客车车架结构
12m客车车架结构设计及分析
摘要在客车整体结构中，车身既是承受各方向受力的承载受力单元，又是为乘客提供舒适服务的功能单元。
作为承载受力单元，车身在客车行驶过程中要承受着来自道路，乘客，车身自重及其它各种复杂载荷的共同作用。
客车式这种车身结构，它的显著特征是地板骨架和底盘车架焊接为一个整体。
通过在底盘车架左右纵梁上焊接支撑牛腿、连接板等底架构件，将车架和地板骨架通过焊接连接在一起，然后再与左/右侧车身骨架、前/后围车身骨架和顶盖骨架组焊成一个完整的车身六面体。
地板骨架和车架共同承关键词:公路客车，客车式车身，设计，有限元分析AbstractIn the bus structure, the body is bearing unit and functional unit. As bearingunit, body in the passenger car driving to pressure from roads and other variouscomplex load role. Car many important assembly components are body for thecarrier, so the body in the whole bus system occupies very important position, thestrength and stiffness of the direct influence on the bus service life and security.As a functional unit, the body should provide the driver with convenient workingenvironment, for the crew to provide comfortable riding environment, protectthem from bus when exercising vibration, noise, exhaust gas invasion and outside harsh climate; in the traffic accident, reliable body structure and occupant protection system helps to reduce the crew and pedestrian injuries caused by. Inrecent years, with the development of society and the improvement of economicKey Words:analysis Coach bus, Semi-integral body, Design, Finite element目录第1章绪论 (4)1.1研究背景 (4)1.2研究意义 (5)1.3 UG技术的发展概况 (5)1.4客车车身技术的研究现状 (6)1.5本论文的研究内容及目标 (7)第2章车身的总体设计 (8)2.1车身的总体设计方案 (8)2.2车辆布置形式 (9)2.3车身主要尺寸的确定 (9)2.4车辆质量参数的确定 (10)第3章客车车身UG建模 (12)3.1客车式长途客车车身底架建模 (13)3.2左侧骨架总成建模 (18)第四章车身结构有限元分析 (19)4.1车身模型的简化 (19)4.2车辆载荷工况分析 (19)4.2.1水平弯曲工况分析 (19)4.2.2紧急制动工况分析 (22)4.2.3极限扭转工况(右前轮悬空)分析 (24)4.2.4极限扭转工况(左前轮悬空)分析 (25)第5章 (27)论文总结 (27)第1章绪论1.1研究背景中国客车行业从上世纪70年代中期开始起步，经过40年的不断发展和国家汽车产业重点改造，通过引进国外先进技术和合资汽车企业，目前拥有自主研发新车型的能力。
