毕业设计(文)
说明书
题目名称： 轻型货车车架设计
院系名称： 机电学院
班 级： 车辆
学 号：
学生姓名：
指导教师：
2010年X月
摘
设计课题关轻型载货汽车车架设计设计车架结构形式前等宽边梁式车架中梁横梁截面形状采槽型梁横梁通焊接连接说明书涉现阶段载货汽车技术发展趋势国外载货汽车车架发展状况说明书详细阐明轻型载货汽车方案证：车架设计求车架结构确定车架宽度确定车架梁形式确定车架横梁形式确定车架梁横梁连接形式确定车架受载分析车架强度计算计算时车架简化成位支座静定结构然材料力学知识车架进行强度计算满足应力求条件确定车架梁断面尺寸
关键词：轻型货车车架设计
Abstract
This design issue is about the frame of lightsized truck The frame structure designed is the side frame with the beam width in which the shape of longitudinal and crosssection beams are slot rails and beams are connected by welding This paper involves in lately the technology development trend of truck as well as the domestic and foreign truck frame development This paper also expose in detail the light sized truck with scheme demonstration the requirement of frame designdetermination of frame structuredetermination of frame width determination of stringer form determination of beams formthe connection form of beams analysis of load the frame suffers and the strength calculation The frame will be simplified as a stable objective when calculating and then calculate the strength with mechanics materials knowledge and determine the size of the frame rails with the precondition that it meets the requirement of stress
Key words lightsized trucks trailers design
目录
摘 I
Abstract II
目录 3
1 绪 1
11 概述 1
12 车架发展 2
2 设计方案证 4
21 参考车型参数 4
22 车架实际环境面4种压力 4
23 车架设计技术求 5
24 车架结构确定 6
3 车架设计 10
31 车架结构形式设计 10
32 车架受载分析 14
33 弯曲强度计算时基假设 14
34 梁弯矩剪力计算 15
4 车架制造工艺 22
41 车架梁制造工艺 22
42 焊接工艺 25
43 涂装工艺 26
5 结 27
参考文献 28
致谢 29
附录 30
1 绪
11 概述
汽车车架整汽车基体汽车总成部件连接成汽车整体金属构架种金属构架式车架生产厂家生产设计时应考虑结构合理生产工艺规范采取切切实行措施消工艺缺陷保证种复杂受力情况破坏
车架作汽车承载基体货车中型客车中高级高级轿车采支撑着发动机离合器变速器转器非承载式车身货箱等簧质量关机件承受着传种力力矩车架应足够弯曲刚度装关机构间相位置汽车行驶程中保持变车身变形车架应足够强度保证足够性寿命梁等零件期应严重变形开裂车架刚度足会引起振动噪声汽车坐舒适性操稳定性某机件性降
说明书叙述非承载式车身结构形式中单独车架系统承载式汽车前悬架装置发动机变速器等传动系部件施加作力均车架承受车架总成刚性强度振动特性等完全决定车辆整体强度刚度振动特性设计时确保车架总成性时应车架性匹配性进行认真研究车架结构电弧焊焊接成容易产生焊接变形设计方面精度求部位出现集中焊接者部件结构方面工夫量确保总成精度外焊接方法相采电弧焊话端部容易出现较缺口出现应力集中现象应接头位置焊接端部进行处理
车架受力状态极复杂汽车静止时悬架系统支撑承受着汽车部件载荷重力引起梁弯曲偏心扭转（局部扭转）汽车处路面车架呈现整体扭转汽车行驶时载荷汽车部件身质量工作载荷（驱动力制动力转力等）车架部件承受着方程度机变化动载荷车架弯曲偏心扭转整体扭转更严重时会出现侧弯菱形倾种弯曲扭转振动时装置件车架产生较装置载荷
着计算机技术发展产品开发阶段车架静应力刚度振动模态动应力碰撞安全等已进行限元分析轻量化寿命振动噪声特性做出初步判断缩短产品开发周期创造利条件
12 车架发展
早期汽车车架笼状钢骨梁柱构成两支行梁类似阶梯方式加许左右相连副梁制造成车体建构车架车门沙板引擎盖行李厢盖等钣件外包覆车体外车体车架实属两独立构造种设计处轻量化刚性时兼顾受少跑车制造商青睐早期法拉利兰博基尼采种设计
钢骨设计车架必须通许接点连结梁副梁加笼状构造法腾出较空间制造较复杂利量生产外适合强调空间四门房车单体结构车架车坛成流笼状钢骨车架逐渐改种车体车架合二单体车架取代种单体车架般底盘称
关单体车架简单说引擎室车厢行李厢三空间合样处便量生产模组化运中考虑通采取模组化生产策略车厂具车架分数种车款样节省少研发费
利车体车架通材料发挥轻量化特性例田NSX铝合金法拉利F50Enzo碳纤维材料等铝合金80年代末期相热门种工业材料然重量铁轻强度较差果铝合金制成单体车架然重量起铁制车架更占优势强度法达铁制车架样水准非增加更铝合金材料利更量弥补强度足样重量必然会相增加原出轻量化考量采铝合金材料动机然失意义正原铝合金车架车坛未成流少数高性跑车强度更高碳纤维碳纤维结合蜂巢状夹层铝合金复合材料取代铝合金碳纤维制成单体车架制作相复杂费时成相更高法普般市售车仅少数售价高昂跑车
铝合金车架鲜车厂钢铁车架搭配铝合金钣件方式年受少车厂重视样结构仅保留车架身强度时通钣件铝合金化取轻量化效果研发成然碳纤维制单体车架样昂贵
欧美90年代开始逐渐提高撞击事安全防护标准凸现出车架刚性重原许车厂撞击事发生时够确保车员安全惟针车架车体进行全面强化车架外强度改善包括钣件厚度改变种辅助梁增设成厂惯手法样情况伴车重相增加正欧美日许市售车重量起10年前20年前增加少原
关刚性确保数车厂新车设计阶段利电脑计算出车架刚性需求作设计车厂电脑完成设计雏形会专业试车员进行实际测试
中国第汽车集团凌源汽车制造限公司汽车车架U型槽合数控孔生产线竞标成功 汽车车架U型槽合数控孔生产线公司继两年前成功设计制造合肥江淮汽车厂汽车梁数控板孔生产线基础汽车梁数控孔方面标志性成果填补国设计制造汽车车架U型槽合数控孔生产线空白汽车车架U型槽合数控孔生产线设计制造成功汽车制造行业具划时代意义标志着中国汽车车架数控孔加工生产设备方面达国际先进水降低汽车制造行业购置汽车车架数控孔生产线巨费积极推动中国汽车制造业飞速发展中国汽车制造业早日国际接轨奠定基础
国车架企业基拥剪切压焊接铆接油漆机加工六工艺力完善检测手段研究设计中心具16吨3000吨冷压力具备开发设计生产种类型车架
2 设计方案证
21 参考车型参数
参考车型：欧铃ZB5040XXYBSC3S厢式运输车
详细参数：
发动机型号：SD4W583U 发动机功率：58 kw
发动机排量：2156ML 发动机类型：柴油发动机
外形尺寸（长×宽×高）：5150×1695×2660 mm
货箱栏板尺寸：2390×1585×1700 mm
总质量：3770 Kg 整备质量：1780 Kg
额定载质量：1665 Kg 接角离角：2116
前悬悬：10101440 mm 轴距：2700 mm
轴荷：12602510 N 高车速：90 kmh
前轮距：1240 mm 轮距：1360 mm
底盘型号：ZB5040XXYBSC3S 轴数：2
底盘尺寸（长×宽×高）：4810×1605×1990
