汽车车架设计指引Word文档下载推荐.docx

1、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

2、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 SAPH44其它BH340表面处理为电泳。图2 A11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。副车架上下体材料为常采用 SAPH370其它为SPHE SPHC表面处理为电泳图3前副车架3.框型前副车架框式前副车架通

3、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1） 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

4、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

5、，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

6、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7.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

7、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（Vertical bending ）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

8、（unsprung mass）, 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（membe），般都要求较强的刚度。2）非水平扭动（Iongitudinal torsion ）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（Iongltudinal torsion ），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（lateral ben di ng ）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

9、平菱形扭动（horizontal lozenging ）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：

10、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。这样，计算的结果就不能准确的表示实际的承载 能力。为此，在车架设计中常做出各种假设，以便对产品进行力学计算和强度分析。

11、 假设既要反映实际情况，又要便于计算。一般这种假设都偏于保守，也有考虑不周 而失效的。所以对于车架的设计必须要通过试验和试用，证明该产品的设计是成功1） 载荷：在强度计算中作用于车架上的载荷分为两种一种是静载荷一种是动载 荷。用静载荷的设计方法最简单，至今仍广为采用。受冲击载荷时，在零件中引起 的应力和应变值，都要显著地大于静载荷时的应力和应变值。在常规设计中，经常 采用的是在载荷中乘以大于1的动载系数后，仍用静载荷方法进行计算。对于能将 机器中有关部分简化成简单振动系统的场合，动载系数可用机械振动的方法求得。 通常动载系数是由经验来确定。新设计的车架，载荷一般是预先给定的。2） 静强度计算在

12、车架设计中最基本的计算是静强度计算。 在计算中考虑到应力 的变化的影响要采用较大的安全系数，或较低 的许用应力。对于此塑性材料的部 件可用第三强度理论、第四强度理论求出等效单项应力 ，等效单向应力除以材料的 极限应力s得安全系数n则静强度判据为或者n n式中 一许用应力n 许用安全系数3）.疲劳强度计算进行应力幅变化的无限寿命计算时，通常作如下假设：当材料承受高于疲劳极限应 力时，每一循环都使材料产生一定量的损伤，该损伤量是能积累的，麦因纳假设损 伤累积是线性的，由此可以将应力幅规律变化的循环应力， 转化为等幅的当量应力, 再与疲劳极限相比得安全系数n,则疲劳强度判据为n n。4.3车架的设计

13、计算举例1.后轴参数后轴满载时轴何670Kg后轴轴距1420mm后轴弹簧支架中心间距1102mm后轴外径54mm后轴壁厚3.5mm2 后轴静应力1）弹簧支座处的静垂直弯矩:670 1420 1102M A A FL 9.8 （ ）=521.997N.m 2）后轴弹簧支座处的抗弯截面模量后轴弹簧支座处的危险断面为圆形断面WA A32D（D4 d4）3.14 54332544（54 7）43=6584.142 mm3） 后轴弹簧支座处的垂直弯曲静应力MA A静 W521.997 103 79.281MPa6584.1424）安全系数后轴弹簧支座处是无缝钢管，材料为冷 20- 54*3.5，经过计算

14、后轴的安全系数为max24579.2813.09轴静载荷的许用安全系数为1.32.5，故该轴能够满足设计要求.3动应力汽车在行驶过程中，后轴有三种典型工况：1）紧急制动时；2）侧滑时；3）冲击 负荷。在上述三种工况下，应力最大的是冲击负荷工况。故只计算冲击负荷下的应力：A 人动=Kd st 2.5 79.281 198.203MPa在此处Kd是动载荷系数取2.5即汽车在行驶过程中，后轴所承受的最大应力在后轴弹簧支座附近，应力值为 198.203Mpa副车架是发动机前置前驱动轿车前桥的组成部分，其主要功能是承载发动机，即它 是发动机的安装托架，因而采取的工艺方法主要是为增加其承载能力。目前较多的

15、副车 架采用冲片焊接结构，再压入联结部的橡胶衬套，即可完成副车架的制造。5.1副车架的制造1） 冲压畐U车架的冲压加工工序有落料、成形、切边、翻边、冲孔等。冲压加工的产品 质量主要取决于模具的状态及设备的动态精度。加工过程中应注意材料的弹性变形 对质量的影响，注意型材的表面处理，提高耐磨性和耐粘附性。2） 焊接副车架的焊接主要采用电阻点焊和二氧化碳气体保护焊。包括上、下壳体的电 阻点焊；发动机支架的方形螺母凸焊；以及上、下壳体发动机支架与支承板的二氧 化碳气体保护焊。电阻点焊变形较小，只要选择合理的焊接顺序及焊接装夹具，基 本能保证产品精度。而弧焊则不然，为确保精度，必须严格控制热变形。焊接质