客车的车身结构
客车车身的分类
1. 按用途分类
（1）城市客车 （2）长途客车 （3）Байду номын сангаас游客车
2. 按承载形式分类
（1）非承载式客车车身 （2）半承载式客车车身 （3）承载式客车车身
3. 按车身结构分类
（1）薄壳式结构 （2）骨架式结构
（3）复合式结构 （4）单元式结构 （5）嵌合式结构
客车车身结构
2. 驾驶室的悬置
为了缓和并隔绝振动和噪声，驾驶室主体是通过三点或四点具有适当弹 性的橡胶垫安 装在车架上的，这些支承点通常称为悬置点。 一般三点悬置的 两点布置在前，一点布置在 后；用四点悬置时，虽然在前后各布置两点，但前 两点的横向距离比后两点要大得多，可视驾驶空和车架的结构而定，布置悬置 点的原则，应着眼于受力和振动情况，首先应尽量设法将前悬置点布置在前支 柱下端或附近，其次则是将悬置点安排在车架的振动节点上或其附近，以缓和 传到车身上的振动。
1. 车身骨架和底架
（1）车身骨架
（2）格棚式车体底架
2. 车身外蒙皮
蒙皮与骨架的连接方式主要有铆接和焊接。
3. 车顶
车顶是车身上重要的基础构件，其功用就是封闭车身上表面，起到防雨 和防止上方掉落物砸到车内的作用，同时以其光顺的表面减少行车阻力，美化 外形。
4. 风窗与侧窗
（1）风窗 风窗结构通常为曲面封闭式，在车身的风窗框与风窗玻璃之间，用橡胶 密封条连接。密 封条起着密封与缓冲的作用，以防止车身受力时因窗框变形而 导致损坏玻璃。 （2）侧窗 客车的侧窗结构按启闭方式可分为提窗结构、摇窗结构和移窗结构三种 。对空调客车，其侧窗均为封闭式结构。
（1）驾驶室结构件 固定式驾驶室按室内座位的置可分为单排座和双排座。其整体结构基本 上也都是用板壳式构件拼焊而成，另用一些骨架式构件作为加强件，形成半骨 架式壳体。
客车车架的结构优化设计
Ｓ ｒ ｃｕ ｅ ｏ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｄ ｓｇ ｆ ｒ ｔ ｕ ｒ ｍ ｅ ｔ ｕ ｔ ｒ ｐｔｍ ｚ ｔｏ ｅ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ｂ ｓ ｆ ａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ａ ｅ ｏ ｂｎ ｓｆ ｉｅｅｅ ｅ ｔｓｒ ｃｕ ｅ ａ ａｙ ｉ ｔ ｈ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｌｏ ｉ ｍ ， ｎ ｓｒ ｃ ： ｅｐ ｐ ｒｃ ｍ ｉ ｅ ｉ ｔ ｌｍ ｎ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｌ ｓｓｗｉｈ ｔ ｅ ｏ ｔｍｉａ ｉｎ ａｇ ｒｔ ｎ ｈ ａ ｄａ ｂ ｓｆａ ｅｉ ａ ｅ ｓａ ｘ ｍ ｐ ｅ ｕ ｒｍ ｓｔｋ ｎ ａ ｎ ｅ ａ ｌ．Ａｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｆｂ ｓｆａ ｅ ｓａｉ ｔｅ ｇ ｈ，ｒｇ ｄｔ ｎ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｅ ｕ ｔ ｏ ｕ ｒ ｍ ｔ ｔ ｓ ｒｎ ｔ ｓ ｃ ｉ ｉｉｙ ａ ｄ ｍ ｏ ｅｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉｓ ｓ ｍｅ ｉ ｒ ｖ ｍ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｌ ｃ ｌｐ ｒ ｓｏ ｈ ｒｍ ｅ ａ ｅ ｍａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ， ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｓｊ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｏ ａ ａ ｔ ｆｔ ｅ ｆａ ｒ ｄ ． ｎ ｈ ｃ
