汽车设计 第七章 车架设计

F1 x Mx
2 ms g mg 2 a x e C 1 x 1 4L 4c
纵梁某一断面上的剪力为该断面之前所有力的和
Qx F1 ms g mg x a e C1 1 x 2L 2c
Qmax F1 ms g mg l a e C1 2L 2C
由于汽车高速行驶时，汽车受到多种载荷的影响。故 应乘以一个系数。
M dmax kd M max Qdmax kd Qmax
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.3 车架的设计和计算
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.2 车架的结构设计形式
纵梁是车架的主要承载部件，商用车的车架纵梁沿全 长应尽量平直且截面不变或少变。载货汽车的车架纵梁截 面形状多为槽形，也有Z字形、工字形。 横梁将左右纵梁连接在一起，构成一个完整的车架， 并保证车架有足够的扭转刚度；横梁还起着支承某些总成 的作用。
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第7章 车架设计
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7.1 概述
车架是汽车的装配基体和承载基体，其功用 是支承连接汽车的各总成零部件，车架还承受 来自车内外的各种载荷。 评价车架设计的好坏，首先应该清楚车辆 在行驶时车架所要承受的各种力。汽车的使用 条件复杂，其受力情况也十分复杂，随着汽车 行驶条件的变化，车架上的载荷变化很大。
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.3 车架的设计和计算
(1) 驾驶室长度段纵梁的弯矩计算。 在该区段内，根据弯矩差法，有
M x F1 x ma g 2 a x 4l
(2) 驾驶室后端(车厢前端)到后轴段纵梁的弯矩计算 在该区段内，根据弯矩差法，纵梁某一断面的弯矩为
• 3. 纵梁截面特性计算 槽型梁截面系数为
W th h 6b 6
工字梁截面系数为 h W t1h 6bt
6
管状梁截面系数为
πD3 W 32 d 4 1 D
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7.2 车架的结构设计
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.1 车架的结构形式
• 2. 一体式车架 一体式车架的汽车，整个车身的外壳本身就属于车架 的一部分，。一体式车架的优点是适应高度机械化的流水 作业，可以大大降低生产成本；缺点是生产前的配套投资 极其庞大，不适合小批量生产。
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.3 车架的设计和计算
由上可知，纵梁的最大弯矩一定发生在该段纵梁内。 求 M x对x 的导数并令其为0,可得
x 2CLF 1 aCms g Lme g (l C1) Cms g Lme g
纵梁受到的最大剪力则发生在汽车的后轴附近。当 x l 时，剪应力最大
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.3 车架的设计和计算
• 1. 弯曲强度计算的基本假设
(1) 以梯形车架为例，因为车架结构是左右对称的，左、右纵梁的 受力相差不大，故认为纵梁是支撑在汽车前后轴上的简支梁。 (2) 空车时的簧上质量(包括车架质量在内)均匀分布在左右二纵梁 的全长上，其值可根据汽车底盘结构的统计数据大致估计。对于轻型 和中型载货汽车来说，簧上质量约为空车质量的2/3；汽车的有效载 荷均匀分布在车厢全长上。 (3) 所有的作用力均通过纵梁截面的弯曲中心。实际上，纵梁的某 些部位会由于安装外伸部件(如油箱、蓄电池等)而产生局部扭转，在 设计时通常在此安装一根横梁，使得这种对纵梁的扭转变为对横梁的 弯矩，故这种假定不会造成明显的计算误差。
• 7.2.1 车架的结构形式
• 5. 碳纤维车架 碳纤维车架是一种特殊材料一体成形式车架。在结构 上，碳纤维车架没有既定的格局，几乎每辆车都根据自己 整体的情况特别设计车架。制造方法是用碳纤维浇铸成一 体化的底板、座舱和发动机舱结构，再装上机械零件和车 身覆盖件。碳纤维车架的刚度极高，重量比其他任何车架 都要轻，重心也可以降得很低。但是制造成本太高，目前 只用于不计成本的赛车和极少数量产车上。
• 7.2.3 车架的设计和计算
• 4. 弯曲应力计算 M d max 纵梁断面的最大弯曲应力为 W 按上式求得的弯曲应力不应大于材料的许用应力 。许 用应力可以用下式进行计算：

s
n
• 5. 车架的刚度校核 (1) 车架纵梁抗弯刚度校核 对于简支梁来说，其跨距中间受集中载荷作用时，梁 的挠度最大值为 Fl 3
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.3 车架的设计和计算
• 2. 纵梁的弯矩计算 要计算车架纵梁的 弯矩，先计算车架前支座 反作用力
F1 g ms L 2b me C 2C2 4l
在计算纵梁弯矩时，将纵梁分成两段区域，每一区段的 均布载荷可简化为作用于区段中点的集中力。纵梁各端面 上的弯矩计算采用弯矩差法，可使计算工作量大大减少。 弯矩差法认为：纵梁上某一端面上的弯矩为该断面之前所 有力对这点的转矩之和。
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.1 车架的结构形式
• 4. 桁架式车架 车架由钢管(也有的车辆使用铝合金管)组合焊接而成， 兼有车架和车身的作用。它刚度大，质量轻，但制造工艺 性差。桁架式车架又称钢管式车架，这种车架也属于承载 式车架。
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7.2 车架的结构设计
7.2 车架的结构设计
• 7.2.1 车架的结构形式
• 3. 脊梁式车架 脊梁式车架有一根位于汽车左右对称中心的大断面管 形梁(圆形或箱形断面)，其上固定有横向的托架或连接梁， 使车架呈鱼骨状 ，又称中梁式车架 。这种结构对于横向 弯曲及其水平菱形扭动有很好的抵御作用。但车架的制造 工艺复杂，维修不便。
ymax 48 EJ x
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.3 车架的设计和计算
根据使用要求和经验，当车架纵梁中间受到1000N集 中载荷作用时，总量的最大挠度不得超过0.085cm，即
1000l 3 ≤ 0.085 48 EJ x
Jx ≥12 l3
要求载货汽车纵梁的值通常在20-30之间，有些重型 载货汽车或平头货车此值要求更高，甚至超过50。 (2) 车架的扭转刚度 车架的扭转刚度通常是指汽车前后桥之间的车架的扭 转刚度。由于车架纵梁不是等截面，且横梁也不是等距离 布置，因而车架的扭转刚度沿纵梁长度上并非常数。
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7.2 车架的结构设计
• 7.2.1 车架的结构形式
• 1. 梯形车架 梯形车架由左右分开的两根纵梁和若干根横梁组成， 称作非承载式车架。 梯形车架的优点是具有很强的承载能力和抗扭刚度， 结构简单，开发容易，生产工艺的要求也较低，同时，便 于安装车身、车厢和布置其他总成，易于汽车的改装和变 型。其缺点是质量大。