低速载货汽车车架和悬架的设计本科生毕业设计(论文)(编辑修改稿)

低速载货汽车车架和悬架的设计本科生毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

共有六根横梁，有前横梁 ，第二横梁，第三横梁，第四横梁，第五横梁，第六横梁。 纵梁与横梁的连接 横梁和纵梁多数是用搭接板通过铆钉连接，也 有些车架是采用焊接或用螺钉连接 （ 螺钉连接易生 锈）的。 左 图是纵与横梁的几种连接方式；搭接 板多数是固定在纵梁的 上、下翼面上和纵梁的腹板上，也有连接在纵梁的腹 板上和 一个翼面上的。 （如 图） 轿车车架的纵、横梁采用焊接方式连接，而货车则多以铆钉连接（见下图）。 铆钉连接具有一定弹性，有利于消除峰值应力，改善应力状况，这对于要求有一定扭转弹性的货车车架有重要意义。 山东科技大学大学本科生毕业设计（论文） Ⅰ 图 42 车架铆接示意图 铆接设计注意事项： ； 5d； ； ，将铆钉交错排列； 4． 2 车架的技术要求 距离为 860 02 ，而在车架前横梁及转向器范围内应为 860 。 ，其不平度在全长上不大于 ，且在转向器固定处，该表面与纵梁侧面的垂直度应不大于。 ，驾驶室后支点与前支点高度差为 10 。 ，左右对称的前后钢板弹簧支架及吊耳支架其销孔中心线应在同一直线上，且与车架中 心线垂直，偏差不大于 1000： ，左右对称支架的相对位置尺寸应符合要求。 ，紧接面的直径应不小于铆钉直径的 倍，且具有正确形状不允许有倾斜，呲牙等缺陷，铆接后的铆钉头和铆钉中心线的不同轴度应不大于。 ，铆后零件上不得有裂缝，若有裂缝须更换重铆。 g. 车架总成车架第二横梁连接的螺母应装置于车架的内部。 山东科技大学大学本科生毕业设计（论文） Ⅰ 第 5 章 车架的设计计算 车架的计算 纵梁弯曲应力 弯矩 M可用弯矩差法或多边形法求得。 对于载重汽车，可 假定空车簧上重量Gs 均布在纵梁全长上，载重 Ge 均布在车箱中，空车时簧上负荷 sG (对 4X2 货车可取 sG =2 3/0gm ) 0m 整备质量。 图 51纵梁弯曲应力 由上图得：     lccGbLGR esf 4/]22[ 2 （ 51） )(4 LbaGM s  )(4])([ 212222 ccGaLxbLxaLxxL e  ])([ 222221 cLxLxcLxc  （ 52）    cGLGcclGLaGRx esesf //]//2[ 1  ． （ 53）a=1010mm， b=1105mm， l =2700mm， L=4815mm， c=1500mm， c=2200mm， c=3700mm。 山东科技大学大学本科生毕业设计（论文） Ⅰ 将已知量代入上式得： Rf=［ 2 2100 ／ 3 ( )+3800 （ ）］／ 4／ =5723N x=［ 2 57232 2100 ／ 3 ／ +3800 ()／］／ (2 2100 ／ 3／ +3800 )= M=2 3800 ／ 4(++) ［ ()+ ］ +3800 (+) ［ (+)2］ = 局部扭转应力 相邻两横梁如果都同纵梁翼缘连接 ,扭矩 T 作用于该段纵梁的中点 ,则在开口断面梁中扇性应力可按下式计算： WW IBW / (54) 式中 Iw— 扇性惯性矩； W— 扇性坐标； 对于槽形断面 )6(2/)3( bhbhhbW  (55) 由材料力学表 B4热轧槽钢（ GB/T7071988） 查得 h=80mm,b=43mm,d=,t= 则 63)43680(2/)43380(4380 W mm2 车架扭转时纵梁应力 如横梁同纵梁翼缘相连，则在节点附近，纵梁的扇性应力： lLWEaw   (56) 式中 E— 弹性模量， 对低碳钢和 16Mn 钢： E= MPa510 ；  — 车架轴间扭角； L— 轴距； 山东科技大学大学本科生毕业设计（论文） Ⅰ l 节点间距； a系数，当 kL=0 时， a=6； kL=1~2 时， a=。 车架扭转时，纵梁还将出现弯曲应力，须和 w 相加。 车架载荷分析 汽车的使用条件复杂，其受力情况十分复杂，因此车架上的载荷变化也很大，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与附属件的质量以及有效载荷（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。 其大小与垂直振动加速度有关，与作用在车架上的静载荷及其分布有关，路面的作用力使车架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。 此时汽车的前后几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，其大小与道路不平的程度以及车身、车架和悬架的刚度有关。 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，惯性力会导致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；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一定空间力系的作用， 而车架纵梁与横梁的截面形状和连接点又是多种多样，更导致车架受载情况复杂化。 山东科技大学大学本科生毕业设计（论文） Ⅰ 弯曲强度的基本假设 为了便于弯曲强度的计算， 对车架进行以下基本假设： 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。 空车时的簧载质量（包括车架自身的质量在内）均匀分布在左右二纵梁的全长上。 其值可根据汽车底盘结构的统计数据大致估计，一般对于轻型和中型载货汽车来说，簧载质量约为汽车自身质量的 2/3。 汽车的有效载荷均匀分布在车厢全长上。 所有作用力均通过截面的弯曲 中心。 