汽车车架设计指南

底盘系统设计指南★机密文件严禁外传★1目录第三章车架1车架的主要功能........................................................32车架的类型............................................................32.1主要类型.........................................................................................................................................32.2车架的主要结构件..........................................................................................................................43车架的功能设计要求...................................................84车架的设计和计算.....................................................84.1车架的主要载荷.............................................................................................................................84.2车架的主要设计内容.....................................................................................................................94.3车架的设计计算举例....................................................................................................................105车架的工艺介绍.......................................................125.1副车架的制造................................................................................................................................125.2总成检验.......................................................................................................................................135.3质量保证.......................................................................................................................................135.4生产技术新动向............................................................................................................................136车架常用材料的选择...................................................14底盘系统设计指南★机密文件严禁外传★2第三章车架底盘系统设计指南★机密文件严禁外传★31车架的主要功能车架是整个汽车的基体，汽车上绝大多数部件和总成都是通过车架来固定其位置的。如：发动机、传动系统、悬架、转向、驾驶室、货箱和有关操纵机构。车架的功用是支撑连接汽车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷，是整改底盘的骨架。2车架的类型2.1主要类型目前，汽车车架的结构形式基本上有三种：边梁式车架、中梁式车架（或称脊骨式车架）和综合式车架。其中以边梁式车架应用最广。边梁式车架由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用铆接法或焊接法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性构架。下图的车架就属于此类型，如下图1。通常用低合金钢板冲压而成，断面形状一般为槽形，也有的做成Z字形或箱形断面。其结构特点是便于安装驾驶室、车厢及一些特种装备和布置其它总成，有利于改装变型车和发展多品种汽车。被广泛采用在载货汽车，皮卡和大多数的越野汽车上。近代轿车为了保证良好的整车性能，尽量降低中心和有利于前后悬架的布置，把结构需要放在第一位，兼顾车架加工工艺性，所以车架形状设计的比较复杂而实用。图1车架中梁式车架只有一根位于中央贯穿前后的纵梁，因此亦称为脊骨式车架，中梁的断面可以做成管型或箱型。底盘系统设计指南★机密文件严禁外传★4这种结构的车架有较大的扭转刚度。使车轮有较大的运动空间，便于布置等优点因此被采用在某些轿车和货车上。综合式车架比较复杂，应用比较广，一般轿车上使用。2.2车架的主要结构件车架主要有以下结构形式：1.水箱横梁和发动机支撑梁横梁总成支撑发动机、水箱、保证车身的扭转刚度，如图1发动机支撑梁和水箱横梁均有钢板冲压焊接而成，发动机支撑梁为封闭断面。发动机支撑梁与车身连接处通常装有橡胶缓冲块。材料：支撑梁上下体材料常采用为SAPH440其它BH340，表面处理为电泳。图2A11横梁2.副车架副车架带控制臂总成承受前轴载荷、支撑车身、动力总成、转向机、前悬挂、制动器等副车架、控制臂均为钢板冲压焊接而成为封闭断面，如图3。