車架設(shè)計手冊.doc

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Q/ZK.JS04× ××××—2005 —－可編輯修改，可打印—— 別找了你想要的都有！ 精品教育資料 ——全冊教案，，試卷，教學(xué)課件，教學(xué)設(shè)計等一站式服務(wù)—— 全力滿足教學(xué)需求，真實規(guī)劃教學(xué)環(huán)節(jié) 最新全面教學(xué)資源，打造完美教學(xué)模式 鄭州宇通客車股分有限公司 發(fā)布 ××××-××-××實施 ××××-××-××發(fā)布 車架設(shè)計手冊 Q/ZK.JS04× ××××—2005 Q/ZK 鄭州宇通客車股分有限企業(yè)標準 ICS 1 . 前 言 本標準由鄭州宇通客車股份有限公司技術(shù)中心提出； 本標準由鄭州宇通客車股份有限公司技術(shù)中心批準； 本標準由鄭州宇通客車股份有限公司技術(shù)中心歸口； 本標準起草單位：鄭州宇通客車股份有限公司技術(shù)中心； 本標準主要起草人：許志強； 本標準所代替標準的歷次版本發(fā)布情況。 車架設(shè)計手冊 1，范圍 本手冊適用于客車底盤非承載式及半承載式車架的設(shè)計。 2 引用標準 下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。 GB1958-80 形狀和位置公差檢測規(guī)定 GB1184-80 形狀和位置公差 GB3323-87 鋼熔化焊對接接頭射線照相焊縫質(zhì)量分級 3 符號、代號、術(shù)語及其定義 車架：汽車承載的基體，支撐著發(fā)動機、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式（或半承載式）車身等所有簧上質(zhì)量的有關(guān)機件，承受著傳給它的各種力和力矩。 縱梁：車架總成中主要承載元件，也是車架中最大的加工件，其形狀應(yīng)力求簡單。縱梁沿全長方向多取平直且斷面不變或少變，以簡化工藝。有時也采取中間斷面高、兩邊較低來保證縱梁各斷面應(yīng)力接近 橫梁：橫梁將左右縱梁連在一起，構(gòu)成完整的車架總成，保證車架有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度，限制其變形和降低某些部位的應(yīng)力。有的橫梁還需作為發(fā)動機、散熱器以及懸架系統(tǒng)的緊固點。 4 設(shè)計準則 4.1應(yīng)滿足的安全、環(huán)保和其它法規(guī)要求及國際慣例 車架總成在正常使用條件下，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴重變形和開裂。 4.2 應(yīng)滿足的功能要求及應(yīng)達到的性能要求 車架應(yīng)有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機構(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量最小；車架也應(yīng)有足夠的強度，以保證其有足夠的可靠性和壽命， 4.3 設(shè)計輸入、輸出要求 設(shè)計輸入為設(shè)計任務(wù)書及底盤總布置圖； 設(shè)計輸出為車架總成圖及相關(guān)分總成及零件圖。 4.4設(shè)計過程的節(jié)點控制要求 車架總成要負責(zé)控制校核如下內(nèi)容： 1） 協(xié)調(diào)發(fā)動機及其附件在車架縱梁上的安裝孔及牛腿安裝孔； 2） 橫梁位置與底盤分總成（油箱、電瓶）及車身結(jié)構(gòu)（前、中、后門、側(cè)圍立柱）的匹配； 3） 協(xié)調(diào)制動管路、暖風(fēng)管路、電線束、油路等管線在車架中的分布及穿線管； 4） 校核底盤各總成間的運動干涉，相關(guān)總成的裝缷空間（如緩速器、傳動軸）。 