维普资讯
第３ １卷 第 ９期
２０ ０ ８年 ９月
合肥 ３ －业 大 学 学 报 （ 自然科 学版）
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＨＥＦＥＩＵＮＩ ＯＦ ＶＥＲＳ ＴＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｉ ＯＦ
Ｖ ｏ． １Ｎｏ ９ １３ ．
Ｓ ｐ．２ ０ ｅ ｔ ０８
纯电动客车车架结构模态分析与优化设计
纯电动客车车架结构模态分析与优化设计世界各国对环保的日益重视,电动车成为了汽车工业的一个热门领域。
内燃机客车污染的问题被广泛关注,而纯电动客车迅速发展,具有环保、经济等多方面的优势,受到了越来越多人的青睐。
在纯电动客车设计中,车架结构是至关重要的一个组成部分,它决定了车辆整体的强度、刚度、耐久性等参数,因此对电动客车车架结构进行模态分析和优化设计变得越来越必要。
一、电动客车车架结构模态分析车架结构模态分析是对车辆在振动力作用下的固有振动模态进行分析,从而确定车辆在不同振动模态下的固有频率和振动形式。
通过模态分析可以确定车辆关键零部件的固有频率和振动形式,进而进行结构优化设计,充分利用车辆的材料和积弱优势,提高车辆的强度和耐久性。
纯电动客车车架结构模态分析涉及到不同的振动模态,包括两个关键点的弯曲模态、两个支撑点横向平移模态、前后支撑点扭转模态、车体略微弯曲模态等。
通过使用有限元的方式进行车架结构的有限元分析,可以得出模态分析结果。
基于分析结果绘制模态图谱,可以清晰地看到不同模态下车架结构的弯曲振动形态,包括固有频率和振动阶次等参数,为进一步的优化设计提供了基础数据。
二、纯电动客车车架结构优化设计基于模态分析结果,纯电动客车车架结构的优化方案主要有以下几个方面:1.材料选择和加强。
根据模态分析结果,选择优化材料,并加强车架结构的强度和刚度。
由于纯电动客车的整备质量较重,需要用到高强度和高韧性的材料来增加车架的强度,如采用高硬度的钢-铝-铁复合材料,可以提高车架的强度和刚度。
2.设计结构需考虑动态负载。
纯电动客车运行时会产生一定的动态负载,因此在设计车架结构时需要考虑动态负载和振动的变化,保证车架结构的稳定性。
3.改进连接点和结构。
车架结构各个部件通过连接点组合起来,因此需要设计合理的连接点和正确的方式连接各个部件,确保车架结构与车身的耦合效果达到最优。
4.最优化设计。
模态分析结果可以指导最优化设计,根据车架结构的耐久性和运行效果要求得出最优化方案,提高车架质量和安全性。
4.1-客车车身结构
④蒙皮
2 .客车车身整体结构
车身底架
格栅式底架是由矩形截面钢管组焊而成的空间桁 架结构，而且采用格栅式底架时，还能具有大容量的行 李箱。
2. 客车车身整体结构
车身骨架
客车骨架通常由五大片构成，即由左侧骨架、 右侧骨架、前围骨架、后围骨架及顶盖骨架组成，将五 大片骨架合装在底架或车架的底横梁上构成一整体空间 框架结构。
2. 客车车身整体结构
车身外蒙皮 车身外蒙皮通常采用0.8～1.0mm厚的冷轧薄钢 板或1.5mm厚的铝板。 外蒙皮与骨架的连接方式主要有两种：铆接和焊接
应力外蒙皮：先点焊再铆接，使蒙皮与骨架一起承载； 预应力蒙皮 ：蒙皮与中间各立柱则不焊接，不参与承 载
2. 客车车身整体结构
风窗结构 客车的前挡风玻璃大多采用曲面或柱面玻璃， 以改善视野和外观。必须采用安全玻璃。
2.客车车身整体结构
2. 客车车身整体结构
客车车身包括：车身壳体、车门、车窗、座椅、 车身内部装饰件、车身附件、暖气、冷气、通风和换 气装置等。
无论车身的具体结构与用途如何，均可划分为基础 性构件和非基础性构件两类 。
