车架受力分析基础

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1、车架受力分析基础一、对车架整车的受力要求二、车架的受力情况具体分析三、车架的结构分析1. 车架的基本结构形式2. 车架宽度的确定3. 纵梁的形式、主参数的选择4. 车架的横梁及结构形式5. 车架的连接方式及特点6. 载货车辆米用铆接车架的优点四、车架的计算1. 简单强度计算分析2. 简单刚度计算分析3. CAE综合分析五、附表2000年7月1日一、整车对车架的要求车架是整车各总成的安装基体，对它有以下要求：1. 有足够的强度。要求受复杂的各种载荷而不破坏。要有足够的疲劳强度，在大修里程内不发 生疲劳破坏。2. 要有足够的弯曲刚度。保证整车在复杂的受力条件下，固定在车架上的各总成不会因车架的 变

2、形而早期损坏或失去正常工作能力。3. 要有足够的扭转刚度。当汽车行使在不平的路面上时，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。对载货汽车，具体要求如下：3.1车架前端到驾驶室后围这一段车架的扭转刚度较高，因为这一段装有前悬架和方向机，如刚 度弱而使车架产生扭转变形，势必会影响转向几何特性而导致操纵稳定性变坏。对独立悬架的车 型这一点很重要。3.2包括后悬架在内的车架后部一段的扭转刚度也应较高，防止由于车架产生变形而影响轴转 向，侧倾稳定性等。3.3驾驶室后围到驾驶室前吊耳以前部分车架的刚度应低一些，前后的刚度较高，而大部分的变 形都集中在车架

3、中部，还可防止因应力集中而造成局部损坏现象。4. 尽量减轻质量，按等强度要求设计。二、车架的受力情况分析1. 垂直静载荷：车身、车架的自重、装在车架上个总成的载重和有效载荷（乘员和货物），该载荷使车架产生 弯曲变形。2. 对称垂直动载荷：车辆在水平道路上高速行使时产生，其值取决于垂直静载荷和加速度，使车架产生弯曲变形。3. 斜对称动载荷在不平道路上行使时产生的。前后车轮不在同一平面上，车架和车身一起歪斜，使车架发生 扭转变形。其大小与道路情况，车身、车架及车架的刚度有关。4. 其它载荷4.1汽车加速和减速时，轴荷重新分配引起垂直载荷。4.2汽车转弯时产生的侧向力。4.3 一前轮撞在凸包上，车架

4、水平方向上产生箭切变形。4.4装在车架上总成（方向机、发动机、减振器）产生的作用反力。4.5载荷作用线不通过纵梁的弯曲中心（油箱、悬架）而使纵梁产生局部受扭。因此车架的受力是一复杂的空间力系，纵梁和横梁截面形状和连接的多变多样，使车架的受 载更复杂化。车架CAE分析时一轮悬空这种极限工况，即解除一个车轮的约束，分析车架弯扭组 合情况下的最大应力。普通载货汽车车架的弯矩图如下:三、车架的结构分析1. 车架的基本结构形式边梁式（载货车、大客车常用结构）框式周边式（复杂的边梁式，越野车、轿车常用）车架X型式（X型横梁，抗扭性能强）脊梁式（抗扭性能好）综合式（前后框式、中间脊梁式）目前公司各种车架基本

5、都是边梁式车架。2. 车架宽度的确定车架的宽度主要由前后轮距确定的，确定车架的宽度按以下原则进行： 车架前部宽度主要考虑前轮的最大转角，选用成型的方向机要考虑方向机的安装，有时结合驾 驶室的安装统一考虑。 车架中部的宽度要考虑发动机及发动机附件（排气管、变速操纵杆）的安装。 为考虑高速车的稳定性，希望增加车架后部宽度，以便能加大后簧托距。如BJ1027A和CA1026 的托距都很大。 对双胎车，车架后部宽度取决于轮胎、板簧、车架三者的间隙。 从简化工艺的角度看，最好做成前后等宽，对低价位的产品，这一点很重要。 考虑标准的要求，我国汽车专业标准规定中型载货车边梁式车架的宽度为864 5mm。典型

