李煥，程秀華

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

重型汽車的車架總成設(shè)計(jì)探討

李煥，程秀華

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

車架的功用是支承連接汽車各零部件，并承受來自車內(nèi)、外的各種載荷，本文主要概述了重型汽車的車架總成從外形尺寸確定、縱梁孔位確定、橫梁位置布置、強(qiáng)度計(jì)算等幾個方面進(jìn)行了探討。

車架；總體設(shè)計(jì)；孔位設(shè)計(jì)；橫梁布置、強(qiáng)度計(jì)算

CLC NO.：U463.32Document Code：AArticle ID:1671-7988(2014)06-78-04

前言

現(xiàn)代汽車絕大多數(shù)都具有作為整車骨架的車架，車架是整個汽車的基體。汽車絕大多數(shù)部件和總成都是通過車架來固定其位置的，如發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)、懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、駕駛室、貨箱和有關(guān)操縱機(jī)構(gòu)。車架的功用是支承連接汽車的各零部件，并承受來自車內(nèi)、外的各種載荷。

車架的結(jié)構(gòu)形式首先應(yīng)滿足總布置的要求。汽車在復(fù)雜多變的行駛過程中，固定在車架上的各總成和部件之間不應(yīng)發(fā)生干涉。汽車在崎嶇不平的道路上行駛時，車架在載荷作用下可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形以及在縱向平面內(nèi)的彎曲變形；當(dāng)一邊車輪遇到障礙時，還可能使整個車架扭曲成菱形。這些變形將會改變安裝在車架上的各部件之間的相對位置，從而影響其正常工作。因此，車架還應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠?。為了提高整車的輕量化，要求車架質(zhì)量盡可能小。

車架設(shè)計(jì)尤其顯得非常重要，車架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求如下：

1）滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書中提出的整車總體布置設(shè)計(jì)要求。

2）結(jié)合各公司現(xiàn)有車架，盡可能采用現(xiàn)有車架資源，或在現(xiàn)有車架資源基礎(chǔ)上進(jìn)行局部改進(jìn)設(shè)計(jì)。

依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中整車總體尺寸參數(shù)、貨箱尺寸參數(shù)、軸距布置尺寸、整車前后懸尺寸、整車最大承載量、車輛使用條件、車輛使用環(huán)境等因素進(jìn)行綜合分析，結(jié)合平臺規(guī)劃設(shè)計(jì)來確定車架總體尺寸。

車架總體尺寸設(shè)計(jì)主要指車架總成外廓形狀和尺寸的確定、車架縱梁最大斷面尺寸的確定、車架縱梁斷面厚度尺寸的確定等。

1、車架最大外寬尺寸確定

車架最大外寬尺寸是指車架上由橫梁所固定的左右縱梁腹板間的最大寬度。整車寬度確定后，車架寬度就可以根據(jù)車橋輪距、轉(zhuǎn)向橋最大轉(zhuǎn)向角、懸架板簧中心跨距、發(fā)動機(jī)外廓尺寸等確定。

2、車架縱梁最大斷面尺寸的確定

中重型卡車車架縱梁均采用槽形斷面結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是容易成型，抗彎抗扭性能好?？v梁斷面尺寸確定應(yīng)依據(jù)車型的最大承載量、用途和使用工況來確定。一般，承載量越大使用工況越差，則需要車架斷面尺寸越大，車架斷面尺寸分為腹面高度、翼面寬度和斷面厚度等三方面。

3、車架長度尺寸的確定

表1 車架長度設(shè)計(jì)遵循的原則

整車長度確定后，車架長度可依據(jù)駕駛室長度、貨箱長度、前后懸、軸距布置、車輛實(shí)際使用情況等來確定，一般情況下，車型總布置確定后，根據(jù)整車設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求車架長度也就確定了，設(shè)計(jì)時應(yīng)遵循表1中所列原則。