2 .客车车身整体结构 承载式客车车身的基础性构件主要包括底 架、骨架、蒙皮及车顶等
2. 客车车身整体结构
侧窗结构 客车的侧窗结构按启闭方式可分为提窗结构、 摇窗结构和移窗结构三种
2. 客车车身整体结构
冷气装置 大客车冷气装置的基本结构与轿车冷气装置一 样，制冷方式一般也是蒸气压缩式。
①管道布置在车厢顶盖中部； ②管道布置在顶盖两侧； ③管道布置在侧窗下。
承载式
1.客车车身结构类型 （3）按壳体结构分类
客车车架
大型客车车身是由底骨架、左/右侧围骨架、前/后围骨架及顶围骨架等6大片骨架经组焊蒙皮而成，是一骨架蒙皮结构。
根据客车车身承受载荷程度的不同，可把客车车身概括地分为半承载、非承载、全承载式三种类型。
1、半承载式车身半承载式车身结构特征是车身底架与底盘车架合为一体。
通过在底盘车架上焊接牛腿、纵横梁等车身底架构件，将底盘车架与车身底架进行焊接连接，然后与左/右侧骨架、前/后围骨架及顶骨架组焊成车身六面体。
车身底架与底盘车架共同承载，因此称为半承载式车身。
2、非承载式车身非承载式车身的底架为独立焊制的，是矩形钢管和型钢焊制的平面体结构，比较单薄。
车身底架与左/右侧骨架、前/后围骨架及顶骨架组焊成车身六面体，漆后的车身要装配到底盘上，由底盘车架承载，因此称为非承载式车身。
3、全承载式车身全承载式车身底架为珩架结构，由矩形钢管和型钢焊制而成，底架与左/右侧骨架、前/后围骨架及顶骨架共同组焊成车身六面体。
漆后的车身采用类似轿车的装配工艺，在车身（底架）上装配发动机、前后桥、传动系等底盘部件，因此客车已无底盘车架痕迹，完全由车身承载，因此称为承载式车身.目前国内大型客车底盘车架多采用网格栏栅桁架式车架或无车架型式的全承载形式。
非承载式车身和承载式车身都有优缺点，使用在不同用途的汽车上。
一般而言，非承载式车身用在货车、客车和越野车上，承载式车身一般用在轿车上。
车身壳体按照受力情况可分为非承载式、半承载式和承载式车身三种。
非承载式车身和承载式车身按照有无刚性车架划分，什么叫车架，是首先要弄清楚的问题。
车架就是支承车身的基础构件，一般称为底盘大梁架。
发动机、变速器、转向器及车身部分都固定其上，它除了承受静载荷外还要承受汽车行驶时产生的动载荷，因此车架必须要有足够的强度和刚度，以保证汽车在正常使用时受到各种应力下不会破坏和变形。
车架有边梁式、钢管式等形式，其中边梁式是采用最广泛的一种车架。
边梁式车架由两根长纵梁及若干根短横梁铆接或焊接成形，纵梁主要承负弯曲载荷，一般采用具有较大抗弯强度的槽形钢梁。
客车车架结构有限元分析
客车车架结构有限元分析作者：张俊文和平来源：《科技资讯》2012年第29期摘要：客车车架是客车上非常重要的承载部件，车客车受到的各类载荷最终都作用在车架上，因此，车架的结构好坏可以直接影响整车的性能。
本研究以某种客车车架为研究对象，运用有限元分析软件ANSYS对客车车架的结构进行三维建模、对车架的静态特性进行了分析研究，最后得到车架的变形情况和应力分布，同时提出了几种车架结构上的改进方案。
关键词：车架有限元静力学分析 ANSYS中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0082-01伴随着计算机技术的发展，有限单元法越来越成为一种重要的工程计算方法。
当前在工程研究和设计领域得到了相当广泛的运用，再加上原理算法的优越性，有限元法在车辆、船舶、飞机、等机械工程领域都得到了极为广泛的应用。
我们把有限元法作为一种先进的设计手段运用再车架设计上，通过有限元计算，可以寻找出原始设计中存在的一些问题，为今后的车架改进设计提供重要的参考依据。
因此，运用有限单元法对客车车架分析静力学情况并进行优化设计对指导车架设计工作有着重要的意义。