实际上，纵梁的某些部位会由于安装外伸部件（如油箱、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明显误差。 由于上述假设，使车架由一个静不定的平面框架结构，简化成为一个位于支座上的静定结构。 5． 4 车架弯曲强度的计算 由于结构的限制，车架必须满足强度要求和结构设计要求。 受力分析 为简化计算，设计时做以下几点假设： a．纵梁为支撑在前后轴上的简支梁 b．空车时簧载质量均布在左、右纵梁的全长上． c．所有作用力均通过 截面的弯心 (局部扭转的影响忽略不计 ) 把车架纵梁分为六段。 如图 53所示： 山东科技大学大学本科生毕业设计（论文） Ⅰ 图 53 纵梁分段受力示图 其中 1l =493mm,2l =990mm,3l =986mm,4l =975mm,5l =950mm,l6=421mm 所以 L=l1+l2+l3+l4+l5+l6=4815mm 弯矩的计算 总体设计中又知：车载质量为 Gm =1700kg ，簧上整备质量 0m 2100kg。 A．所以均布载荷集度 q为：    6543210 / llllllmmq G  =(1700+2100)/(493+990+986+975+950+421) = 图 52 车架载荷示图 B．求支反力 由平衡方程 02  FM得： F2 2700+1010 1010/2=(2700+1105) (2700+1105) 得： F2= F1=(mg+m0)gF2= 当 10 lx 时： 山东科技大学大学本科生毕业设计（论文） Ⅰ 剪力 Q1=qx= 弯矩 M1=qx2/2= 当 43211 llllxl  时： 剪力 Q=qx+F1= 弯矩 M1=F1(xl1)qx2/2=(x493) 当 654321 llxllll  时： 剪力 Q1=qx+F1+F2= 弯矩 M1=q (Lx)2/2= (4815x)2 a. 变载面处的剪力和弯矩： 当 x=l1=493mm 时： Q== M=qx2/2= 当 x=l1+l2=1483mm 时： Q== M=(x493)= 当 x=l1+l2+l3=493+990+986=2469mm 时： Q== M=(x493)qx2/2= 当 x=l1+l2+l3+l4=3444mm 时： Q== M=(x493)= 当 x=L=4815 时： Q== 山东科技大学大学本科生毕业设计（论文） Ⅰ M=(4815x)2=0 b. 求最大弯矩： 因为 dxdMQ / ，所以当 Q=0 时， 弯矩最大 即 Q==0,x= 时， 弯矩最大 Mmax=(x493)=≈ 106 强度验算 实 验表明，当车速约 40 km／ h 时，汽车在对称的垂直动载工况下，其最大弯矩 maxDM 约为静载荷下的 3(卵石路 )～ (农村土路 )倍，同时，考虑到动载荷作用下，车架处于受疲劳应力状态，如取疲劳安全系数为 ～ ，可求得动载荷下的最大弯矩： maxDM = 10`= 可用下式来校核纵梁的弯曲强度： xD WM /m ax (57) 式中：  —— 纵梁的弯曲强度 xW —— 抗弯模量  = 107/ 104= 对于槽形断面（如图 34） 可知区域载面形状和载面特性，即抗弯截面系数为： (58) 取 h=80mm, b=43mm, t=5mm, =22533mm3 山东科技大学大学本科生毕业设计（论文） Ⅰ 图 34 槽形断面 比较车架全长上受力分析可知： 最大受力可能发生在最大弯矩处或变载面处，求两点的受力值加以比较求出安全系数： isn  / (510) 其中 s 为材料的屈服应力，取其值为 350MPa  max=Mmax/Wx=240 MPa N= s / max= 综上所述：车架发生最大受力时，静载安全系数不小于 ， 按上式求得的弯曲应力不超过纵梁材料的疲劳极限 σ 1＝ 220～ 260MP 满足要求。 小结： 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用，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所有簧上质量的有关机件。 参考 欧铃 ZB5040XXYBSC3S 运输车 对低速载货汽车做了简要设计， 汽车性能的优劣 不仅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，取决于车架的布 置。 从技术先进性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、质量和主要尺寸参数，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，保证汽车主要性能指标实现，使零部件通过合理的车架布局更好的结合在一起，使整车的性能、可靠性达到设计要求。 山东科技大学大学本科生毕业设计（论文） Ⅰ 第 6章 悬架的总成设计 a． 保证汽车有良好的行驶平顺性和良好的操纵稳定性。 b．具有合适的衰减振动的能力。 c．汽车制动或加速时，保证车身稳定，减少车身侧倾，转弯时车身侧倾角要合适。 d．有良好的隔声能力。 e．结构紧凑、占用空间小。 f． 可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足另部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。 非独立悬架和独立悬架 A． 非独立悬架如图 (a)所示。 其两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上。 B． 独立悬架如图 (b)所示，其两侧车轮安装于断开式车桥上，两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮。 图 6－ 1非独立悬架和独立悬架 C. 钢板弹。