控制臂与副车架连接处采用橡胶衬套，起到改善行驶性能和舒适性。材料：副车架上下体材料为常采用SAPH370其它为SPHE、SPHC表面处理为电泳。底盘系统设计指南★机密文件严禁外传★5图3前副车架3.框型前副车架框式前副车架通常是由4根管（或封闭梁）结构焊接而成的框式结构，用于的微车和中高档车上。车架连接了前摆臂，转向机，发动机冷却模块，以及动力总成等重要的零部件，这样其强度及可靠性就变的尤为重要。车架通过4点或6点与车身相连。用管结构的，可以减少焊接，以得到较好的总成尺寸精度，如图4b；用封闭梁焊接而成的可极大的提高承载能力,如图4a。由于此类型件为复杂的冲压焊接件，应充分考虑好工艺以保证其总成尺寸。a.前副车架b.前副车架图4框式前副车架4．纵梁发动机纵梁总成支撑动力总成，如图5底盘系统设计指南★机密文件严禁外传★61）发动机纵梁总成均由钢板冲压焊接而成，为封闭断面。2）材料：支撑梁上下体材料通常采用SAPH370焊接总成表面处理为电泳图55．后副车架后轴总成承受后轴载荷，起到支撑车身、连接后悬架各连杆、装后制动器的作用，如图61）轴焊接总成均为钢板冲压焊接而成的，主体的断面为封闭断面，如图6，有很强的抗弯扭能力；另外有用弯管焊接而成的，管料为合金高强度刚，采用弯管设计，提高了设计的自由性，减少了焊缝数量，可较好的保证总成精度。2）后轴总成与车身连接处通常装有橡胶缓冲衬套，减缓车轮传递的冲击力，图6。3）材料：支撑梁上下体材料通常采用SAPH370,图6在连接后上下控制臂的孔中，设计了偏心螺母调节功能，可很精确的调整四轮定位参数。焊接总成的表面处理为电泳底盘系统设计指南★机密文件严禁外传★7图6后副车架6．后轴扭转梁后轴总成支撑车身、后悬架、制动器。该后轴的结构为：复合双纵臂式，主体结构为冲压焊接件，焊接总成是在一个V(或U)型梁的两端各焊上一个管状纵臂，相交点约在纵臂的前1/3处，为了增加他们之间的联接强度在两端的内侧各焊接了一个楔状加强梁。后轴连接车身的纽带是后轴铰链，如图7。（车架均为受力部件：应进行严格的试验，验证其强度。除台架寿命试验，可靠性，强化路试外，生产的每批件应抽取一定数量进行型式检验。其中包括焊接性能检验，以及疲劳寿命试验等）。V(或U)型梁同时起着稳定杆的作用，将车体倾斜保持最低的程度，同时省去了稳定杆，减轻重量。略去了稳定杆以及横向推力杆等件，由于受力程度较大，且很复杂，固在材料的选择上要求较高目前在国类还找不到强度及形状都符合要求的型材，后轴橡胶铰链对于行驶性能及舒适性起着决定性作用它是联接后轴与车身的纽带。图7后轴总成底盘系统设计指南★机密文件严禁外传★87．拖臂式后轴后轴总成（含拖曳臂、推力杆）支撑车身、后悬架、后制动器等，如图8图83车架的功能设计要求车架的结构形式首先应满足汽车总布置的要求。当汽车在复杂多变的行驶过程中，固定在车架上的各总成和部件之间不应发生干涉。当汽车在崎岖不平的道路上行驶时，车架在载荷作用下可产生扭转变形及在纵向平面内的弯曲变形，当一边车轮遇到障碍时，还可能使整个车架扭曲成菱形。这些变形将会改变安装在车架上的各部件之间的相对位置，而影响其正常工作。因此车架还应具有足够的强度和适当的刚度。为了减轻整车质量，要求车架质量尽可能小。此外，降低车架高度，以使汽车中心位置降低，有利于提高汽车的行驶稳定性。这对于轿车和客车来说尤为重要。4车架的设计和计算4.1车架的主要载荷车架是汽车设计的重要课题，它几乎比引擎更重要，因为它的好坏直接关系到车的一切（操控、性能、安全、舒适........）要评价车架设计和结构的好坏，首先应该清楚了解的是车辆在行驶时车架所要承受的各种不同的载荷。如果车架在某方面的韧性（stiffness）不佳，就算有再好的悬挂系统，也无法达到良好的操控表现。而车架在实际环境下要面对4种载荷。1)负载弯曲（Verticalbending）底盘系统设计指南★机密文件严禁外传★9从字面上就可以十分容易的理解这个载荷，部分汽车的非悬挂重量（unsprungmass），是由车架承受的，通过轮轴传到地面。而这个载荷，主要会集中在轴距的中心点。因此车架底部的纵梁和横梁（member），一般都要求较强的刚度。2)非水平扭动（longitudinaltorsion）当前后对角车轮遇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应力（longltudinaltorsion），情况就好象要你将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。3)横向弯曲（lateralbending）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，两股相对的压力将车架横向扭曲。4)水平菱形扭动（horizontallozenging）因为车辆在行驶时，每个车轮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）每个车轮会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，这种情况就好象将一个长方形拉扯成一个菱形一样。4.2车架的主要设计内容1．功能和可靠性车架设计首先要保证的就是产品的功能和可靠性，并且要保证产品有良好的工艺性。车架设计是一项创造性劳动，新颖的设计要求有新的构思，对此设计人员一方面应大胆的采用新理论和新结构，另一方面也要总结经验采用原有的成功的技术和结构。车架设计涉及到工程技术的各个领域，主要基本要素有：材料、强度、挠度、刚度、稳定性；摩擦、磨损、润滑；形状、尺寸、表面加工、体积、重量、风格；温度、噪声、腐蚀；可靠性；控制；使用、安全、价格；以及维修等。2．强度计算车架属于整车中的关键件，其中强度不够产生的断裂直接影响着整车可靠性和安全性。因此在设计车架时强度时零件的基本要求。设计人员应当尽可能精确地确定作用在零件上载荷地性质、大小、方向和作用点。由于在设计中一方面很难确定载荷的全部要素；而且即使同一种材料做成的试样对载荷、温度、环境等条件所显示地抵抗能力也会出现差异。这