車架受力分析.doc

大梁式車架受力分析一、 整車對車架的要求二、 車架的受力情況分析三、 車架的結(jié)構(gòu)分析1. 車架的基本結(jié)構(gòu)形式2. 車架寬度的確定3. 縱梁的形式、主參數(shù)的選擇4. 車架的橫梁及結(jié)構(gòu)形式5. 車架的連接方式及特點(diǎn)6. 載貨車輛采用鉚接車架的優(yōu)點(diǎn)四、 車架的計算1. 簡單強(qiáng)度計算分析2. 簡單剛度計算分析3. CAE綜合分析五、附表 2000年7月1日一、 整車對車架的要求 車架是整車各總成的安裝基體，對它有以下要求：1. 有足夠的強(qiáng)度。要求受復(fù)雜的各種載荷而不破壞。要有足夠的疲勞強(qiáng)度，在大修里程內(nèi)不發(fā)生疲勞破壞。2. 要有足夠的彎曲剛度。保證整車在復(fù)雜的受力條件下，固定在車架上的各總成不會因車架的變形而早期損壞或失去正常工作能力。3. 要有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。當(dāng)汽車行使在不平的路面上時，為了保證汽車對路面不平度的適應(yīng)性，提高汽車的平順性和通過能力，要求車架具有合適的扭轉(zhuǎn)剛度。對載貨汽車，具體要求如下：3.1車架前端到駕駛室后圍這一段車架的扭轉(zhuǎn)剛度較高，因?yàn)檫@一段裝有前懸架和方向機(jī)，如剛度弱而使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，勢必會影響轉(zhuǎn)向幾何特性而導(dǎo)致操縱穩(wěn)定性變壞。對獨(dú)立懸架的車型這一點(diǎn)很重要。3.2包括后懸架在內(nèi)的車架后部一段的扭轉(zhuǎn)剛度也應(yīng)較高，防止由于車架產(chǎn)生變形而影響軸轉(zhuǎn)向，側(cè)傾穩(wěn)定性等。3.3駕駛室后圍到駕駛室前吊耳以前部分車架的剛度應(yīng)低一些，前后的剛度較高，而大部分的變形都集中在車架中部，還可防止因應(yīng)力集中而造成局部損壞現(xiàn)象。4. 盡量減輕質(zhì)量，按等強(qiáng)度要求設(shè)計。二、 車架的受力情況分析1. 垂直靜載荷： 車身、車架的自重、裝在車架上個總成的載重和有效載荷（乘員和貨物），該載荷使車架產(chǎn)生彎曲變形。2. 對稱垂直動載荷： 車輛在水平道路上高速行使時產(chǎn)生，其值取決于垂直靜載荷和加速度，使車架產(chǎn)生彎曲變形。3. 斜對稱動載荷 在不平道路上行使時產(chǎn)生的。前后車輪不在同一平面上，車架和車身一起歪斜，使車架發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。其大小與道路情況，車身、車架及車架的剛度有關(guān)。4. 其它載荷4.1汽車加速和減速時，軸荷重新分配引起垂直載荷。4.2汽車轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的側(cè)向力。4.3一前輪撞在凸包上，車架水平方向上產(chǎn)生箭切變形。4.4裝在車架上總成（方向機(jī)、發(fā)動機(jī)、減振器）產(chǎn)生的作用反力。4.5 載荷作用線不通過縱梁的彎曲中心（油箱、懸架）而使縱梁產(chǎn)生局部受扭。 因此車架的受力是一復(fù)雜的空間力系，縱梁和橫梁截面形狀和連接的多變多樣，使車架的受載更復(fù)雜化。車架CAE分析時一輪懸空這種極限工況，即解除一個車輪的約束，分析車架彎扭組合情況下的最大應(yīng)力。普通載貨汽車車架的彎矩圖如下：三、車架的結(jié)構(gòu)分析1. 車架的基本結(jié)構(gòu)形式 邊梁式（載貨車、大客車常用結(jié)構(gòu)） 框式 周邊式（復(fù)雜的邊梁式，越野車、轎車常用） 車架 X型式（X型橫梁，抗扭性能強(qiáng)） 脊梁式（抗扭性能好） 綜合式（前后框式、中間脊梁式）目前公司各種車架基本都是邊梁式車架。2.