小车车架设计说明书

毕业设计说明书标题名称：购物车框架设计系名：机械工程系焊接和自动化等级：焊接11.1等级学生名称：指导教师：韩天判2013年6月7日摘要本设计课题是关于小型车的框架设计。 设计的车架结构形式为前后等宽的纵梁式框架，其中纵梁和横梁的截面形状采用槽型，纵梁和横梁通过焊接连接。 说明书详细阐明了小型汽车的方案论证：车架的设计要求、车架结构的确定、车架宽度的确定、车架纵梁形式的确定、车架纵梁和横梁的连接形式的确定、车架的负荷分析。关键字：购物车、框架、设计1绪言1.1概要汽车框架是整个汽车的基础，汽车的主要组件和零件连接在整个汽车的金属框架上。 对于这种金属框架式框架，厂家在生产设计时结构合理，应该考虑生产技术规范，采取一切可靠可行的措施，消除工艺缺陷，保证不受各种复杂力量的破坏。车架作为汽车的承载基础，被卡车、中型以下的公共汽车、中高级车和高级车所采用，支撑发动机离合器、变速器、转向装置、非承载式车身和集装箱等所有弹簧上的质量关系部件，并受到传递的各种力和力矩。 因此，车身框架在所搭载的相关机构间的相对位置在汽车的行驶中保持一定，为了使车身变形最小，需要充分的弯曲刚性的框架也需要充分的强度，从而保证了充分的可靠性和寿命。 纵梁等主要零件在使用期间没有大的变形和裂纹。 车架刚性不足会引起振动和噪音，降低汽车的乘坐舒适度、操纵稳定性及某些零件的可靠性。本说明书仅对非承载力式车身构造形式中的单独的车身框架系统进行了叙述。 由于承载式汽车、前部、后悬架装置、发动机和变速器等传动系零件所施加的力全部由车架承受，所以车架组件的刚性、强度和振动特性等几乎完全决定了车辆整体的强度、刚性和振动特性。 在确保框架组件性能的同时，认真研究和设计框架的性能和完整性。 框架结构多由电弧焊制成，容易发生焊接变形。 不能在设计方面要求精度的地方进行集中焊接，也不能在零件结构方面下功夫，尽量确保各组件的精度。 另外，与其他焊接方法相比，如果采用电弧焊接，则后端部容易产生比较大的缺口，会发生应力集中现象。 因此，与接头位置和焊接端部的处理相对应。车架受到力的状态极其复杂。 当汽车静止时，它由悬架系统支撑，受到汽车各部件和载荷的重力，引起纵梁的弯曲和偏心扭曲(局部扭曲)。 放置汽车的路面不平坦的话，车架整体就会扭曲。 汽车行驶时，载荷和汽车各部件的自身质量及其工作载荷(例如驱动力、制动力和转向力等)对车架各部件施加不同的方向、不同程度和随机变化的动态载荷，车架的弯曲、偏心扭曲和整体扭曲变得更严重，同时，侧弯曲、菱形的倾向此外，根据装置零件的不同，车架可能会产生较大的装置负荷。随着计算机技术的发展，在产品开发阶段，对框架的静应力、刚性、振动模式动应力和碰撞安全等可以进行有限元分析，对轻量化、寿命、振动和噪音特性也能进行初步判断，为缩短产品开发周期创造了有利条件。1.2框架的发展早期汽车使用的车架多由筐状的钢结构梁柱构成，两个平行的主梁上以台阶状的形式添加了很多左右的副梁构成。 车身构筑在车架上，车门、沙板、发动机罩、行李箱盖等钣金零件，由于被车身外独占，所以车身和车架实际上是两个独立的结构。 这个设计的最大优点是轻量化和刚性并存，在很多跑车制造商中很受欢迎，早期的法拉利和兰博基尼采用了这个设计。钢结构设计的车架必须将主梁和副梁通过许多接点连接起来，笼状结构不能腾出很大的空间，除了制造复杂，不利于大量生产外，还不适用于突出空间的四门车。 之后，单体结构的车体框架在车坛成为主流，筐状的钢架也被该车体和车体框架合并而成的单体框架取代，该单体框架一般被称为“底盘”。关于单体框架，简单地说，把发动机室、车厢、行李箱三个空间合并在一起的优点不仅便于大量生产，而且模块化的运用也是主要的考虑因素。 通过采用模块生产的共用战略，汽车厂可以将同一框架分为多个不同的车型，还可以节省很多研发费用。