弹簧片数：65+3
22 车架实际环境面4种压力
评价车架设计结构坏首先应该清楚解车辆行驶时车架承受种力果车架某方面韧性佳算悬挂系统法达良操控表现车架实际环境面4种压力
负载弯曲
字面十分容易理解压力部分汽车非悬挂重量车架承受通轮轴传面压力会集中轴距中心点车架底部梁横梁般求较强刚度
非水扭动
前角车轮遇道路滚动车架梁柱便承受扭曲压力情况块塑料片扭曲成螺旋形样
横弯曲
谓横弯曲汽车入弯时重量惯性（离心力）会车身产生弯外甩倾轮胎抓着力会路面形成反作力两股相压力车架横扭曲
水菱形扭动
车辆行驶时车轮路面行驶情况车轮会承受阻力牵引力车架水方产生推拉变形情况长方形拉扯成菱形样
23 车架设计技术求
车架符合述功通常设计车架求：
231 必须足够强度
保证种复杂受力情况车架受破坏求足够疲劳强度保证汽车修里程车架致严重疲劳损伤
梁受力极复杂设计时仅应注意种应力改善分布情况应该注意种应力峰值出现部位例梁中部弯曲应力较应注意降低扭转应力减少应力集中避免失稳前端应着重控制悬架系统引起局部扭转
提高梁强度常措施：
(1) 提高弯曲强度
选定较断面尺寸合理断面形状（槽形梁断面高宽般3：1左右）
(2) 提高局部扭转刚度
注意偏心载荷布置相偏心载荷量接梁断面弯曲中心合成量较
偏心载荷较处设置横梁根载荷分散情况确定连接强度宽度
悬置点分布横梁弯曲中心
偏心载荷较偏离横梁较远处时候采K形梁者该段梁形成封闭断面
偏心载荷较较分散时候应该采封闭断面梁横梁间距应缩
选较断面
限制制造扭曲度减少装配预应力
(3) 提高整体扭转强度
梁断面
翼缘连接横梁宜相距太
(4) 减少应力集中疲劳敏感
减少翼缘孔（特高应力区）严禁翼缘布置孔
注意外形变化避免出现波纹区者受严重变薄
注意加强端部形状连接避免刚度突变
避免槽形梁翼缘边缘处施焊尤畏忌短焊缝点焊
(5) 减少失稳
受压翼缘宽度厚度值宜（常12左右）
容易出现波纹处限制整度
(6) 局部强度加强
采较板厚
加支架紧固面尺寸增紧固数量量力作点接腹板侧面
232 车架轻量化
车架较重钢板消耗量相车架应等强度原进行设计减轻汽车重降低材料消耗量保证强度条件量减轻车架质量通常求车架质量应整车整备质量10％
设计车架梁进行简化弯曲强度计算车架梁具足够强度确定车架断面尺寸（参材料力学）外目前钢材价格暴涨汽油价格涨生产汽车济性考虑话应量减轻整车质量生产工艺性考虑横梁采简便连接方式仅降低工工作强度增强车架强度
24 车架结构确定
241 车架类型选择
车架结构形式分边梁式中梁式（称脊骨式）综合式客车轿车车身车架制成体样车身称半承载式车身加强车身完全起车架作样车身称承载式车身设车架着节技术发展减轻重越越轿车采承载式车身边先分列举车架特点
（1） 边梁式车架构造
种车架两根梁连接两根梁干根横梁组成铆接焊接方法横梁连接成坚固刚性构架梁通常低合金钢板压成断面般槽型z星箱型断面横梁连接梁保证车架抗扭刚度承载力支撑汽车部件 边梁式车架改装变型车提供方便安装骨架载重汽车特种车广泛弯曲刚度较承受扭矩时部分时产生弯曲扭转优点便安装车身车箱布置总成易汽车改装变形广泛载货汽车越野汽车特种汽车货车底盘改装成客车中轻型客车采轿车较少采
载货汽车边梁式车架（图21）两根相互行开口压制成槽型梁压制成开口槽型横梁组合成通常梁表面全长变局部降低两端表面根应力情况相应缩车架宽度全长等宽
图21 边梁式车架
X型车架边梁式车架改进种车架两根梁X型横梁组成实际边梁式车架改进定抗扭刚度X横梁扭矩转变弯矩短宽车架种效果明显车架中部位汽车称面根矩形断面空心脊梁前端焊叉形梁前端叉形梁支撑动力传动总成端安装桥传动轴中部梁通方中部梁扭转刚度前叉形边梁横梁相连者加强前悬架支撑梁部分位座客脚位置车宽中间妨碍两侧车身板降低板中间会较鼓包门槛宽度然动安全性考虑求门槛足够强度刚度轿车边梁式车架降低板高度局部减少梁断面高度相应加宽度梁制造工艺复杂化车身板采车架时高然板传动轴通道鼓包X型车架较轿车
周边式车架种车架边梁式车架派生出前两端梁变窄中部梁加宽前端宽度取决前轮转角端宽度取决轮距中部宽度取决车身门槛梁壁宽前部中部部中部连接处缓臂抗扭盒相连具定弹性缓路面击结构形状容许缓臂定弹性变形吸收路面击降低车噪声外车架中部加宽利提高汽车横稳定性减短车架梁外侧装置件悬伸长度前梁处弯曲出前独立悬架非断开式桥运动空间采种车架时车身板传动轴通道形成鼓包门槛较宽种车架结构复杂般中高级轿车采
（2） 中梁式车架（脊骨式车架）
结构根位中央贯穿汽车全长梁称脊骨式车架中梁断面做成形槽形箱形中梁前端做成伸出支架固定发动机减速器壳通常固定中梁尾端形成断开式驱动桥中梁悬伸托架支承汽车车身安装机件中梁形传动轴穿优点较抗扭转刚度较前轮转角结构容许车乾较跳动空间便装独立悬架提高汽车越野性吨位载货汽车相车架轻整车质量时质心较低行驶稳定性车架强度刚度较脊梁起封闭传动轴防尘罩作缺点制造工艺复杂精度求高总成安装困难维护修理方便目前应较少
（3） 综合式车架
综合式车架边梁式中梁式车架联合构成车架前段段边梁式结构安装发动机驱动桥车架段中梁式结构支架固定车身传动轴中梁中间穿密封防尘中部抗扭刚度合适中部板凸包较制造工艺较复杂种结构般轿车
车架承受着全车部分重量汽车行驶时承受装配部件传力相应力矩作汽车行驶崎岖道路时车架载荷作会产生扭转变形安装部件相互位置发生变化车轮受击时车架会相应受击载荷求车架具足够强度合适刚度时量减轻重量良路面行驶汽车车架应布置离面汽车重心降低利汽车稳定行驶车架形状尺寸应保证前轮转求空间
设计轻型载汽车车架根特点选边梁式车架梁表面直断面呈槽形结构简单工作仅降低工工作强度造价低廉良济性广泛种载货汽车客车
选取方案优点： 边梁式车架两根梁干根横梁组成该结构便安装驾驶室车厢总成广泛载重货车特种车客车
3 车架设计
车架复杂薄壁框架结构受力情况极复杂设计包括结构形式设计：车架宽度确定梁形式确定横梁形式确定横梁梁连接形式确定车架设计初期阶段车架梁进行简化弯曲强度计算确定车架断面尺寸面设计计算方法步骤
31 车架结构形式设计
311 车架宽度确定
车架宽度左右梁腹板外侧面间宽度车架前部宽度值取决发动机外廓宽度值受前轮转角限制车架部宽度值根车架外侧轮胎钢板弹簧片宽等尺寸确定提高汽车横稳定性希增车架宽度
通常车架宽度根汽车总体布置参数确定整车宽度超25m难时满足述求解决总体布置加宽车架矛盾车架宽度设计采取措施：
（1）车架做成前窄宽
种结构解决前轮转需空间车架总宽间矛盾结构适轻型汽车微型汽车轿车
（2）车架做成前宽窄
重型载货汽车轴负荷轮胎尺寸加钢板弹簧片宽增加时安装外型尺寸发动机常需减前轮转角便汽车总宽公路标准25m车架采前宽窄型式
根设计求关轻车车架结构设计载重设17t简化制造工艺车架前等宽便实行产品三化少国家车架宽度制定标准设计方案取车架宽度750mm
312 车架梁形式确定
车架梁结构方面保证车架功方面满足整车总体布置求时形状应量简单简化制造工艺
梁侧视图梁形状分翼面直弯曲两种优点：结构简单工艺性翼面直时货厢底板整梁制造方便数载货汽车车架梁采种型式翼面弯曲时梁部分区段降低板高度相应降低改善整车稳定性利车种结构轿车微型汽车公汽车部分轻型载货汽车采制造工艺复杂
梁表面应量做成直中部断面般较两端较受弯矩相适应全长仅中部部等断面根整车布置求时采前端端前端均弯曲梁
梁断面形状槽形工字形箱形形Z形等种梁断面处应力接改变梁高度中部断面高两端断面低槽形断面梁较抗弯强度工艺性紧固方便便安装种汽车部件采广泛种断面抗扭性差降低车架梁抗弯应力方面考虑话增槽形断面高度利汽车质心高度增加增翼面宽度提高梁抗弯强度值增加受发动机传动系统部件布置限制需综合考虑述素影响通常取高宽值28—35重型载货汽车发动机外型尺寸轴负荷车架做成前等宽车架梁采Z形断面国黄河牌载货汽车车架采种断面种梁横梁连接结构复杂燃油箱安装方便重型载货汽车超重型载货汽车车架梁般采工字形截面型材焊接成箱形结构箱形断面梁抗扭强度轿车轻型越野车超重型越野车矿卸车梁形式钣料焊接成常箱形工字形断面采封闭断面梁构成车架抗弯刚度通常客车车架采种断面梁长度般接汽车长度值约14—17倍汽车轮距
品种生产时常轴距装载质量系列车型采高相槽形断面梁通变化钣料厚度翼缘宽度获强度
根设计求考虑梁截面特点方案设计梁采翼面直等高槽形钢梁总长4815mm优点：较抗弯强度便安装汽车部件
313 车架横梁形式确定
车架横梁左右梁连接起构成框架车架足够抗弯刚度汽车总成通横梁支承
载货汽车横梁般根横梁组成结构途样
