轻型货车车架设计毕业设计

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1、轻型货车车架设计毕业设计 毕业设计说明书题目名称：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：指导老师：2021年X月摘要本设计课题是有关轻型载货汽车的车架设计。所设计的车架结构形式是前后等宽的边梁式车架，其中纵梁和横梁的截面形状全部采取槽型，纵梁和横梁经过焊接连接。本说明书包括了现阶段载货汽车技术的发展趋势，和我国外载货汽车车架的发展情况；说明书还具体说明了轻型载货汽车的方案论证：车架的设计要求、车架结构确实定、车架宽度确实定、车架纵梁形式确实定、车架横梁形式确实定、车架纵梁和横梁连接形式确实定、车架的受载分析和车架的强度计算。在计算时把车架简化成为一个在支座上的静定结构，然

2、后，用材料力学的知识对本车架进行强度计算，而且在满足应力要求的条件下，确定车架纵梁的断面尺寸。关键词：轻型货车、车架、设计,inwhichtheshapeoflongitudinalandcross-sectionbeamsareslot,wellasthedomesticandforeigntruckframedevelopment;Thispaperalsoexposeindetailthelight-sizedtruckwithschemedemonstration:therequirementofframedesign、determinationofframestructure、det

3、erminationofframewidth、determinationofstringerform、determinationofbeamsform、theconnectionformofbeams、,andthencalculatethestrengthwithmechanicsmaterialsknowledgeanddeterminethesizeofth:light-sizedtrucks,trailers,design目录摘要IAbstractII目录31绪论概述车架的发展22设计方案论证参考车型及其参数车架在实际环境下要面正确4种压力车架设计的技术要求车架结构确实定63车架的设计

4、车架结构形式的设计车架的受载分析弯曲强度计算时的基础假设纵梁的弯矩和剪力的计算154车架的制造工艺车架梁的制造工艺焊接工艺涂装工艺265结论27参考文件28致谢29附录301绪论概述汽车车架是整个汽车的基体，是将汽车的关键总成和部件连接成汽车整体的金属构架，对于这种金属构架式车架，生产厂家在生产设计时应考虑结构合理，生产工艺规范，要采取一切切实可行的方法消除工艺缺点，确保它在多种复杂的受力情况下不至于被破坏。车架作为汽车的承载基体，为货车、中型及以下的客车、中高级和高级轿车所采取，支撑着发动机离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等全部簧上质量的相关机件，承受着传给它的多种力和力矩。为此，

5、车架应有足够的弯曲刚度，以使装在其上的相关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小；车架也应有足够的强度，以确保其有足够的可靠性和寿命，纵梁等关键零件在使用期内不应有严重变形和开裂。车架刚度不足会引发振动和噪声，也使汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性及一些机件的可靠性下降。本说明书只是叙述非承载式车身结构形式中单独的车架系统。承载式汽车，前、后悬架装置，发动机及变速器等传动系部件施加的作用力均由车架承受，因此，车架总成的刚性、强度及振动特征等几乎完全决定了车辆整体的强度、刚度和振动特征。设计时在确保车架总成性能的同时，还应对车架性能和匹配性进行认真的研究。车架结构很多全部是用电弧

6、焊焊接而成，轻易产生焊接变形。在设计方面对精度有要求的部位不得出现集中焊接，或从部件结构方面下工夫，尽可能确保各个总成的精度。另外，和其它焊接方法相对比，采取电弧焊的话，后端部轻易出现比较大的缺口，出现应力集中现象。因此，应对接头位置和焊接端部进行处理。车架受力状态极为复杂。汽车静止时，它在悬架系统的支撑下，承受着汽车各部件及载荷的重力，引发纵梁的弯曲和偏心扭转 局部扭转 。如汽车所处的路面不平，车架还将展现整体扭转。汽车行驶时，载荷和汽车各部件的本身质量及其工作载荷 如驱动力、制动力和转向力等 将使车架各部件承受着不一样方向、不一样程度和随机改变的动载荷，车架的弯曲、偏心扭转和整体扭转将更严

7、重，同时还会出现侧弯、菱形倾向，和多种弯曲和扭转振动。同时，有些装置件还可能使车架产生较大的装置载荷。伴随计算机技术的发展，在产品开发阶段，对车架静应力、刚度、振动模态以至动应力和碰撞安全等已可进行有限元分析，对其轻量化、使用寿命，和振动和噪声特征也能够做出初步判定，为缩短产品开发周期发明了有利条件。车架的发展早期汽车所使用的车架，大多全部是由笼状的钢骨梁柱所组成的，也就是在两支平行的主梁上，以类似阶梯的方法加上很多左右相连的副梁制造而成。车体建构在车架之上，至于车门、沙板、引擎盖、行李厢盖等钣件，则是另外再包覆于车体之外，所以车体和车架其实是属于两个独立的结构。这种设计的最大好处，在于轻量化

8、和刚性得以同时兼顾，所以受到了不少跑车制造商的青睐，早期的法拉利和兰博基尼全部是采取的这种设计。因为钢骨设计的车架必需经过很多接点来连结主梁和副梁，加之笼状结构也无法腾出较大的空间，所以除了制造上比较复杂、不利于大量生产之外，也不适适用在强调空间的四门房车上。随即单体结构的车架在车坛上成为主流，笼状的钢骨车架也逐步改由这种将车体和车架合二为一的单体车架所替代，这种单体车架通常以“底盘”称之。有关单体车架，简单的说就是将引擎室、车厢和行李厢三个空间合而为一，这么的好处除了便于大量生产，模组化的利用也是其中关键的考虑。经过采取模组化生产的共用策略，车厂能够将同一具车架分别使用在数种不一样的车款上，

