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1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,1,第7章 車架設(shè)計,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,2,7.1 概述,車架是汽車的裝配基體和承載基體，其功用是支承連接汽車的各總成零部件，車架還承受來自車內(nèi)外的各種載荷。 評價車架設(shè)計的好壞，首先應(yīng)該清楚車輛在行駛時車架所要承受的各種力。汽車的使用條件復(fù)雜，其受力情況也十分復(fù)雜，隨著汽車行駛條件的變化，車架上的載荷變化很大。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,3,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.1 車架的結(jié)構(gòu)形式 1. 梯形車架 梯形車架由左右分開的兩根縱梁和若干根橫梁組成，稱作非承載式車架。 梯形車架的優(yōu)點是具有很強的承載能力和抗扭剛

2、度，結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)容易，生產(chǎn)工藝的要求也較低，同時，便于安裝車身、車廂和布置其他總成，易于汽車的改裝和變型。其缺點是質(zhì)量大。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,4,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.1 車架的結(jié)構(gòu)形式 2. 一體式車架 一體式車架的汽車，整個車身的外殼本身就屬于車架的一部分，。一體式車架的優(yōu)點是適應(yīng)高度機械化的流水作業(yè)，可以大大降低生產(chǎn)成本；缺點是生產(chǎn)前的配套投資極其龐大，不適合小批量生產(chǎn)。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,5,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.1 車架的結(jié)構(gòu)形式 3. 脊梁式車架 脊梁式車架有一根位于汽車左右對稱中心的大斷面管形梁(圓形或箱形斷面)，

3、其上固定有橫向的托架或連接梁，使車架呈魚骨狀 ，又稱中梁式車架 。這種結(jié)構(gòu)對于橫向彎曲及其水平菱形扭動有很好的抵御作用。但車架的制造工藝復(fù)雜，維修不便。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,6,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.1 車架的結(jié)構(gòu)形式 4. 桁架式車架 車架由鋼管(也有的車輛使用鋁合金管)組合焊接而成，兼有車架和車身的作用。它剛度大，質(zhì)量輕，但制造工藝性差。桁架式車架又稱鋼管式車架，這種車架也屬于承載式車架。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,7,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.1 車架的結(jié)構(gòu)形式 5. 碳纖維車架 碳纖維車架是一種特殊材料一體成形式車架。在結(jié)構(gòu)上，碳纖維

4、車架沒有既定的格局，幾乎每輛車都根據(jù)自己整體的情況特別設(shè)計車架。制造方法是用碳纖維澆鑄成一體化的底板、座艙和發(fā)動機艙結(jié)構(gòu)，再裝上機械零件和車身覆蓋件。碳纖維車架的剛度極高，重量比其他任何車架都要輕，重心也可以降得很低。但是制造成本太高，目前只用于不計成本的賽車和極少數(shù)量產(chǎn)車上。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,8,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式 縱梁是車架的主要承載部件，商用車的車架縱梁沿全長應(yīng)盡量平直且截面不變或少變。載貨汽車的車架縱梁截面形狀多為槽形，也有Z字形、工字形。 橫梁將左右縱梁連接在一起，構(gòu)成一個完整的車架，并保證車架有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度；橫梁還起著

5、支承某些總成的作用。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,9,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.3 車架的設(shè)計和計算 1. 彎曲強度計算的基本假設(shè) (1) 以梯形車架為例，因為車架結(jié)構(gòu)是左右對稱的，左、右縱梁的受力相差不大，故認(rèn)為縱梁是支撐在汽車前后軸上的簡支梁。 (2) 空車時的簧上質(zhì)量(包括車架質(zhì)量在內(nèi))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(jié)構(gòu)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)大致估計。對于輕型和中型載貨汽車來說，簧上質(zhì)量約為空車質(zhì)量的2/3；汽車的有效載荷均勻分布在車廂全長上。 (3) 所有的作用力均通過縱梁截面的彎曲中心。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(chǎn)生局部

6、扭轉(zhuǎn)，在設(shè)計時通常在此安裝一根橫梁，使得這種對縱梁的扭轉(zhuǎn)變?yōu)閷M梁的彎矩，故這種假定不會造成明顯的計算誤差。,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,10,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.3 車架的設(shè)計和計算 2. 縱梁的彎矩計算 要計算車架縱梁的 彎矩，先計算車架前支座 反作用力 在計算縱梁彎矩時，將縱梁分成兩段區(qū)域，每一區(qū)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(rèn)為：縱梁上某一端面上的彎矩為該斷面之前所有力對這點的轉(zhuǎn)矩之和。,,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,11,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.3 車架的設(shè)

7、計和計算 (1) 駕駛室長度段縱梁的彎矩計算。 在該區(qū)段內(nèi)，根據(jù)彎矩差法，有 (2) 駕駛室后端(車廂前端)到后軸段縱梁的彎矩計算 在該區(qū)段內(nèi)，根據(jù)彎矩差法，縱梁某一斷面的彎矩為 縱梁某一斷面上的剪力為該斷面之前所有力的和,,,,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,12,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.3 車架的設(shè)計和計算 由上可知，縱梁的最大彎矩一定發(fā)生在該段縱梁內(nèi)。求 對 的導(dǎo)數(shù)并令其為0,可得 縱梁受到的最大剪力則發(fā)生在汽車的后軸附近。當(dāng) 時，剪應(yīng)力最大 由于汽車高速行駛時，汽車受到多種載荷的影響。故應(yīng)乘以一個系數(shù)。,,,,,,,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工

8、程系,13,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.3 車架的設(shè)計和計算 3. 縱梁截面特性計算 槽型梁截面系數(shù)為 工字梁截面系數(shù)為 管狀梁截面系數(shù)為,,,,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,14,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.3 車架的設(shè)計和計算 4. 彎曲應(yīng)力計算 縱梁斷面的最大彎曲應(yīng)力為 按上式求得的彎曲應(yīng)力不應(yīng)大于材料的許用應(yīng)力 。許用應(yīng)力可以用下式進(jìn)行計算： 5. 車架的剛度校核 (1) 車架縱梁抗彎剛度校核 對于簡支梁來說，其跨距中間受集中載荷作用時，梁的撓度最大值為,,,,,哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車工程學(xué)院車輛工程系,15,7.2 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.2.3 車架的設(shè)計和計算 根據(jù)使用要求和經(jīng)驗，當(dāng)車架縱梁中間受到1000N集中載荷作用時，總量的最大撓度不得超過0.085cm，即 要求載貨汽車縱梁的值通常在20-30之間，有些重型載貨汽車或平頭貨車此值要求更高，甚至超過50。 (2) 車架的扭轉(zhuǎn)剛度 車架的扭轉(zhuǎn)剛度通常是指汽車前后橋之間的車架的扭轉(zhuǎn)剛度。由于車架縱梁不是等截面，且橫梁也不是等距離布置，因而車架的扭轉(zhuǎn)剛度沿縱梁長度上并非常數(shù)。,,,