6、结构： 轿车、微型车和单胎轻型车车架做成窄后宽结构，前部窄是为了增大前轮转角。从发动机安 装处开始加宽。 双胎载货车，做成前宽后窄结构。如1028非独立悬架的都市小卡和NPR。1049（NKR55LL）是以上两种车架的综合，前部宽度630、中部740、后部700。NHR单胎车型前部宽度630，中部中部740、后部800。3. 纵梁的型式、主参数的选择3.1纵梁的型式纵梁主要有以下五种形式：槽型薄壁断面、闭口薄闭断面、Z字型断面、工字型断面等。其中重型载货汽车和超重型载货汽车采用工字型结构截面的型材，Z字型断面不常用。在此主要讨 论前面两种结构形式的纵梁断面。两种结构（相同的断面面积）的优缺点如

7、下：型式图示抗弯性能抗扭性能材料 利用 率固定 资产 投入总布置 方便性变形 方便 性车架工艺应用情况槽型薄 壁断面好很差较好大好差铆接为 主，小部 分焊接批量应用于各种载 货、中型和轻型载货 车辆闭口薄 闭断面 （成型管）较差较好差小较差好焊接部分轻型车，如 BJ1022、现代小货车， 部分越野车闭口薄 闭断面 （焊接 结构）一般很大好差焊接微型货车、皮卡、越 野车3.2纵梁主参数的选择3.2.1要满足强度和刚度需要，具体从以下三个方面考虑：根据轴距对车架刚度的初步验算； 同类车型的类比分析，具体见附表（一）。初步的强度计算。3.2.2要考虑规划中产品对车架断面的要求，满足产品系列化对车架纵

8、梁强度和刚度的要求。3.2.3车架纵梁要尽量简单，减少断面急剧过度及弯曲，减少应力集中。3.2.4通过CAE分析，最终确定车架强度和加强板的形状和结构形式。对槽型梁结构，要注意纵梁高宽比的确定，通常范围为2.83.5之间，例如1029车架为 170/55=3.09 比较合适。1046E6 为 195/55=3.54，宽度偏小。4. 车架的横梁及结构形式车架横梁将左、右纵梁连接起来，构成一个框架，使车架有足够的扭转刚度。汽车的主要总 成也靠横梁支撑。具体的确定的原则如下：4.1要确保车架前部的扭转刚度。对独立悬架车型，更要注意。4.2板簧支架和吊耳处尽量设置横梁，以降低纵梁的应力和变形。后板簧前

9、后支架处力和转距很 大，一般设置一根抗扭刚度大，连接宽度的横梁。4.3发动机部位，尽量设计简易的横梁，减少纵梁变形。4.4合理设计横梁与纵梁的连接方式及结构，4.4.1横梁和纵梁的腹板连接，工艺简单，连接刚性差，但不会使纵梁出现大的应力，车架中部 采用这种连接。4.4.2横梁与纵梁腹板及翼面（上或下）相连接。工艺并不复杂，应用广泛。但后板簧托架的力会通过纵梁传递给横梁，因此要减少板簧托架 的悬伸长度，使载荷点尽量靠近纵梁弯曲中心。当偏心载荷较大时，可将纵梁做成局部封口，或 将横梁穿过纵梁，将载荷直接传递给横梁。4.4.3横梁与纵梁上下翼面相连接。由于有刚性很好的角支撑，可产生良好的斜支撑作用，

