专用汽车副车架的改装分析及设计要点

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1、专用汽车副车架的改装分析及设计要点新乡市新飞专用汽车有限公司吕明祥孙刚强摘要：专用汽车在使用中，其副车架纵梁出现的裂纹、断裂及焊缝撕裂现象，以自卸车尤为严重。副车架的载荷分析是否正确、结构设计是否合理，则是产生这些失效形式的重要原因。关键词：副车架焊接应力弯曲应力1、引言专用汽车的各种专用装置都直接或间接地安装在汽车底盘车架(简称主车架)上，即主车架是专用汽车上装的主要承载构件。设计中，为了防止主车架纵梁的应力集中，使纵梁载荷均匀分布，一般在上装与主车架之间采用副车架过渡。通过多年来对各类专用汽车的设计和跟踪发现，专用汽车副车架出现裂纹、

2、断裂及焊缝撕裂现象是专用汽车使用中存在的主要失效形式，而副车架的载荷分析是否正确、结构设计是否合理，则是产生这些失效形式的重要原因。2、副车架的结构分析专用汽车在使用中，其副车架纵梁出现的裂纹、断裂及焊缝撕裂现象，以自卸车尤为严重。下面以自卸车为例，对副车架所受的静载荷、动载荷和疲劳破坏三方面进行分析。2.1、静载荷分析副车架所受的静载荷主要有焊接应力和静弯曲应力等。2.1.1、焊接应力副车架在焊接加工过程中产生的焊接应力对其焊缝的强度及冲击值都有较大影响，特别是三项应力集中的部位，极易产生裂纹。若焊接尺寸过长、焊缝不均匀，均可使焊接应力

3、增大。焊接应力影响较大的部位，一般出现在纵梁焊有腹板处，如图1中a、b、c、d等处。图1副车架简图2.1.2、静弯曲应力设主车架纵梁与副车架纵梁为一整体(简称组合梁)，货物重量与车厢自重的合力G均匀作用在组合梁上面，使后桥支点0的两边有向下弯曲的趋势，即载荷P0和P1(见图2)。支点后边的载荷通过后翻转轴传至副车架。3图2静载荷分析此时：P0=G-P1最大弯矩Mmax=P0·L2由此可知，汽车大梁与副车架纵梁在后桥部位承受较大的弯曲应力，其后悬越长，弯曲应力越大。此外作用在组合大梁的垂直载荷在偏离各自的弯曲中心时，除产生弯曲应力外，还会产

4、生扭转变形。2.2、动载荷分析汽车在行驶过程中，上述的弯曲应力与扭转应力都将变为动载荷，即出现动弯曲应力和扭转应力，其值将比静载荷大3～4倍。另外，行驶路面的好坏以及载荷分布不均匀，也使副车架纵梁产生严重的扭转变形。一般来说，在副车架纵梁所受的弯曲和扭转复合应力中，扭转应力是主要的，其值将随副车架装置条件的不同而有显著变化。如纵梁在装有加强腹板的地方扭转应力会减小，但在它们的交界处(刚度变化的地方)扭转应力会增大。2.3、疲劳破坏分析疲劳破坏是由于构件外部形状的突变以及材料不均匀等原因，使构件某些局部应力特别高。而汽车是一个复杂的多质量振

5、动系统，振动意味着交变应力长期重复出现，在交变应力的作用下，应力较高的点或材料有缺陷的点逐步形成了裂纹。当裂纹扩展到一定程度时，遇到偶然的超载冲击，构件就会沿薄弱的截面发生突然脆性断裂。由于专用汽车在行驶中其副车架的受力情况比较复杂，结构设计时，必须针对其受力情况进行合理布局。否则副车架即会出现裂纹、断裂及焊缝撕裂等缺陷，严重影响专用汽车的使用寿命。3、副车架的结构设计了解了副车架的受力情况，则可在副车架的设计中采取相应措施，最大限度地避免副车架产生上述各种缺陷。副车架的设计应从两方面考虑其结构，一是副车架对主车架强度的影响，二是副车架自

6、身的强度问题。3.1、副车架纵梁的前端形状为避免副车架纵梁前端刚度的突然变化对主车架造成的应力集中，同时为防止汽车制动时和超载后副车架对主车架冲击而产生的附加集中应力，通常在设计中将副车架的前端做成逐步过渡的形式，如图3所示。3图3副车架前端结构3.2、材料的选用专用汽车副车架的材料一般选用低碳钢A3材料的型材(如槽钢、工字钢等)。材料自身强度的不足也是引起副车架各种缺陷的主要原因之一，选用A3材料，必须设置较多的腹板才能满足其强度。如果工艺条件允许，副车架材料可采用疲劳强度高的16Mn钢板冲压成型，以提高其抗疲劳扭转强度及其它机械性能。

7、4、结束语副车架是专用汽车的基础构件之一，由于专用汽车的型式较多，使用场合较为复杂，使得副车架的设计也不可能一概而论，还需要我们在深入调查研究的基础上，探讨各种专用汽车的异同，优化设计，使专用汽车的设计更加合理。3