5 布置要求 客車車架在設(shè)計過程中不但要考慮各總成零部件的合理布置以及其方便維修性、可靠性和工藝性, 還要充分考慮最大限度地滿足車身對底盤的特殊要求, 如縱梁的結(jié)構(gòu)、橫梁和外支架(牛腿) 的位置及連接方式、行李箱大小、地板高度和通道寬度、駕駛區(qū)及座椅布置、車門數(shù)量和位置等。對同樣型號的客車底盤, 不同的用戶對車架的要求不盡相同, 甚至有較大的差異。 6 結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 6.1模塊化設(shè)計要求 1) 由設(shè)計任務(wù)書及底盤總布置確定車架基本結(jié)構(gòu)（三段式、直大梁1）和基本參數(shù)（軸距、前懸、后懸及前后縱梁開檔、縱梁截面）； 2） 由動力總成中發(fā)動機布置確定縱梁上發(fā)動機懸置安裝孔位置；由冷卻系總成布置確定水箱牛腿及風(fēng)扇牛腿安裝位置；由進氣系總成布置確定空濾器支架安裝位置；由排氣系總成確定消聲器支架安裝位置；由空調(diào)總成確定壓縮機牛腿安裝位置； 3） 由前、后懸架總成布置確定前、后懸鋼板支架位置、減震器、緩沖塊安裝位置或空氣彈簧支架安裝位置、推力桿支架安裝位置、穩(wěn)定桿支架安裝位置等； 4） 由轉(zhuǎn)向系總成布置確定方向機安裝位置、 中間垂臂支架安裝位置或角轉(zhuǎn)向器支架安裝位置； 5） 由車身總布置確定車架各牛腿安裝位置； 如上述幾條中安裝位置有干涉，則和相關(guān)設(shè)計人員勾通并協(xié)商統(tǒng)一解決。至此，車架基本框架就已完成，接下來就是車架各部分總成的細節(jié)設(shè)計2。 注： 1，本文不包括全承載式車身的全桁架結(jié)構(gòu)車架 注： 2，制圖時可先作出坐標網(wǎng)格線以方便作圖 6.2標準化結(jié)構(gòu)、零部件 6.2.1縱梁結(jié)構(gòu)及強度設(shè)計 縱梁的形狀及斷面如右圖1示： 縱梁受力極為復(fù)雜，設(shè)計時不僅應(yīng)注意降低 各種應(yīng)力，改善其分布情況，還應(yīng)注意使各種應(yīng) 力峰值不出現(xiàn)在同一部位上。例如，縱梁中部彎 曲應(yīng)力較大，則應(yīng)注意降低其扭轉(zhuǎn)以應(yīng)力，減小 應(yīng)力集中并避免失穩(wěn)。而在其前、后端，則應(yīng)著 重控制懸架系統(tǒng)引起的局部扭轉(zhuǎn)。提高縱梁強度 常用的措施如下： 一、 提高彎曲強度 1， 選定較大的斷面尺寸和合理的斷面形 狀（槽形梁斷面高寬比一般為3：1）； 2， 將上、下翼緣加厚或在其上貼加強板； 圖1 縱梁形狀及斷面 3， 將受拉力翼緣適當加寬； 二、 提高局部扭轉(zhuǎn)強度 1， 注意偏心載荷的布置，使相近的幾個偏心載荷盡量接近縱梁斷面的彎曲中心，并使合成量較小； 2， 在偏心載荷較大處設(shè)置橫梁，并根據(jù)載荷大小及分散情況確定連接強度和寬度； 3， 將懸置點布置在橫梁的彎曲中心上； 4， 當偏心載荷較大且偏離橫梁較遠時，可采用K形梁，或?qū)⒃摱慰v梁形成封閉斷面； 5， 當偏心載荷較大且分散時，應(yīng)采用封閉斷面梁，橫梁間距也應(yīng)縮??； 6， 選用較大的斷面； 7， 限制制造扭曲度，減小裝配應(yīng)力； 三、 提高整體扭轉(zhuǎn)強度 1， 不使縱梁斷面過大，在縱梁大斷面處、橫梁采用腹板連接； 2， 翼緣連接的橫梁不宜間距太近； 四、 減小應(yīng)力集中及疲勞敏感 1， 盡可能減小翼緣上的孔（特別是高應(yīng)力區(qū)），嚴禁在翼緣上打大孔； 2， 注意外形的變化，避免出現(xiàn)波紋區(qū)或受拉嚴重變薄； 3， 注意加強端部的形狀及連接，避免剛度突變； 4， 避免在槽形梁的翼緣邊緣處施焊，尤忌短焊縫和“點”焊； 5， 必要時可采用鉸孔或沖壓邊緣修磨，以提高某些薄弱部位的疲勞強度； 五、 減小失穩(wěn) 1， 在受壓翼緣和厚度的比值不宜過大（常在12左右）； 2， 在容易失穩(wěn)處加焊撐板； 3， 在容易出現(xiàn)波紋處限制其平整度； 六、 局部強度加強 1， 采用較大的板厚； 2， 在集中力較大處將縱、橫梁局部貼加強板，必要時再將加強板壓成肋或翻邊； 3， 加大支架緊固面尺寸，增多緊固件數(shù)量，并盡量使力作用點接近腹板的上、下側(cè)。 