低速载货汽车车架及悬架系统设计.docx

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1、低速载货汽车车架及悬架系统设计第1章前言1第2章总体方案论证22.1设计选型原则22. 2设计内容3第3章要紧尺寸参数的选定33. 1外廓尺寸33. 2质量参数3第4章车架总成设计44. 1车架的结构设计44. 2车架的技术要求5第5章车架的设计计算65. 1车架的计算65. 2车架载荷分析85. 3车架弯曲强度的计算85. 4车架扭转应力的计算11第6章悬架的总成设计146. 1悬架的设计要求146.2悬架的两种形式146.3悬架要紧参数的确定176.4钢板弹簧的设计20结论23参考文献24致谢25附录26车架与悬架系统是汽车设计的重要部分，由于它们的好坏直接关系到汽车各个方面（操控、性能、

2、安全、舒适）性能。现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架。汽车绝大多数部件与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、转向系统、驾驶室、货箱与有关操纵机构。车架是支撑连接汽车的各零部件，并承受来自车内、外的各类载荷，因此在车辆总体设计中车架要有足够的强度与刚度，以使装在其上面的有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，车架的刚度不足会引起振动与噪声，也使汽车的乘坐舒适性、操纵稳固性及某些机件的可靠性下降。过去对车辆车架的设计与计算要紧考虑静强度。当今，对车辆轻量化与降低成本的要求越来越高，因此对车架的结构形式设计有高的要求。首先要满足汽车总布置的要求。

3、汽车在复杂多边的行驶过程中，固定在车架上的各总成与部件之间不应发生干涉。汽车在崎岖不平的道路上行驶时，车架在载荷作用下可能产生扭转变形与在纵向平面内的弯曲变形；车架布置的离地面近一些，以使汽车重心位置降低，有利于提高汽车的行驶稳固性。悬架是车架（或者承载式车身）与车桥（或者车轮）之间的一切传力连接装置的总称。它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支撑力）、纵向反力（驱动力与制动力）与侧向反力与这些反力所造成的力矩传递到车架（或者承载式车身）上,以保证汽车的正常行驶。在进行设计时，要满足下列几点要求：a.规范合理的型式与尺寸选择，结构与布置合理。b保证整车良好的平顺性能。c.工作可靠，结构简单

4、，装卸方便，便于维修、调整。d.尽量使用通用件，以便降低制造成本。e.在保证功能与强度的要求下，尽量减小整备质量。f.其它有关产品技术规范与标准。目前，农用运输车不能满足“三农”市场需求，突出表现为通常产品生产能力过剩，技术水平低，质量与维修服务水平差，价格较高，而市场急需的高质量经济型产品不能满足需求。结合生产实际，在农用运输车基础上对低速载货汽车车架及悬架系统进行了设计。第2章总体方案论证2.1 设计选型原则2.1.1 车架的设计方案根据纵梁的结构特点，车架可分为下列几种方案：a.周边式车架，用于中级以上的轿车；b.X形车架，为一些轿车所使用；C.梯形车架，梯形车架是由两根相互平行的纵梁与

5、若干根横梁构成。其弯曲刚度较大，而当承受扭矩时，各部分同时产生弯曲与扭转。其优点是便于安装车身、车箱与布置其他总成，易于汽车的改装与变型，因此被广泛地用在载货汽车、越野汽车、特种车辆与用货车底盘改装的大客车上；d.计量式车架；e.综合式车架；结合生产实际及设计要求，选用方案c。B12.1.2 悬架的设计方案a.前轮与后轮均使用非独立悬架；b.前轮使用独立悬架，后轮使用非独立悬架；e.前后轮均使用独立悬架；非独立悬架的结构特点是，左右车轮用一根整体轴连接再通过悬架与车架（或者车身）连接；独立悬架的结构特点是左右车轮通过各自的悬架与车架（车身）连接。结合生产实际及设计要求，选用方案a。由因此载货汽