(1) 前横梁
通常支承水箱发动机前支点安排左右梁时较槽型Z型断面横梁前部采独立悬架轿车改善汽车视野希汽车头部高度降低固需水箱安装低前横梁做成宽凹形状发动机前支点水箱相距时前横梁常支承水箱发动机前端时需采断面横梁
(2) 中横梁
通常作传动轴中间支承保证传动轴足够跳动空间结构做成拱形钢板弹簧前支架附受力转矩设置根抗扭刚度连接宽度横梁
(3) 横梁
横梁采中横梁形式
设计课题关轻型车车架结构设计采开口断面较合适次设计采8根横梁根横梁结构途：
第根横梁断面形状槽型支撑水箱中间设圆形孔目空气流发动机底部助发动机散热
第二根横梁发动机托架防止前轴发生碰撞干涉安排放发动机前端形状似元宝元宝梁种形状较刚度
第三根横梁驾驶室安装梁驾驶室部安装断面形状槽形
第四根横梁作传动轴支承断面形状槽形保证传动轴足够跳动空间安装空间结构做成拱形
第五七根横梁分钢板弹簧前支架附受力转矩断面形状采槽形
第六七根横梁仅承受种力力矩作作安装备胎安置机构断面形状槽型
第八横梁横梁左右梁连接起构成框架车架足够抗弯刚度断面形状槽形
314 车架梁横梁连接型式确定
梁横梁连接方式车架受力影响致分种：
(1) 横梁梁腹板相连接
种连接型式制造工艺简单连接刚度较差会梁出现应力般车架中部横梁采种连接方式
(2) 横梁时梁腹板翼缘（）相连接
种连接方式制造工艺复杂连接刚度增强广泛应钢板弹簧托架力会通梁传钢板弹簧前横梁承受较载荷设计钢板弹簧托架时应减少悬架伸长度载荷作点梁弯曲中心偏心载荷较时该处梁做成局部闭口断面横梁穿梁外延伸载荷直接传横梁
(3) 横梁时翼缘相连接
种连接形式具刚性较加强角撑产生良斜支撑作整车架刚度增加翼缘外边致受压产生翘曲车架两端横梁常采种形式梁相连接种连接方式制造复杂转矩时梁翼缘会出现应力现象梁截面翘曲致
横梁梁固定方法分铆接焊接螺栓连接等方式
数车架搭铁板通铆钉连接种方法成低适合批量生产刚度铆钉数目分布关
焊接连接牢固致产生松动保证刚度焊接容易变形产生较应力求焊接质量高批量生产修理时采
螺栓连接某适种特殊条件汽车车架采装汽车车架某部件易拆卸互换种连接方式长期时容易松动甚发生严重事般汽车车架横梁梁固定采种方法
紧固件尺寸数量横梁相适应铆钉分布太利连接板翻边紧固时应加连接板宽度厚度紧固孔应翻边处防连接损坏
设计方案中横梁梁连接形式体焊接连接
总车架结构设计充分考虑整车布置车架求企业工艺制造力合理选择梁截面高度横梁结构形式横梁梁联接方式车架结构满足汽车求达较济效益社会效益
32 车架受载分析
汽车条件复杂受力情况十分复杂车架载荷变化承受载荷致分面类：
321 静载荷
车架承受静载荷指汽车静止时悬架弹簧部分载荷车架质量车身质量安装车架总成附属件质量效载荷（客车货物总质量）总
322 称垂直动载荷
种载荷汽车坦道路较高车速行驶时产生垂直振动加速度关作车架静载荷分布关路面作力车架承受称垂直动载荷种动载车架产生弯曲变形
323 斜称动载荷
种载荷汽车崎岖道路行驶时产生时汽车前车轮面车架连车身歪斜道路程度车身车架悬架刚度关种动载荷会车架产生扭转变形
324 载荷
汽车转弯行驶时离心力车架受侧力作汽车加速制动时惯性力会导致车架前部载荷重新分配前轮正面撞路面凸包时车架产生水方剪力变形安装车架总成（发动机转摇臂减振器等）工作时产生力载荷作线通梁截面弯曲中心（油箱备胎悬架等）梁产生附加局部转矩
综述汽车车架实际受定空间力系作车架梁横梁截面形状连接点种样更导致车架受载情况复杂化
33 弯曲强度计算时基假设
便弯曲强度计算车架进行基假设：
1车架结构左右称左右梁受力相差认梁支承汽车前轴简支梁
2空车时簧载质量（包括车架身质量）均匀分布左右二梁全长值根汽车底盘结构统计数致估计般轻型中型载货汽车说簧载质量约汽车身质量23
3汽车效载荷均匀分布车厢全长
4作力均通截面弯曲中心
实际梁某部位会安装外伸部件（油箱蓄电池等）产生局部扭转设计时通常安置根横梁种梁扭转变横梁弯矩种假定会造成计算明显误差
述假设车架静定面框架结构简化成位支座静定结构
图31 静定结构
34 梁弯矩剪力计算
计算车架梁弯矩先计算车架前支座反作力轮中心支座处求矩（见图41）
(31)
(32)
式中：
F1——前轮中心支座梁（左梁右梁）反作力N
F2——轮中心支座梁（左梁右梁）反作力N
L——梁总长4815mm
l——汽车轴距2700mm
a——前悬1010mm
b——悬1105mm
c——车厢长2400mm
c1——车厢前端二轴距离1295mm
c2——车厢端二轴距离1105mm
Ms——空车时簧载质量约1200kg
Me——满载时效装载质量1990kg
g——重力加速度98ms
代入(41)(42)：
317965N
1245135N
计算梁弯矩时梁分成两段区域段均布载荷简化作区段中点集中力梁端面弯矩计算采弯矩差法计算工作量减少弯矩差法认：梁某端面弯矩该段面前力改点转矩
341 驾驶室长度段梁弯矩计算
该段根弯矩差法 ：
（33）
式中：Mx梁某段截面弯矩N*mm
x截面前轮中心距离mm
a车架梁前端前轮中心距离mm
（1） （0≤X≤1010）AB段弯矩：
(34) (35)
X0时
Q＝0 N
M0 N·mm
X1010
Q＝117844N
M137473897N·mm
（2） （1010≤X≤2415）BE段剪力弯矩：
(36)
(37)
X1010
Q200121N
M137473897N·mm
X2415
Q23049N
M509449247N·mm
342 驾驶室端轴段梁弯矩计算
该区段根弯矩差法梁某断面弯矩：
（38）
式中：Mx梁某截面弯矩N*mm
x截面前轮中心距离mm
C1车厢前端轮中心距离mm
梁某断面剪力该断面前力
（39）
式中：Qx梁某断面剪力N
知梁弯矩定发生该段梁位置采求Mxx导数令零办法
) （310）
：x132389
式计算求梁发生弯矩位置该值代入弯矩计算公式求梁受弯矩
51859721 N·mm
梁受剪力发生汽车轴附xl时剪力剪力： (311)
661242N
（1） （2415≤X≤3710）EC段剪力弯矩：
(312)
(313)
X2415
Q23049N
M155606051N·mm
X3710
Q434713N
M12599698N·mm
（2） （3710≤X≤4815）CD段剪力弯矩：
(314)
(315)
X3710
Q29172N
M3223506N·mm
x4815
Q0 N
M0 N·mm
剪力图弯矩图图：
图32 剪力图
图33 弯矩图
仅考虑汽车静载工况梁断面弯矩剪力计算实际汽车行驶时受种动载荷作汽车行驶时实际受弯矩剪力：
(316) (317)
式中：—动载系数轿车客车175载货汽车25越野汽车30
：
129649302 N·mm
1653105N
343 车架材料确定
车架材料应具足够高屈服极限疲劳极限低应力集中敏感性良冷压性焊接性低碳中碳低合金钢满足求车架材料选定制造工艺密切相关拉伸尺寸较形状复杂压件需采压性低碳钢低碳合金钢0809MnL09MnREL等钢板制造拉伸尺寸形状复杂压件采强度稍高202516Mn09SiVL10TiL等钢板制造强度更高钢板冷压时易开裂压回弹较宜采
轿车车架梁横梁钢板厚度约30～40mm货车根装载质量轻中型货车压梁钢板50～70mm重型货车压梁钢板厚度约70～90mm
次设计采16Mn钢板制造车架循环疲劳强度σ1＝220～260MPa
344 梁截面特性计算
车架梁横梁截面系数W材料力学方法计算
槽形断面（图34）断面系数W
(318)
取h80mm b43mm t5mm
25300mm3
图34 槽形断面
345 弯曲应力计算校核
梁断面弯曲应力δ：
δ W (319)
应力：δW249Mpa
式求弯曲应力应材料许应力[δ]许应力公式计算：
[δ]δsn (320)
式中：δs——材料疲劳极限16Mn材料δs350MPa
n——安全系数般取安全系数n115—140
许应力：[δ]δsn35011530435MPa
δ249Mpa[δ]范围
述计算符合应力求δ≤[δ]
终确定梁槽形断面尺寸：
h80mm
b43mm
t5+4mm （根验：梁须弯矩区域布置加强板加强板厚4mm加强板布置EC段CD段）
346 界弯曲应力δc计算校核
梁受弯变形时翼缘分受压缩拉伸作会造成翼缘破裂应薄板理进行校核槽型截面梁说界弯曲应力δc ：
≤350 (321)
式中：E—材料弹性模量E206MPa
