中型货车车架设计剖析

I摘要本设计课题是关于中型载货汽车的车架设计。所设计的车架结构形式是前后等宽的边梁式车架，其中纵梁和横梁的截面形状都采用槽型，纵梁与横梁通过铆钉连接。本说明书涉及了现阶段载货汽车技术的发展趋势，以及国内外载货汽车车架的发展状况；说明书还详细阐明了中型载货汽车的方案论证：车架的设计要求、车架结构的确定、车架宽度的确定、车架纵梁形式的确定、车架横梁形式的确定、车架纵梁与横梁连接形式的确定、车架的受载分析以及车架的强度计算。在计算时把车架简化成为一个位于支座上的静定结构，然后，用材料力学的知识对本车架进行强度计算，并且在满足应力要求的条件下来确定车架纵梁的断面尺寸。关键词：中型货车、车架、设计IIAbstractThisdesignissueisabouttheframeofmedium-sizedtruck.Theframestructuredesignedisthesideframewiththebeamwidth,inwhichtheshapeoflongitudinalandcross-sectionbeamsareslot,railsandbeamsareconnectedbyrivets.Thispaperinvolvesinlatelythetechnologydevelopmenttrendoftruckaswellasthedomesticandforeigntruckframedevelopment;Thispaperalsoexposeindetailthemedium-sizedtruckwithschemedemonstration:therequirementofframedesign、determinationofframestructure、determinationofframewidth、determinationofstringerform、determinationofbeamsform、theconnectionformofbeams、analysisofloadtheframesuffersandthestrengthcalculation.Theframewillbesimplifiedasastableobjectivewhencalculating,andthencalculatethestrengthwithmechanicsmaterialsknowledgeanddeterminethesizeoftheframerailswiththepreconditionthatitmeetstherequirementofstress.Keywords:medium-sizedtrucks,trailers,design目录第1章绪论·······················································11.1课题背景··············································11.2国外货车技术的发展趋势·····························11.3车架的发展···········································2第2章方案论证···················································42.1参考车型及其参数······································42.2车架设计的技术要求····································42.3车架结构的确定·······································5第3章车架的设计·················································93.1车架的结构形式的设计··································93.2车架的受载分析·······································133.3弯曲强度计算时的基本假设······························143.4纵梁的弯矩和剪力的计算································15第4章车架的制造工艺·············································214.1车架梁的制造工艺······································214.2车架的铆接工艺······································234.3涂装工艺·············································24结束语····························································25参考文献···························································26致谢······························································27附录······························································281第1章绪论1.1课题背景车架是汽车各总成的安装基体，它将发动机、底盘和车身等总成连成一个有机的整体，即将各总成组成为一辆完整的汽车。同时，车架还承受汽车各总成的质量和有效载荷，并承受汽车行驶时产生的各种力和力矩，即车架要承受各种静载荷和动载荷。汽车车架是整个汽车的基体，是将汽车的主要总成和部件连接成汽车整体的金属构架，对于这种金属构架式车架，生产厂家在生产设计时应考虑结构合理，生产工艺规范，要采取一切切实可行的措施消除工艺缺陷，保证它在各种复杂的受力情况下不至于被破坏。