不仅有助于共用，车架也能因材料的不同而发挥轻量化的特性，例如本田NSX所使用的铝合金、法拉利F50、Enzo所使用的碳纤维材料等。 铝合金是80年代末期很受欢迎的工业材料，虽然重量比铁轻，但强度差，用铝合金做单体框架，重量比铁制框架占优势，但强度达不到和铁制框架相同的水平。 只要不追加更多的铝合金材料，就用更多的使用量来弥补强度的不足。 但是，这样的话，重量必然会相对增加，本来为了轻量化而采用铝合金材的动机当然就失去了意义。 因此，铝合金框架并没有成为车坛的主流，而是使用少数高性能跑车、强度更高的碳纤维，或者用碳纤维结合蜂窝状三明治铝合金而成的复合材料取代铝合金。 但是，用碳纤维制作单体框架，制作相当复杂，花费时间，成本也比较高，所以现在也不能普及到普通市售车，只使用了昂贵的跑车。铝合金框架在汽车工厂很少使用，而钢铁框架和铝合金钣金零件的组合方式，近年来受到很多汽车工厂的重视。 这种结构不仅保留了框架自身的强度，而且通过钣金零件的铝合金化能获得轻量化效果，开发成本当然不像碳纤维制单体框架那么贵。在欧美，从90年代开始逐渐提高碰撞事故的安全防护标准也是强调车架刚性的另一个因素。 很多汽车厂为了在发生碰撞事故时确保车内乘客的安全，只需全面强化车身框架和车身，车身框架以外的强度也得到改善，金属板的厚度的变更和各种辅助梁的增设也成为各工厂惯用的手法。 但是，在这种情况下，随着汽车的重量相对增加，在欧美，很多市售车的重量与10年前、20年前相比，都是大幅增加的主要原因。关于刚性的确保，许多汽车厂在新车的设计阶段，利用计算机计算车身框架的刚性需求，并以此作为设计依据。 有些汽车厂在电脑设计好样机后，由专业的试车员进行实际测试。中国一汽集团凌源汽车制造有限公司汽车框架u型槽合数控穿孔线投标成功。 汽车框架u型槽合数控穿孔线是我公司两年前在合肥江淮汽车厂汽车纵梁数控平板穿孔线设计成功的基础上，在汽车纵梁数控穿孔方面的另一象征性成果，填补了国内设计制造汽车框架u型槽合数控穿孔线的空白。 汽车框架u型槽合数控穿孔线的设计制造成功，在汽车制造行业具有划时代的意义，中国在汽车框架数控穿孔加工生产设备上达到国际先进水平，降低了汽车制造行业购买汽车框架数控穿孔线的巨大费用，积极推进中国汽车制造业的快速发展，为中国汽车制造业和国际接战奠定了基础我国框架企业基本具有剪切、冲压、焊接、铆接、油漆、机械加工6种技术能力和完善的检测手段、研究设计中心，具有16吨至3000吨的冷冲压能力，开发、设计、生产各种类型的框架。2设计方案的论证2.1参考车型及其参数参考车型：奥尔贝尔ZB5040XXYBSC3S面包车详细参数：发动机型号： SD4W58-3U发动机输出： 58 kw发动机排量： 2156ML发动机型：柴油发动机外形尺寸(纵横高度):515016952660 mm集装箱扶手内尺寸： 23901588517mm总质量： 3770 Kg公斤保养质量： 1780 Kg公斤额定装载质量： 1665 Kg接近角/离开角： 21/16前悬浮/后悬浮： 1010/1440 mm轴距： 2700 mm车轮负载： 1260/2510 N最高车速： 90 km/h前轮间距： 1240 mm后轮间距： 1360 mm机箱型号： ZB5040XXYBSC3S轴数： 2机箱尺寸(纵横比高度):481016052525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525322226弹簧片数：6/5 32.2车架在实际环境中面临的四种压力评价车架的设计和结构的好坏，首先需要理解车辆行驶中车架受到的各种力。 车架某一面的韧性差的话，即使有更好的悬挂系统，也无法得到良好的操纵表现。 车架在实际环境下必须面对四种压力。负荷弯曲从字面上能很好地理解这种压力，一部分汽车的重量由车架支撑，通过车轴传递到地面。 此压力主要集中在轴距的中心点。 因此，框架底部的纵梁和横梁一般要求较强的刚性。