大型客车后车架设计.doc

毕业设计（论文）报告纸大型客车后车架设计摘 要本文论述了汽车车架系统的发展趋势、车架的功用、要求、结构与性能，车架类型繁多，说明了汽车在世界工业化过程中不断的创新；使现代汽车工业的迅猛发展，给社会带来了巨大的财富，同时也带给不同需求的用户可以作出多种地选择AbstractThis article describes the developing trend of car frames system ,about the frame of a car with the function,demand,structure,capability and lots of car framestypes,explaining that automobile will produce innovation continuously. Reduce to rapid development in modern automobile industry.Then,bring huge of wealth to our society,meanwhile,bring differents of customers with diversiform choice.目录一、 引言3二、 车型及基本参数的介绍7三、 车架的功用及要求8四、 设计说明计算部分9(一) 车架的受载分析10(二) 车架的强度计算111. 弯曲强度计算122. 计算前轮中心支座反作用力133. 纵梁的弯矩计算144. 纵梁断面特性计算155. 弯曲应力计算166. 临界弯曲应力计算17（三）车架的刚度校核1. 车架纵梁抗弯刚度校核192. 车架的扭转刚度20五、 小结21谢辞22参考文献23 一引言 大型客车按其用途和结构特征的不同，分为城市客车(即公共汽车，又称城市线路客车)与旅游客车2种类型。旅游客车包括市内游览车和中长途旅游车(一般专指后者)。大中城市间供长途旅行的高速线路客车所用的底盘与旅游客车底盘极为接近，也有直接采用旅游客车底盘的，其车身造型也与旅游客车大同小异，仅在车内布置和附属设施方面有一定的差异，故一般长途旅行客车不再单独作为一类。国外大型客车生产比较集中的国家和地区有欧洲、日本、加拿大等，其中欧洲的大型客车技术水平和科研能力居世界首位，中国客车企业引进客车技术也集中在欧日2大系列。全球比较著名的客车及客车底盘生产企业有：德国的奔驰、曼、凯斯鲍尔、尼奥普兰，法国的雷诺，意大利的依维柯(菲亚特集团)，瑞典的沃尔沃和斯堪尼亚，匈牙利的伊卡露斯和日本的五十铃、日产柴和日野等.由于客车行业具有产量低、品种多的特点，所以自动化水平都不是很高，一般大中型客车厂年产量基本保持在2000辆的水平。在上述厂家中，德国的大型客车技术在世界上一直保持领先地位。欧洲欧洲乍为世界商用车的中心，不仅拥有诞生世界上第一辆客车的荣耀，而且拥有庞大和成熟的客车工业体系。数量众多的客车制造企业以及强大的研发能力，使得欧洲在客车诞生100多年之后，依然引领着世界客车工业的方向。从发动机到变速器，从底盘到车身，欧洲无一不走在世界客车业的前列。我国沿用了欧洲的客车排放法规，欧洲IECER66安全标准也正逐渐成为世界的标准。欧洲大型客车的主要技术特点是：发动机功率大、转矩大，且发动机转速有下降的趋势(目前，欧洲大型客车用柴油机最大转矩时转速平均为1190r/min)，这使得车辆行驶速度更快，加速性、爬坡性和可靠性更强，经济性、环保性及安全性更好。1.动力装置几乎全部采用柴油机，王要优点是：(1)热效率高，燃油经济性好，有利于降低大型客车的使用成本；(2)工作可靠，寿命长，一般而言，现代柴油机的大修间隔里程可达50万km，最长可达：100万km，而汽油机只有20万-30万km；(3)可以采用增压中冷技术，以进一步提高发动机的功率，减少废气排放。此外，近年采用混合动力、代用燃料(天然气)发动机的车型曰益增多，采用太阳能、氢燃料等为动力的车型也正处在实验或试用阶段，这2方面车型的市场占有率还无法与柴油机动力客车相抗衡。2.发动机布置型式均采用后置方式。实践表明，在今后一个相当长的时间内，后置式将是高档豪华大型客车发动机布置的主要型式。其主要优点有：(1)发动机与车厢之间的隔离密封性好，车身的振动和运行噪声小，舒适性好；(2)为大型客车布置空调提供了极大的方便，可设计容量较大的行李舱，并有利于内部装饰；(3)使车辆轴荷分布合理，解决了车辆前桥超载问题，从而使转向操纵方便。3.底盘型式底盘的布置型式呈“柔性化”特点，以适应各种车身匹配要求。