16、量 主要靠合适的焊接参数以及严密的监控、合理的焊装夹具（夹具精度控制在正负 0.2mm焊接可达性良好，尽可能实现全方位最佳位置焊接）。目前，已普遍采用焊 接机器人。采用的焊接机器人，其位置重复精度为正负 0.1mm确保了焊接行走轨迹的准确、稳定；另外，机器人控制系统中设置有焊接参数自动匹配程序，以及摆焊、 自动填充收弧坑、自动重起弧、自动校核管身长等多项功能，使得焊缝质量得以保 证，并减少认为因素影响，稳定质量，提高设备柔性。同时，拼焊的冲压件的配合 间隙也有一定的要求，尽可能不大于0.8mm至少必须稳定。这样，焊接质量才能稳定。3） 整形由于副车架在以后的装配工序中有一定的装配尺寸要求，及焊

17、后少量变形，故 采用专机对焊后副车架进行孔的精整，以及开档的整形，整形的精度以产品图纸要 求为准。4）涂装现较多地采用阴极电泳油漆。涂装主要是为了防锈和提高表面质量。涂装工艺 有涂装前的清洁（防锈、油等）、上吊具、预脱脂、脱脂、热水清洗、活化、磷化、 清洗、钝化去离子水清洗、烘干、强冷、检验等。涂层地质量主要有涂膜厚度、粘 附性和脆性及耐腐蚀性等，不同的产品有不同的质量标准，一般涂层厚度内侧不小 于25um外侧不小于35um粘附性和脆性至少GTO 1 （网格刻化试验等级），耐腐 蚀性通过盐雾试验60次循环，刮痕的损伤深度不大于2.5mm涂装质量取决于涂膜 的特性和化学覆盖膜的特性，主要通过对设

18、备的、温度、涂膜的化学成分的监控来 保证。5）装配畐U车架的装配就是在轴套中压入橡胶轴承。采用液压机压装。为了不影响橡胶 轴承的特性，压入时使用与其形状配合的夹具，为方便压入作业，有时也在压入部 位涂抹润滑油脂。压入橡胶轴承的质量是有脱开力来保证的，脱开力的大小由产品 图纸来确定，从大 于1000N到7000N不等。对于压入力与脱开力的关系，应在事先 进行确认，在检测压入力时，采取装在压入设备上的相应传感器来完成。5.2总成检验副车架的总成检验，主要项目是与客户相关的装配尺寸和表面质量（包括焊缝 表面质量以及油漆表面质量，如有无焊缝缺陷，有无飞溅，有无油漆磕、碰伤、剥 落等）5.3质量保证副车

19、架冲压、焊接、涂装及装配过程中，主要采用的检测手段有几何尺寸检具 和形状检具。如综合量具、通用量具及测量漆膜厚度的测厚仪等。另外，还具有焊 点金相试验、产品疲劳试验等，相应设备。在管理上，还应有一套完整的质保体系。5.4生产技术新动向目前新车型中，已采用管子弯曲成形的副车架，其加工工序为：管子成形一焊接 -涂装-装配。管子成形的副车架加工方便，成形精度高于冲压成形，焊接量少， 焊接变形小，刚性好。管子弯曲成形的副车架，加工过程中应注意材料的弹性变形, 在成形过程中有时会用热处理方式如退火来进一步保证材料成形质量。6车架常用材料的选择从对材料性能的要求分析，主要有三个方面：材料的耐蚀性、耐磨性和

20、耐疲劳性。 其次是常温强度和焊接性要恰巧和当前设计产品失效的原因相吻合。 钢材利用率的高低是材料技术水平的一个重要指标，各工业发达国家都努力提高钢材的利用率，以提高机 械制造的经济效益。提高钢材的利用率，应进一步调整钢材结构，提高合金钢、低合金 钢和板材、管材的比例。此外，应通过合理选材用材，推广使用无切削工艺和保护加工 技术，发展焊接结构来达到节材的目的。对于设计的产品采用低合金高强度钢轧材代替 普通炭素钢，可使金属消耗量降低30%;采用冷轧钢板代替热轧钢板可降低材料消耗量 25%;用钢板和带钢冷弯成异型材代替热轧型钢， 材料消耗量可降低25%;用冷拔型钢 代替热轧型材可降低消耗15%。选材

21、中还要注意到材料的化学物理性能、 机械性能和工 艺性能，如：车架设计中所需要的弹性模量、强度、韧性、焊接性能、淬透性、回火脆 性，热处理变形量、可锻、深冲、冷镦和冷弯性能、切削性能、经济性、可获得性等。 选用材料要根据产品批量，是常年需要或一次性生产，从使用、工艺和经济三方面考虑。 其中车架设计就属于批量生产常年需要的产品使用性上主要是要满足强度要求；经济 性上要考虑材料的相对价格和加工费用，在很多情况下，零件在其不同的部位上对材料 有不同的要求，这时可在不同的部位采用不同的材料或采用不同的热处理方法，使各局 部的要求分别得到满足。例如零件在整个截面上受载不均匀，或明显地有一些危险部位， 这时，不一定要整个零件都用较好地材料制造，可以采用较差的材料，仅对某些局部进 行强化处理，以提高这部分的承载能力和降低成本。对于准备局部强化处理的零件，在 选择材料时，必须考虑该材料能否满足局部强化的要求。车架的材料一般选择优质碳素 结构钢板、碳素结构热轧钢板和低合金高强度钢板。对于优质碳素钢板，我们公司现有 车型中的应用比较多。