U——泊松16Mnu03
式
b≤16t 取b43mmt5mm
43≤80
车架满足界弯曲应力求
4 车架制造工艺
41 车架梁制造工艺
图 41车架装配图
411 梁
图 42 梁断面
(1) 产品特征
断面形式 ：等断面 变端面
长度形式 ：直线式
料厚：梁 50080mm
梁长度：4815
(2) 工艺特点
a 工艺流程
第种模式 ：剪切模具落料中孔模具压弯成形装配油漆
第二种模式 ：剪切模具落料工艺孔面数控孔机孔模具压弯成形装配油漆
第三种模式 ：剪切面数控孔机孔折弯成形装配油漆
第四种模式 ：单倍尺卷料辊压成形切断三面数控中孔机 中孔等离子切割局部外形喷丸
b 生产设备
机械压力机 ：3000350040005000t
面数控 中孔机三面数控 中孔机折弯机
采模具生产面数控孔机模式工艺 般受产品结构压床吨位 ( 般3000350040005000t)限制采强度高高强度钢板屈服强度350560Nmm高强度钢板 梁梁加强板长度易太长应控制10000mm左右材料厚度材料长度成反控制8mm采辊压成形模式工艺 购买设备时已材料参数屈服 强度设定350700Nmm选择屈服强度700mm材料 长度限厚度控制10mm梁梁加强板材受设备 工艺模式 产 品结构影响 材料强度级范围般说开发梁梁加强材料时应结合工艺条件材料范围入手确定合理高强度钢板强度开发范围适工艺模式应研究高强度钢板 回弹消问题适焊接方式 匹配焊条 模 具材料强度求 适油漆方式等相关参数提高材料应空间
412 横梁
货车车架般511根横梁途结构相条件汽车横梁结构型式变化较 目前 汽车车架梁通常槽形式拱形居槽形式横梁曲刚度强度较 便制：拱形横梁具较连接度截面高度较低 开空间优点汽车横梁般采压加工方法生产
(1) 产品特征
厚度 ：506570mm
长度 ：740mm
抗拉强度：370610 N ／ mm
形状 ：槽形式横梁拱形式横梁等 图4344
图 43 拱形横梁
图 44 槽形横梁
(2) 工艺特点
a 工艺流程
槽型式横梁 ：剪切修边孔(落料孔)成形孔( 需)装配油漆
鳄鱼1b式横梁：剪切成形修边孔装配油漆
b 设备
机械压力机 ：800t 1250t 3000t 年满足户济性吨位 求横梁材料厚度4060mm变6510mm抗拉强度370510MPa提高590610MPa复杂形状 横梁应较定强度良成形性横梁材基求时受压力机吨位模具制造业水限制 未高强度钢板应成形复杂横梁 横梁材开发应针横梁 产品特性 结合工艺技术水 满足强度求前提重点提高材料成形性焊接性开展高强度钢板 极限拉伸速度 研究商车横梁般机械压力机 生产 高强度钢板极限拉伸速度控制机械压力机生产速度 减少横梁破损发生
c 连接板
厚度 ：40mm
长度 ：110mm
抗拉强度 ：510640N／ mm
形 状 ：板
连接板连接横梁梁增强梁强度压弯件材料高强度钢板材料成形性求高求材料压弯回弹
42 焊接工艺
421 焊接工艺分析
(1) 车架结构材料采16Mn焊接性加材料厚度适中合理装焊工艺条件般容易产生气孔裂纹需采特殊焊接工艺措施焊热处理
(2) 车架整车载体车架焊缝承受汽车运行程中动载作车架刚性焊接头收缩力较必须选合理焊接方法工艺参数控制线量
(3) 车架梁横梁言焊接分布非完全称合理安排焊接序量采称焊中间两头释焊减少焊接变形
(4) 控制零部件尺寸互换性保证装配间隙均匀减少收缩均造成变形
(5) 夹具设计时合理留收缩余量装配间隙综合处理车架焊接头应力总体变形相互矛盾问题保证满足设计尺寸求条件接头焊存应力愈愈
422 焊接方法焊接参数选择
二氧化碳气体保护焊成低生产效率高抗锈抗氢抗裂纹力强焊清渣变形易操作适全位置焊焊接方法采半动二氧化碳气体保护焊焊接工艺参数表示：
图 45 工艺参数
423 焊接工艺流程
焊梁加强梁梁焊矫形零部件组焊车架补焊车架装配车架矫形车架检验车架涂装
43 涂装工艺
提汽车防腐 然会想车身车箱等外露压件实汽车防腐整车言尤汽车重件保安件允许寿命周期出现腐蚀导致性降结构损坏车架商车关键总成位车部易受路面沙石击种环境介质侵蚀车架整车骨架防腐处理腐蚀致性降结构损坏果堪设想车架外露部分少易引起注意生锈蚀易发现确保高质量涂装关重然年国汽车行业车架涂装没予足够重视甚认车架 中厚板件腐蚀难会引起结构损坏果整车设计寿命短行驶速度高话种观点似站住脚汽车高速行驶性耐久性求越越高天必须真车架防腐问题
车架载货车客车客货两车等商车热轧钢板压结构件铆接焊接螺栓连接成国目前根生产规模设备条件涂装工艺差较纳批量生产批量生产两类批量生产工艺钢板剪切落料化皮／防锈压焊接／铆焊脂化泳浸漆干根需增加道面漆国部分载货车生产厂采种工艺
5 结
汽车性优劣仅取决组成汽车部件性程度取决部件协调配合取决车架布置技术先进性生产合理性求出发正确选择性指标质量尺寸参数提出车架总体设计方案部件设计提供整车参数设计求保证汽车性指标实现零部件通合理车架布局更结合起整车性性达设计求
次毕业设计已接尾声次设计感种技知识层面足方时学新知识次毕业设计四年学知识综合应起时学新知识 CAD 制图前少接触实知识次毕业设计中学应然中间程辛苦收获喜悦法言语表达总说次毕业设计收获颇丰工作学坚实基础
参考文献
[1] 刘鸿文 材料力学4版北京：高等教育出版社2004
[2] 毛昕 画法机械制图北京：高等教育出版社2004
[3] 濮良贵 纪名刚 机械设计北京：高等教育出版社2006
[4] 陈家瑞 汽车构造（册）北京：机械工业出版社2008
[5] 龚寒微编 汽车现代设计制造：北京：民交通出版社1995
[6] 学迅编 汽车设计．北京：民交通出版社2005
[7] 吴宗泽 机械零件设计手册．北京机械工业出版社2003
[8] 武田信（日）著载货汽车设计．民交通出版社1997
[9] 陈家海著 重型汽车车架设计川汽科技1999年第2期
[10] 吴憩棠著 商车技术发展趋势东方时评2004年第47期
[11] 周岁华著 商车车架工艺技术材料开发汽车工艺材料2007年第8期
`
致谢
4 月毕业成长次毕业设计中遇困难XX老师XX老师帮助步步完成次毕业设计
记开始制图遇样难题完成图纸茫然知道该手完成分图纸时候老师帮分析设计步骤 步 步 引 导 走 设 计 正 确 思路 度难关整设计程中老师认真负责问题进行解答问问题组学生老师会认真进行指导帮助正老师指导完成次毕业设计程中学新知识中发现改进足方现身足方希老师指导学工作中更进步
附录
计算程序
clear
hold on
a1010
b1105
c2400
L4815
l2700
ms1200
me1990
q98
F1317965
F21245135
x1051010
Fs45000100045000
Fs1ms*q*x1L2
x2101052415
Fs2F1ms*q*x2L2
x3241553710
Fs3F1ms*q*x3L2me*q*(x32132)c2
x4371054815
Fs4(ms2L+me2c)*q*(Lx4)
x5054815
Fs50*x5
Fs1minmin(Fs1)Fs2maxmax(Fs2)Fs3minmin(Fs3)Fs4maxmax(Fs4)
y1Fs1min5Fs2max x61010+0*y1
y2Fs3min5Fs4max x73710+0*y2
plot(x1Fs1＇b＇x2Fs2＇b＇x3Fs3＇b＇x4Fs4＇k＇x5Fs5＇b＇x6y1＇b＇x7y2＇b＇)
xlabel(＇剪力图＇)ylabel(＇Fs＇)
clear
hold on
a1010
b1105
c2400
L4815
l2700
ms1200
me1990
q98
F1317965
F21245135
x1051010
M1ms*q*(x1*x1)L4
x2101052415
M2F1*(x2a)ms*q*(x2*x2)L4
x3241553710
M3F1*(x3a)ms*q*(x3*x3)L4me*q*[(x32132)*(x32132)]c4
x4371054815
M4(msL4+mec4)*q*[(Lx4)*(Lx4)]
x5054815
M50*x5
plot(x1M1＇b＇x2M2＇b＇x3M3＇b＇x4M4＇b＇x5M5＇k＇)
xlabel(＇弯矩图＇)ylabel(＇M＇)
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毕业设计(文)