4、車架縱梁孔位的確定

車架是汽車上各大總成部件的載體，各大總成是通過車架上的連接孔來進(jìn)行鉚接或螺栓連接來實(shí)現(xiàn)的。車架設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)車型總布置確定后，車架上主要總成的孔位也就確定了。車架縱梁上的孔位除了主要總成部件安裝孔外，更多的是一些電器、制動、轉(zhuǎn)向、變速操縱等支架的安裝孔，電、氣管路固定孔、過線孔，和一些車架加工工藝孔如沖壓工藝孔、涂裝吊掛工藝孔、鉚接工藝孔等?？孜徊贾玫暮侠砼c否、孔徑的大小規(guī)范與否直接影響到整車管線布置的合理性、影響到車架的強(qiáng)度、影響到加工過程工藝性的好壞。

為保證車架縱梁在鉆孔后具有足夠的強(qiáng)度，在重載工況下不發(fā)生斷裂等損壞，車架縱梁上的孔位應(yīng)滿足如圖1、圖2所示的要求：

縱梁上的孔位盡量呈現(xiàn)有規(guī)律排列，橫向間隔為50、75、100，為25的倍數(shù)?？墒沟萌缬拖?、儲氣筒等總成位置發(fā)生變化時車架也不需要做更改，這樣比較容易實(shí)現(xiàn)通用化、模塊化。設(shè)計(jì)時，如果總成安裝孔位不能滿足上述要求，此時應(yīng)盡量采用跟上述布置要求接近的方式布置，孔間距盡量采用25 的倍數(shù)，孔徑盡量采用同一規(guī)格。

5、車架橫梁的布置設(shè)計(jì)

車架橫梁和車架縱梁一樣是車架的重要組成部分，車架橫梁承擔(dān)著車架所承受足夠的扭轉(zhuǎn)剛度、縱向和橫向載荷。在車架設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證車架中后部能承擔(dān)最大抗扭能力，并由中部至兩端逐漸減小，構(gòu)成等強(qiáng)度梁，這樣的橫梁布置顯得十分重要。為規(guī)范平臺車架設(shè)計(jì)，減少車架品種，在車架設(shè)計(jì)中橫梁的布置位置和橫梁規(guī)格的選用在同系列車架中盡可能一致。

通常，載貨車車架裝有5～6根橫梁，對于不同軸距的車型，橫梁數(shù)量根據(jù)需要增減，對于在前軸與后橋間的橫梁、長后懸中的橫梁相互間距應(yīng)盡量接近，一般工程車為800mm～1000mm，公路車型為1000～1200mm。

6、軸距變化時車架的設(shè)計(jì)

在車架設(shè)計(jì)時常常會因設(shè)計(jì)車型軸距的變化而需重新設(shè)計(jì)車架。設(shè)計(jì)時需在基礎(chǔ)車架某一部位斷開后將其拉長或縮短。斷開點(diǎn)位置選取應(yīng)滿足基礎(chǔ)車架變化最小、基礎(chǔ)車型相關(guān)子組影響最小為原則，車架斷開點(diǎn)的選擇應(yīng)滿足表2中的要求：

表2 車架變化斷開點(diǎn)選擇注意事項(xiàng)

7、縱梁的強(qiáng)度計(jì)算

在車架設(shè)計(jì)的開始階段,應(yīng)對車架縱梁進(jìn)行簡化的彎曲強(qiáng)度計(jì)算,以初步確定縱梁的截面尺寸，這時可作以下幾點(diǎn)假設(shè)：

（1）縱梁為支承在前后軸上的簡支梁；

（2）空車時的簧載質(zhì)量均布在左、右二縱梁的全長上，滿載時的有效載荷Ge 則均布在車箱全長上；

（3）所有作用力均通過截面的彎曲中心（忽略不計(jì)局部扭轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的影響）。如圖3所示：

通過力矩平衡計(jì)算得前軸支反力為：

駕駛室后端至后橋這一段縱梁的彎矩和剪力為：

可求得靜載荷情況下的最大彎矩值Mmax最大剪力的絕對值則產(chǎn)生在后軸線附近處,其值為：

經(jīng)驗(yàn)表明，汽車在實(shí)際使用條件下（動載荷情況下），最大彎矩和剪力約為靜載下的1.55倍。同時，考慮到在動載下，車架處于疲勞狀態(tài)，一般取疲勞系數(shù)為1.4,故得動載荷下的最大彎矩為：

