汽车总体设计—第七章

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1、第7章车架设计教学提示：车架是汽车的骨架，是汽车上重要的受力部件。本章主要介绍车架的种类与结构，重点讲述车架强度计算方法。教学要求：了解不同车架的结构形式，掌握车架的强度计算方法。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。车架主要为货车、中型以下的客车、中高级以上轿车所采用。车架是汽车设计的重要部分，它的好坏直接关系到车的一切性能(操控、性能、安全、舒适等等)。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

2、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。车架承受的载荷大致可以分为以下几种：1)垂直弯曲载荷车架所承受的悬架弹簧以上部分的垂直载荷包括：车架重量、车身重量、安装在车架上的各总成与各附属件的重量以及有效载荷(乘客或货物的总重量)的总和。因此，要求车架底部的纵梁和横梁具有足够的刚度。2)对称的垂直动载荷当汽车在平坦的道路上以较高车速行驶时，会产生对称的垂直动载荷。其大小与作用在车架上的静载荷及其分布有关，还取决于静载荷作用处的垂直振动加速度大小，路面的反作用力使车架承受对称垂直动载荷，使车架产生弯曲变形。

3、3)非水平扭动载荷当前后对角车轮在不平的道路上滚动，车架的梁柱便要承受纵向扭曲应力。4)横向弯曲载荷汽车在转弯时，由于惯性作用，使车身产生向外甩的倾向力(即离心力)，而轮胎与路面形成的附着力会形成反作用力，使车架横向扭曲。这个力在高速行驶时尤为明显。5)水平菱形扭动载荷车辆在行驶时，因为路面和行驶情况的不同(路面的铺设情况、凹凸起伏、障碍物及进出弯角等等)而承受不同的阻力和牵引力，这可以使车架在水平方向上产生推拉以至变形。6)其他载荷227汽车加速或制动时，惯性力会引起车架前后部载荷的重新分配。安装在车架上的各总成(如发

4、动机、转向摇臂及减振器等)工作时产生的力，由于载荷作用线不通过纵梁截面的弯曲中心(如油箱、备胎和悬架等)而使纵梁产生附加的局部转矩。综上所述，汽车车架实际上是受到空间力系的作用，承载情况复杂，而车架纵梁与横梁的截面形状和连接点又是多种多样，这样使得车架承载更为复杂化。为满足上述要求，通常对车架有如下要求：(1)具有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命，纵梁等主要零件在设计寿命内不应有严重变形和开裂。(2)具有足够的弯曲刚度，保证安装在车架上的各总成不致因为车架的变形而早期损坏或失去正常的工作能力。载货汽车车架的最大弯

5、曲挠度通常应小于10mm。(3)具有适当的扭转刚度，当汽车在不平路面上行驶时，为了保证汽车对路面不平度的适应性，提高汽车的平顺性和通过能力，要求车架具有合适的扭转刚度。但车架扭转刚度不宜过大，否则将使车架和悬架系统的载荷增大并使汽车轮胎的接地性变差，使通过性变坏。通常在使用中其轴间扭转角应小于1°/m。(4)减轻质量，在保证强度、刚度的前提下，车架的自身质量应尽可能小，以减小整车整备质量，因此，车架应按等强度的原则进行设计。通常，要求车架的质量应小于整车装备质量的10%。从被动安全性考虑，乘用车车架应具有吸收撞击能量的特

6、点。此外，车架设计时还应考虑车型系列化及改装车等方面的要求。7.2车架的结构设计7.2.1车架的结构形式根据车架纵梁的结构特点，车架可分为以下几种结构形式：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，这类车架广泛应用于商用车和越野车。越野车使用梯形车架主要是因为车身和底盘分离的设计，车架和车身作非固定连接。在越野时，崎岖路面环境会导致车架的大幅扭动，若为一体式车架，会使车身一起扭曲变形。因此，梯形车架又称作非承载式车架。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，

7、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。此外，大梁纵贯全车，影响整车的布局和空间利用率，大梁的高度使安装在其上的车厢和货厢的地台升高，使整车质心偏高，同时非水平扭曲刚性并不理想，会产生较大幅度的扭动。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，如图7.1(b)所示。它不同于传统的梯形车架，需要在车架外包裹外壳。一体式车架属于承载式车架。事实上，按严格的定义来说，一体式车架都是由不同的组件装配而成的，其中最大的一块就是地台，其余的如车顶、侧板等大小各异，所有的

8、板件都是冲压成型后焊接成整体。227一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。一体式车架拥有良好的撞击保护能力，车头以及车尾加装副车架一方面有利于吸收撞击所造成的冲击力；另一方面对车架的刚性也有所提高。其次，一体式车架能够预留用以吸收撞击能量的吸能区，车架本身的包裹式构造还可以将吸能区域吸收不