双层客车车架设计

南京理工大学车辆工程学院双层客车车架设计班级：车辆0902姓名：指导老师：2013.6.10双层客车车架设计1设计要求我所研制的JS6123S型双层客车长为12m、6x2中轴驱动，上层为座位、下层能站立的超低地板双层客车。根据整车和底盘总布置，车架设计必须满足下列要求：发动机后置；前、后均采用空气弹簧悬架；主要乘客区的地板上平面离地高度不大于45omm;最小离地间隙不小于200mm。2方案确定目前，国内、外的超低地板双层客车大多数采用空气弹簧，车架有多种形式。但无论是边梁式或格子栅栏式，还是边梁和格栅混合式，车架多数做成一个整体，不但高度很低，而且从前到后变化不大。而我国由于没有国外那种高强度、大负荷及小尺寸的车桥，所以，目前还不可能把车架做得很低和前后基本统一。因此，按照国产车桥的具体情况，参照我们以往的设计经验，为了达到设计指标，决定采用由前、中、后三段铆接而成、有纵梁的三段式车架(见图1)。图1JS6123S型超低地板双层客车三段式车架示意图3车架的具体设计3.1车架高度、宽度及长度的确定高度:从底盘布置可以看出，由于中段不安装底盘总成，可做得很低、很平整，是主要乘客区。因此，把中段作为高度设计的基准。根据上平面离地高度必须小于450mm、最小离地间隙又必须大于200mm这一设计指标，我们将中段上平面离地高度定为420mm，车架厚度为200mm，从而确保了设计指标;但对于前、后段，由于前、后车桥高度大大超过450mm，所以，车架上平面离地高度也就无法达到低于450mm的指标，其高度只能依车桥而定。这样，前段和中段、后段和中段各有一个高度差，这也是车架做成三段式的原因。经计算，前段和中段、后段和中段的高度差分别为318mrn和5l7mm。宽度:根据前桥及前空气弹簧悬架的结构形式和技术参数，为保证车架既不与转向轮干涉，又不与前悬架相碰撞，经综合考虑后，确定前段车架两纵梁外侧宽度为700mm。后段车架的宽度主要取决于发动机的装配尺寸，按照所选定的斯太尔发动机的安装需要，后段两纵梁外侧宽度定为820mm。为了车架的完整、统一，制造简便，中段车架的宽度和后段一样，也为820mm。长度:根据车架与整车总长及前、后围的相对关系，并参照车架长度一1.4~1.7轴距的经验公式，确定车架长度为1174Omm。3.2横梁的设置横梁作为车架的重要构件，其数量、位置乃至形状对车架的强度和刚度，尤其是抗扭刚度都有很大的影响。横梁的设置应在充分考虑底盘总成件安装的前提下，保证车架有足够的强度和刚度。该底盘上采用全空气弹簧悬架，前后共有8个空气弹簧、两对V型推力杆和两对纵向推力杆。另外，还有转向器过渡支架和发动机等。这些总成的工作载荷非常大，从而使车架产生很大的局部应力和变形。因此，我们在前段的转向器过渡支架两端、前空气弹簧两端、前推力杆支座处和在后段的空气弹簧、后推力杆支座及发动机等处都设置了横梁，以抵抗车架的变形，降低局部应力，确保车架安全。中段是车辆的主要乘客区，在该区内没有安装任何底盘总成，因而也就没有大的集中载荷.车架承受的仅仅是本身的重力和乘客的均匀载荷。所以，在中段均匀地设置了3根完全相同的横梁。在诸横梁中，特别值得一提的是前、后段的板横梁。该车架的大部分横梁都是槽形截面、尺寸不大，一般为200mmx80mmx50mm且为断开式。而板横梁却大不相同，它的截面是Z形、贯通式的。从纵向看.近似一个完整的平面•其而积前板横梁约为2360mmX318mm.后板横梁约为2360mmx507mm。这两个板横梁不仅形状独特.而［L泣置也很特殊。前板横梁处干前段的后端而.后板横梁处于后段的前端面，即处于三段式车架的两个界而—丘。有了这两个板横梁.地面垂直反力经车轮、乍桥、空气弹簧及其支架传给板横梁后，直接传给车身，无需再经过纵梁。这就避免了安装普通钢板弹簧悬架汽车的状况:地面垂直反力传到车桥、钢板弹簧及吊耳支座后，必须经纵梁再传给横梁，最后传至车身。这样的设计使车架载荷到了前、后两板横梁处即被分流，从而大大减小了中段的压力，为中段高度的降低创造了条件。3.3前、中、后三段的结构特点虽然三段式车架允许每一段的高度不相同，但作为一个整体，都必须服从整车的要求。图2前段车架断面示意图1一横梁;2一纵梁(l)前段:前段乘客门是乘客进出的通道之一，按照整车要求，前段一下层内高必须大于1650mm。为此，在前段的结构设计中，我们作了这样的安排：如图2,我们把横梁l放在纵梁2下面，利用纵梁本身的460mm的通道，以便乘客出入。(2)中段:如前所述，中段是主要的乘客区，我们把中段车架做得很平整，如图3所示。纵梁和内、外横梁对接，构成了一个很大的平面以满足整车要求。图3中段车架断面示意图1一纵梁;2一内横梁;3一外横梁(3)后段：由于发动机后置，所以.后段的总成件特别多，空间相当紧张.难以进行统一的布置。虽然，我们也象前段那样设置了一个通道，但受空间限制，通道不能一直到底，而是就势分为两级，宽度都为420mm，深度前一级为200mm，后一级为120mm，如图4所示。图4后段通道示意图a:第一级通道深度a=200mmb:第二级通道深度B=120mm3.4车架的连接(1)横梁和纵梁的连接:车架作为一个整体，设计时首先应保证每个构件的强度和刚度，但连接部位若相对薄弱，则破坏往往出现在这些部位。多次实践表明，增大连接面积是增强连接强度最有效的方法。由于采用断并式横梁为了使内、外横梁和纵梁连接牢固，我们对螺栓连接、铆接、焊接三种方式作了分析比较，最后决定采用以铆为主，铆焊结合，通过过渡件来连接纵梁和内、外横梁的方法。其目的是加大连接面积，减小局部应力，保证连接的牢固可靠。该车架除后段一部分外横梁采用与纵梁侧面连接外，其余大部分内、外横梁均与纵梁的上、下面连接。