一般可归纳为3种类型：车架式底盘(非承载式)；三段式底盘(半承载式)、无车架式底盘(承载式)。其中后2种是欧洲目前大型客车底盘的主要型式。今后欧洲大型客车底盘型式的主要发展趋势是无车架底盘和桁架式车身。4.悬架、制动豪华大型客车均采用空气弹簧悬架，并出现了以钢板弹簧为导向元件，与空气弹簧组合的混合悬架，减振效果很好。制动系统采用双管回路式，布置型式为前后轴各自独立的双管回路系统；在结构设计上采用薄壁结构，以减轻制动系统的总质量。5.车身结构大型客车的车身一般分为应力蒙皮结构和骨架承载结构，欧洲大型客车一般采用无车架式底盘与骨架结构车身相结合的结构型式。骨架部分承受载荷，外蒙皮只起装饰作用。现代车身设计广泛采用CAD、CAM等技术手段，多车身框架均要进行有限元计算和分析，以达到最佳的刚度和强度。6.造型欧洲大型客车的造型特点是内饰、色彩设计及车辆舒适性等的高度协调与统一，并通过精湛的加工工艺来实现。例如，在世界高档大型客车生产方面领衔的奔驰公司，其主要造型特点为：三维大曲面设计，所有车身外露线条，除侧围的侧窗下部窗框外，均以曲面连接，大圆弧过渡，其侧窗具有独特的上部弯曲主顶盖，既突出了整车大曲面的造型，又给乘客以良好的视野；普遍采用深色玻璃，增加了内饰的舒适感和居住性。这些完整地体现了客车的豪华、协调、优美和柔中带刚的造型精髓，代表了欧洲典型豪华大型客车的造型特点和风格。7.内饰充分体现以人为本的出发点。例如大型旅游客车的内饰特点是：以舒适、美观和统一协调为原则。乘客座椅设计完全符合人体工程学的各项要求，其造型、材质、色泽与车内统一和谐；车内各种设施齐备，一般都没有酒吧、卫生间、音像系统和完整的空调系统，有的车型还有会议室，甚至厨房等工作和生活设施；车内装饰设计专业化，艺术风格突出，无论是座椅、仪表板，还是侧壁、地板、侧窗等都要进行统一规划。8.安全装置按欧共体法规要求，在欧洲生产和使用的大型客车必须在制动系统中安装防抱死制动系统(ABS)，在4星级标准大型客车上还要安装防侧滑装置(ASR)及缓速器。同时，在设计中重视主动安全中的制动、转向、视野、灯光和被动安全中的乘员保护、安全防护、防火设施等问题。此外，乘员保护系统、碰撞报警系统、侧向雷达探测系统、驾驶者信息系统等都已成为欧洲大型客车公司研究和应用的对象，它们同ABS等系统一样，在不久的将来也会成为大型客车的标准装备。日本在日本，公共汽车车长一般不超过1万990mm，更不发展机动性很差的铰接客车。对于旅游客车来说，为了提高其舒适性，要求尽可能增大车厢容积，因此车长最大达1万1990mm，接近法规的限值。双层客车因稳定性和舒适性差及上下车不方便，在日本使用不多，且主要从欧洲进口，因此早在1994年日本国内就无厂家生产。1.总布置型式与整车参数日本的客车均为平头厢式，大型客车的发动机位置和驱动型式普遍采用发动机后置与4x2驱动型式。一般来说，客车后轮都装双胎。城市客车和旅游客车整车参数的主要差别是：(1)旅游客车车辆高度上限值均比相同车长级的城市客车大；(2)旅游客车装备质量比城市客车大得多，车辆总质量也略大于城市客车；(3)在车长基本相同的情况下，旅游客车乘车定员大大少于城市客车；(4)旅游客车发动机最大功率、比功率和最高速度均明显大于城市客车。2.主要总成结构、参数由表1可以看出：日本大型客车多为直列6缸和V8发动机，并且除个别车型采用6缸直列横置发动机，其他均为直列纵置和V型纵置发动机；在悬架方面，相当多的大型客车采用前轮独立悬架，且空气息架在大型客车中居统治地位；此外，前后悬架上装有减振器(几乎都采用双筒式)以及稳定杆。美洲在我们的印象中，美洲的客车工业总是有些模糊。我们可以很容易在身边发现一辆“通用”牌轿车，也可以轻而易举地找到美洲轿车企业在我国的合作伙伴，但是在客车业合资合作的大潮中，我们却一直没有寻找到美洲客车工业的身影。然而，当我们认真研究美洲的汽车工业时会发现，美洲客车工业同样有着其骄人的一面。除了拥有MCI、Newtlyer等大型客车企业之外，还涌现出Marcopolo这样客车年产量突破1万4000辆的客车业巨人。美洲客车企业正在以其自己的方式成长。作为加拿大老牌客车企业，MCI的产品技术代表美洲的最高水平。从1942年制造了加拿大首辆电车之后，MCI-直保持着一辆客车运营时间长达25年的记录。MCI也曾在第二次世界大战时期全部生产军用吉普、登陆艇等军用装备，随后便专注于客车的制造。MCI在1963年进入美国市场，在20世纪70年代开始向澳大利亚、沙特以及我国台湾出口客车。现在MCI客车产品主要为长途客车、VIP客车、娱乐用车和房车。