9、这么也可节约不少研发经费。除了有利于共用，车体车架也能够经过材料的不一样来发挥轻量化的特征，比如本田NSX所使用的铝合金和法拉利F50、Enzo所使用的碳纤维材料等。铝合金是80年代末期相当热门的一个工业材料，即使重量比铁轻，不过强度却较差，所以假如要用铝合金制成单体车架，即使在重量上比起铁制车架更占优势，不过强度却无法达成和铁制车架一样的水准。除非增加更多的铝合金材料，利用更多的用量来填补强度上的不足。不过这么一来，重量必定会相对增加，而原本出于轻量化考量而采取铝合金材料的动机，当然也就失去了意义。也正因为这个原因，铝合金车架在车坛上并未成为主流，少数高性能跑车或是使用了强度更高的碳纤维，或

10、是用碳纤维结合蜂巢状夹层铝合金的复合材料替代了铝合金。不过要用碳纤维制成单体车架，在制作上相当复杂且费时，成本也相对更高，因此至今仍无法普及到通常市售车上，而仅有少数售价高昂的跑车使用。尽管铝合金车架鲜有车厂使用，不过用钢铁车架搭配铝合金钣件的方法，多年来却受到不少车厂的重视，这么的结构不但能够保留车架本身的强度，同时也能够经过钣件的铝合金化来取得轻量化效果，在研发成本上自然也不像碳纤维制的单体车架那样昂贵。欧美从90年代开始逐步提升了撞击事故的安全防护标准，这也是凸现出车架刚性主要的另一原因。很多车厂为了在撞击事故发生时能够确保车内乘员的安全，惟有针对车架和车体进行全方面强化，这也使得除了车

11、架以外的强度有所改进，包含钣件厚度的改变和多种辅助梁的增设也成为各厂常用的手法。不过在这么的情况下，伴随而来的是车重相对增加，这也正是欧美日很多市售车的重量比起10年前、20年前增加不少的关键原因。有关刚性确实保，大多数车厂在新车的设计阶段，全部是利用电脑计算出车架的刚性需求，并以此作为设计依据。有些车厂在用电脑完成设计雏形后，还会再由专业的试车人员进行实际测试。中国第一汽车集团凌源汽车制造有限企业汽车车架U型槽合数控冲孔生产线竞标成功。汽车车架U型槽合数控冲孔生产线是我企业继两年前成功设计制造了合肥江淮汽车厂汽车纵梁数控平板冲孔生产线的基础上，在汽车纵梁数控冲孔方面的又一标志性结果，填补了我

12、国设计制造汽车车架U型槽合数控冲孔生产线的空白。汽车车架U型槽合数控冲孔生产线的设计制造成功，在汽车制造行业含有划时代的意义，标志着中国在汽车车架数控冲孔加工的生产设备方面达成了国际优秀水平，降低了汽车制造行业购置汽车车架数控冲孔生产线的巨大费用，主动推进了中国汽车制造业的飞速发展，为中国汽车制造业早日和国际接轨奠定了基础。中国的车架企业基础拥有剪切、冲压、焊接、铆接、油漆、机加工六大工艺能力和完善的检测手段、研究设计中心，含有16吨至3000吨的冷冲压能力，具有了开发、设计、生产多种类型车架。2设计方案论证参考车型及其参数参考车型：欧铃ZB5040XXyBSc3S厢式运输车具体参数：发动机型

13、号：SD4w58-3U发动机功率：58kw发动机排量：2156mL发动机类型：柴油发动机外形尺寸 长宽高 ：515016952660mm货箱栏板内尺寸：239015851700mm总质量：3770kg整备质量：1780kg额定载质量：1665kg靠近角/离去角：21/16前悬/后悬：1010/1440mm轴距：2700mm轴荷：1260/2510N最高车速：90km/h前轮距：1240mm后轮距：1360mm底盘型号：ZB5040XXyBSc3S轴数：2底盘尺寸 长宽高 ：481016051990弹簧片数：6/5+车架在实际环境下要面正确4种压力要评价车架设计和结构的好坏，首先应该清楚了解的是

14、车辆在行驶时车架所要承受的多种不一样的力。假如车架在某方面的韧性不佳，就算有再好的悬挂系统，也无法达成良好的操控表现。而车架在实际环境下要面对4种压力。负载弯曲从字面上就能够十分轻易的了解这个压力，部分汽车的非悬挂重量，是由车架承受的，经过轮轴传到地面。而这个压力，关键会集中在轴距的中心点。所以车架底部的纵梁和横梁，通常全部要求较强的刚度。非水平扭动目前后对角车轮碰到道路上的不平而滚动，车架的梁柱便要承受这个纵向扭曲压力，情况就仿佛要你将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。横向弯曲所谓横向弯曲，就是汽车在入弯时重量的惯性 即离心力 会使车身产生向弯外甩的倾向，而轮胎的抓着力会和路面形成反作用力，两股相

15、正确压力将车架横向扭曲。水平菱形扭动因为车辆在行驶时，每个车轮因为路面和行驶情况的不一样，每个车轮会承受不一样的阻力和牵引力，这能够使车架在水平方向上产生推拉以至变形，这情况就仿佛将一个长方形拉扯成一个菱形一样。车架设计的技术要求为了使车架符合上述功用，通常对设计的车架有以下的要求：必需有足够的强度确保在多种复杂受力的使用情况下车架不受破坏。要求有足够的疲惫强度，确保在汽车大修里程内，车架不致有严重的疲惫损伤。纵梁受力极为复杂，设计时不但应注意多种应力，改进其分布情况，还应该注意使多种应力峰值不出现在同一部位上。比如，纵梁中部弯曲应力较大，则应注意降低其扭转应力，降低应力集中并避免失稳。而在前