而最大剪力為：

8、縱梁截面尺寸的確定

對于常見的槽形截面梁（如圖4所示）,可按下式求得其彎曲應(yīng)力：

在選定板料厚度為t的情況下，縱梁翼面的最大寬度應(yīng)為：

μ--泊松比，一般取μ=0.3

E--彈性模量，E=2.1×105N/mm2

按上式求得的彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過縱梁材料的屈服極限σs，縱梁材料一般采用510L,其σs≥ 345MPa。

由于當(dāng)縱梁變形時，上下翼面分別受到壓縮和拉伸的作用而可能導(dǎo)致翼面斷裂。因此，應(yīng)按薄板理論進(jìn)行校核，此時臨界彎曲應(yīng)力為：

因此，車架設(shè)計(jì)非常重要，其是用來連接發(fā)動機(jī)、駕駛室、動力總成、懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前軸、后橋、油箱等各大總成，保證整車正常行駛性能，以上僅是筆者對重型車車架的初步設(shè)計(jì)探討。車架設(shè)計(jì)過程中，車架總成強(qiáng)度是否能夠滿足整車可靠性要求，需要進(jìn)行CAE分析和對車架進(jìn)行臺架試驗(yàn)或通過整車試驗(yàn)來驗(yàn)證車架的可靠性，保證最終能滿足整車性能。

[1] 吉林工業(yè)大學(xué)汽車教研室.《汽車設(shè)計(jì)》.機(jī)械工業(yè)出版社.1983.

[2]《汽車工程手冊》編輯委員會.《汽車工程手冊·設(shè)計(jì)篇》.人民交通出版社.2001.

[3] 陳家瑞.《汽車構(gòu)造》.機(jī)械工業(yè)出版社 .2008.

[4] 王霄峰. 《汽車底盤設(shè)計(jì)》.清華大學(xué)出版社.2010.

特斯拉共享專利 旨在促進(jìn)電動車發(fā)展

Tesla electric car sharing aimed at promoting the development of patent

特斯拉CEO 埃隆馬斯克近日宣布，為了促進(jìn)電動車汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將共享其全部相關(guān)技術(shù)專利。

在一份特斯拉公司官方博客中，馬斯克提到：“我們不會對任何采用我們專利技術(shù)的廠商追求法律責(zé)任。”他認(rèn)為，所謂“專利”只是為那些拒絕進(jìn)步、希望保持地位的行業(yè)巨頭、法律專家而服務(wù)的，并不能為真正的發(fā)明家?guī)硎找妗?/p>

這項(xiàng)計(jì)劃的首個舉措就是特斯拉將其“超級充電站”快充標(biāo)準(zhǔn)向競爭車企和電網(wǎng)公司開放，允許其今后采用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。此外，馬斯克此前還表示特斯拉的商業(yè)模式也可以進(jìn)行共享，帶來的收益就是可降低超級充電站的成本以及允許用戶免費(fèi)使用充電站。

同時，根據(jù)路透社消息，特斯拉或許已經(jīng)與寶馬達(dá)成協(xié)議合作開發(fā)電動車。當(dāng)然，在寶馬之前，特斯拉已經(jīng)為豐田RAV4電動車以及奔馳的電動車開發(fā)過動力總成。

馬斯克認(rèn)為這項(xiàng)決定會促進(jìn)電車行業(yè)的發(fā)展，不僅沒有損害特斯拉的利益，還可以幫助特斯拉吸引世界頂尖技術(shù)人才，市場是有足夠的潛力供大家發(fā)展，投資者完全不用擔(dān)心這項(xiàng)決定會觸碰到特斯拉的底線。

Research on the frame assembly design for heavy-duty vehicle

Li Huan, Cheng Xiuhua
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xian 710200）

The frame not only acts as connect and support all components of vehicle but also bear all loads from inside and outside of vehicle，this paper describes the research of frame assembly about determination of overall dimensions and hole site of main sill，arrangement of cross beam site，calculation of strength for heavy-duty vehicle.

frame；integrated design；hole site design；arrangement of cross beam；calcu lation of strength

U463.32

A

1671-7988(2014)06-78-04

李煥，工程師，主要從事整車設(shè)計(jì)。