(shù)越來越先進(jìn)，作為載貨汽車主要承載結(jié)構(gòu)的車架，它們的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)形式直接影響車身的壽命和整車性能 ，如動力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性。汽車的輕量化，就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實(shí)驗(yàn)證明，汽車質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會降低將近一半。當(dāng)前，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。輕量化是 21世紀(jì)整車發(fā)展趨勢之 一，減輕汽車質(zhì)量意味著節(jié)約了能源和材料。車輛設(shè)計(jì)中，在滿足載貨汽車 運(yùn)營中對車架的剛度、強(qiáng)度及工藝改造等因素要求的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能減輕它們的質(zhì)量和降低制造成本。 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的在于確保車架強(qiáng) 度、剛度和動態(tài)性能的前提下，減輕車架的質(zhì)量，由此不僅可以減少鋼材和燃油的消耗，減少污染排放，提高車速，改善汽車起動和制動性能，而且可有效減少振動和噪聲，增加汽車和公路使用壽命。 但我國的汽車工業(yè)存在自己的特殊性：一是引進(jìn)國外設(shè)計(jì)，國產(chǎn)化生產(chǎn)； 二是仿 制或改裝設(shè)計(jì)，自己獨(dú)立開發(fā)設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品很少。國內(nèi)許多廠家在載貨汽車 的設(shè)計(jì)、制造和改進(jìn)過程中仍主要依靠和沿用傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方法和 設(shè)計(jì)理念，從而造成產(chǎn)品存在缺陷或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，目前國產(chǎn)載貨汽車 普遍存在的問題是整車協(xié)調(diào)性較差；局部材料強(qiáng)度余量較大，無法預(yù)先判斷，造成材 料的浪費(fèi)；在車輛實(shí)際使用過程中出現(xiàn)局部強(qiáng)度不足。所以，產(chǎn)品國產(chǎn)化或改裝后，在使用過程中往往會 出現(xiàn)強(qiáng)度、壽命、振動、噪聲等方面的問題。這些問題影響了我國載貨汽車 產(chǎn)品 質(zhì)量，造成了使用中的安全隱患。由于缺乏必要的理論分析，我國載貨汽車 制造廠家對有問題的區(qū)域往往采取局部加強(qiáng)的方法，這不但需要進(jìn)行多次全 面的實(shí)車試驗(yàn)才能確定其有效性，而且會導(dǎo)致整車整備質(zhì)量的不斷增加。 另外，對一些結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)和優(yōu) 化，由于缺少一定的理論依據(jù)，往往得不到很好的實(shí)施，因此開展載貨汽車 車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算工作，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的前提下，合理地 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以達(dá)到輕量化的目的、對車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義。此外，為了加速企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性能和科技含量，必須對現(xiàn)有的車型進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度分析計(jì)算和動態(tài)特性分析研究工作，為新車型的研制開發(fā)提供借鑒和校核方法 [1]。隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快，汽車工業(yè)的 2 競爭日益加劇，汽車巨頭們都在加緊新車型的設(shè)計(jì)開發(fā)，由于發(fā)動機(jī)、底盤設(shè)計(jì)制造技術(shù)基本成熟，新車型便主要體現(xiàn)在電子設(shè)備和車架造型的更新上。同時(shí)，為減少新車型的開發(fā)成本、縮短新車型的開發(fā)周期、提高新產(chǎn)品的市場競爭力，全球各大汽車公司普遍實(shí)施了“平 臺戰(zhàn)略”，車架的開發(fā)便是該戰(zhàn)略的主要組成部分。 