说明书
题目名称： 轻型货车车架设计
院系名称： 机电学院
班 级： 车辆
学 号：
学生姓名：
指导教师：
2010年X月
摘
设计课题关轻型载货汽车车架设计设计车架结构形式前等宽边梁式车架中梁横梁截面形状采槽型梁横梁通焊接连接说明书涉现阶段载货汽车技术发展趋势国外载货汽车车架发展状况说明书详细阐明轻型载货汽车方案证：车架设计求车架结构确定车架宽度确定车架梁形式确定车架横梁形式确定车架梁横梁连接形式确定车架受载分析车架强度计算计算时车架简化成位支座静定结构然材料力学知识车架进行强度计算满足应力求条件确定车架梁断面尺寸
关键词：轻型货车车架设计
Abstract
This design issue is about the frame of lightsized truck The frame structure designed is the side frame with the beam width in which the shape of longitudinal and crosssection beams are slot rails and beams are connected by welding This paper involves in lately the technology development trend of truck as well as the domestic and foreign truck frame development This paper also expose in detail the light sized truck with scheme demonstration the requirement of frame designdetermination of frame structuredetermination of frame width determination of stringer form determination of beams formthe connection form of beams analysis of load the frame suffers and the strength calculation The frame will be simplified as a stable objective when calculating and then calculate the strength with mechanics materials knowledge and determine the size of the frame rails with the precondition that it meets the requirement of stress
Key words lightsized trucks trailers design
目录
摘 I
Abstract II
目录 3
1 绪 1
11 概述 1
12 车架发展 2
2 设计方案证 4
21 参考车型参数 4
22 车架实际环境面4种压力 4
23 车架设计技术求 5
24 车架结构确定 6
3 车架设计 10
31 车架结构形式设计 10
32 车架受载分析 14
33 弯曲强度计算时基假设 14
34 梁弯矩剪力计算 15
4 车架制造工艺 22
41 车架梁制造工艺 22
42 焊接工艺 25
43 涂装工艺 26
5 结 27
参考文献 28
致谢 29
附录 30
1 绪
11 概述
汽车车架整汽车基体汽车总成部件连接成汽车整体金属构架种金属构架式车架生产厂家生产设计时应考虑结构合理生产工艺规范采取切切实行措施消工艺缺陷保证种复杂受力情况破坏
车架作汽车承载基体货车中型客车中高级高级轿车采支撑着发动机离合器变速器转器非承载式车身货箱等簧质量关机件承受着传种力力矩车架应足够弯曲刚度装关机构间相位置汽车行驶程中保持变车身变形车架应足够强度保证足够性寿命梁等零件期应严重变形开裂车架刚度足会引起振动噪声汽车坐舒适性操稳定性某机件性降
说明书叙述非承载式车身结构形式中单独车架系统承载式汽车前悬架装置发动机变速器等传动系部件施加作力均车架承受车架总成刚性强度振动特性等完全决定车辆整体强度刚度振动特性设计时确保车架总成性时应车架性匹配性进行认真研究车架结构电弧焊焊接成容易产生焊接变形设计方面精度求部位出现集中焊接者部件结构方面工夫量确保总成精度外焊接方法相采电弧焊话端部容易出现较缺口出现应力集中现象应接头位置焊接端部进行处理
车架受力状态极复杂汽车静止时悬架系统支撑承受着汽车部件载荷重力引起梁弯曲偏心扭转（局部扭转）汽车处路面车架呈现整体扭转汽车行驶时载荷汽车部件身质量工作载荷（驱动力制动力转力等）车架部件承受着方程度机变化动载荷车架弯曲偏心扭转整体扭转更严重时会出现侧弯菱形倾种弯曲扭转振动时装置件车架产生较装置载荷
着计算机技术发展产品开发阶段车架静应力刚度振动模态动应力碰撞安全等已进行限元分析轻量化寿命振动噪声特性做出初步判断缩短产品开发周期创造利条件
12 车架发展
早期汽车车架笼状钢骨梁柱构成两支行梁类似阶梯方式加许左右相连副梁制造成车体建构车架车门沙板引擎盖行李厢盖等钣件外包覆车体外车体车架实属两独立构造种设计处轻量化刚性时兼顾受少跑车制造商青睐早期法拉利兰博基尼采种设计
钢骨设计车架必须通许接点连结梁副梁加笼状构造法腾出较空间制造较复杂利量生产外适合强调空间四门房车单体结构车架车坛成流笼状钢骨车架逐渐改种车体车架合二单体车架取代种单体车架般底盘称
关单体车架简单说引擎室车厢行李厢三空间合样处便量生产模组化运中考虑通采取模组化生产策略车厂具车架分数种车款样节省少研发费
利车体车架通材料发挥轻量化特性例田NSX铝合金法拉利F50Enzo碳纤维材料等铝合金80年代末期相热门种工业材料然重量铁轻强度较差果铝合金制成单体车架然重量起铁制车架更占优势强度法达铁制车架样水准非增加更铝合金材料利更量弥补强度足样重量必然会相增加原出轻量化考量采铝合金材料动机然失意义正原铝合金车架车坛未成流少数高性跑车强度更高碳纤维碳纤维结合蜂巢状夹层铝合金复合材料取代铝合金碳纤维制成单体车架制作相复杂费时成相更高法普般市售车仅少数售价高昂跑车
铝合金车架鲜车厂钢铁车架搭配铝合金钣件方式年受少车厂重视样结构仅保留车架身强度时通钣件铝合金化取轻量化效果研发成然碳纤维制单体车架样昂贵
欧美90年代开始逐渐提高撞击事安全防护标准凸现出车架刚性重原许车厂撞击事发生时够确保车员安全惟针车架车体进行全面强化车架外强度改善包括钣件厚度改变种辅助梁增设成厂惯手法样情况伴车重相增加正欧美日许市售车重量起10年前20年前增加少原
关刚性确保数车厂新车设计阶段利电脑计算出车架刚性需求作设计车厂电脑完成设计雏形会专业试车员进行实际测试
中国第汽车集团凌源汽车制造限公司汽车车架U型槽合数控孔生产线竞标成功 汽车车架U型槽合数控孔生产线公司继两年前成功设计制造合肥江淮汽车厂汽车梁数控板孔生产线基础汽车梁数控孔方面标志性成果填补国设计制造汽车车架U型槽合数控孔生产线空白汽车车架U型槽合数控孔生产线设计制造成功汽车制造行业具划时代意义标志着中国汽车车架数控孔加工生产设备方面达国际先进水降低汽车制造行业购置汽车车架数控孔生产线巨费积极推动中国汽车制造业飞速发展中国汽车制造业早日国际接轨奠定基础
国车架企业基拥剪切压焊接铆接油漆机加工六工艺力完善检测手段研究设计中心具16吨3000吨冷压力具备开发设计生产种类型车架
2 设计方案证
21 参考车型参数
参考车型：欧铃ZB5040XXYBSC3S厢式运输车
详细参数：
发动机型号：SD4W583U 发动机功率：58 kw
发动机排量：2156ML 发动机类型：柴油发动机
外形尺寸（长×宽×高）：5150×1695×2660 mm
货箱栏板尺寸：2390×1585×1700 mm
总质量：3770 Kg 整备质量：1780 Kg
额定载质量：1665 Kg 接角离角：2116
前悬悬：10101440 mm 轴距：2700 mm
轴荷：12602510 N 高车速：90 kmh
前轮距：1240 mm 轮距：1360 mm
底盘型号：ZB5040XXYBSC3S 轴数：2
底盘尺寸（长×宽×高）：4810×1605×1990