6.2.2橫梁結(jié)構(gòu)及強度設(shè)計 在車架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，處理縱梁局部扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計是最為重要的方面。其關(guān)鍵在于足夠的橫梁彎曲剛度、合理的連接設(shè)計，以及橫梁在縱梁上的正確布置。橫梁將左、右縱梁聯(lián)接在一起構(gòu)成一個完整的框架，以限制其變形和改善某些部位的應(yīng)力，有的橫梁還同時作為發(fā)動機、散熱器、以及懸架系統(tǒng)等的緊固點，這些都是在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要依據(jù)。橫梁斷面形狀及連接形式如下圖示： 圖2 橫梁斷面及連接形式 6.2.3后鋼板彈簧前支架及副簧前支架結(jié)縱梁的局部扭轉(zhuǎn) 一、 采用槽形橫梁 采用槽形橫梁及大連接板（見圖2a），使主簧支架通過縱梁和連接板緊固在一起。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是： a． 連接板尺寸大，可以更加接近副簧支架，使其得到一定的支撐，同時亦可布置較多的緊固件，以提高連接強度； b． 彈簧支架的載荷可通過連接板直接傳到橫梁上，連接板對縱梁腹板也有較大的加強作用； c． 槽形截面彎曲剛度極大，可使縱梁扭角減至很??； d． 由于兩端有連接板加強，橫梁可適當減??； 也有將槽形橫梁的兩端加寬而直接和縱梁上、下翼緣連接的（見圖2c）,這樣可以省去連接板，由于材料利用率的制約，連接寬度有限，容易出現(xiàn)緊固件損壞及橫梁開裂等問題，往往不如上述結(jié)構(gòu)可靠。但當不用副簧時，則較適用。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕。 為了折衷以上兩個方案，可以槽形橫梁的上下方各采用一個連接板（見圖2b），或僅在其下方采用一個連接板。 二、 采鱷魚式橫梁 鱷魚式橫梁通常由帽形截面在其兩端加接頭構(gòu)成，如下圖3示： 圖3 圖3 （a）翼緣連接 （b）腹板連接 這種橫梁的優(yōu)點是： a． 有較大的連接寬度，使主、副簧支架都可得到支撐； b． 截面高度較低，可以讓開下部空間，使某些汽車的傳動軸自由穿過； c． 可用矩形胚料直接壓制； 鱷魚式橫梁的不足之處是：其彎曲剛度不如槽形橫梁大，車架扭轉(zhuǎn)時縱梁的應(yīng)力偏大。因此，有些車將翼緣連接改為腹板連接。 鱷魚式橫梁也可由兩個帽形截面組成封閉的箱形截面，其扭轉(zhuǎn)剛度極大，彎曲剛度比上一種也大。 三、 采用圓管橫梁 通過法蘭盤與彈簧支架及給縱梁連接在一起（見圖2e），或直接穿過縱梁腹板和彈簧支架相連。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是： a． 彈簧支架的扭轉(zhuǎn)載荷可以直接傳到橫梁上； b． 對縱梁的約束小，故在該節(jié)點處車架扭轉(zhuǎn)應(yīng)力較低； c． 扭轉(zhuǎn)剛度較大。 這種橫梁的不足之處是：橫梁的彎曲剛度不如槽形橫梁；其連接寬度較小，不利于對副簧支架的支撐（當不采用副簧時即無此問題） 四、 采用帽形截面橫梁 有些車上采用大截面帽形梁（見圖2d）,可以得到較大的連接寬度和彎剛度，但用料較多，成本較高。 6.2.4后鋼板彈簧后支架及副長后支架對縱梁的扭轉(zhuǎn) 多采用槽形截面橫梁，將兩端加寬，直接和縱梁翼面相連（見圖2c），由于后支架的受力支架，縱梁截面一般也比較小些。尤其當彈簧后端采用吊環(huán)結(jié)構(gòu)時，兩支架通常緊靠在一起，故使用中較少損壞。