載貨汽車車架是載貨車的基體，一般由兩根縱梁和幾根橫梁組成，經(jīng)由懸掛裝置。前橋、后橋支承在車輪上，具有足夠的強(qiáng)度和剛度以承受汽車的載荷和從車輪傳來的沖擊。要評價(jià)車架設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的好壞，首先應(yīng)該清楚了解的是車輛在行駛時(shí)車架所要承受的各種不同的力。然而對車架進(jìn)行靜、動態(tài)性能的研究，用經(jīng)典力學(xué)方法很難得到精確的優(yōu)化解，為了能夠計(jì)算出車架的剛度和強(qiáng)度，往往對車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行較多的假設(shè)和簡化，計(jì)算模型只能構(gòu)造的比較簡單，與實(shí)際的結(jié)構(gòu)形狀相差很大。在計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展并廣 泛應(yīng)用的今天，采用近似的數(shù)值解己成為較為現(xiàn)實(shí)又非常有效的選擇。實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)證明，在眾多近似分析方法中，有限單元法是運(yùn)用最為成功、最為有效的數(shù)值計(jì)算方法。在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用有限元法進(jìn)行分析，是近幾十年來發(fā)展起來的計(jì)算方法和技術(shù)。有限元法的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是能夠解決結(jié)構(gòu)形狀和邊界條件都非常任意的力學(xué)問題。早期由于有限元法所要求解的問題計(jì)算規(guī)模都比較大，而計(jì)算機(jī)的速度和容量有限，所以造成有限元法在使用上的局限性?，F(xiàn)在這些問題已經(jīng)解決，只要注意所建有限元模型中各種支承、連接關(guān)系盡量與實(shí)際結(jié)構(gòu)相符，載荷和動態(tài)分析中的激勵(lì)能反 映實(shí)際情況，特別是動態(tài)載荷的變化曲線的精確獲得以及在計(jì)算中如何加載，行駛、制動、轉(zhuǎn)彎工況的載荷和約束如何正確選擇等問題，就可以得到滿足精度要求的有限元分析結(jié)果。汽車車架結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)分析的主要目的是查明車架內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力、形變和相對位移，找出其固有頻率及振型，從靜、動兩個(gè)方面檢驗(yàn)車架結(jié)構(gòu)的合理性。 隨著現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)要求的日益提高，將有限元法運(yùn)用于車架設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必然的趨勢，主要體現(xiàn)在： （１） 運(yùn)用有限元法對初步設(shè)計(jì)的車架進(jìn)行輔助分析將大大提高車架開發(fā)、設(shè)計(jì)、分析和制造的效能和車架的性能。 （２） 車架在各種載 荷作用下，將發(fā)生彎曲、偏心扭轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)等變形。傳統(tǒng)的車架設(shè)計(jì)方法很難綜合考慮汽車的復(fù)雜受力及變形情況，有限元法能夠很好的解決這一問題。 （３） 利用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，可以得到車架結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。從設(shè)計(jì)上避免車架出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。 （４） 通過對車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步降低車架的重量，在保證車架性能 3 的前提下充分的節(jié)省材料，對降低車架的成本具有重要的意義。 綜上所述，有限元法已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的重要工具之一，在汽車產(chǎn)品更新速度快，設(shè)計(jì)成本低、輕量化和舒適性要求越來越高的今天，對于提高汽車產(chǎn)品的質(zhì)量、降低產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)制造成本，提高汽車產(chǎn)品在市場上的競爭能力具有重要意義 [23]。 