图5为后段外横梁与纵梁的连接。外横梁3先焊在连接板2上，然后，连接板2再和纵梁1相铆接。图5后段外横梁与纵梁的连接1一纵梁:2一连接板；3一外横梁;落一铆钉图6为中段内、外横梁与纵梁的连接。先用上八角板2把纵梁5、内横梁1、外横梁6的上平面铆接，然后，再用下八角板3把纵梁5、内横梁1、外横梁6的下平面铆接。

图6中段内、外横梁与纵梁的连接1一内横梁；2一上八角板;3一下八角板；4一铆钉;5一纵梁:6一外横梁图7为前段内、外横梁与纵梁的连接。内横梁封板2和内横梁l焊成一体后与纵梁3的下平面铆接;外横梁6的上平面通过八角板5和纵梁3的上平面铆接，下平面则和内横梁封板2铆接。图7前段内、外横梁与纵梁的连接1一内横梁；2—内横梁封板;3一前段纵梁;4一铆订;5—_t八角板;6—外横梁(2)三段间的连接如前所述.，由于车架前、中、后三段存在着较大的高度差，并且前段和中、后段宽度不一致，因此，三段间的连接就成了该车架设计的关键。为了克服三段间结合面高度及宽度突然变化所造成的应力急剧变化，使连接既有足够的强度，又有合适的刚度。经反复分析比较，我们决定借用前、后段的板横梁和两个辅助托架作为前段和中段、后段和中段的连接件，并尽量增大连接面积，以分散载荷，确保连接的牢固可靠。前段和中段的连接如图8所示，前段板横梁4先和辅助托架2铆接为一体，前段纵梁l再分别和板横梁4、托架2铆接.然后.再把中段纵梁5分别和板横梁4、托架2铆接。图9为后段和中段的连接，其连接方式和前、中段连接完全相同只是具体尺寸不同而已。

图8前段和中段的连接1一前段纵梁;2一托架;3一铆钉:4一钢板横梁;弓一中段纵梁图8前段和中段的连接1一前段纵梁;2一托架;3一铆钉:4一钢板横梁;弓一中段纵梁图9后段与中段的连接中段纵梁1一后段纵梁;2一托架;3一铆钉;4一钢板横梁;5中段纵梁4车架的主要尺寸和材料参数主要尺寸参数(mm)总长11740中段长3840后段长4970前段长2930中段纵梁外侧宽820后段纵梁外侧宽820前段纵梁外侧宽700中段高420后段高937前段高728主要材料及截面尺寸(mm)纵梁16MnL]Zo0X8oX7前段外横梁Q235A〕200只soxs板横梁Q23