16、、后端，则应着重控制悬架系统引发的局部扭转。提升纵梁强度常见的方法以下：提升弯曲强度选定较大的断面尺寸和合理的断面形状 槽形梁断面高宽比通常为3：1左右 ；提升局部扭转刚度注意偏心载荷的部署，使相近的多个偏心载荷尽可能靠近纵梁断面的弯曲中心，并使合成量较小；在偏心载荷较大处设置横梁，并依据载荷大小及分散情况确定连接强度和宽度；将悬置点分布在横梁的弯曲中心上；当偏心载荷较大并偏离横梁较远处时候，能够采取k形梁，或将该段纵梁形成封闭断面；偏心载荷较大且比较分散时候，应该采取封闭断面梁，横梁间距也应缩小；选取较大的断面；限制制造扭曲度，降低装配预应力。提升整体扭转强度不使纵梁断面过大；翼缘连接的横梁

17、不宜相距太近。降低应力集中及疲惫敏感尽可能降低翼缘上的孔 尤其是高应力区 ，禁止在翼缘上部署大孔；注意外形的改变，避免出现波纹区或受严重变薄；注意加强端部的形状和连接，避免刚度突变；避免在槽形梁的翼缘边缘处施焊，尤其畏忌短焊缝和“点”焊。降低失稳受压翼缘宽度和厚度的比值不宜过大 常在12左右 ；在轻易出现波纹处限制其平整度。局部强度加强采取较大的板厚；加大支架紧固面尺寸，增多紧固数量，并尽可能使力作用点靠近腹板的上、下侧面。车架的轻量化因为车架较重，对于钢板的消耗量相当大。所以，车架应按等强度的标准进行设计，以减轻汽车的自重和降低材料的消耗量。在确保强度的条件下，尽可能减轻车架的质量。通常要求

18、车架的质量应小于整车整备质量的10。本设计关键对车架纵梁进行简化的弯曲强度计算，使车架纵梁含有足够的强度，以此来确定车架的断面尺寸。 参考材料力学 另外，现在钢材价格暴涨，汽油价格上涨，从生产汽车的经济性考虑的话，也应尽可能减轻整车的质量。从生产工艺性考虑，横纵梁采取简便可靠的连接方法，不但能降低工人的工作强度，还能增强车架的强度。车架结构确实定车架类型的选择车架的结构形式能够分为边梁式、中梁式 或称脊骨式 和综合式。而在有些客车和轿车上车身和车架制成一体，这么的车身称为“半承载式车身”，有的被加强了车身则能完全起到车架的作用，这么的车身称为“承载式车身”，不另设车架。伴随节能技术的发展，为了

19、减轻自重，越来越多的轿车全部采取了承载式车身。下边先分别列举下各车架的特点。1边梁式车架的结构这种车架由两根纵梁及连接两根纵梁的若干根横梁组成，用铆接和焊接的方法将纵横梁连接成坚固的刚性构架。纵梁通常见低合金钢板冲压而成，断面通常为槽型，z星或箱型断面。横梁用来连接纵梁，确保车架的抗扭刚度和承载能力，而且还用来支撑汽车上的关键部件。边梁式车架能给改装变型车提供一个方便的安装骨架，因此在载重汽车和特种车上得到广泛用。其弯曲刚度较大，而当承受扭矩时，各部分同时产生弯曲和扭转。其优点是便于安装车身、车箱和部署其它总成，易于汽车的改装和变形，所以被广泛地用在载货汽车、越野汽车、特种汽车和用货车底盘改装

20、而成的大客车上。在中、轻型客车上也有所采取，轿车则较少采取。用于载货汽车的边梁式车架 图2-1 ，由两根相互平行但开口朝内、冲压制成的槽型纵梁及部分冲压制成的开口槽型横梁组合而成。通常，纵梁的上表面沿全长不变或局部降低，而两端的下表面则能够依据应力情况对应地缩小。车架宽度多为全长等宽。图2-1边梁式车架X型车架是边梁式车架的改善，这种车架由两根纵梁及X型横梁组成，实际上是边梁式车架的改善，有一定的抗扭刚度，X横梁能将扭矩转变为弯矩，对短而宽的车架，这种效果最显著。车架中部为在汽车纵向对称平面上的一根矩形断面的空心脊梁，其前后端焊以叉形梁。前端的叉形梁用于支撑动力、传动总成，以后端则用于安装后桥

21、。传动轴经中部管梁通向后方。中部管梁的扭转刚度大。前后叉形边梁由部分横梁相连，后者还用于加强前、后悬架的支撑。管梁部分在后座乘客的脚下位置且在车宽的中间，所以不妨碍在其两侧的车身地板的降低，但地板中间会有较大的纵向鼓包。门槛的宽度不大，即使从被动安全性考虑，要求门槛有足够的强度和刚度。轿车要是使用边梁式车架，为了降低地板高度，可局部地降低纵梁的断面高度并对应地加大其宽度，但这使纵梁的制造工艺复杂化且其车身地板仍比采取其它车架时为高，当然地板上的传动轴通道鼓包也就不大了。因此X型车架较多使用于轿车。还有周围式车架，这种车架是从边梁式车架派生出来的，前后两端纵梁变窄，中部纵梁加宽，前端宽度取决于前

22、轮最大转角，后端宽度取决于后轮距，中部宽度取决于车身门槛梁的内壁宽，前部和中部和后部和中部的连接处用缓冲臂或抗扭盒相连，含有一定的弹性，能缓解不平路面的冲击。其结构形状允许缓冲臂有一定的弹性变形，能够吸收来自不平路面的冲击和降低车内噪声。另外，车架中部加宽现有利于提升汽车的横向稳定性，又能够减短了车架纵梁外侧装置件的悬伸长度。在前后纵梁处向上弯曲以让出前后独立悬架或非断开式后桥的运动空间。采取这种车架时车身地板上的传动轴通道所形成的鼓包不大，但门槛较宽。这种车架结构复杂，通常在中、高级轿车上采取。2中梁式车架 脊骨式车架其结构只有一根在中央而贯穿汽车全长的纵梁，亦称为脊骨式车架。中梁的断面可做