非水平扭转现在，如果对角车轮撞到道路上的凹凸而滚动的话，车架的梁柱就必须承受这个纵向的扭曲压力。 是把塑料片扭转成螺旋状的状况。横向弯曲横向弯曲是指汽车进入弯道时重量的惯性(离心力)倾向于将车身甩向弯道外，轮胎的抓地力与路面形成反作用力，两个相对压力将车架横向扭转。水平菱形扭曲车辆行驶时，各车轮根据路面和行驶状况的不同，各自的车轮受到不同的阻力和牵引力，可以沿水平方向拉动车架使其变形。 这就像把长方形拉成菱形一样。2.3框架设计的技术要求为了使框架符合上述功能，通常对设计的框架有以下要求2.3.1需要足够的强度保证框架不会因受到各种复杂力的使用而破坏。 要求足够的疲劳强度，在汽车修理距离内，保证车架没有严重的疲劳损伤。纵梁非常复杂，设计时要注意各种应力，不仅要改善其分布情况，还要注意不要在同一部位出现各种应力峰值。 例如，请注意，如果纵梁中央的弯曲应力较大，则可以降低扭转应力，减少应力集中，避免压曲。 在前、后，必须重点控制悬挂系统引起的局部扭曲。为了提高纵梁的强度，常用的措施如下(1)提高弯曲强度选定较大的截面尺寸和合理的截面形状(槽形梁截面纵横比一般为3:1左右)。(2)提高局部扭转刚性注意偏心负荷的配置，尽量使接近的几个偏心负荷接近纵梁截面的弯曲中心，减小合成量在偏心负荷大地方设置梁，根据负荷的大小和分散状况来决定连接强度和宽度使悬挂点分布在梁的弯曲中心在偏心载荷远离大梁的情况下，可以采用k梁，或者在闭合截面上形成该段的纵梁偏心载荷大，比较分散的情况下，应该采用闭合截面梁，梁间距也要小挑大断面限制制造应变，减少组件的预应力。(3)提高整体的扭转强度不要使侧梁的截面过大法兰连接的横梁不要太近。(4)减少应力集中和疲劳敏感尽量缩小法兰的孔(特别是高应力区域)，不要在法兰上放置大的孔注意外形的变化，不要引起波纹或太薄注意加强端部的形状和连接，避免刚性急剧变化避免对槽形梁的凸缘边缘进行焊接，特别讨厌短焊接和“点”焊接。(5)减少失稳受压法兰的宽度和厚度之比不要太大(总是12左右)在容易出现波纹的地方限制其平坦度。(6)局部强度强化采用大板厚增大托架的紧固面的尺寸，增加紧固数，尽可能使力的作用点靠近腹板的上下侧面。2.3.2框架的轻量化因为车架很重，所以对钢板的消耗量相当大。 因此，车架采用等强度原则设计，减轻汽车自重，减少材料消耗量。 在保证强度的条件下，尽量减轻车架的质量。 通常，车架的质量必须在整车保养质量的10%以下。本设计主要通过对车架的侧梁进行简单的弯曲强度计算，使车架的侧梁具有足够的强度，来确定车架的截面尺寸。 (参照材料力学 )另外，现在钢材价格高涨，汽油价格上涨，从生产汽车的经济性考虑，整车的质量也要尽量减轻。 从生产技术角度来看，横梁采用简便可靠的连接方式，不仅降低了工人的工作强度，还能提高车架的强度。2.4确定框架结构2.4.1帧类型的选定车架的构造形式分为侧梁式、中梁式(或脊梁式)和综合式。 另一方面，轿车和轿车上车身和车架一体化的车身被称为“半承载式车身”，加强后的车身完全作为车身框架发挥作用的车身被称为“承载式车身”，车身框架没有另外设置。 随着节能技术的发展，为了减轻自重，越来越多的轿车采用了承载力式车身。 首先，列举了各帧的特征。(1)侧车架的结构该车身框架由两根纵梁和连接两根纵梁的几个梁构成，通过铆接和焊接将纵横梁连接在牢固的刚性框架上。 纵梁通常用低合金钢板冲压，截面一般为槽型、z星或箱形截面。 梁用于连接纵梁，保证车架的扭转刚性和承载能力，也用于支撑汽车的主要部件。 侧梁式车架可为改造车提供方便的安装框架，广泛应用于装载车和特殊车。 其弯曲刚性很大，但受到扭矩后，各部分同时发生弯曲和扭曲。 其优点是车身、车辆的安装和其他组件的配置容易，汽车的改造和变形容易，因此广泛应用于装卸车、越野车、特殊车、卡车底盘改造的公共汽车中。 中轻型轿车也被采用，但轿车很少。装卸车使用的侧梁式框架(图2-1