也有采用帶連接板的槽形橫梁的。 6.2.5前簧前支架對縱梁的局部扭轉(zhuǎn) 在橫梁設(shè)計和布置時，還需考慮發(fā)動機前懸置的設(shè)計情況。如懸置點支撐在橫梁中部且較低時，采用“Z”形橫梁較易實現(xiàn)（見圖2f），如懸置點布置在左、右托架上，可優(yōu)先考慮槽形橫梁。 6.2.6前簧后支架對縱梁的扭轉(zhuǎn) 由于空間限制，橫梁必須有較大的彎度，這只有采用帽形截面才便于制造。但其兩端和縱梁連接的部分一般要復(fù)雜一些，其形式較多，現(xiàn)列出幾種車型所采用的結(jié)構(gòu)，如圖k~圖n所示。 此橫梁的設(shè)計難點還在于如何處理好與發(fā)動機懸置的關(guān)系，有時還需處理好與駕駛室懸置的關(guān)系。這有賴于車型設(shè)計、有關(guān)專業(yè)設(shè)計與車架設(shè)計的良好配合。在有些車上把發(fā)動機懸置布置在橫梁上，并使橫梁與彈簧支架對正，駕駛室懸置則布置上懸臂極小的托架上，或布置在另一橫梁上（如下圖4示）。從縱梁局部扭轉(zhuǎn)看，這的確是比較好的結(jié)構(gòu)方案，但往往難以實現(xiàn)。發(fā)動機懸置和彈簧支架錯開一定距離的情況，仍不少見。 圖4 發(fā)動機及駕駛室懸置橫梁 由于發(fā)動機尺寸過大或方便維修的需要，有時該處不設(shè)置橫梁，而另將該段縱梁部分形成封閉截面，或在其后部采用“K”形橫梁，將其沿縱梁向前延伸到彈簧支架處，并使該段縱梁形成封閉截面，以大大提高其抗扭能力。但在制造上是很麻煩的，在大量生產(chǎn)時較難接受。 平衡懸架結(jié)構(gòu) 在這種情況下，縱梁局部扭轉(zhuǎn)載荷極為集中，約為單軸上鋼板彈簧一端載荷的4倍。故一般都采用由兩根槽形梁組成的“工”字梁，并在其上、下面設(shè)置尺寸很大的連接板和縱梁翼緣連接。這樣的結(jié)構(gòu)，其垂直和水平方向的彎曲剛度及強度都很大，不僅可以有效的制約縱梁局部扭轉(zhuǎn)，也為推力桿支架提供了可靠的支撐。但車架扭轉(zhuǎn)時，該處的應(yīng)力將大大提高。為此有些車上將翼緣連接改腹板連接（見圖2g），或翼緣腹板綜合連接。大連接板的采用使車架抵抗平行四邊形變形的能力大為增強。 螺旋彈簧獨立懸架結(jié)構(gòu) 在這種情況下，縱梁局部扭轉(zhuǎn)載荷也很大，為鋼板彈簧一端載荷的2倍，故橫梁截面也應(yīng)很大。常為箱形（前懸架）、帽形、管形和“Z”形（后懸架）。 其它常見結(jié)構(gòu) 除彈簧支架以外，縱梁其它部位的局部扭轉(zhuǎn)載荷一般較小，橫梁的彎曲剛度和連接剛度都可以小一些，常見的結(jié)構(gòu)如圖2h～圖2j等。 6.2.7設(shè)計要點 車架受力復(fù)雜,縱梁和橫梁截面形狀和連接方式各式各樣, 要設(shè)計出結(jié)構(gòu)合理、可靠實用的客車底盤車架, 除通過理論計算和有限元分析外, 還應(yīng)注意以下幾個方面: 1) 充分考慮各總成零部件的總布置要求, 最大限度地滿足車身對底盤的要求。 2) 大客車車架縱梁和橫梁應(yīng)盡量采用抗彎強度大的槽形截面16MnL 汽車用大梁1, 根據(jù)不同的要求和布置需要,截面尺寸可不盡相同。 3) 橫梁與縱梁的連接結(jié)構(gòu)是大客車車架設(shè)計考慮的重要方面,包括: ①橫梁與縱梁的上下翼面連接。該型式提高了縱梁的抗扭剛度, 但易產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn), 造成縱梁翼面出現(xiàn)較大的應(yīng)力。由于客車車架與車身共同承載,因此可以采用。②橫梁與縱梁的腹板連接。該型式連接剛度差, 必須相應(yīng)加強車架剛度, 大客車車架不適合使用。③橫梁與縱梁的腹板和下翼面同時連接。該型式具有前兩種型式柔性抗扭和剛性抗彎的綜合特點, 是大客車車架橫梁和縱梁最好的連接型式。 