弹簧片数：65+3
22 车架实际环境面4种压力
评价车架设计结构坏首先应该清楚解车辆行驶时车架承受种力果车架某方面韧性佳算悬挂系统法达良操控表现车架实际环境面4种压力
负载弯曲
字面十分容易理解压力部分汽车非悬挂重量车架承受通轮轴传面压力会集中轴距中心点车架底部梁横梁般求较强刚度
非水扭动
前角车轮遇道路滚动车架梁柱便承受扭曲压力情况块塑料片扭曲成螺旋形样
横弯曲
谓横弯曲汽车入弯时重量惯性（离心力）会车身产生弯外甩倾轮胎抓着力会路面形成反作力两股相压力车架横扭曲
水菱形扭动
车辆行驶时车轮路面行驶情况车轮会承受阻力牵引力车架水方产生推拉变形情况长方形拉扯成菱形样
23 车架设计技术求
车架符合述功通常设计车架求：
231 必须足够强度
保证种复杂受力情况车架受破坏求足够疲劳强度保证汽车修里程车架致严重疲劳损伤
梁受力极复杂设计时仅应注意种应力改善分布情况应该注意种应力峰值出现部位例梁中部弯曲应力较应注意降低扭转应力减少应力集中避免失稳前端应着重控制悬架系统引起局部扭转
提高梁强度常措施：
(1) 提高弯曲强度
选定较断面尺寸合理断面形状（槽形梁断面高宽般3：1左右）
(2) 提高局部扭转刚度
注意偏心载荷布置相偏心载荷量接梁断面弯曲中心合成量较
偏心载荷较处设置横梁根载荷分散情况确定连接强度宽度
悬置点分布横梁弯曲中心
偏心载荷较偏离横梁较远处时候采K形梁者该段梁形成封闭断面
偏心载荷较较分散时候应该采封闭断面梁横梁间距应缩
选较断面
限制制造扭曲度减少装配预应力
(3) 提高整体扭转强度
梁断面
翼缘连接横梁宜相距太
(4) 减少应力集中疲劳敏感
减少翼缘孔（特高应力区）严禁翼缘布置孔
注意外形变化避免出现波纹区者受严重变薄
注意加强端部形状连接避免刚度突变
避免槽形梁翼缘边缘处施焊尤畏忌短焊缝点焊
(5) 减少失稳
受压翼缘宽度厚度值宜（常12左右）
容易出现波纹处限制整度
(6) 局部强度加强
采较板厚
加支架紧固面尺寸增紧固数量量力作点接腹板侧面
232 车架轻量化
车架较重钢板消耗量相车架应等强度原进行设计减轻汽车重降低材料消耗量保证强度条件量减轻车架质量通常求车架质量应整车整备质量10％
设计车架梁进行简化弯曲强度计算车架梁具足够强度确定车架断面尺寸（参材料力学）外目前钢材价格暴涨汽油价格涨生产汽车济性考虑话应量减轻整车质量生产工艺性考虑横梁采简便连接方式仅降低工工作强度增强车架强度
24 车架结构确定
241 车架类型选择
车架结构形式分边梁式中梁式（称脊骨式）综合式客车轿车车身车架制成体样车身称半承载式车身加强车身完全起车架作样车身称承载式车身设车架着节技术发展减轻重越越轿车采承载式车身边先分列举车架特点
（1） 边梁式车架构造
种车架两根梁连接两根梁干根横梁组成铆接焊接方法横梁连接成坚固刚性构架梁通常低合金钢板压成断面般槽型z星箱型断面横梁连接梁保证车架抗扭刚度承载力支撑汽车部件 边梁式车架改装变型车提供方便安装骨架载重汽车特种车广泛弯曲刚度较承受扭矩时部分时产生弯曲扭转优点便安装车身车箱布置总成易汽车改装变形广泛载货汽车越野汽车特种汽车货车底盘改装成客车中轻型客车采轿车较少采
载货汽车边梁式车架（图21）两根相互行开口压制成槽型梁压制成开口槽型横梁组合成通常梁表面全长变局部降低两端表面根应力情况相应缩车架宽度全长等宽
图21 边梁式车架
X型车架边梁式车架改进种车架两根梁X型横梁组成实际边梁式车架改进定抗扭刚度X横梁扭矩转变弯矩短宽车架种效果明显车架中部位汽车称面根矩形断面空心脊梁前端焊叉形梁前端叉形梁支撑动力传动总成端安装桥传动轴中部梁通方中部梁扭转刚度前叉形边梁横梁相连者加强前悬架支撑梁部分位座客脚位置车宽中间妨碍两侧车身板降低板中间会较鼓包门槛宽度然动安全性考虑求门槛足够强度刚度轿车边梁式车架降低板高度局部减少梁断面高度相应加宽度梁制造工艺复杂化车身板采车架时高然板传动轴通道鼓包X型车架较轿车
周边式车架种车架边梁式车架派生出前两端梁变窄中部梁加宽前端宽度取决前轮转角端宽度取决轮距中部宽度取决车身门槛梁壁宽前部中部部中部连接处缓臂抗扭盒相连具定弹性缓路面击结构形状容许缓臂定弹性变形吸收路面击降低车噪声外车架中部加宽利提高汽车横稳定性减短车架梁外侧装置件悬伸长度前梁处弯曲出前独立悬架非断开式桥运动空间采种车架时车身板传动轴通道形成鼓包门槛较宽种车架结构复杂般中高级轿车采
（2） 中梁式车架（脊骨式车架）
结构根位中央贯穿汽车全长梁称脊骨式车架中梁断面做成形槽形箱形中梁前端做成伸出支架固定发动机减速器壳通常固定中梁尾端形成断开式驱动桥中梁悬伸托架支承汽车车身安装机件中梁形传动轴穿优点较抗扭转刚度较前轮转角结构容许车乾较跳动空间便装独立悬架提高汽车越野性吨位载货汽车相车架轻整车质量时质心较低行驶稳定性车架强度刚度较脊梁起封闭传动轴防尘罩作缺点制造工艺复杂精度求高总成安装困难维护修理方便目前应较少
（3） 综合式车架
综合式车架边梁式中梁式车架联合构成车架前段段边梁式结构安装发动机驱动桥车架段中梁式结构支架固定车身传动轴中梁中间穿密封防尘中部抗扭刚度合适中部板凸包较制造工艺较复杂种结构般轿车
车架承受着全车部分重量汽车行驶时承受装配部件传力相应力矩作汽车行驶崎岖道路时车架载荷作会产生扭转变形安装部件相互位置发生变化车轮受击时车架会相应受击载荷求车架具足够强度合适刚度时量减轻重量良路面行驶汽车车架应布置离面汽车重心降低利汽车稳定行驶车架形状尺寸应保证前轮转求空间
设计轻型载汽车车架根特点选边梁式车架梁表面直断面呈槽形结构简单工作仅降低工工作强度造价低廉良济性广泛种载货汽车客车
选取方案优点： 边梁式车架两根梁干根横梁组成该结构便安装驾驶室车厢总成广泛载重货车特种车客车
3 车架设计
车架复杂薄壁框架结构受力情况极复杂设计包括结构形式设计：车架宽度确定梁形式确定横梁形式确定横梁梁连接形式确定车架设计初期阶段车架梁进行简化弯曲强度计算确定车架断面尺寸面设计计算方法步骤
31 车架结构形式设计
311 车架宽度确定
车架宽度左右梁腹板外侧面间宽度车架前部宽度值取决发动机外廓宽度值受前轮转角限制车架部宽度值根车架外侧轮胎钢板弹簧片宽等尺寸确定提高汽车横稳定性希增车架宽度
通常车架宽度根汽车总体布置参数确定整车宽度超25m难时满足述求解决总体布置加宽车架矛盾车架宽度设计采取措施：
（1）车架做成前窄宽
种结构解决前轮转需空间车架总宽间矛盾结构适轻型汽车微型汽车轿车
（2）车架做成前宽窄
重型载货汽车轴负荷轮胎尺寸加钢板弹簧片宽增加时安装外型尺寸发动机常需减前轮转角便汽车总宽公路标准25m车架采前宽窄型式
根设计求关轻车车架结构设计载重设17t简化制造工艺车架前等宽便实行产品三化少国家车架宽度制定标准设计方案取车架宽度750mm
312 车架梁形式确定
车架梁结构方面保证车架功方面满足整车总体布置求时形状应量简单简化制造工艺
梁侧视图梁形状分翼面直弯曲两种优点：结构简单工艺性翼面直时货厢底板整梁制造方便数载货汽车车架梁采种型式翼面弯曲时梁部分区段降低板高度相应降低改善整车稳定性利车种结构轿车微型汽车公汽车部分轻型载货汽车采制造工艺复杂
梁表面应量做成直中部断面般较两端较受弯矩相适应全长仅中部部等断面根整车布置求时采前端端前端均弯曲梁
梁断面形状槽形工字形箱形形Z形等种梁断面处应力接改变梁高度中部断面高两端断面低槽形断面梁较抗弯强度工艺性紧固方便便安装种汽车部件采广泛种断面抗扭性差降低车架梁抗弯应力方面考虑话增槽形断面高度利汽车质心高度增加增翼面宽度提高梁抗弯强度值增加受发动机传动系统部件布置限制需综合考虑述素影响通常取高宽值28—35重型载货汽车发动机外型尺寸轴负荷车架做成前等宽车架梁采Z形断面国黄河牌载货汽车车架采种断面种梁横梁连接结构复杂燃油箱安装方便重型载货汽车超重型载货汽车车架梁般采工字形截面型材焊接成箱形结构箱形断面梁抗扭强度轿车轻型越野车超重型越野车矿卸车梁形式钣料焊接成常箱形工字形断面采封闭断面梁构成车架抗弯刚度通常客车车架采种断面梁长度般接汽车长度值约14—17倍汽车轮距
品种生产时常轴距装载质量系列车型采高相槽形断面梁通变化钣料厚度翼缘宽度获强度
根设计求考虑梁截面特点方案设计梁采翼面直等高槽形钢梁总长4815mm优点：较抗弯强度便安装汽车部件
313 车架横梁形式确定
车架横梁左右梁连接起构成框架车架足够抗弯刚度汽车总成通横梁支承
载货汽车横梁般根横梁组成结构途样