研究背景 汽車問世百余年來，特別是從汽車產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來，汽車為世界經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活產(chǎn)生了無法估量的巨大影響。今天，在發(fā)達(dá)國家，汽車的普及已經(jīng)達(dá)到很高的程度，在美國平均每個(gè)家庭擁有各種汽車 2~3輛；雖然中國的汽車人均擁有量遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家水平，但是由于中國巨大的市場和國際汽車工業(yè)對中國汽車工業(yè)的影響，中國汽車工業(yè)經(jīng)過 50 年的風(fēng)雨歷程，已形成一個(gè)比較完整的工業(yè)體系。 任何問題都有兩面性，汽 車工業(yè)的發(fā)展為人們帶入現(xiàn)代生活的同時(shí)也帶來了許多問題 [45]。 例如，一、能源問題，每年汽車的石油消耗量保持在 100 億桶，并每年以一定的速度增加，而世界石油資源只能開采幾十年，煤炭資源也只夠開采一百來年，人類面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)，節(jié)能環(huán)保成為工業(yè)領(lǐng)域不可避免的課題，汽車工業(yè)同樣不可避免。二、環(huán)境問題，汽車每年向大氣排放大約幾億噸的有害氣體，占大氣污染物的 60％ 以上，被認(rèn)為大氣污染的“頭號殺手”。汽車尾氣中 C0 CO、 HC 是大氣污染的主要有害氣體，特別是 C02 溫室效應(yīng)近年來傾向日趨明顯。 汽車作為現(xiàn)代化社會 大工業(yè)的產(chǎn)物，在推動人類文明向前躍進(jìn)并給人類生活帶來了便捷舒適的同時(shí)，對大自然生態(tài)環(huán)境的惡化也有著難以推卸的責(zé)任。隨著人們對環(huán)境保護(hù)的日益重視，以緩解石油資源緊缺所帶來的能源危機(jī)，節(jié)能環(huán)保技術(shù)越來越多為廣大汽車公司所采用。汽車輕量化是汽車節(jié)能環(huán)保關(guān)鍵技術(shù)之一，各國和相關(guān)的汽車公司投入大量資金和人力進(jìn)行相關(guān)研究，研究涉及汽車材料、汽車設(shè)計(jì)思想和汽車相關(guān)的材料成型技術(shù)，從而促進(jìn)了相關(guān)汽車設(shè)計(jì)理念、制造工藝、汽車零部件成型技術(shù)迅速發(fā)展。 汽車自身質(zhì)量的大小是影響燃油消耗的重要因素之一，所以汽車設(shè)計(jì)輕量化成為發(fā)展趨 勢。近年來，世界石油資源緊張，油價(jià)不斷上漲，對汽車工業(yè)和汽車運(yùn)輸業(yè)來說，降低燃油消耗量成為關(guān)鍵。隨著《中華人民共和國道路交通安全法》、新版《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》以及《在全國開展車輛超載、超限治理工作的實(shí)施方案》的出臺，這些都為加快汽車輕量化給予了政策支持和動力。實(shí)現(xiàn)汽車輕量化、降低燃油消耗、增加載質(zhì)量、提高運(yùn)輸效率對約占我國汽車產(chǎn)量 30％ 的載貨汽車是至關(guān)重要的，也是各有關(guān)汽車制造廠商關(guān)注的焦點(diǎn)。 4 因此開展汽車結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算與分析工作，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的前提下，合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以達(dá)到輕量化的目標(biāo)，對汽車 設(shè)計(jì)具有重要的意義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， CAD/CAE/CAM 一體化進(jìn)程的加快，有限元分析在車架結(jié)構(gòu)分析中得到了廣泛的應(yīng)用。分析內(nèi)容已從靜態(tài)向動態(tài)、由部件到整車、由粗略到精確、由通用向?qū)Ｓ冒l(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段。無論是在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段的方案分析、在工程設(shè)計(jì)階段的校驗(yàn)分析，還是對既有產(chǎn)品實(shí)施精確分析以實(shí)現(xiàn)再 設(shè)計(jì)，有限元分析都有其重要的作用。它使得在設(shè)計(jì)階段就可以對載貨汽車 的設(shè)計(jì)和制造過程中的各種問題進(jìn)行預(yù)測仿真，從而縮短設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品的性能質(zhì)量，節(jié)省大量資金。 本課題就是在上述背景下提出的， 目的在于研究載貨汽車車架結(jié)構(gòu)使之受力合理，等強(qiáng)度及等壽命設(shè)計(jì)。