23、成管形、槽形或箱形。中梁的前端做成伸出支架，用以固定发动机，而主减速器壳通常固定在中梁的尾端，形成断开式后驱动桥。中梁上的悬伸托架用以支承汽车车身和安装其它机件。若中梁是管形的，传动轴可在管内穿过。优点是有很好的抗扭转刚度和较大的前轮转向角，在结构上允许车乾有较大的跳动空间，便于装用独立悬架，从而提升了汽车的越野性；和同吨位的载货汽车相比，其车架轻，整车质量小，同时质心也较低，故行驶稳定性好；车架的强度和刚度较大；脊梁还能起封闭传动轴的防尘罩作用。缺点是制造工艺复杂，精度要求高，总成安装困难，维护修理也不方便，故现在应用较少。3综合式车架综合式车架是由边梁式和中梁式车架联合组成的。车架的前段或

24、后段是边梁式结构，用以安装发动机或后驱动桥。而车架的另一段是中梁式结构的支架能够固定车身。传动轴从中梁的中间穿过，使之密封防尘。其中部的抗扭刚度适宜，但中部地板凸包较大，且制造工艺较复杂。此种结构通常在轿车上使用。车架承受着全车的大部分重量，在汽车行驶时，它承受来自装配在其上的各部件传来的力及其对应的力矩的作用。当汽车行驶在崎岖不平的道路上时，车架在载荷作用下会产生扭转变形，使安装在其上的各部件相互位置发生改变。当车轮受到冲击时，车架也会对应受到冲击载荷。因此要求车架含有足够的强度，适宜的刚度，同时尽可能减轻重量。在良好路面行驶的汽车，车架应部署得离地面近部分，使汽车重心降低，有利于汽车稳定行

25、驶，车架的形状尺寸还应确保前轮转向要求的空间。因为设计的是轻型载汽车车架，依据其特点选取边梁式车架。纵梁上、下表面为平直，断面呈槽形，其结构简单，工作可靠，不但能降低工人工作强度，而且其造价低廉，有良好的经济性，将广泛地用于多种载货汽车、客车上。选择的方案的优点：边梁式车架由两根纵梁的若干根横梁组成，该结构便于安装驾驶室、车厢和其它总成，被广泛用在载重货车、特种车和大客车上。3车架的设计车架是一个复杂的薄壁框架结构，其受力情况极为复杂。本设计包含了结构形式的设计：车架的宽度确实定，纵梁形式确实定，横梁形式确实定，横梁和纵梁连接形式确实定。在车架设计的早期阶段，可对车架纵梁进行简化的弯曲强度计算

26、，和来确定车架的断面尺寸。下面是设计和计算的方法和步骤。车架结构形式的设计车架宽度确实定车架的宽度是左、右纵梁腹板外侧面之间的宽度。车架前部宽度的最小值取决于发动机的外廓宽度，其最大值受到前轮最大转角的限制。车架后部宽度的最大值关键是依据车架外侧的轮胎和钢板弹簧片宽等尺寸确定。为了提升汽车的横向稳定性，期望增大车架的宽度。通常，车架的宽度依据汽车总体部署的参数来确定，整车宽度不得超出，故往往极难同时满足上述要求。为了处理总体部署和加宽车架的矛盾，车架的宽度设计可采取以下方法：1 将车架做成前窄后宽这种结构能够处理前轮转向所需的空间和车架总宽之间的矛盾。此结构适合用于轻型汽车、微型汽车和轿车。2

27、 将车架做成前宽后窄对于重型载货汽车，其后轴的负荷大，轮胎的尺寸加大，后钢板弹簧片宽增加，同时为了安装外型尺寸大的发动机，常需减小前轮转向角，方便使汽车的总宽在公路标准的内，所以车架不得不采取前宽后窄的型式。但依据本设计的要求，有关轻车车架结构设计，其载重设为，简化制造工艺，最好车架前后等宽。为了便于实施产品的三化，不少国家对车架的宽度制订了标准。本设计方案取车架的宽度为750mm。车架纵梁形式确实定车架的纵梁结构，首先要确保车架的功效，其次要满足整车总体部署的要求，同时形状应尽可能简单，以简化其制造工艺。从纵梁的侧视图看，纵梁的形状可分为上翼面是平直的和弯曲的两种。优点：结构简单，工艺性好；

28、当上翼面为平直时，可使货厢底板平整，纵梁制造方便，大多数载货汽车车架纵梁全部采取这种型式。当上翼面弯曲时，纵梁部分区段降低，地板高度对应降低，改进了整车的稳定性，且有利于上、下车，此种结构在轿车、微型汽车、公共汽车和部分轻型载货汽车上采取，其制造工艺复杂。纵梁上表面应尽可能做成平直的，中部断面通常较大、两端较小，和所受弯矩相适应。也有全长或仅中部及后部为等断面的。依据整车部署要求，有时采取前端或后端或前后端均弯曲的纵梁。纵梁的断面形状有槽形、工字形、箱形、管形和Z形等几个。为了使纵梁各断面处的应力靠近，可改变梁的高度，使中部断面高、两端断面低。槽形断面的纵梁有很好的抗弯强度，工艺性好，紧固方便

29、，又便于安装多种汽车部件，故采取得最为广泛，但此种断面的抗扭性能差。从降低车架纵梁抗弯应力方面考虑的话，增大槽形断面的高度最有利，但使汽车的质心高度增加。增大上、下翼面的宽度，也能够提升纵梁的抗弯强度，但其值的增加又受到发动机、传动系统部件部署的限制。所以需综合考虑上述原因的影响，通常取高和宽的比值为。因为重型载货汽车的发动机外型尺寸大，后轴负荷大，为了使车架做成前、后等宽，有的车架纵梁就采取Z形断面，中国黄河牌载货汽车的车架就是采取此种断面。这种纵梁和横梁的连接结构复杂，燃油箱的安装也不方便。重型载货汽车和超重型载货汽车的车架纵梁通常多采取工字形截面的型材或焊接成的箱形结构。箱形断面梁抗扭强