1 建立客车车架有限元模型分析对象我们选定为某型号客车车架，其纵梁间宽为700 mm，长11000 mm，牛腿长度700 mm，最高车速为90 km/h，车架簧上重量包括发动机1100 kg，离合器加变速器280 kg，水箱70 kg，备胎90 kg，蓄电池150 kg，油箱250 kg，方向机50 kg，3个储气筒50 kg，空气过滤器20 kg，乘客每人按65 kg计算，共60人，平均分布到横梁、纵梁和牛腿上，加载等效压强。
我们通过对客车车架结构的分析可知，车架大部分是薄板和薄壁结构，所以有限元模型可选用beam单元或者shell单元。
但是因为beam单元不能有效的反映车架纵梁与横梁连接处应力变化的情况，故而我们选用shell单元完成建模。
第五章 客车车身结构及其设计
二、车身骨架设计
车身骨架一般可分为六大片,分别为前围骨架、后围骨架、左侧骨 架、右侧骨架、车顶骨架和底骨架。
城市客车车身骨架
1.侧围骨架设计
客车车身侧围骨架是整车重要的承载部件,分为左右两大片。若 不带中门,左右两片除前部外的零件可基本对称。
长途大型客车侧围骨架设计
2.顶骨架设计
顶骨架一般由顶部贯穿横梁、纵梁、前后拱顶支撑梁等组成。
4.通道宽度、高度和扶手设计
一般用外廓宽度系数α表示客车有效面积的利用情况,α可以定义 为在坐垫平面上量得的车内宽度B′客车外廓宽度B的比值,设计 时候应尽可能提高此值。一般为：
5.地板平面高度
车厢地板平面的高度受发动机和传动系统安装布置方式的限制。
驱动桥形式对城市客车地板高度的影响
6.窗上、下边梁的高度
豪华长途大型客车平面布置图
2.客车横截面及相关尺寸
客车横截面
3.内行李架、通风道及各种附件的设计布置
内行李架、通风道及相关附件都是客车内饰的重要组成部 分。客车上的附件主要有车载电视、灯具、通风道及出风口、 音响及扬声器等。在长途客车和旅游客车上,车载电视一般布置 在驾驶员右上方的顶篷部位,便于全车乘客观看,对于车体较长的 客车,可在客车中部位置增加一个显示器,这样方便坐在车后面的 乘客观看。城市客车的车载电视布置在驾驶员座椅后部及中部 靠近车顶的位置。扬声器根据不同车型的需求,选择相应的数量 和型号,安装位置一般在车内顶篷。
冷弯型钢的截面形状及标准符号
第四节 蒙皮及客车内部覆盖件设计
一、外蒙皮设计
车身外蒙皮是覆盖在客车车身骨架外表面的板件,通常分为前围 蒙皮、后围蒙皮、顶盖蒙皮和左右侧围蒙皮五部分。
1. 前后围蒙皮设计
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1客车车架总成的结构
客车车架按结构型式可分为三种：纵梁式、格栅式及三段式。
纵梁式车架是由贯通前后的纵梁及若干横梁、用铆接或焊接方式连接成的刚性构架。
车架构件一般用低合金钢钢板冲压而成。
格栅式车架(承载底架) 是按整车布置要求设计的空间桁架结构，一般用薄壁矩形管或薄板件焊接而成。
三段式车架由纵梁式和格栅式组合而成，即前后段为纵梁式、中间为格栅式结构。
本文将对纵梁式车架构件的冲压工艺作一些介绍。
2车架纵梁与横梁的冲压工艺
客车车架的产量多为中小批量，生产中大多采用一些通用机床、工装、模具，以适应客车多品种、小批量、特殊要求多的特点。
车架构件生产常用冲压工艺有：剪板机剪切下料、冲裁、弯曲、翻边等。
根据车架构件生产的特点，冲压生产中应注意以下几个方面。
2.1剪板机剪切下料
根据要求将材料剪切成毛料，下料时应注意排料。
(1) 提高材料利用率。
剪板机下料一般剪为矩形毛料，排样类型为无搭边型。
车架构件生产中合理选择材料规格、合理排样具有很高的经济效益，材料利用率可达90% 以上。
(2) 注意材料纤维方向。
车架构件材料为热轧大梁钢板，板平面方向性比较明显，即材料轧制方向与宽度方向机械性能差别较大，下料时尽量避免后道工序的弯曲线与材料轧制方向相同，应成45°或90°角。
2.2冲裁
冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工艺，包括切断、落料、冲孔、切口等工序。
(1) 冲裁模间隙。