車架寬度的確定車架的寬度主要由前后輪距確定的，確定車架的寬度按以下原則進(jìn)行：車架前部寬度主要考慮前輪的最大轉(zhuǎn)角，選用成型的方向機(jī)要考慮方向機(jī)的安裝，有時結(jié)合駕駛室的安裝統(tǒng)一考慮。車架中部的寬度要考慮發(fā)動機(jī)及發(fā)動機(jī)附件（排氣管、變速操縱桿）的安裝。為考慮高速車的穩(wěn)定性，希望增加車架后部寬度，以便能加大后簧托距。如BJ1027A和CA1026的托距都很大。對雙胎車，車架后部寬度取決于輪胎、板簧、車架三者的間隙。從簡化工藝的角度看，最好做成前后等寬，對低價位的產(chǎn)品，這一點(diǎn)很重要?？紤]標(biāo)準(zhǔn)的要求，我國汽車專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中型載貨車邊梁式車架的寬度為8645mm。典型結(jié)構(gòu)： 轎車、微型車和單胎輕型車車架做成窄后寬結(jié)構(gòu)，前部窄是為了增大前輪轉(zhuǎn)角。從發(fā)動機(jī)安裝處開始加寬。 雙胎載貨車，做成前寬后窄結(jié)構(gòu)。如1028非獨(dú)立懸架的都市小卡和NPR。 1049（NKR55LL）是以上兩種車架的綜合，前部寬度630、中部740、后部700。 NHR單胎車型前部寬度630，中部中部740、后部800。3.縱梁的型式、主參數(shù)的選擇3.1縱梁的型式縱梁主要有以下五種形式：槽型薄壁斷面、閉口薄閉斷面、Z字型斷面、工字型斷面等。其中重型載貨汽車和超重型載貨汽車采用工字型結(jié)構(gòu)截面的型材，Z字型斷面不常用。在此主要討論前面兩種結(jié)構(gòu)形式的縱梁斷面。兩種結(jié)構(gòu)（相同的斷面面積）的優(yōu)缺點(diǎn)如下：型式圖示抗彎性能抗扭性能材料利用率固定資產(chǎn)投入總布置方便性變形方便性車架工藝應(yīng)用情況槽型薄壁斷面好很差較好大好差鉚接為主，小部分焊接批量應(yīng)用于各種載貨、中型和輕型載貨車輛閉口薄閉斷面（成型管）較差較好差小較差好焊接部分輕型車，如BJ1022、現(xiàn)代小貨車，部分越野車閉口薄閉斷面（焊接結(jié)構(gòu)）一般很大好差焊接微型貨車、皮卡、越野車3.2縱梁主參數(shù)的選擇3.2.1要滿足強(qiáng)度和剛度需要，具體從以下三個方面考慮：根據(jù)軸距對車架剛度的初步驗(yàn)算；同類車型的類比分析，具體見附表（一）。初步的強(qiáng)度計算。3.2.2要考慮規(guī)劃中產(chǎn)品對車架斷面的要求，滿足產(chǎn)品系列化對車架縱梁強(qiáng)度和剛度的要求。3.2.3車架縱梁要盡量簡單，減少斷面急劇過度及彎曲，減少應(yīng)力集中。3.2.4通過CAE分析，最終確定車架強(qiáng)度和加強(qiáng)板的形狀和結(jié)構(gòu)形式。 對槽型梁結(jié)構(gòu)，要注意縱梁高寬比的確定，通常范圍為2.83.5之間，例如1029車架為170/55=3.09比較合適。1046E6為195/55=3.54，寬度偏小。4.車架的橫梁及結(jié)構(gòu)形式 車架橫梁將左、右縱梁連接起來，構(gòu)成一個框架，使車架有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度。汽車的主要總成也靠橫梁支撐。具體的確定的原則如下：4.1要確保車架前部的扭轉(zhuǎn)剛度。對獨(dú)立懸架車型，更要注意。4.2板簧支架和吊耳處盡量設(shè)置橫梁，以降低縱梁的應(yīng)力和變形。后板簧前后支架處力和轉(zhuǎn)距很大，一般設(shè)置一根抗扭剛度大，連接寬度的橫梁。4.3發(fā)動機(jī)部位，盡量設(shè)計簡易的橫梁,減少縱梁變形。4.4合理設(shè)計橫梁與縱梁的連接方式及結(jié)構(gòu)，4.4.1橫梁和縱梁的腹板連接，工藝簡單，連接剛性差，但不會使縱梁出現(xiàn)大的應(yīng)力，車架中部采用這種連接。4.4.2橫梁與縱梁腹板及翼面（上或下）相連接。 工藝并不復(fù)雜，應(yīng)用廣泛。