4) 橫梁與縱梁連接時, 橫梁端部具有最大的應(yīng)力, 為避免局部區(qū)域出現(xiàn)過大的連接負荷應(yīng)力, 應(yīng)通過加寬斷面以盡可能增大連接區(qū)。 5) 為提高車架抗彎曲剛度, 承受更大的載荷, 在直大梁搭接處及三段式的前中后連接處必須焊接加強板。加強板的厚度不能大于縱梁厚度, 且材質(zhì)相同。面積較大時, 應(yīng)采取塞焊、鉚接或者螺栓連接+ 周邊斷續(xù)焊。 6) 懸架為高負荷區(qū), 在鋼板彈簧支架傳力處應(yīng)有加強橫梁, 或采用用加筋板、箱狀件加強而構(gòu)成的受剪結(jié)構(gòu),且該處縱梁不能對接。 7) 等高度縱梁的對焊應(yīng)遠離高負荷區(qū),一般采用45°斜焊縫,要打坡口且有材質(zhì)相同厚度不大于縱梁的加強板。 8) 車架縱梁的鉆孔要遠離焊縫, 一般禁止在翼面上鉆孔, 若特殊需要, 應(yīng)盡量靠近腹面, 禁止在縱梁彎曲區(qū)域內(nèi)孔。鉆孔時應(yīng)滿足下圖示要求（不包括工藝孔）： Amix=3xD(最小為40) Bmix=4xD Cmix=3xD D=鉆孔直徑 9) 為滿足客車車架總布置的要求可合理地在縱梁翼面上切槽，但切槽深度不能大于翼面寬度2/ 3。MANA55、A62 及重汽公司開發(fā)的E12 等大客車底盤均有這樣的設(shè)計。 10) 橫梁和外支架應(yīng)盡量增加合理的減重孔。 11) 采用封閉型材的剛性抗扭車架, 應(yīng)使用焊接技術(shù)連接, 橫梁可采用管材,插入縱梁中焊接。 圖6 注： 注：1，在城市公交車底盤車架設(shè)計中也可采用異形鋼管（WL510或16MnL，壁厚4.0～6.0）。 6.3數(shù)據(jù)表達要求 6.3.1縱梁的加工及公差要求 1 長度偏差不得超過mm； 2 腹板縱向直線度公差不超過全長的0.4%， 每1米內(nèi)的偏差不大于2mm； 3 翼緣縱向直線度公差不超過全長的0.1%； 4 斷面尺寸（見右圖6） a) 幅板面在范圍C內(nèi)的直線度偏差不大于0.3mm； b) 縱梁斷面高度A值的偏差mm； c) 橫梁處測量開口尺寸B的偏差mm； d) 腹板C范圍內(nèi)直線度公差為0.3mm； e) 縱梁內(nèi)側(cè)圓角半徑R的偏差為±1mm。 5修補要求 a) 縱梁滾軋后，不允許出現(xiàn)裂紋； b) 縱梁沖壓時產(chǎn)生的裂紋在距離兩端400mm范圍，其長度不超過200mm，在縱梁其他部位的長度不超過100mm，且不多于四處，裂紋處允許用電弧補焊，并要打磨平光，焊縫之間的距離不小于300mm(縱向裂紋)。 c) 兩端頭折彎時，如有長度不大于5mm的裂紋，允許不補焊。 d) 縱梁采用沖壓制造時，應(yīng)無起皺和邊緣沖裁不齊的現(xiàn)象。 6禁止使用手工熱切割方法加工縱梁上的孔，縱梁只允許冷校止。 7裝配組孔的位置度 a) 在同一平面內(nèi)，同一組孔的位置度公差為Φ0.3mm。 b) 同一零件裝在縱梁幅板、翼緣兩平面上的兩組孔，其孔邊距（孔至另一邊的距離）偏差為±0.5mm。 8在沖壓成形時，造成的材料局部減薄不得超過材料厚度的10%。 圖7 9當鉆孔或沖孔出現(xiàn)毛刺，并因此給鉚接帶來困難時，或者為了避免由毛刺造成的損傷，必須去毛刺。規(guī)定：倒角1±0.5*45゜ 6.3.2 縱梁加強板（見圖6及圖7） 1 腹板縱向直線度公差為6mm(在C范圍內(nèi)測量)； 2 斷面尺寸 a) 腹板C范圍內(nèi)直線度公差為0.4mm； b) 縱梁內(nèi)側(cè)圓角半徑R的偏差為±1mm； c) 當采用圖1斷面的加強板開口尺寸B的偏 差為mm；A的偏差為mm 3 裝配孔的位置度，沖壓料厚變薄的要求符合3.1.8和3.1.9條款的要求 6.3.3 橫梁 1當橫梁采用鉚接（或螺栓聯(lián)接）方式與縱梁聯(lián)接時，橫梁上分別與左右縱梁鉚接（或螺栓聯(lián)接）的組孔之間尺寸的偏差為±0.5mm； 2當橫梁采用焊接方式與縱梁聯(lián)接時，焊縫要求按GB3323-87要求達到II級或II級以上標準。 3槽形橫梁斷面尺寸形狀偏差應(yīng)符合6.3.1條第4條中a、c、d的規(guī)定。 