由于车架构件材料厚度厚、硬度高，设计时应尽可能地加大间隙以利于提高冲模的寿命。
冲裁模间隙常采用经验公式：c= m t 来确定，式中：c——单边间隙；t——材料厚度，mm；m ——系数，与材料性能及厚度有关，车架材料一般取8%～12% ，断面质量要求不高时，可以放大到12%～18%。
(2) 冲小孔凸模。
车架构件，特别是车架纵梁上有很多各种规格的安装孔，孔径常为<615～ 30，其中多数为<1015、<1215，大批量生产时可采用冲模一次冲孔、切边，中、小批量则可采用数控冲床逐个冲裁。
冲小孔模具结构与一般模具的主要区别之一是凸模细长，冲孔时，容易弯曲或折断。
所以一般都采用导向装置，以提高凸模寿命，见图1 和图2。
图1 局部导向图2 全长导向
构件生产工艺为平板冲孔后压型时，要求产品设计时孔位尽量远离弯曲线，否则成型后弯曲线附近的孔将产生变形。
(3) 冲裁力和冲裁功。
因厚板一般冲裁力较大，冲裁行程较长，故设计冲模时应注意：①为了减小冲裁力，减小冲击、振动和噪声，可以采用斜刃或阶梯凸模；②不但需计算冲裁力，验算冲裁功往往也是必要的。
平刃口冲裁时，冲裁功可按A = m P t/1 000 计算。
式中：A ——冲裁功，N ·m；t——材料厚度，mm；
P ——冲裁力，N；m ——系数，与材料有关，一般取
0163。
2.3弯曲
弯曲是把平板毛坯、型材或管材等弯成一定的
曲率、一定的角度，形成一定形状零件的冲压工序。
车架构件常用的弯曲方法有：折弯、压型等。
弯
曲时半径应尽可能大。
为防止折弯弯曲时易在圆角
处产生微裂纹甚至断裂，内圆角半径r 最小应满足:
r> t/ 2。
(1) 下料尺寸。
生产中一般用经验公式放样展开。
经验公式：L = A + B+ a
式中：L ——毛坯长度；A、B 含义见图3；a——修正
系数，见表1。
图3 工件角度为90°
(2) 弯曲件的弹复。
构件弯曲后会产生一定的回弹，弹复角的大小与材料的机械性能、材料的厚度、弯曲半径以及弯曲时校正力的大小等因素有关。
通常在模具设计时，按试验总结的数据采取一定的措施，经试冲后再对模具工作部分加以修正。
图4 和图5 为校正弯曲回弹的常用措施。
图4弧形凸模的修正作用图5改变应力状态的弯曲方法
(3) 弯曲工艺在车架构件生产中的应用。
车架纵梁的成型：试生产时采用折边机折弯，批量较大时用模具压型；等截面梁可用折边机折弯，变截面梁则需用模具压型。
因纵梁下料时无法满足弯曲线与材料轧制方向成一定角度，折边机不能保证折边圆角，且折边件尺寸不易保证，故纵梁应尽量压制成型。
横梁及其它构件则尽量采用折边机折弯，形状较复杂、尺寸要求高的用模具压型。
2.4翻边
在成形毛坯的平面部分或曲面部分上使板料沿一定的曲线翻成竖立边缘的冲压方法。
按变形的性质，翻边可以分为伸长类翻边和压缩类翻边。
车架纵梁、横梁弯曲线为弧线部分，按翻边情况设计计算，弧线部分则为弯曲成型。
车架材料与普通薄板翻边性能及模具间隙的比较见表2。
3车架构件的材料
车架构件材料为：汽车大梁用低合金钢热轧钢板(GB 3273- 89) ，钢板的尺寸范围为厚度：2.5～12 (mm ) ，宽度：210～ 1 800 (mm ) ，长度：2 000～10 000 (mm )。
其部分力学性能及工艺性能见表3。
4车架纵梁与横梁冲压的生产设备
4.1纵梁的生产设备
车架纵梁的生产需一套专用设备，包括:
(1) 下料设备。
可根据纵梁长度选用相应规格的加长剪板机；也可采用深喉口的液压剪板机分段剪切，但加工质量、尺寸精度不如前者。
(2) 冲孔设备。
可采用数控冲床逐个冲孔；也可采用专用加长压力机切边、冲孔一次完成。
(3) 弯曲设备。
可采用专用加长压力机压型或用折弯机分段折边。
4.2横梁及构件的生产设备
(1) 剪板机。
选用可剪板厚较大的剪板机。
(2) 折边机。
选用吨位较大，上、下模根据板厚相应配套的折边机。
(3) 压力机。
车架构件一般体积不大、加工吨位较大，故所选压力机不需很大台面。
(end)。