(1) 前横梁
通常支承水箱发动机前支点安排左右梁时较槽型Z型断面横梁前部采独立悬架轿车改善汽车视野希汽车头部高度降低固需水箱安装低前横梁做成宽凹形状发动机前支点水箱相距时前横梁常支承水箱发动机前端时需采断面横梁
(2) 中横梁
通常作传动轴中间支承保证传动轴足够跳动空间结构做成拱形钢板弹簧前支架附受力转矩设置根抗扭刚度连接宽度横梁
(3) 横梁
横梁采中横梁形式
设计课题关轻型车车架结构设计采开口断面较合适次设计采8根横梁根横梁结构途：
第根横梁断面形状槽型支撑水箱中间设圆形孔目空气流发动机底部助发动机散热
第二根横梁发动机托架防止前轴发生碰撞干涉安排放发动机前端形状似元宝元宝梁种形状较刚度
第三根横梁驾驶室安装梁驾驶室部安装断面形状槽形
第四根横梁作传动轴支承断面形状槽形保证传动轴足够跳动空间安装空间结构做成拱形
第五七根横梁分钢板弹簧前支架附受力转矩断面形状采槽形
第六七根横梁仅承受种力力矩作作安装备胎安置机构断面形状槽型
第八横梁横梁左右梁连接起构成框架车架足够抗弯刚度断面形状槽形
314 车架梁横梁连接型式确定
梁横梁连接方式车架受力影响致分种：
(1) 横梁梁腹板相连接
种连接型式制造工艺简单连接刚度较差会梁出现应力般车架中部横梁采种连接方式
(2) 横梁时梁腹板翼缘（）相连接
种连接方式制造工艺复杂连接刚度增强广泛应钢板弹簧托架力会通梁传钢板弹簧前横梁承受较载荷设计钢板弹簧托架时应减少悬架伸长度载荷作点梁弯曲中心偏心载荷较时该处梁做成局部闭口断面横梁穿梁外延伸载荷直接传横梁
(3) 横梁时翼缘相连接
种连接形式具刚性较加强角撑产生良斜支撑作整车架刚度增加翼缘外边致受压产生翘曲车架两端横梁常采种形式梁相连接种连接方式制造复杂转矩时梁翼缘会出现应力现象梁截面翘曲致
横梁梁固定方法分铆接焊接螺栓连接等方式
数车架搭铁板通铆钉连接种方法成低适合批量生产刚度铆钉数目分布关
焊接连接牢固致产生松动保证刚度焊接容易变形产生较应力求焊接质量高批量生产修理时采
螺栓连接某适种特殊条件汽车车架采装汽车车架某部件易拆卸互换种连接方式长期时容易松动甚发生严重事般汽车车架横梁梁固定采种方法
紧固件尺寸数量横梁相适应铆钉分布太利连接板翻边紧固时应加连接板宽度厚度紧固孔应翻边处防连接损坏
设计方案中横梁梁连接形式体焊接连接
总车架结构设计充分考虑整车布置车架求企业工艺制造力合理选择梁截面高度横梁结构形式横梁梁联接方式车架结构满足汽车求达较济效益社会效益
32 车架受载分析
汽车条件复杂受力情况十分复杂车架载荷变化承受载荷致分面类：
321 静载荷
车架承受静载荷指汽车静止时悬架弹簧部分载荷车架质量车身质量安装车架总成附属件质量效载荷（客车货物总质量）总
322 称垂直动载荷
种载荷汽车坦道路较高车速行驶时产生垂直振动加速度关作车架静载荷分布关路面作力车架承受称垂直动载荷种动载车架产生弯曲变形
323 斜称动载荷
种载荷汽车崎岖道路行驶时产生时汽车前车轮面车架连车身歪斜道路程度车身车架悬架刚度关种动载荷会车架产生扭转变形
324 载荷
汽车转弯行驶时离心力车架受侧力作汽车加速制动时惯性力会导致车架前部载荷重新分配前轮正面撞路面凸包时车架产生水方剪力变形安装车架总成（发动机转摇臂减振器等）工作时产生力载荷作线通梁截面弯曲中心（油箱备胎悬架等）梁产生附加局部转矩
综述汽车车架实际受定空间力系作车架梁横梁截面形状连接点种样更导致车架受载情况复杂化
33 弯曲强度计算时基假设
便弯曲强度计算车架进行基假设：
1车架结构左右称左右梁受力相差认梁支承汽车前轴简支梁
2空车时簧载质量（包括车架身质量）均匀分布左右二梁全长值根汽车底盘结构统计数致估计般轻型中型载货汽车说簧载质量约汽车身质量23
3汽车效载荷均匀分布车厢全长
4作力均通截面弯曲中心
实际梁某部位会安装外伸部件（油箱蓄电池等）产生局部扭转设计时通常安置根横梁种梁扭转变横梁弯矩种假定会造成计算明显误差
述假设车架静定面框架结构简化成位支座静定结构
图31 静定结构
34 梁弯矩剪力计算
计算车架梁弯矩先计算车架前支座反作力轮中心支座处求矩（见图41）
(31)
(32)
式中：
F1——前轮中心支座梁（左梁右梁）反作力N
F2——轮中心支座梁（左梁右梁）反作力N
L——梁总长4815mm
l——汽车轴距2700mm
a——前悬1010mm
b——悬1105mm
c——车厢长2400mm
c1——车厢前端二轴距离1295mm
c2——车厢端二轴距离1105mm
Ms——空车时簧载质量约1200kg
Me——满载时效装载质量1990kg
g——重力加速度98ms
代入(41)(42)：
317965N
1245135N
计算梁弯矩时梁分成两段区域段均布载荷简化作区段中点集中力梁端面弯矩计算采弯矩差法计算工作量减少弯矩差法认：梁某端面弯矩该段面前力改点转矩
341 驾驶室长度段梁弯矩计算
该段根弯矩差法 ：
（33）
式中：Mx梁某段截面弯矩N*mm
x截面前轮中心距离mm
a车架梁前端前轮中心距离mm
（1） （0≤X≤1010）AB段弯矩：
(34) (35)
X0时
Q＝0 N
M0 N·mm
X1010
Q＝117844N
M137473897N·mm
（2） （1010≤X≤2415）BE段剪力弯矩：
(36)
(37)
X1010
Q200121N
M137473897N·mm
X2415
Q23049N
M509449247N·mm
342 驾驶室端轴段梁弯矩计算
该区段根弯矩差法梁某断面弯矩：
（38）
式中：Mx梁某截面弯矩N*mm
x截面前轮中心距离mm
C1车厢前端轮中心距离mm
梁某断面剪力该断面前力
（39）
式中：Qx梁某断面剪力N
知梁弯矩定发生该段梁位置采求Mxx导数令零办法
) （310）
：x132389
式计算求梁发生弯矩位置该值代入弯矩计算公式求梁受弯矩
51859721 N·mm
梁受剪力发生汽车轴附xl时剪力剪力： (311)
661242N
（1） （2415≤X≤3710）EC段剪力弯矩：
(312)
(313)
X2415
Q23049N
M155606051N·mm
X3710
Q434713N
M12599698N·mm
（2） （3710≤X≤4815）CD段剪力弯矩：
(314)
(315)
X3710
Q29172N
M3223506N·mm
x4815
Q0 N
M0 N·mm
剪力图弯矩图图：
图32 剪力图
图33 弯矩图
仅考虑汽车静载工况梁断面弯矩剪力计算实际汽车行驶时受种动载荷作汽车行驶时实际受弯矩剪力：
(316) (317)
式中：—动载系数轿车客车175载货汽车25越野汽车30
：
129649302 N·mm
1653105N
343 车架材料确定
车架材料应具足够高屈服极限疲劳极限低应力集中敏感性良冷压性焊接性低碳中碳低合金钢满足求车架材料选定制造工艺密切相关拉伸尺寸较形状复杂压件需采压性低碳钢低碳合金钢0809MnL09MnREL等钢板制造拉伸尺寸形状复杂压件采强度稍高202516Mn09SiVL10TiL等钢板制造强度更高钢板冷压时易开裂压回弹较宜采
轿车车架梁横梁钢板厚度约30～40mm货车根装载质量轻中型货车压梁钢板50～70mm重型货车压梁钢板厚度约70～90mm
次设计采16Mn钢板制造车架循环疲劳强度σ1＝220～260MPa
344 梁截面特性计算
车架梁横梁截面系数W材料力学方法计算
槽形断面（图34）断面系数W
(318)
取h80mm b43mm t5mm
25300mm3
图34 槽形断面
345 弯曲应力计算校核
梁断面弯曲应力δ：
δ W (319)
应力：δW249Mpa
式求弯曲应力应材料许应力[δ]许应力公式计算：
[δ]δsn (320)
式中：δs——材料疲劳极限16Mn材料δs350MPa
n——安全系数般取安全系数n115—140
许应力：[δ]δsn35011530435MPa
δ249Mpa[δ]范围
述计算符合应力求δ≤[δ]
终确定梁槽形断面尺寸：
h80mm
b43mm
t5+4mm （根验：梁须弯矩区域布置加强板加强板厚4mm加强板布置EC段CD段）
346 界弯曲应力δc计算校核
梁受弯变形时翼缘分受压缩拉伸作会造成翼缘破裂应薄板理进行校核槽型截面梁说界弯曲应力δc ：
≤350 (321)
式中：E—材料弹性模量E206MPa