4非槽形橫梁不允許有裂紋。 5 槽形橫梁在兩端100mm范圍內(nèi)裂紋長度不得大于20mm，在其它部位折彎處長度不得大于50mm，但裂紋不得多于兩處。裂紋外允許用電弧焊補焊，但要打磨平光（縱向裂紋）。 7. 材料選用要求 縱梁如采用槽鋼，則材料為WL510/16MnL；如采用異型鋼管，則材料采用WL510; 縱梁加強板采用與縱梁相同材料，但壁厚不大于縱梁壁厚。 橫梁材料一般采用16MnL、WL510、Q235A 8. 性能設(shè)計要求 車架應(yīng)有足夠的強度和剛度，在正常使用條件下不允許出現(xiàn)縱梁開裂損壞。 9設(shè)計計算 客車具有扭轉(zhuǎn)柔性明顯的承載系統(tǒng)，其車架的計算任務(wù)是： 確定汽車以滿載在不平度很?。▽ΨQ加載）的平坦路面上以需考慮動載荷的足夠高的車速行駛時車架元件的應(yīng)力。 確定汽車以滿載低速行駛于壞路面且當軸荷分配較小載荷的那個橋的一個車輪滾上30cm高的凸包時車架元件的應(yīng)力。 為了不僅評價車架的總?cè)嵝约白饔迷谲嚰苌系膽?yīng)力，而且要弄清變形和應(yīng)力突變處的危險斷面以及它們沿車架長度的變化情況，則應(yīng)對通過特征點（橫梁聯(lián)接處、縱梁斷面高及寬的變化處、加載點等）的一系統(tǒng)橫向平面處的車架撓度、扭轉(zhuǎn)角和應(yīng)力進行計算。計算結(jié)果最好能用沿車架長度繪出撓度、轉(zhuǎn)角和應(yīng)力圖表達出來。 為了簡化計算，可將車架看作平面結(jié)構(gòu)，而縱、橫梁則以桿件代替，縱橫聯(lián)接處的交角認為是剛性的，且認為代替車架元件的桿件在兩結(jié)點（或特征點）實間的全長上的慣性矩不變，并取為該元件慣性矩的平均值。 最簡單的梯形車架的計算，是在對稱載荷（彎曲）作用下求簡化為簡單梁的縱梁的撓度和應(yīng)力。 在反對稱載荷（扭轉(zhuǎn)）作用下，由兩根縱梁和若干根橫梁組成的車架是一個靜不定系統(tǒng)。用材料力學(xué)教程給出的一些方法求解這一靜不定系統(tǒng)各元件的應(yīng)力和變形計算十分復(fù)雜、工作量很大。然而如果對系統(tǒng)作某些假設(shè)則可使計算大為簡化。 車架的簡化計算 設(shè)車架各元件的彎曲變形與其扭轉(zhuǎn)變形相比是很小的，則可按下述方法進行簡化計算： 下圖為梯形車架在反對稱載荷作用下的受扭情況簡圖。作用于車架上的4個力R位于前、后輪軸線所在的橫梁鉛垂平面內(nèi)，這是各橫梁的扭轉(zhuǎn)角相等。此外，縱、橫梁單位長度的扭轉(zhuǎn)角亦相等。由于扭轉(zhuǎn)角θ與扭矩T、扭轉(zhuǎn)剛度GJk存在下述關(guān)系： 梯形車架在反對稱載荷作用下受扭情況簡圖 Ⅰ～Ⅴ—橫梁；1～4—縱梁的區(qū)段 (單位為：rad) (單位為：（°）) (式1) 式中T—車架元件所受的扭矩，N ? mm； l—車架元件的長度，mm； G—材料的剪切彈性模量，Mpa； Jk—車架元件橫斷面的極慣性矩，mm4； 因此，作用在車架各元件上的扭矩Tk與該元件的扭轉(zhuǎn)剛度GJkk成正比，故有TⅠ ：：…：TⅤ ：T1 ：T2 ：…：T4 =JkⅠ：JkⅡ：…：JkⅤ ：Jk1 ：Jk2：…：Jk4 式（2) 式中TⅠ ，TⅡ ，…—橫梁Ⅰ，Ⅱ，…所受的扭矩； JkⅠ，JkⅡ，…—橫梁Ⅰ，Ⅱ，…橫斷面的極慣性矩； T1，T2，…—縱梁在Ⅰ，Ⅱ和Ⅱ，Ⅲ，…橫梁間所受的力矩； Jk1，Jk2，…—縱梁在Ⅰ，Ⅱ和Ⅱ，Ⅲ，…橫梁間斷面的極慣性矩； 如果將車架由對稱面處切開（見下圖），則切掉的一半對尚存的一半的作用相當于在切口橫斷面上作用著扭矩TⅠ，TⅡ﹕，…TⅤ﹕和橫向力QⅠ，QⅡ，…QⅤ，對最右邊的橫梁Ⅰ取力矩的平衡方程式，則有： RL-( TⅠ+ TⅡ+ TⅢ+ TⅣ+ TⅤ)+ QⅡl1- QⅢ(l1 +l2)- QⅣ(l1 +l2+l3)- QⅤ(l1 +l2+l3+l4)=0 式（3） 由式（2）得 … … 式（4） … 將以上各式代入式（3），經(jīng)整理后得： 式（5） 式中 n—橫梁數(shù)； m—兩橫梁間的縱梁區(qū)段數(shù) C—車架寬 這樣，已知各橫梁和縱梁各區(qū)段橫斷面的極慣性矩時，便可求出橫梁I所受的扭矩TI，將TI代入式（4）的有關(guān)各項，則可進而求出其他各橫錄像所受的扭矩TII，TIII，TIV，TV，及縱梁在各橫梁之間所受的扭矩T1，T2，T3，T4。 