6、车，前后悬架均使用纵置半椭圆形钢板弹簧，当使用纵置钢板弹簧作弹性元件时，它兼起导向装置作用。缓冲块用来减轻车轴对车架（或者车身）的直接冲撞，防止弹性元件产生过大的变形。装有横向稳固器的汽车，能减少转弯行驶时车身的侧倾角与横向角振动。B1.1. 3整体设计方案综合上述两方案确定了整体设计方案：梯形车架与前后悬架均使用纵置半椭圆形钢板弹簧非独立悬架。2. 2设计内容a.参与总体设计；b.车架、悬架结构型式分析与要紧参数的确定；c.车架、悬架结构设计。第3章要紧尺寸参数的选定3.1外廓尺寸我国对低速载货汽车的限制尺寸是：总高不大于2.05米；总宽不大于2米；总长不大于6米。3.2质量参数3. 2.1

7、装载质量机G按要求取wg=1500kg3. 2.2整备质量机O汽车的装载量与整备质量之比“G/称之汽车的整备质量利用系数/。它说明单位汽车整备质量所承受的汽车装载质量。参考国内外同类型同级别的汽车整备质量利用系数与查汽车设计表2-10,因此：w0=mG/0.8=1500/0.8=1875kg在轻型载货汽车之歹U,因此满足设计要求取%=2000ZgO国3. 2.3满载质量/%ma=mG+m）=3500kg3. 2.4车架宽度车架宽度是指左右纵梁腹板外侧面之间的宽度。在总体设计中，整车宽度确定后，车架前后部分宽度就能够根据前轮最大转向角、轮距、钢板弹簧片宽、装在车架内侧的发动机外廓宽度及悬置等尺寸

8、确定。从提高整车的横向稳固性与减小车架纵梁外侧装置件的悬伸长度来看，车架尽量宽些，同时前后部分宽度应相等。以便简化制造工艺与避免纵梁宽度变化处产生应力集中。由（汽车设计）表225取的车架宽860mm。3. 2.5轴距1由总体设计取轴距2800mmo第4章车架总成设计4. 1车架的结构设计车架是支撑、连接汽车备总成的零部件，并承受来自车内外的各类载荷的基础构件。传统的梯形车架由于其所起到的缓冲、隔振、降低噪声、延长车身使用寿命等特点及生产上的继承性、工艺性等原因仍广泛应用在大型挂车上。货车车架应具有足够的强度与适当的刚度。同时要求其质量尽可能小。此外，车架应布置得离地面近一些，以降低整车重心位置

9、，有利于提高汽车行驶的稳固性。图4-1车架结构示意图4.1.1 纵梁形式的确定纵梁是车架的要紧承载部件，在汽车行驶中受较大的弯曲应力。车架纵梁根据截面形状分有工字梁与槽形梁。由于槽形梁具有强度高、工艺简单等特点，因此在载货汽车设计中选用槽形梁结构。另外为了满足低速载货汽车使用性能的要求，纵梁使用直线形结构。这样既可降低纵梁的高度，减轻整车自身重量，降低成本，亦可保证强度。材料选用16Mn低合金钢，16Mn低合金钢在强度,塑性,可焊性方面能较好地满足刚结构，是应用最广泛的低合金钢，综合机械性能良好,正火可提高塑性，韧性及冷压成型性能。4.1.2 横梁形式的确定横梁是车架中用来连接左、右纵梁，构成

10、车架的要紧构件。横梁本身的抗扭性能的好坏及其分布，直接影响着纵梁的内应力大小及其分布合理设计横梁，能够保证车架具有足够的扭转刚度。从早期通过试验所得出的一些结论能够看出，若加大横梁的扭转刚度，能够提高整个车架的扭转刚度，但与该横梁连接处的纵梁的扭转应力会加大；假如不加大横梁，而是在两根横梁间再增加横梁，其结果是增加了车架的扭转刚度，同时还降低了与横梁连接处的纵梁扭转应力在横梁上往往要安装汽车上的一些要紧部件与总成，因此横梁形状与在纵梁上的位置应满足安装上的需要。横、纵梁的断面形状、横梁的数量与两者之间的连接方式，对车机架的扭转刚度有大的影响。纵、横梁材料的选用有下列三种：车架A：箱型纵梁、管型