最終達(dá)到保證載貨汽車在性能和功能不受影響或有所提高的情況下，實(shí)現(xiàn)載貨汽車車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕載貨汽車 車架質(zhì)量。為相關(guān)企業(yè)提供一套汽車有限元分析及強(qiáng)度試驗(yàn)方案，提高企業(yè)自主研發(fā)能力，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。 車架有限元法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)代汽車絕大多數(shù)都具有作為整車骨架的車架，車架是整個(gè)汽車的基體。汽車絕大多數(shù)部件和總成都是通過車架固定其位置的，如：發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)、懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、駕駛室、貨廂和有關(guān)操縱機(jī)構(gòu)。車架的功用是支撐連接汽車的各零部件，并承受來自車內(nèi)外的各種載荷。 在有限元法對汽車車架結(jié)構(gòu)的分析中，早期多采用梁單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散化。分析的初步結(jié)果是令人滿意的，但由于梁單元本身的缺陷，例如梁單元不能很好地描述結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的車架結(jié)構(gòu)，不能很好地反映車架橫梁與縱梁頭區(qū)域的應(yīng)力分布，而且它還忽略了扭轉(zhuǎn)時(shí)截面的翹曲變形，因此梁單元分析的結(jié)果是比較粗糙的。而板殼單元克服了梁單元在車架建模和應(yīng)力分析時(shí)的局限，基本上可以作為一種完全的強(qiáng)度預(yù)測手段。近十年來，由于計(jì)算機(jī)軟件與硬件的飛速發(fā)展，板殼單元逐漸被應(yīng)用到汽車車架結(jié)構(gòu)分析中，使分析精度大為提高，由過去的定性 分析或半定量的分析過渡到定量階段。隨著計(jì)算機(jī)軟件、硬件技術(shù)的發(fā)展，特別是微機(jī)性能的大幅提高和普及，在微機(jī)上進(jìn)行有限元分析已不再是很難的事，同時(shí)有限元分析的應(yīng)用得以向廣度和深度發(fā)展。 在國外，從 60 年代起就開始運(yùn)用有限元法進(jìn)行汽車車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的計(jì)算。而我國大約是在 70 年代末才把有限元法應(yīng)用于車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析中。 國外大型汽車公司經(jīng)過近百年的汽車設(shè)計(jì)制造，在車架設(shè)計(jì)方面積累了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析經(jīng)驗(yàn)，形成了實(shí)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)改正記錄和設(shè)計(jì)規(guī)范。目前應(yīng)用于車架開發(fā)上比較成熟的方面主要有：剛 度、強(qiáng)度分析 (應(yīng)用于整車、大小總 5 成與零部件分析以實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì) )， NVH 分析 (各種振動、噪聲，包括摩擦噪聲、風(fēng)噪聲等 )、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析等；建立在分析和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的各種優(yōu)化方法為車架設(shè)計(jì)提供了多種實(shí)用的選擇方案，使車架設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到優(yōu)化設(shè)計(jì)跨出了一大步。在關(guān)于優(yōu)化算法方面的研究，國外將遺傳算法引入到結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化算法中并獲得良好的效果?？偟目磥?，國外輕量化研究主要有以下幾個(gè)方面： （１） 提出先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，發(fā)展先進(jìn)的制造工藝并通過尺寸參數(shù)優(yōu)化而得到新的輕量化結(jié)構(gòu)； （２） 將拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化引入到結(jié)構(gòu)輕量化過程中； （３） 提出新的現(xiàn)代優(yōu)化方法，并進(jìn)入到結(jié)構(gòu)輕量化中； （４） 利用硬件優(yōu)勢，大量考慮動態(tài)過程中的各種約束，對尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化而得到輕量化結(jié)構(gòu)。 