由上述計算可見，車架所受的扭轉(zhuǎn)力矩是由縱、橫梁共同承受的。但對于扭轉(zhuǎn)剛度較小的貨車梯形車架而言，作用在車架上的彎曲力矩主 要是由車架縱梁承受。為了計算彎曲力 矩，假定車架所支承的全部載荷的一半 由一根縱梁承擔。先求出裝在車架上各 總成、構(gòu)件及裝載質(zhì)量對車架產(chǎn)生的集 中載荷及其作用點，如圖示。這時簧下 質(zhì)量除外，而懸架彈簧、傳動軸等跨車 架和車橋兩邊的構(gòu)件則其重力的一半。 對應(yīng)這些載荷，設(shè)前鋼板彈簧的前、后 支點的支承反力為Rff，Rfr；后鋼板彈 簧的支承反力為Rrf，Rrr，則： 式（6） 式中 F1，F(xiàn)2，…Fn—作用在縱梁上集中靜載荷，N； l1，l2，…ln—各載荷F1，F(xiàn)2，…Fn的作用點距車架前端的距離，mm； lf，lr，—前、后輪距車架前端的距離，mm； 由下列二式可求出Rf，Rr： 式（7） 如果前、后輪均裝在其彈簧的正中間，則： 式（8） 求得這些集中靜載荷F1，F(xiàn)2，…Fn，Rf，Rr以及這些力的作用點的位置l1，l2，…ln，則可計算縱梁在各力作用點的彎矩并繪出縱梁的彎矩圖。例如：在F5力作用點處的彎矩為： 式（9） 考慮到路面不平度引起的沖擊和振動等靠造成的動載荷，可對縱梁的最大彎矩Mmax乘以動載荷系數(shù)kd并取kd=2.5~4.0，轎車取小值，越野車取大值。如果再考慮車架多為疲勞損傷，且取疲勞安全系數(shù)n=1.15~1.40，則可求得動載荷 下的最大彎矩為： 式（10） 則彎曲應(yīng)力可按下式求得： 式（11） 式中W—縱梁在計算斷面處的彎曲截面系數(shù)，對于槽形斷面的縱梁 式（12） 式中 h—槽形斷面的腹板高； b—翼緣寬； t—梁斷面的厚度； 當車架縱梁承受的是均勻分布的載荷（見下圖）時，車架強度的簡化計算可按下述進行 ，但需作一定假設(shè)。即認為縱梁為支承在前、后軸上的簡支梁；空車時簧上負荷Gs均勻分布在左、右縱梁的全長上(對4X2貨車可取，為汽車整備質(zhì)量)；滿載時有效載荷Ge則均布在車箱范圍內(nèi)的縱梁上；忽略不計局部扭矩的影響。 在圖中，Rf為一根縱梁的前支承反力，由圖可求得： 式(13) 在駕駛室的長度范圍內(nèi)這一段縱梁的彎矩為： 式（14） 駕駛室后端至后軸這一段縱梁的彎矩為： 式（15） 顯然，最大彎矩就發(fā)生在這一段梁內(nèi)?？捎蒙鲜街械膹澗厍髮?dǎo)數(shù)并令其為零的方法求出最大彎矩發(fā)生的位置x，即： 式（16） 由此求得： 式（17） 將上式代入式（15），即可求出縱梁承受的最大彎矩。如果再考慮到動載荷系數(shù)及疲勞安全系數(shù)，并將它們代入式（10）及式（11），則可求出縱梁的最大彎曲應(yīng)力。 按式（11）求得的彎曲應(yīng)力不應(yīng)大于縱梁材料的疲勞極限。對于16Mn鋼板，=220～260Mpa。 當縱梁受力變形時，翼緣可能會受力破裂，為此可按薄板理論進行校核，由于臨界應(yīng)力為： 式（18） 式中 E---材料的彈性模量，對低碳鋼和16Mn鋼：E=2.06X105Mpa； u---泊松比，對低碳鋼和16Mn鋼，取u=0.290； t---縱梁斷面的厚度； b---縱梁槽形斷面的翼緣寬度。 將E，u代入式（18），得： b≤16t 為了保證整車及有關(guān)機件的正常工作，對縱梁的最大撓度應(yīng)予以限制。這就要對縱梁的彎曲剛度進行校核。如果把縱梁看成是支承跨度為軸距的簡支梁，根據(jù)材料力學(xué)給出的截面慣性矩為的簡支梁在其跨度的中間承受集中載荷P時，撓度與剛度的關(guān)系式可知。