30、度大，多用于轿车和轻型越野车。超重型越野车及矿用自卸车的纵梁形式多用钣料焊接而成，常为箱形或工字形断面。采取封闭断面纵梁组成的车架，其抗弯刚度大，通常客车的车架也是采取此种断面。纵梁的长度通常靠近汽车长度，其值约为倍汽车轮距。多品种生产时，常使不一样轴距、不一样装载质量的系列车型采取内高相同的槽形断面纵梁，经过改变钣料厚度或翼缘宽度取得不一样强度。依据本设计的要求，再考虑纵梁截面的特点，本方案设计的纵梁采取上、下翼面是平直等高的槽形钢。纵梁总长为4815mm。优点：有很好的抗弯强度，便于安装汽车部件。车架横梁形式确实定车架横梁将左、右纵梁连接在一起，组成一个框架，使车架有足够的抗弯刚度。汽车关

31、键总成经过横梁来支承。载货汽车的横梁通常有多根横梁组成，其结构和用途不一样。前横梁通常见来支承水箱。当发动机前支点安排在左右纵梁上时，可用较小槽型和Z型断面横梁。对于前部采取独立悬架的轿车，为了改进汽车的视野，期望汽车头部高度降低，固需要将水箱安装得低些，可将前横梁做成宽而下凹的形状。当发动机前支点和水箱相距很近时，前横梁常见来支承水箱和发动机前端，此时需采取断面大的横梁。中横梁通常见来作传动轴的中间支承。为了确保传动轴有足够的跳动空间，将其结构做成上拱形。在后钢板弹簧前、后支架周围所受到的力或转矩大，则要设置一根抗扭刚度大、连接宽度大的横梁。后横梁后横梁采取中横梁形式。本设计课题是有关轻型车

32、车架结构设计，因此采取开口断面比较适宜。此次设计一共采取大小共8根横梁，各根横梁的结构及用途以下：第一根横梁断面形状为槽型，用来支撑水箱，其中间设有多个圆形孔，目标是让空气能够流到发动机底部，也有利于发动机的散热。第二根横梁为发动机托架，为预防其和前轴发生碰撞几干涉，故将其安排放在发动机前端，其形状就是近似元宝的元宝梁，此种形状有很好的刚度。第三根横梁为驾驶室的安装梁。用于驾驶室后部的安装，断面形状为槽形。第四根横梁用作传动轴的支承，其断面形状为槽形，为了确保传动轴有足够的跳动空间和安装空间，将其结构做成上拱形。第五、七根横梁分别在后钢板弹簧前、后支架周围，它们所受到的力或转矩全部很大。它们的

33、断面形状也是采取槽形。第六、七根横梁不但要承受多种力和力矩的作用，还要作为安装备胎的的安置机构。它们的断面形状为槽型。第八横梁为后横梁，其将左、右纵梁连接在一起，组成一个框架，使车架有足够的抗弯刚度。其断面形状为槽形。车架纵梁和横梁连接型式确实定纵梁和横梁的连接方法对车架的受力有很大的影响。大致可分有以下几个：横梁和纵梁的腹板相连接这种连接型式制造工艺简单，连接刚度较差，但不会使纵梁出现大的应力，通常车架的中部横梁采取此种连接方法。横梁同时和纵梁的腹板及任一翼缘 上或下 相连接这种连接方法制造工艺不很复杂，连接刚度增强，故得到广泛应用。但后钢板弹簧托架上的力会经过纵梁传给后钢板弹簧的前横梁，使

34、其承受较大载荷。所以在设计钢板弹簧托架时应尽可能降低悬架伸长度，使载荷作用点靠近纵梁弯曲中心。当偏心载荷较大时，可将该处纵梁做成局部闭口断面；也可将横梁穿过纵梁向外延伸，将载荷直接传给横梁。横梁同时和上、下翼缘相连接这种连接形式含有刚性很好的加强角撑，可产生良好的斜支撑作用，使整个车架的刚度增加，且其翼缘外边不致因受压而产生翘曲。车架两端的横梁常采取这种形式和纵梁相连接。但此种连接方法制造复杂，当转矩过大时，纵梁翼缘上会出现应力过大的现象，这是因为纵梁截面不能自由翘曲所致。横梁和纵梁的固定方法可分为铆接、焊接和螺栓连接等方法。大多数车架用搭铁板经过铆钉连接。这种方法成本低，适合大批量生产，其刚

35、度和铆钉的数目及其分布相关。焊接能使其连接牢靠，不致产生松动，能确保有大的刚度。但焊接轻易变形并产生较大的内应力，故要求焊接质量要高，关键在小批量生产或修理时采取。螺栓连接关键在一些为了适合用于多种特殊使用条件的汽车车架上采取，以使装在汽车车架上的一些部件易于拆卸或交换。但此种连接方法在长久使用时，轻易松动，甚至发生严重事故。通常汽车车架横梁和纵梁的固定不采取此种方法。紧固件的尺寸和数量要和横梁大小相适应，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，紧固孔应尽可能靠近翻边处，以防连接损坏。本设计方案中，横梁和纵梁的连接形式大致全部使用焊接连接。总而言之，车架结构的设计

36、要充足考虑到整车部署对车架的要求及企业的工艺制造能力，合理选择纵梁截面高度、横梁的结构形式、横梁和纵梁的联接方法，使车架结构满足汽车使用要求。以达成很好的经济效益和社会效益。车架的受载分析汽车的使用条件复杂，其受力情况十分复杂，所以车架上的载荷改变也很大，其承受的载荷大致可分为下面几类：静载荷车架所承受的静载荷是指汽车静止时，悬架弹簧以上部分的载荷。即为车架质量、车身质量、安装在车架的各总成和隶属件的质量和有效载荷 客车或货物的总质量 的总和。对称的垂直动载荷这种载荷是当汽车在平坦的道路上以较高车速行驶时产生的。其大小和垂直振动加速度相关，和作用在车架上的静载荷及其分布相关，路面的作用力使车架