11、横梁，横、纵梁间使用焊接连接，扭转刚度最大。车架B：槽型纵梁、槽型横梁，横、纵梁间使用钾接连接，扭转刚度适中。车架C：槽型纵梁、工字型横梁，横、纵梁间使用钾接连接，扭转刚度最小。从以上三种车架的对比能够看出：低速载货汽车应该选用车架B。本设计共有六根横梁，有前横梁，第二横梁，第三横梁，第四横梁，第五横梁,第六横梁。4.1.3 纵梁与横梁的连接轿车车架的纵、横梁使用焊接方式连接，而货车则多以钾钉连接（见下图）。钾钉连接具有一定弹性，有利于消除峰值应力，改善应力状况，这关于要求有一定扭转弹性的货车车架有重要意义。图4-2车架钾接示意图钾接设计注意事项：a.尽量使钾钉的中心线与构件的端面重心线重合；

12、b.抑接厚度通常不大于5d；C.在同一结构上钾钉种类不益太多；d.尽量减少在同一截面上的钾钉孔数，将钾钉交错排列；4. 2车架的技术要求a.车架左右纵梁间的距离为86020,而在车架前横梁及转向器范围内应为86010.b.车架总成左右纵梁上表面应在同一平面内，其不平度在全长上不大于3.0,且在转向器固定处，该表面与纵梁侧面的垂直度应不大于0.5。c.车架总成驾驶室前后固定点的相对位置尺寸应符总装图要求，驾驶室后支点与前支点高度差为1010d.在车架总成上，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1000：1.5,左右对称支架的相对位置尺寸应

13、符合要求。e.车架总成卸接零件的接合面务必紧固无缝隙，紧接面的直径应不小于钾钉直径的1.5倍，且具有正确形状不同意有倾斜，毗牙等缺陷，钾接后的钾钉头与钾钉中心线的不一致轴度应不大于1.0。f.车架的全部钏接部分应认真检查，钾后零件上不得有裂缝，若有裂缝须更换重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。第5章车架的设计计算5.1 车架的计算:5.1.1 纵梁弯曲应力弯矩M可用弯矩差法或者多边形法求得。关于载重汽车，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，空车时簧上负荷伉（对4X2货车可取Gx=2m0g/3）m0整备质量。同图5-1纵梁弯曲应力由上图得：Rf=Gs

14、(1-2b)+Gic-2c2)41(5_n+H1)3_%+%“%_昌+%TXT+方(5-2)x=2Rf-Gs.a1+Ge(1-c1)c/(G51+Gc)(5-3)a=625mm,b=800mm,/=2800mm,1=4225mm,C2=1200ww,c1=2400twn,c=360(历%。将已知量代入上式得：Rf=220009.813(4225-2x0.8)+35009.81(3.6-21.2)42.8=6744.4Nx=26744.4-220009.8130.625/4.225+35009.81X(2.8-2.4)/3.6/(220009.8134.225+3500x9.81/3.6)=1.

15、24mM-235009.81y11/4(0.625+0.8+2.8)2824-1242/)+0.62521.24/0.821.24/-()62521+35009.81-U./2.8)+/2.8/2.8Ugj+/4(2.4+1.2)2.4?1.%8-1.221.2/8-(1.24-2.8+1.2)2=7352.03N.m5. 12局部扭转应力相邻两横梁假如都同纵梁翼缘连接,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：(5-4)w=BWIw式中IW一扇性惯性矩；W一扇性坐标；关于槽形断面(5-5)W=万人X(+36)/2X(+6b)由材料力学表B-4热轧槽钢(GB/T-707T988)查得h=80mm,b=43mm,d=5.0mm,t=8.Omm贝IJW=80x43x(80+3x43)/2x(80+6x43)=1063.55mm2关于工字形断面W=-hb4(5-6)5