10、使整个车架刚度增加，翼面外边不会 因受压而产生翘曲。车架两端的横梁采用这种方式和纵梁连接。由于翼面不能自由翘曲，但转距 过大时，纵梁翼面会出现应力过大现象。4.4.4对受力较大的结构附件，要注意其与车架纵梁的连接方式，避免因纵梁局部应力过大造成 纵梁开裂。注意减振器支架、驾驶室支架、板簧支架、发动机支架的设计。5. 车架的连接方式和特点车架的连接方式有铆接、焊接和螺栓连接三种：5.1铆接车架：铆接成本彳氐适合于大批量生产，其刚度与铆钉的数量极其分布有关因此铆钉布 置设计很重要。5.2焊接车架：焊接车架能使其连接牢固，不致产生松动，能保证有大的刚度。但焊接容易产生 较大的变形和内应力，因此对焊接

11、的质量要求很高。适用于小批量生产和修理。5.3螺栓连接：特殊使用条件和特殊用途的车架采用。但长期使用，容易产生松动，易发生严重的质量事故。 一般汽车的纵梁和横梁的连接不采用这种方式。无论是焊接车架，还是铆接车架，紧固件的数量和尺寸应和横梁的大小相适应，铆钉分布不要 太近。当利用连接板的翻边紧固时，应加大连接板的宽度和厚度，紧固孔应靠近翻边处，防止连 接损坏。6. 载货车辆采用铆接车架的优点对于车速较高（100km/h）和总质量大于3500kg的轻型汽车，建议采用铆接车架，优点如 下：6.1车速高，为确保高速行驶的稳定性，必须提高车架精度，因此优先采用铆接车架。皮卡、部分越野车、微型货车车架一般

12、采用焊接工艺（纵梁是薄壁闭口断面）。是受以下几 个特殊因素影响而决定的：这部分车型使用中超载不多。断面较小，最大断面高在130毫米 以下，采用铆接时铆钳空间不够充裕。前两类产品的批量不大，如采用铆接投入较大。6.2矩管焊接车架的缺点虽部分小型货车和越野车采用矩管车架，有以下缺点：6.2.1矩形管弯曲后回弹大，影响了整车高度方向的基准。焊接后车架本身的尺寸精度不高。6.2.2矩形管纵梁，同样抗弯模量前提下，成本高。原2310-II车架（100X50X5） 170.6公斤重， 成本1100元，改成1022EZC2A冲压车架（150X50X4），总成131公斤，成本830元，成本降低， 抗弯模量大幅

13、度增加。6.2.3不利于总布置。线路、管路、附件的固定不好处理。6.3 焊接车架焊接变形大1022EZC2A车架为冲压焊接车架，焊接变形大，长期以来达不到设计要求，只好办理偏差许可，具体数据见附表（二）。6.4焊接车架不可避免有焊接缺陷对焊接工艺，容易出现过烧、假焊、咬边等焊接缺陷，由于焊接缺陷的存在，车架出现质量 问题的机会增多。6.5对卡车行业，铆接车架是主流国内轻型车行业中，除了北轻汽受工艺条件的限制以外，基本都是铆接车架。北轻汽的主 导产品BJ1041和BJ1061为焊接车架，BJ1041严格说来是一种“轻抛车型”后悬架为渐变刚度 簧，无副簧，整车承载能力弱，销售区域也基本在北方。焊接

14、车架不是轻卡车架的主流。6.6公司即将有铆接工艺为生产BJ1049轻卡的车架，公司正在上是铆接线，为进一步分摊铆接线的投入，新设计的车 架应优先考虑采用铆接工艺。四、车架计算1.简单强度计算附表附表（一）怀柔车辆厂1022EZC2A车架尺寸实际精度尺 寸设计要求实际能达到 的精度尺 寸设计要求实际能达到的 精度前簧前支架 高度599 0.53车架上平面度1.52前簧后支架 高度238.50.52车身支架（屉（单排）23后簧前支架 高度200 0.51车身支架（屉（单排）23后簧后支架 高度622车架前部宽度760 1.52前簧前后支架弗 线24前簧后支架-前轮中 心572 23后簧前后支架对角 线24驾驶室前J支架一1前轮 中心799 0.83