37、承受对称的垂直动载荷。这种动载使车架产生弯曲变形。斜对称的动载荷这种载荷是当汽车在崎岖不平的道路上行驶时产生的。此时汽车的前后多个车轮可能不在同一平面上，从而使车架连同车身一同歪斜，其大小和道路不平的程度和车身、车架和悬架的刚度相关。这种动载荷会使车架产生扭转变形。其它载荷汽车转弯行驶时，离心力将使车架受到侧向力的作用；汽车加速或制动时，惯性力会造成车架前后部载荷的重新分配；当一个前轮正面撞在路面凸包上时，将使车架产生水平方向的剪力变形；安装在车架上的各总成 如发动机、转向摇臂及减振器等 工作时所产生的力；因为载荷作用线不经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

38、。总而言之，汽车车架实际上是受到一定空间力系的作用，而车架纵梁和横梁的截面形状和连接点又是多个多样，更造成车架受载情况复杂化。弯曲强度计算时的基础假设为了便于弯曲强度的计算，对车架进行以下基础假设：1、因为车架结构是左右的对称的，左右纵梁的受力相差不大，故认为纵梁是支承在汽车前后轴的简支梁。2、空车时的簧载质量 包含车架本身的质量在内 均匀分布在左右二纵梁的全长上。其值可依据汽车底盘结构的统计数据大致估量，通常对于轻型和中型载货汽车来说，簧载质量约为汽车本身质量的2/3。3、汽车的有效载荷均匀分布在车厢全长上。4、全部作用力均经过截面的弯曲中心。实际上，纵梁的一些部位会因为安装外伸部件 如油箱

39、、蓄电池等 而产生局部扭转，在设计时通常在此安置一根横梁，使得这种对纵梁的扭转变为对横梁的弯矩。故这种假定不会造成计算的显著误差。因为上述假设，使车架由一个静不定的平面框架结构，简化成为一个在支座上的静定结构。图3-1静定结构纵梁的弯矩和剪力的计算要计算车架纵梁的弯矩，先计算车架前支座反作用力，向后轮中心支座处求矩 见图4-1 ，可得式中：F1前轮中心支座对任一纵梁 左纵梁或右纵梁 的反作用力N;F2后轮中心支座对任一纵梁 左纵梁或右纵梁 的反作用力N;L纵梁的总长，4815mm；l汽车轴距，2700mm；a前悬，1010mm；b后悬，1105mm；c车厢长，2400mm；c1车厢前端到二轴的

40、距离，1295mm；c2车厢后端到二轴的距离，1105mm；ms空车时的簧载质量，约1200kg；me满载时有效装载质量，1990kg；g重力加速度，/s；代入和可得：=在计算纵梁弯矩时，将纵梁分成两段区域，每一段的均布载荷可简化为作用于区段中点的集中力。纵梁各端面上的弯矩计算采取弯矩差法，可使计算工作量大大降低。弯矩差法认为：纵梁上某一端面上的弯矩为该段面之前全部力对改点的转矩之和。驾驶室长度段纵梁的弯矩计算在该段内，依据弯矩差法，则有：3-3式中：mx-纵梁上某一段截面的弯矩，N*mmx-截面到前轮中心的距离，mma-车架纵梁前端到前轮中心的距离，mm 10X1010 AB段弯矩：当X=0

41、时Q0Nm=0Nmm当X=1010Q-=-mm 21010X2415 BE段的剪力的弯矩：当X=1010Q=-mm当X=2415Q=-驾驶室后端到后轴段纵梁的弯矩计算在该区段内，依据弯矩差法，纵梁某一断面的弯矩为：3-8式中：mx-纵梁上某一截面的弯矩N*mm；x-截面到前轮中心的距离，mm；c1-车厢前端到后轮中心的距离，mm。纵梁某一断面上的剪力为该断面之前因此力之和。3-9式中：Qx-纵梁某一断面上的剪力，N。由上可知，纵梁的最大弯矩一定发生在该段纵梁内。其位置可采取求mx对x的导数并令其为零的措施得到。) 3-10可得：x=由上式计算求得纵梁发生最大弯矩的位置，将该值代入弯矩计算公式，

42、则可求得纵梁受到的最大弯矩。=mm纵梁受到的最大剪力则发生在汽车后轴周围。当x=l时，剪力最大，其最大剪力为：可得=- 12415X3710 Ec段的剪力和弯矩：当X=2415Q=-mm当X=3710Q=-=-12599698Nmm 23710X4815 cD段的剪力和弯矩：当X=3710Q=-3223506Nmm当x=4815Q=0Nm=0Nmm得剪力图和弯矩图为下图：图3-2剪力图图3-3弯矩图以上仅考虑汽车静载工况下，纵梁断面弯矩和剪力的计算。实际上，汽车行驶时还受到多种动载荷的作用。所以，汽车行驶时实际受到的最大弯矩和最大剪力为：式中：动载系数，对于轿车，客车=，载货汽车=，越野汽车=

43、。则有：=mm=车架材料确实定车架材料应含有足够高的屈服极限和疲惫极限，低的应力集中敏感性，良好的冷冲压性能和焊接性能。低碳和中碳低合金钢能满足这些要求。车架材料和所选定的制造工艺亲密相关。拉伸尺寸较大或形状复杂的冲压件需采取冲压性能好的低碳钢或低碳合金钢08、09mnL、09mnREL等钢板制造；拉伸尺寸不大、形状又不复杂的冲压件采取强度稍高的20、25、16mn、09SiVL、10TiL等钢板制造。强度更高的钢板在冷冲压时易开裂且冲压回弹较大，故不宜采取。轿车车架纵梁、横梁的钢板厚度约为；货车依据其装载质量的不一样，轻、中型货车冲压纵梁的钢板为，重型货车冲压纵梁的钢板厚度约。这次设计，采取