本说明书只是叙述非承载式车身结构形式中单独的车架系统。承载式汽车，前、后悬架装置，发动机及变速器等传动系部件施加的作用力均由车架承受，所以，车架总成的刚性、强度及振动特性等几乎完全决定了车辆整体的强度、刚度和振动特性。设计时在确保车架总成性能的同时，还应对车架性能和匹配性进行认真的研究。车架结构很多都是用电弧焊焊接而成，容易产生焊接变形。在设计方面对精度有要求的部位不得出现集中焊接，或者从部件结构方面下工夫，尽量确保各个总成的精度。另外，与其他焊接方法相对比，采用电弧焊的话，后端部容易出现比较大的缺口，出现应力集中现象。所以，应对接头位置和焊接端部进行处理。车架受力状态极为复杂。汽车静止时，它在悬架系统的支撑下，承受着汽车各部件及载荷的重力，引起纵梁的弯曲和偏心扭转（局部扭转）。如汽车所处的路面不平，车架还将呈现整体扭转。汽车行驶时，载荷和汽车各部件的自身质量及其工作载荷（如驱动力、制动力和转向力等）将使车架各部件承受着不同方向、不同程度和随机变化的动载荷，车架的弯曲、偏心扭转和整体扭转将更严重，同时还会出现侧弯、菱形倾向，以及各种弯曲和扭转振动。同时，有些装置件还可能使车架产生较大的装置载荷。随着计算机技术的发展，在产品开发阶段，对车架静应力、刚度、振动模态以至动应力和碰撞安全等已可进行有限元分析，对其轻量化、使用寿命，以及振动和噪声特性也可以做出初步判断，为缩短产品开发周期创造了有利条件。1.2国外货车技术的发展趋势如今世界货车技术发展亦相当迅速，为降低运输成本，载货车正朝着大型化方向发展追求大功率、大吨位。其次，国际载货车的另一动向就是将货车组装成“安全概念车”，现在大多数货车和挂车都已经安装了ABS，有的车型还安装了“电控制动系统、2“翻车警告系统”等装置，电控制动系统可将停车距离缩短了15%，货车的制动踏板的反应像小汽车一样的灵敏；而翻车警告系统则能防患于未然，当车辆有危险时，系统会发出警鸣声提醒司机减速，如不奏效，则立即通过电控装置强迫减速，令车身保持平稳。再次，国际货车开始走向更舒适，一般驾驶室都很能宽敞，空调、音响等电器一应俱全。司机可在车上看电视、上网、收发电子邮件、打电话；有的车辆还设置了卧铺和写字台；新型货车还使用了电控装置的变速器，自动换档。目前，国际上货车发展的新潮流是开始应用卫星监控和导航技术，装上了移动通信和跟踪网络系统，通过这种系统，公司可探测出外出运营的车辆位置，即时发送信号，与司机密切联系；挂车的超声波传感器可及时告之货主是否装货及装货形式；通过传感器调度员可以了解车辆速度、燃油消耗及传动系统状况，随时提醒司机应注意的问题，一旦出现问题，系统就迅速批示最近的人员去救援。一部车的性能除了取决于引擎动力的大小，操控也是不容忽视的。另一因素，但是要造出优异的操控，悬挂结构的设计就显得相当重要。汽车车架是整个汽车的基体，是将汽车的主要总成和部件连接成汽车整体的金属构架，对于这种金属构架式车架，生产厂家在生产设计时应考虑结构合理，生产工艺规范，要采取一切切实可行的措施消除工艺缺陷，保证它在各种复杂的受力情况下不至于被破坏。1.3车架的发展早期汽车所使用的车架，大多是由笼状的钢骨梁柱所构成的，也就是在两支平行的主梁上，以类似阶梯的方式加上许多左右相连的副梁制造而成。车体建构在车架之上，至于车门、沙板、引擎盖、行李厢盖等钣件，则是另外再包覆于车体之外，因此车体与车架其实是属于两个独立的构造。这种设计的最大好处，在于轻量化与刚性得以同时兼顾，因此受到了不少跑车制造商的青睐，早期的法拉利与兰博基尼都是采用的这种设计。由于钢骨设计的车架必须通过许多接点来连结主梁和副梁，加之笼状构造也无法腾出较大的空间，因此除了制造上比较复杂、不利于大量生产之外，也不适合用在强调空间的四门房车上。随后单体结构的车架在车坛上成为主流，笼状的钢骨车架也逐渐改由这种将车体与车架合二为一的单体车架所取代。关于单体车架：简单的说就是将引擎室、车厢以及行李厢三个空间合而为一，这样的好处除了便于大量生产，模组化的运用也是其中主要的考虑。通过采取模组化生产的共用策略，车厂可以将同一具车架分别使用在多种不同的车款上，这样也可节省不少研发经费。除了有利于共用，车体车架也可以通过材料的不同来发挥轻量化的特性，铝合金是80年代末期相当热门的一种工业材料，虽然重量比铁轻，但是强度却较差，因此如果要3用铝合金制成单体车架，虽然在重量上比起铁制车架更占优势，但是强度却无法达到和铁制车架同样的水准。除非增加更多的铝合金材料，利用更多的用量来弥补强度上的不足。不过这样一来，重量必然会相对增加，而原本出于轻量化考虑而采用铝合金材料的动机，当然也就失去了意义。也正因为这个原因，铝合金车架在车坛上并未成为主流，少数高性能跑车或是使用了强度更高的碳纤维，或是用碳纤维结合蜂巢状夹层铝合金的复合材料取代了铝合金。但是要用碳纤维制成单体车架，在制作上相当复杂且费时，成本也相对更高，所以至今仍无法普及到一般市售车上，而仅有少数售价高昂的跑车使用。尽管铝合金车架鲜有车厂使用，不过用钢铁车架搭配铝合金钣件的方式，近年来却受到不少车厂的重视，这样的结构不仅可以保留车架本身的强度，同时也可以通过钣件的铝合金化来取得轻量化效果，在研发成本上自然也不像碳纤维制的单体车架那样昂贵。关于刚性的确保，大多数车厂在新车的设计阶段，都是利用电脑计算出车架的刚性需求，并以此作为设计依据。有些车厂在用电脑完成设计雏形后，还会再由专业的试车人员进行实际测试。4第2章设计方案论证2.1参考车型及其参数参考车型：解放牌CA1161PK2E3L1A95平头载货汽车详细参数：发动机型号：CA6DF3-16E3F发动机功率：121kw发动机排量：7120ML发动机类型：柴油发动机外形尺寸（长×宽×高）：8532×2490×3200mm货箱栏板内尺寸：6200×2300×400mm总质量：13965Kg整备质量：5850Kg额