车架分类及设计

1  车架分类 （根据纵梁的特点）

    1.1梯形式车架 

      特点  有两根纵梁和若干根横梁组成，抗弯强度较大，零件安装紧固，方便（货车及中，轻，微型客车常用）。

1.2 周边式车架

  特点  车架中部加宽，不设横梁，降低地板高度，增加客室空间，架构简单，质量小而且易于制造，（大型轿车常用）。

1.3 脊梁式车架

    特点   扭转刚度很大。（货车和轿车）

1.4 衍架式车架

    特点   刚度大，质量小，不易于制造（赛车常用）。

2  主车架的设计

2.1 这车架承载状况

   静载荷是汽车在静止状态下，悬架弹簧以上的载荷。对称垂直动载荷是汽车在平坦道路上高速行驶时产生的，其大小与垂直振动加速度有关，还与车架上静载荷的大小和分布有关，这种载荷式车架产生弯曲变形。当汽车在凹凸不平的道路上行驶时，汽车前后轮也不再一个平面，斜对称动载荷使车架连同车身一起歪斜，其大小程度取决于的不平度和车架，悬架的刚度大小，这种载荷使车架产生扭曲变形。还有其他的载荷，汽车制动或加速时使载荷移动，转弯时会产生侧向惯性力，使安装在车架上不同位置的零部件产生局部的扭曲力。

2.2 主车架设计

    不同类型的车载荷分布不同，下面就混凝土搅拌运输车承载状况及罐体设计特点，设计主车架形式如图一所示。

该车架设计特点：车架前端到驾驶室后围做成刚性较强的结构形式，以保证悬架和转向器的操纵的稳定性；考虑后悬架附近受弯曲，扭曲作用最大，纵梁内衬梁内设计加强L板，后桥处设计背靠横梁连接，以保证车架后部足够的刚性和强度；车架后悬架支撑处之前到驾驶室后端面车架横梁在足够强度下尽量减少，以保证该部位具有一定限度的桡曲性。

                                     图一

2.3 副车架设计

混凝土搅拌运输车副车架与主车架的连接一般采用刚性连接。副车架在设计中应考虑自身结构、刚性分布等，要尽量符合主车架在承载状况下的变形规律，使副车架顺应主车

架的扭曲，达到主、副车架的刚性尽量匹配合理(如图2)。

3 车架强度校核

在实际使用状况下车架受力比较复杂，在车架初始设计时，一般对车架强度校核简化为对车架纵梁进行弯曲强度校核。

3．1基本假设

车架纵梁进行弯曲强度校核时，作以下假设：纵梁是支承在悬架支座上的简支梁；所有作用力均通过车架纵梁断面的弯曲中心(即纵梁只发生纯弯曲)；空车簧载质量均匀分布在汽车左、右纵梁上；满载时有效载质量e为集中载荷，分布如图3所示：主、副车架为刚性连接，即主、副车架挠度

3．2车架受力分析及计算

车架受力分析如图3所示。

                                  图三

图中：,为前、后支架所

承受的有效载质量，由上装平衡条件”1计算可得： = ;,为前后轴对车架的支反力，由车架平衡条件计算可得： =, =[;为空车簧载重质量，取=2g/3z(为汽车整备质量)

 3.3车架纵梁弯矩计算

     由受力分析和计算结果，可计算每侧车架纵梁各段的弯矩：

式中：X为截面至车架前端距离。由此可以求得车架纵梁的最大弯矩

3.5 主，副车架弯矩计算

设车架纵梁在任一截面的弯矩为M,而在截面处，主车架纵梁所受弯矩,副车架所受的弯矩为，则有如下关系式；

式中; 为主副车架纵梁的挠度；为主，副车架纵梁材料的弹性模量，为主副车架纵梁的截面惯性矩；假设主副车架纵梁的材料基本相似，即,则可求得主副车架的弯矩

3.6 强度校核

    主车架纵梁强度校核

   式中；为主车架纵梁危险截面系数；为主车架纵梁高度。

主车架纵梁最大动弯曲应力

   式中：为动载荷系数；n为疲劳系数；为主车架纵梁材料弯曲应力。

3.7 副车架纵梁强度校核

    副车架纵梁最大东弯曲应力:

式中：为副车架纵梁高度；为副车架纵梁材料许用应力。

4.主要零件制造工艺

     4.1 纵梁和横梁材料

           纵梁采用C型槽钢，由于纵梁受力特别复杂（主要是有弯曲应力）既要有很高的强度，又要满足连接的加工工艺，一般采用16Mn C型槽钢。

     4.2 纵梁和横梁加工工艺

          由于纵梁一般长度很长，常用滚压的方法来加工，少数也采用冲压的方法来加工。

          横梁一般较短，常采用冲压来加工。

     4.3  纵横梁孔的加工工艺

            车架连接精度要求特别高，对孔的加工工艺要求特别高。孔一般有下面两种加工方法。

          a.采用钣金数控加工中心（投入成本特别大）。 

          b.采用传统的加工方法，先钻，然后用铰刀铰孔达到一定精度要求。

      4.4 纵横梁的连接

          由于驱动装置和转向装置都安装在车架上，对定位要求比较高，一般连接采用铆钉铆接，少数的采用螺栓连接。

5.5  防锈工艺 

           车架防锈一般采用涂抹防锈漆的方法，大致工艺流程为：除锈，喷底漆，然后喷面漆。

5.车架的发展趋势

        由于车架的设计相对车的其它零部件而言，车架设计是比较简单，设计时一般只考虑的结构和强度要求。在满足车架强度要求前提下，设计者都开始追求车架质量的最小化，车架质量的最小化也成了未来车架发展的趋势。下面就材料与结构方面来减轻车架质量。

1.材料方面

随着科技的进步，那些以前只用于飞机和军用材料也慢慢的走入民用市场。例如比钢材的密度小的铝合金，钛合金。特别是高强度钢材的出现大大减轻了车架重量，在一些只能采用钢材的部位，使用高强度钢板，可以降低钢板厚度，从而减重。车架用的热轧钢板，均可以用高强度钢材。欧美重卡使用的钢材都是高强度钢，然而国产重卡才逐步的用高强度钢。现在材料科技者除了在传统的金属合金材料研究外，越来越多人开始去研究非金属材料，为了获得质量更轻，强度更高的材料。

     2.结构方面

由于高强度的材料出现，车架的结构方面也变的越来越简单。随着设计水平，制造工艺的提高，材料性能的提高，单层车架完全可以胜任标准载荷工况。08北京国际车展，东风，，陕汽等国产开始展示车架采用单层结构的重卡牵引车。采用单层车架也将是车架发展的潮流趋势。