在國內(nèi)，高等院校對基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的車輛輕量化研究發(fā)展也很多，但由于沒有完備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫和設(shè)計(jì)規(guī)范，有時(shí)只能按解剖進(jìn)口車結(jié)構(gòu)來進(jìn)行參照性設(shè)計(jì)。具體在車架結(jié)構(gòu)分析方面，車架的剛度分析對結(jié)構(gòu)分析的重要性近些年已受到廣泛的重視。從分析類型上看，仍以車架結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析為主。虛擬試驗(yàn)場整車分析正在著手研究，此外還有焊裝模擬分析、噴涂模擬分析等。其中，車架剛度、強(qiáng)度分析，碰撞模擬分析， 空氣動力特性分析。金屬板件拉延成形特性分析等已步入實(shí)用化階段，為車架的全面優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 國內(nèi)目前的輕量化研究主要集中在汽車一般零部件、底盤車架結(jié)構(gòu)等的改形設(shè)計(jì)方面，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段引入有限元法對車架輕量化設(shè)計(jì)的研究很少。與國外相比，國內(nèi)關(guān)于在輕量化設(shè)計(jì)過程中引入新的現(xiàn)代優(yōu)化算法的研究比較匱乏，輕量化設(shè)計(jì)過程中的分析規(guī)模較小， CAD/CAE一體化在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)階段的應(yīng)用還不成熟以至于汽車生產(chǎn)廠家很少采用。概括起來與國外輕量化研究的主要差距有： （１） 汽車結(jié)構(gòu)開發(fā)工作主要還是依賴經(jīng)驗(yàn)和解剖進(jìn)口結(jié)構(gòu)進(jìn)行參照 性設(shè)計(jì)的，多用來解決樣車試驗(yàn)以后出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題，設(shè)計(jì)與分析未能真正做到并行。 （２） 由于軟硬件對計(jì)算模型規(guī)模的限制，模型的細(xì)化程度不夠，因而結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度分析的結(jié)果還比較粗略。計(jì)算結(jié)果多用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的方案比較，離虛擬試驗(yàn)的要求還有相當(dāng)大的差距。 （３） 有限元分析主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度分析方面，在碰撞、振動、噪聲、外流方面的模擬計(jì)算才剛剛起步，對車架結(jié)構(gòu)或部件的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)分析研究的實(shí)例還未廣泛進(jìn)行。 同時(shí)，國內(nèi)外不少公司、科研機(jī)構(gòu)及高等院校陸續(xù)開發(fā)了一些通用性很強(qiáng)的大型有限元結(jié)構(gòu)分析軟件程序， 這些程序可用來分析任意規(guī)模的結(jié)構(gòu)，如整架飛機(jī)或整個(gè)汽車的結(jié)構(gòu)。這些有限元軟件已發(fā)展到成熟的階段，比較成熟并且普及較廣的有美國 6 加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研制的 SAP、美國麻省理工學(xué)院研制的 ADINA、美國國家航空與航天局研制的 NASTRAN、德國斯圖加特大學(xué)宇航結(jié)構(gòu)靜力學(xué)研究所研制的ASKA、世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國 ANSYS開發(fā)的 ANSYS軟件等等。這些通用程序的研制成功，大大簡化了結(jié)構(gòu)分析工作，只要求使用任意掌握有限元法的基本理論，熟悉建立有限元分析模型的方法和通用程序的使用方法即可。這些大 型商業(yè)通用有限元分析軟件也像 CAD設(shè)計(jì)軟件一樣在汽車研發(fā)過程中得到普及，有實(shí)力的汽車廠商甚至為自己的產(chǎn)品開發(fā)獨(dú)立地從事這些有限元分析軟件的二次開發(fā)。 