MCI长途客车主要有E4500、J4500、D4000、D4500等大型客车和F3500等中型客车，其中E4500和J4500在UMA2003展览会中获得了普遍好评。下面介绍MC，系列大型长途客车的主要特点。1.总成特点1)车架结构承载式整体结构。没有底盘车身之分，由每一段格栅片组焊而成。具有足够的刚度和强度，还能有效地降低影响客车寿命的振动和噪声。2)悬架前后悬架均采用空气悬架，双节式囊式空气弹簧，4根推力杆。前悬：4个空气弹簧、1个横向稳定杆、2个油压双向作用筒式重负荷减振器、1个高度控制阀。后悬：4个空气弹簧、2个高度控制阀、4个油压双向作用筒式重负荷减振器。两侧尾随轮：两侧各1个腰鼓形膜式空气弹簧及横向稳定装置，2根尾随轴的摆臂上各有1个筒式减振器。2.材料选用与工艺特点1)材料选用广泛采用不锈钢件。骨架下部分采用不锈钢管，而上部分结构采用高抗拉强度的低合金钢管。前后围蒙皮、地板以下的左右侧围蒙皮及所有行李舱门等，都采用；中压纵向筋条的不锈钢；乘客门处所有踏步板及两围护板、卫生间内下部护板、洗手池、电瓶舱底板、冷却系统膨胀水箱、地板两侧的风道等也采用不锈钢板。地板副侧窗之间的左右侧围蒙皮则用铝板。2)T艺特点防锈、防腐处理：除选用不锈钢、铝(合金)及玻璃钢等防锈、防腐材料外，还进行了较为特殊的防锈、防腐处理。钢结构件在组焊(装)前浸泡或喷涂环氧树脂底漆；不同类型的金属接头之间用树脂或聚酯胶带分隔，以免电解腐蚀；在顶盖和侧围蒙皮的搭接处，填充铝粉树脂进行密封和金属保护。车身表面涂层采用经久耐用的聚氨酯彩色发光釉漆。隔热、隔声处理：顶盖和侧围采用中密度玻璃纤维隔热、隔声，在安装护板前冷压成形。在侧围隔热、隔声材料周围有一层防水膜。后置发动机上面的隔板处，也采用高密度玻璃纤维隔热、隔声。前后车桥上面的地板采用双层结构，中间填充隔热、隔声材料。 3.产品功能多样化MCI公司的部分车型，通过增减车内设施，改变整车布置，选用不同类型的零部件，实现气动折叠式乘客门的安装，降低车身高度，设置伸缩式踏步板装置；通过加装线路牌电子显示器，将普通座椅改为豪华旋转扶椅等措施，最大限度地满足不同用户的要求。总之，MCI除了注重大型客车的安全性、可靠性、舒适性和动力性外，还相当重视实用性及使用寿命。国外大型客车发展的总体趋势是向有利于节约能源，保护环境和提高客车的主被动安全性3方面发展，就客车本身来说，则是提高其动力性、燃油经济性、制动性能、平顺性和操纵稳定性、舒适性等，同时使车身结构与车内设施更理想、更实用。二 车型及基本参数的介绍动力： 采用康明斯M11-C350发动机 进口变速箱 最高时速可达130km/hSH6120系列大型豪华旅游客车技术参数表驱 动 型 式后 轮 驱 动 （4*2）外 型 尺 寸11960*2490*3470mm乘 员 人 数45+1+1轴 距6500mm轮 距 前/后2040/1830mm接近角/离去角11/10行 李 箱 容 积6.1m整 车 质 量 空载/满载12820/16630kg额定功率/最大扭矩261/2100(kw/rpm)最 高 车 速130km/h最 大 爬 坡 度30%制动ABS+ASD驱 动 形 式三车架的功用及要求车架是汽车各总成的安装基体，它将发动机、底盘和车身等总成连成一个有机的整体，即将各总成组成为一辆完整的汽车。同时，车架还承载汽车各总成的质量和有效载荷，并承受汽车行驶时所产生的各种力和力矩，即车架要承受各种静载荷和动载荷为了使车架完成上述功能，通常对车架有如下的要求：（1） 有足够的强度。保证在各种复杂受力的情况下车架不受破坏。要求有足够的疲劳强度，保证在汽车大修里程内，车架不致有严重的疲劳损伤。（2） 有足够的弯曲刚度。保证汽车在各种复杂受力的使用条件下，固定在车架上的总成不致因为车架的变形而早期损坏或失去正常的工作能力。载货汽车车架的最大弯曲桡度应小于10mm（3） 有适当的扭转刚度。当汽车行驶于不平路面时，为了保证汽车对路面不平度的适应性，提高汽车的平顺性和通过能力，要求车架具有合适的扭矩刚度。通常要求车架两端的扭转刚度大些，而中间部分的扭转刚度适当小些。（4） 尽量减轻质量。由于车架较重，对于钢板的消耗量相当大。因此，车架应按等强度的原则进行设计，以减轻汽车的自重和降低材料消耗量。在保证强度的条件下，尽量减轻车架的质量。通常，要求车架的质量应小于整车整备质量的10%四设计说明计算部分（一）车架的受载分析1弯曲强度计算2计算前轮中心支座反作用力向后轮中心支座处求距 FL=纵梁的弯矩计算纵梁断面特性计算弯曲应力计算临界弯曲应力计算（三）车架的刚度校核1. 车架纵梁抗弯刚度校核2.