根據(jù)德國對各種汽車車架的實驗結(jié)果表明，當軸距的單位為m，的單位為cm2,為使縱梁在滿載時的撓度在容許值以內(nèi)，則應(yīng)使≥12，或應(yīng)使。大多數(shù)的汽車的值在20～30間，日本的一些平頭載貨汽車甚至達到了58.3。對車架扭轉(zhuǎn)剛度GJ的校核，可按式（1）進行。 另外，隨著現(xiàn)代計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，車架作為一個大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)對其進行有限元分析計算已廣為應(yīng)用。有限元的基本思路就是將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)視為由簡單的基本的有限單元所組成，是一種離散化數(shù)值的計算方法，借助于矩陣方法與計算機技術(shù)相結(jié)合，可以進行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析。 車架的有限元分析包括有車架計算的靜態(tài)有限元法及車架計算的動態(tài)有限元法，在本手冊中不具體論述。 10 設(shè)計評審要求 10.1評審的時機和方法 在車架圖紙完成后由底盤及車身相關(guān)設(shè)計人員參加對車架圖紙的評審。 10.2評審的項目和依據(jù) 評審的項目有以下內(nèi)容： l 車架的結(jié)構(gòu)是否合理，車架的強度是否能夠滿足； l 發(fā)動機及其附件在車架縱梁上的安裝孔及牛腿安裝孔是否合理，有無削弱車架強度； l 橫梁位置與底盤分總成（油箱、電瓶）及車身結(jié)構(gòu)（前、中、后門、側(cè)圍立柱）是否匹配； l 制動管路、暖風(fēng)管路、電線束、油路等管線在車架中的走向是否合理及穿線管是否合適； l 底盤各總成間是否可能有運動干涉，相關(guān)總成（如緩速器、傳動軸）的裝缷空間是否足夠。 l 零部件設(shè)計是否能滿足車架的工藝性，方便維修性、可靠性。 11裝車質(zhì)量特性 11.1驗收的質(zhì)量特性項目和試驗規(guī)范 組成車架及支架總成的所有零件，應(yīng)按規(guī)定程序所批準的圖紙技術(shù)文件制造，并經(jīng)檢查合格后方可裝配。 車架對角線偏差按照圖紙要求進行，在任意X坐標2000mm范圍內(nèi)檢查，對角線長度之差不大于5mm。 對應(yīng)的左、右鋼板彈簧支架孔的同軸度公差為Ф1.0mm，按GB1958-80中“5-1”條款檢測。 車架總成寬度偏差在橫梁處檢查為±1mm，在兩橫梁間檢查為±2mm。 車架縱梁腹板對車架下平面的垂直度公差不大于1.7mm（在平板上測量）。 車架左右縱梁下（上）平面應(yīng)在同一平面上，其平面度誤差不大于5mm，在兩橫梁處平面度公差不大于2mm（在平板上測量）。 11.2接收和拒收的準則 車架關(guān)鍵部件（前后縱梁等）的加工及安裝尺寸應(yīng)嚴格符合圖紙要求； 車架橫梁及牛腿的加工及安裝尺寸應(yīng)在圖紙要求的公差范圍內(nèi)； 車架總成中橫梁及牛腿連接螺栓擰緊力矩必須達到圖紙及工藝要求,螺栓強度級別為10.9級，螺母強度級別為10級,所有連接用螺栓的擰緊力矩符合標準QC/T518-1999。 車架總成中焊接部件不允許有漏焊、虛焊等焊接缺陷。焊縫質(zhì)量按GB3323-87要求。 12設(shè)計輸出圖樣和文件的明細 輸出圖樣包括有：車架總成圖、車架前段總成圖、車架后段總成圖、車架中段總成圖（三段式桁架總成圖）、牛腿安裝總成圖、縱梁零件圖、橫梁零件圖及相關(guān)支架加強板零件圖。 13制圖要求 二維圖紙為采用AutoCAD軟件的*.dwg格式圖紙，三維圖紙為采用CATIA軟件的*.CATPart、*.CATProduct、*.CATDrawing格式圖紙。制圖要求如下： 圖樣清晰，視圖完整，尺寸齊全，公差合適，技術(shù)要求明確。 15 .