44、16mn钢板制造车架，循环疲惫强度-1220260mPa。纵梁截面特征的计算车架纵梁和横梁截面系数w按材料力学的方法计算。对于槽形断面 图3-4 ，断面系数w为取h=80mm,b=43mm,t=5mm,=25300mm3图3-4槽形断面弯曲应力计算和校核纵梁断面的最大弯曲应力为：=/w则最大应力为：=/w=249mpa根据上式求得的弯曲应力应小于材料的许用应力。许用应力能够根据以下公式计算：=s/n式中：s材料的疲惫极限，对于16mn材料，s=350mPa;n安全系数，通常取安全系数n=。则许用应力为：=s/n=350/=因此=249mpa小于范围内上述计算符合应力要求，最终确定纵梁槽形断面的

45、尺寸为：h=80mmb=43mmt=5+4mm 依据经验：纵梁还须在弯矩大的区域部署加强板，加强板厚为4mm,加强板部署在Ec段和cD段临界弯曲应力c计算和校核当纵梁受弯变形时，上下翼缘分别受到压缩和拉伸的作用，可能会造成翼缘的破裂。所以应按薄板理论进行校核。对于槽型截面纵梁来说，其临界弯曲应力c为：350式中：E材料的弹性模量，E=；U泊松比。对16mn，u=。由上式可得b16t取b=43mm，t=5mm则有4380所以，车架满足临界弯曲应力的要求。4车架的制造工艺车架梁的制造工艺图4-1车架装配图纵梁图4-2纵梁断面产品特征断面形式：等断面、变端面；长度形式：直线式；料厚：纵梁、；纵梁长度

46、：4815工艺特点a工艺步骤第一个模式：剪切一用模具落料；中孔一用模具压弯成形一装配一油漆。第二种模式：剪切一用模具落料冲工艺孔一用平面数控冲孔机冲孔一用模具压弯成形一装配一油漆。第三种模式：剪切一用平面数控冲孔机冲孔一折弯成形一装配一油漆。第四种模式：单倍尺卷料一辊压成形一切断一用三面数控；中孔机；中孔一等离子切割局部外形一喷丸。b生产设备机械压力机：3000、3500、4000、5000t；平面数控；中孔机、三面数控；中孔机、折弯机；采取模具生产和平面数控冲孔机模式的工艺，通常受产品结构、压床吨位限制。不能采取强度过高的高强度钢板，即屈服强度在350-560N/mm以下的高强度钢板；纵梁和

47、纵梁加强板的长度不易太长，应控制在10000mm左右。材料厚度和材料长度成反比，控制在8mm以下为好。采取辊压成形模式的工艺，在购置设备时就已将材料参数即屈服强度设定在350-700N，mm以下，能够选择屈服强度在700/mm以下的材料，长度不限，厚度控制在10mm以下。纵梁和纵梁加强板用材受设备、工艺模式、产品结构影响，材料强度等级范围也有所不一样。通常来说开发纵梁和纵梁加强材料时应结合其工艺条件，从材料的使用范围入手，确定合理的高强度钢板强度开发范围，从而适用不一样的工艺模式。还应研究高强度钢板回弹消除问题、可适用的焊接方法和匹配的焊条、对模具材料的强度要求、适用油漆方法等相关参数，从而提

48、升材料的应用空间。横梁货车车架上通常有5到11根横梁，其用途和结构各不相同。不一样条件的汽车横梁其结构型式改变较大。现在，汽车车架上使用的梁通常以槽形式和拱形居多。这是因为槽形式横梁曲刚度和强度全部较大，且便于制：拱形横梁含有较大的连接度、截面高度较低，能够让开下空间的优点。汽车横梁通常全部是采取冲压加工方法生产。产品特征厚度：、长度：740mm抗拉强度：370-610Nmm；形状：槽形式横梁、拱形式横梁等，图4-3、4-4图4-3拱形横梁图4-4槽形横梁工艺特点a工艺步骤槽型式横梁：剪切一修边冲孔一成形一冲孔一装配一油漆。鳄鱼1b式横梁：剪切一成形一修边冲孔一装配一油漆。b设备机械压力机：8

49、00t、1250t、3000t。多年来,为了满足用户经济性、大吨位要求，横梁材料厚度由变为,抗拉强度也由370-510mPa提升到590-610mPa以上。复杂形状的横梁应用较多。既要有一定的强度又要有良好的成形性能是横梁用材的基础要求。同时，受压力机吨位、模具制造业水平限制，未将高强度钢板应用在成形复杂的横梁上。对于横梁用材的开发应针对横梁的产品特征，结合工艺技术水平，在满足强度要求的前提下关键提升材料成形性能和焊接性能。还要开展高强度钢板的极限拉伸速度的研究，这是因为商用车横梁通常全部是在机械压力机上生产，依据高强度钢板的极限拉伸速度来控制机械压力机的生产速度。从而降低横梁破损的发生。c连

50、接板厚度：；长度：110mm；抗拉强度：510-640Nmm；形状：平板连接板用于连接横梁和纵梁，增强纵梁的强度。以压弯件为主，材料关键为高强度钢板。对材料的成形性能要求不高，但要求材料的压弯回弹小。焊接工艺焊接工艺分析车架结构材料采取的是16mn，焊接性好，加之材料厚度适中，在合理的装焊工艺条件下，通常不轻易产生气孔和裂纹，不需要采取特殊的焊接工艺方法和焊后热处理。车架是整车的载体，车架的焊缝关键承受汽车运行过程中的动载作用，而车架刚性大，焊后接头的收缩力较大，所以必需选取合理的焊接方法及工艺参数，控制线能量。对于车架纵梁和横梁而言，焊接分布并非完全对称，因此要合理安排焊接次序，尽可能采取对