主要 設(shè)計(jì) 內(nèi)容 本 設(shè)計(jì) 通過參考 國內(nèi)外輕型載貨汽車 車架的結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，對車架進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核， 利用 Pro/E 建模并應(yīng)用 ANSYS 軟件對 車架進(jìn)行 有限元分析 ，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下 ： 選擇 車架 結(jié)構(gòu)型式、 材料和加工工藝 ，確定車架參數(shù)，對 車架 結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對車架進(jìn)行校核。 建立 Pro/E 零件模型，并完成正確的裝配。 將建立好的 Pro/E 模型導(dǎo)入有限元 軟件 ANSYS 中，完成車架在各種工況下的靜力分析。 7 第 2 章 車架 結(jié)構(gòu)方案 的 選擇 車架的設(shè)計(jì)要求 車架作為汽車的承載基體，為貨車、中型及以下的客車、中高級和高級轎車所采用，支承著發(fā)動機(jī)、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式車身和貨箱等所用簧上質(zhì)量的有關(guān)機(jī)件，承受著傳給它的各種力和力矩。為此，車架應(yīng)有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機(jī)構(gòu)之間的相對位置在汽車行駛過程中保持不變并使車身的變形最小；車架也應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證其有足夠的可靠性與壽命，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴(yán) 重的變形和開裂。車架剛度不足會引起振動和噪聲，也使汽車的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些機(jī)件的可靠性下降。貨車車架的最大彎曲撓度通常應(yīng)小于10mm。但車架扭轉(zhuǎn)剛度又不宜過大，否則將使車架和懸架系統(tǒng)的載荷增大并使汽車輪胎的接地性變差，使通過性變壞。通常在使用中其軸間扭角約為 1176。/m。在保證強(qiáng)度、剛度的前提下車架的自身質(zhì)量應(yīng)該盡可能減小，以減小車身質(zhì)量。貨車車架質(zhì)量一般約為整車整備質(zhì)量的 1/10。此外，車架設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮車型系列化及改裝車等方面的要求。 車架的結(jié)構(gòu)型式 根 據(jù)縱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，車架可分為以下幾種結(jié)構(gòu)型 式： 周邊式車架 周邊式車架用于中級以上的轎車。如圖 （ a） 所示，在俯視圖上車架的中部寬、兩端窄。中部寬度取決于車身門檻梁的內(nèi)壁寬；前端寬度取決于前輪距及前輪最大轉(zhuǎn)角；后端寬度則有后輪距確定。左右相關(guān)縱梁由橫梁連接。其最大特點(diǎn)是前后兩段縱梁系經(jīng)所謂的緩沖臂或抗扭盒與中部縱梁焊接相連。前緩沖臂位于車廂前圍板下部傾斜踏板前方；后緩沖臂位于后座下方。其結(jié)構(gòu)形狀容許緩沖臂有一定的彈性變形，可吸收來自不平路面的沖擊和降低車內(nèi)噪聲。此外，車架中部加寬既有利于提高汽車的橫向穩(wěn)定性，又減短了車架縱梁外側(cè)裝置件的懸伸 長度。在側(cè)視圖上，與其他型式的轎車車架類似，在前方車輪處縱梁向上彎曲以讓出前后獨(dú)立懸架或非斷開式后橋的 運(yùn)動空間。采用這種車架時(shí)車身地板上的傳動軸通道所形成的鼓包不大， 但門檻較寬，見圖 （ a） 。 8 （ a） 周邊式車架 （ b） X 形車架 （ c）梯形車架 圖 轎車車架 X 形車架 如圖 （ b）所示，這種車架為一些轎車所采用。車架的中部為位于汽車縱向?qū)ΨQ平面上的一根矩形斷面的空心脊梁，其前后端焊以叉形梁，形成俯視圖上的 X 形狀。 9 前端的叉形梁用于支承動力 傳動總成，而后端則用于安裝后橋。傳動軸經(jīng) 中部管梁通向后方。中部管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大。前后叉形邊梁由一些橫梁相連，后者還用于加強(qiáng)前、 后懸架的支承。管梁部分位于后座乘客的腳下位置且在車寬的中間，因此不妨礙在其兩側(cè) 的車身地板的降低，但地板中間會有較大的縱向鼓包。門檻的寬度不大， 見圖 （ b） ，雖然從被動安全性考慮，要求門檻有足夠的強(qiáng)度和剛度。 梯形車架 梯形車架又稱邊梁式車架，是由兩根相互平行的縱梁和若干根橫梁組成。其彎曲剛度較大，而當(dāng)承受扭矩時(shí)