U——泊松16Mnu03
式
b≤16t 取b43mmt5mm
43≤80
车架满足界弯曲应力求
4 车架制造工艺
41 车架梁制造工艺
图 41车架装配图
411 梁
图 42 梁断面
(1) 产品特征
断面形式 ：等断面 变端面
长度形式 ：直线式
料厚：梁 50080mm
梁长度：4815
(2) 工艺特点
a 工艺流程
第种模式 ：剪切模具落料中孔模具压弯成形装配油漆
第二种模式 ：剪切模具落料工艺孔面数控孔机孔模具压弯成形装配油漆
第三种模式 ：剪切面数控孔机孔折弯成形装配油漆
第四种模式 ：单倍尺卷料辊压成形切断三面数控中孔机 中孔等离子切割局部外形喷丸
b 生产设备
机械压力机 ：3000350040005000t
面数控 中孔机三面数控 中孔机折弯机
采模具生产面数控孔机模式工艺 般受产品结构压床吨位 ( 般3000350040005000t)限制采强度高高强度钢板屈服强度350560Nmm高强度钢板 梁梁加强板长度易太长应控制10000mm左右材料厚度材料长度成反控制8mm采辊压成形模式工艺 购买设备时已材料参数屈服 强度设定350700Nmm选择屈服强度700mm材料 长度限厚度控制10mm梁梁加强板材受设备 工艺模式 产 品结构影响 材料强度级范围般说开发梁梁加强材料时应结合工艺条件材料范围入手确定合理高强度钢板强度开发范围适工艺模式应研究高强度钢板 回弹消问题适焊接方式 匹配焊条 模 具材料强度求 适油漆方式等相关参数提高材料应空间
412 横梁
货车车架般511根横梁途结构相条件汽车横梁结构型式变化较 目前 汽车车架梁通常槽形式拱形居槽形式横梁曲刚度强度较 便制：拱形横梁具较连接度截面高度较低 开空间优点汽车横梁般采压加工方法生产
(1) 产品特征
厚度 ：506570mm
长度 ：740mm
抗拉强度：370610 N ／ mm
形状 ：槽形式横梁拱形式横梁等 图4344
图 43 拱形横梁
图 44 槽形横梁
(2) 工艺特点
a 工艺流程
槽型式横梁 ：剪切修边孔(落料孔)成形孔( 需)装配油漆
鳄鱼1b式横梁：剪切成形修边孔装配油漆
b 设备
机械压力机 ：800t 1250t 3000t 年满足户济性吨位 求横梁材料厚度4060mm变6510mm抗拉强度370510MPa提高590610MPa复杂形状 横梁应较定强度良成形性横梁材基求时受压力机吨位模具制造业水限制 未高强度钢板应成形复杂横梁 横梁材开发应针横梁 产品特性 结合工艺技术水 满足强度求前提重点提高材料成形性焊接性开展高强度钢板 极限拉伸速度 研究商车横梁般机械压力机 生产 高强度钢板极限拉伸速度控制机械压力机生产速度 减少横梁破损发生
c 连接板
厚度 ：40mm
长度 ：110mm
抗拉强度 ：510640N／ mm
形 状 ：板
连接板连接横梁梁增强梁强度压弯件材料高强度钢板材料成形性求高求材料压弯回弹
42 焊接工艺
421 焊接工艺分析
(1) 车架结构材料采16Mn焊接性加材料厚度适中合理装焊工艺条件般容易产生气孔裂纹需采特殊焊接工艺措施焊热处理
(2) 车架整车载体车架焊缝承受汽车运行程中动载作车架刚性焊接头收缩力较必须选合理焊接方法工艺参数控制线量
(3) 车架梁横梁言焊接分布非完全称合理安排焊接序量采称焊中间两头释焊减少焊接变形
(4) 控制零部件尺寸互换性保证装配间隙均匀减少收缩均造成变形
(5) 夹具设计时合理留收缩余量装配间隙综合处理车架焊接头应力总体变形相互矛盾问题保证满足设计尺寸求条件接头焊存应力愈愈
422 焊接方法焊接参数选择
二氧化碳气体保护焊成低生产效率高抗锈抗氢抗裂纹力强焊清渣变形易操作适全位置焊焊接方法采半动二氧化碳气体保护焊焊接工艺参数表示：
图 45 工艺参数
423 焊接工艺流程
焊梁加强梁梁焊矫形零部件组焊车架补焊车架装配车架矫形车架检验车架涂装
43 涂装工艺
提汽车防腐 然会想车身车箱等外露压件实汽车防腐整车言尤汽车重件保安件允许寿命周期出现腐蚀导致性降结构损坏车架商车关键总成位车部易受路面沙石击种环境介质侵蚀车架整车骨架防腐处理腐蚀致性降结构损坏果堪设想车架外露部分少易引起注意生锈蚀易发现确保高质量涂装关重然年国汽车行业车架涂装没予足够重视甚认车架 中厚板件腐蚀难会引起结构损坏果整车设计寿命短行驶速度高话种观点似站住脚汽车高速行驶性耐久性求越越高天必须真车架防腐问题
车架载货车客车客货两车等商车热轧钢板压结构件铆接焊接螺栓连接成国目前根生产规模设备条件涂装工艺差较纳批量生产批量生产两类批量生产工艺钢板剪切落料化皮／防锈压焊接／铆焊脂化泳浸漆干根需增加道面漆国部分载货车生产厂采种工艺
5 结
汽车性优劣仅取决组成汽车部件性程度取决部件协调配合取决车架布置技术先进性生产合理性求出发正确选择性指标质量尺寸参数提出车架总体设计方案部件设计提供整车参数设计求保证汽车性指标实现零部件通合理车架布局更结合起整车性性达设计求
次毕业设计已接尾声次设计感种技知识层面足方时学新知识次毕业设计四年学知识综合应起时学新知识 CAD 制图前少接触实知识次毕业设计中学应然中间程辛苦收获喜悦法言语表达总说次毕业设计收获颇丰工作学坚实基础
参考文献
[1] 刘鸿文 材料力学4版北京：高等教育出版社2004
[2] 毛昕 画法机械制图北京：高等教育出版社2004
[3] 濮良贵 纪名刚 机械设计北京：高等教育出版社2006
[4] 陈家瑞 汽车构造（册）北京：机械工业出版社2008
[5] 龚寒微编 汽车现代设计制造：北京：民交通出版社1995
[6] 学迅编 汽车设计．北京：民交通出版社2005
[7] 吴宗泽 机械零件设计手册．北京机械工业出版社2003
[8] 武田信（日）著载货汽车设计．民交通出版社1997
[9] 陈家海著 重型汽车车架设计川汽科技1999年第2期
[10] 吴憩棠著 商车技术发展趋势东方时评2004年第47期
[11] 周岁华著 商车车架工艺技术材料开发汽车工艺材料2007年第8期
`
致谢
4 月毕业成长次毕业设计中遇困难XX老师XX老师帮助步步完成次毕业设计
记开始制图遇样难题完成图纸茫然知道该手完成分图纸时候老师帮分析设计步骤 步 步 引 导 走 设 计 正 确 思路 度难关整设计程中老师认真负责问题进行解答问问题组学生老师会认真进行指导帮助正老师指导完成次毕业设计程中学新知识中发现改进足方现身足方希老师指导学工作中更进步
附录
计算程序
clear
hold on
a1010
b1105
c2400
L4815
l2700
ms1200
me1990
q98
F1317965
F21245135
x1051010
Fs45000100045000
Fs1ms*q*x1L2
x2101052415
Fs2F1ms*q*x2L2
x3241553710
Fs3F1ms*q*x3L2me*q*(x32132)c2
x4371054815
Fs4(ms2L+me2c)*q*(Lx4)
x5054815
Fs50*x5
Fs1minmin(Fs1)Fs2maxmax(Fs2)Fs3minmin(Fs3)Fs4maxmax(Fs4)
y1Fs1min5Fs2max x61010+0*y1
y2Fs3min5Fs4max x73710+0*y2
plot(x1Fs1＇b＇x2Fs2＇b＇x3Fs3＇b＇x4Fs4＇k＇x5Fs5＇b＇x6y1＇b＇x7y2＇b＇)
xlabel(＇剪力图＇)ylabel(＇Fs＇)
clear
hold on
a1010
b1105
c2400
L4815
l2700
ms1200
me1990
q98
F1317965
F21245135
x1051010
M1ms*q*(x1*x1)L4
x2101052415
M2F1*(x2a)ms*q*(x2*x2)L4
x3241553710
M3F1*(x3a)ms*q*(x3*x3)L4me*q*[(x32132)*(x32132)]c4
x4371054815
M4(msL4+mec4)*q*[(Lx4)*(Lx4)]
x5054815
M50*x5
plot(x1M1＇b＇x2M2＇b＇x3M3＇b＇x4M4＇b＇x5M5＇k＇)
xlabel(＇弯矩图＇)ylabel(＇M＇)
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