51、称焊和从中间向两头释焊，以降低焊接变形。控制零部件尺寸即交换性，确保装配间隙均匀，以降低因收缩不均所造成的变形。夹具设计时要合理留有收缩余量及装配间隙，综合处理好车架焊后接头应力和总体变形这对相互矛盾的问题，在确保满足设计尺寸要求的条件下，接头焊后存在的应力愈小愈好。焊接方法和焊接参数的选择因为二氧化碳气体保护焊成本低,生产效率高,抗锈、抗氢和抗裂纹能力强，焊后不用清渣，变形小，易于操作，适于全位置焊，所以焊接方法采取半自动二氧化碳气体保护焊，其焊接工艺参数如表所表示：图4-5工艺参数焊接工艺步骤焊纵梁加强梁-纵梁焊后矫形-零部件组焊-车架补焊-车架装配-车架矫形-车架检验-车架涂装涂装工艺提

52、到汽车防腐，大家很自然会想到车身、车箱等外露冲压件。其实汽车的防腐是对整车而言，尤其是汽车的主要件和保安件，对不许可在寿命周期内出现腐蚀造成的性能下降和结构损坏。车架是商用车关键的总成之一，于它在车下部，易受路面沙石冲击和多种使用环境介质侵蚀。车架是整车的关键骨架，如防腐处理不好，于腐蚀致性能下降或结构损坏，果将不堪设想。因为车架外露的部分极少，易引发大家的注意，生锈蚀不易被发觉，因此，确保高质量涂装至关主要。然而，多年来，中国汽车行业对车架的涂装并没有给足够的重视，甚至有些人认为，车架是中厚板件，腐蚀了只是难看部分，不会引发结构损坏。假如整车设计寿命很短且行驶速度不高的话，种看法似乎还能站住

53、脚，但在大家对汽车高速行驶可靠性和耐久性的要求越来越高的今天，我们必需真对待车架的防腐问题。车架关键用于载货车、客车和客货两用车等商用车，多由热轧钢板冲压结构件铆接、焊接或螺栓连接而成。中国现在依据生产规模、设备条件不一样，其涂装工艺差异较大，归纳为大批量生产和小批量生产两大类。大批量生产工艺是钢板剪切落料-化皮防锈-压-焊接铆焊-脂-化-泳或浸漆-干，部分依据需要增加一道面漆。中国大部分载货车生产厂全部采取这种工艺。5结论汽车性能的优劣不但取决于组成汽车的各部件的性能，而且在很大程度上取决于各部件的协调和配合，取决于车架的部署。从技术优秀性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、质量和

54、关键尺寸参数，提出车架总体设计方案，为各部件设计提供整车参数和设计要求，确保汽车关键性能指标实现，使零部件经过合理的车架布局更加好的结合在一起，使整车的性能、可靠性达成设计要求。此次毕业设计已经靠近尾声了，在这次设计我感到自己在多种技能和知识层面上有很多不足的地方，同时自己也学习到很多新的知识。这次毕业设计将我们四年来学习到的知识综合的应用起来，同时我学习了新的知识，如cAD制图，这是以前极少接触和使用的实用知识，在这次毕业设计中我从学习到应用，即使中间的过程是辛劳的不过收获的喜悦是无法用言语所能表示的，总的来说这次毕业设计让我收获颇丰，使我为马上到来的工作和未来的学习打下了坚实的基础。参考文

55、件1刘鸿文材料力学-4版.北京：高等教育出版社，20212毛昕画法几何及机械制图.北京：高等教育出版社，20213濮良贵纪名刚机械设计.北京：高等教育出版社，20214陈家瑞汽车结构 下册 .北京：机械工业出版社，20215龚寒微主编汽车当代设计制造：北京：人民交通出版社，19956过学迅主编汽车设计北京：人民交通出版社，20217吴宗泽机械零件设计手册北京:机械工业出版社，20218武田信之 日 著，载货汽车设计人民交通出版社，19979陈家海著重型汽车车架设计，川汽科技，1999年第2期10吴憩棠著商用车技术发展趋势，东方时评，2021年第47期11周岁华著商用车车架工艺技术和材料开发，汽

56、车工艺和材料，2021年第8期致谢快要4个月的毕业让我成长了很多，在这次毕业设计中我碰到了很多的困难，是在XX老师和XX老师的帮助下我一步步的完成这次毕业设计的，记得在我开始制图是曾碰到过这么一个难题，我对自己要完成的图纸很茫然不知道该怎样下手去完成这分图纸，这时候老师帮我分析设计的步骤，一步步引导我走向设计的正确思绪，让我度过了这个难关。在整个设计过程中，老师们认真负责的对我们的问题进行解答，即使问问题的不是本组学生老师们也会认真的进行指导和帮助。正是在老师们的指导下我完成了此次毕业设计。在这个过程中我学到很多新的知识，其中也发觉并改善很多不足的地方。现在我本身还有很多不足的地方，期望老师多

57、多指导我让我在学习和工作中能更深入。附录计算程序clearholdon;a=1010;b=1105;c=2400;L=4815;l=2700;ms=1200;me=1990;q=;F1=;F2=;x1=0:5:1010;Fs=-45000:1000:45000;Fs1=-ms*q*x1/L/2;x2=1010:5:2415;Fs2=F1-ms*q*x2/L/2;x3=2415:5:3710;Fs3=F1-ms*q*x3/L/2-me*q*/c/2;x4=3710:5:4815;Fs4=*q*;x5=0:5:4815;Fs5=0*x5;Fs1min=min;Fs2max=max;Fs3min=m

58、in;Fs4max=max;y1=Fs1min:5:Fs2max;x6=1010+0*y1;y2=Fs3min:5:Fs4max;x7=3710+0*y2;plotxlabel;ylabel;clearholdon;a=1010;b=1105;c=2400;L=4815;l=2700;ms=1200;me=1990;q=;F1=;F2=;x1=0:5:1010;m1=-ms*q*/L/4;x2=1010:5:2415;m2=F1*-ms*q*/L/4;x3=2415:5:3710;m3=F1*-ms*q*/L/4-me*q*.*/c/4;x4=3710:5:4815;m4=-*q*.*;x5=0:5:4815;m5=0*x5;plotxlabel;ylabel;