但后板簧托架的力會通過縱梁傳遞給橫梁，因此要減少板簧托架的懸伸長度，使載荷點(diǎn)盡量靠近縱梁彎曲中心。當(dāng)偏心載荷較大時，可將縱梁做成局部封口，或?qū)M梁穿過縱梁，將載荷直接傳遞給橫梁。4.4.3橫梁與縱梁上下翼面相連接。 由于有剛性很好的角支撐，可產(chǎn)生良好的斜支撐作用，使整個車架剛度增加，翼面外邊不會因受壓而產(chǎn)生翹曲。車架兩端的橫梁采用這種方式和縱梁連接。由于翼面不能自由翹曲，但轉(zhuǎn)距過大時，縱梁翼面會出現(xiàn)應(yīng)力過大現(xiàn)象。4.4.4對受力較大的結(jié)構(gòu)附件，要注意其與車架縱梁的連接方式，避免因縱梁局部應(yīng)力過大造成縱梁開裂。注意減振器支架、駕駛室支架、板簧支架、發(fā)動機(jī)支架的設(shè)計。5. 車架的連接方式和特點(diǎn)車架的連接方式有鉚接、焊接和螺栓連接三種:5.1鉚接車架：鉚接成本低,適合于大批量生產(chǎn)，其剛度與鉚釘?shù)臄?shù)量極其分布有關(guān),因此鉚釘布置設(shè)計很重要。5.2焊接車架：焊接車架能使其連接牢固，不致產(chǎn)生松動，能保證有大的剛度。但焊接容易產(chǎn)生較大的變形和內(nèi)應(yīng)力，因此對焊接的質(zhì)量要求很高。適用于小批量生產(chǎn)和修理。5.3螺栓連接： 特殊使用條件和特殊用途的車架采用。但長期使用，容易產(chǎn)生松動，易發(fā)生嚴(yán)重的質(zhì)量事故。一般汽車的縱梁和橫梁的連接不采用這種方式。 無論是焊接車架，還是鉚接車架，緊固件的數(shù)量和尺寸應(yīng)和橫梁的大小相適應(yīng)，鉚釘分布不要太近。當(dāng)利用連接板的翻邊緊固時，應(yīng)加大連接板的寬度和厚度，緊固孔應(yīng)靠近翻邊處，防止連接損壞。6.載貨車輛采用鉚接車架的優(yōu)點(diǎn) 對于車速較高（100km/h）和總質(zhì)量大于3500kg的輕型汽車，建議采用鉚接車架，優(yōu)點(diǎn)如下：6.1車速高，為確保高速行駛的穩(wěn)定性，必須提高車架精度，因此優(yōu)先采用鉚接車架。 皮卡、部分越野車、微型貨車車架一般采用焊接工藝（縱梁是薄壁閉口斷面）。是受以下幾個特殊因素影響而決定的：這部分車型使用中超載不多。斷面較小，最大斷面高在130毫米以下，采用鉚接時鉚鉗空間不夠充裕。前兩類產(chǎn)品的批量不大，如采用鉚接投入較大。 6.2矩管焊接車架的缺點(diǎn) 雖部分小型貨車和越野車采用矩管車架，有以下缺點(diǎn)：6.2.1矩形管彎曲后回彈大，影響了整車高度方向的基準(zhǔn)。焊接后車架本身的尺寸精度不高。6.2.2矩形管縱梁，同樣抗彎模量前提下，成本高。原2310-II車架（100X50X5）170.6公斤重，成本1100元，改成1022EZC2A沖壓車架（150X50X4），總成131公斤，成本830元，成本降低，抗彎模量大幅度增加。6.2.3不利于總布置。線路、管路、附件的固定不好處理。6.3 焊接車架焊接變形大1022EZC2A車架為沖壓焊接車架，焊接變形大，長期以來達(dá)不到設(shè)計要求，只好辦理偏差許可，具體數(shù)據(jù)見附表（二）。6.4焊接車架不可避免有焊接缺陷 對焊接工藝，容易出現(xiàn)過燒、假焊、咬邊等焊接缺陷，由于焊接缺陷的存在，車架出現(xiàn)質(zhì)量問題的機(jī)會增多。6.5 對卡車行業(yè)，鉚接車架是主流國內(nèi)輕型車行業(yè)中，除了北輕汽受工藝條件的限制以外，基本都是鉚接車架。北輕汽的主導(dǎo)產(chǎn)品BJ1041和BJ1061為焊接車架，BJ1041嚴(yán)格說來是一種“輕拋車型”，后懸架為漸變剛度簧，無副簧，整車承載能力弱，銷售區(qū)域也基本在北方。焊接車架不是輕卡車架的主流。6.6公司即將有鉚接工藝 為生產(chǎn)BJ1049輕卡的車架，公司正在上是鉚接線，為進(jìn)一步分?jǐn)傘T接線的投入，新設(shè)計的車架應(yīng)優(yōu)先考慮采用鉚接工藝。四、車架計算1.簡單強(qiáng)度計算附表附表（一）懷柔