1、山东科技大学大学本科生毕业设计（论文）低速载货汽车车架和悬架的设计摘 要本课题结合生产实际，对低速载货汽车车架及悬架系统进行了设计。设计内容主要包括：参与总体设计；车架、悬架结构型式分析和主要参数的确定；车架、悬架结构设计。整个设计过程遵循以下原则和技术标准：规范合理的型式和尺寸选择，结构和布置合理；保证整车良好的平顺性能。工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；尽量使用通用件，以便降低制造成本；在保证功能和强度的要求下，尽量减小整备质量。低速载货汽车上用得比较广泛的是边梁式车架和非独立悬架，因为边梁式车架和非独立悬架结构简单，比较经济实用，便于维修和改装。考虑到车架和悬架在整车设计中的
2、作用，首先进行了车架、悬架的总体设计，然后对车架、悬架结构进行了设计，最后对车架、悬架的结构进行了受力综合分析，在次基础上确定了它们的主要参数。关键词： 低速货车;车架;悬架;设计山东科技大学大学本科生毕业设计（论文）ABSTRACTThis topic combined production, the low speed truck frame and suspension system have been designed. The main content of the design include: the design of the participation system, ana
3、lysis of the structure pattern of the frame and suspension and determination of the main parameter, design of the structure of the frame and suspension.During the entire design process, the principles and the technical standards are followed: the reasonable pattern and the size, the structure and ar
4、rangement; the good smooth performance of the entire vehicle; with reliable work, simple structure, loading and unloading, advantageous for the service and the adjustment; as far as possible general parts, in order to reduce the cost of the production, the function and the intensity request are guar
5、anteed, the quality is reduced as far as possible.The side frame and non- independent suspension are used quite widely on the low speed truck, because the side frame and non- independent suspension structure are simple, economical and practical, advantageous for the service and the refit. Considered
6、 the function of the frame and suspension in the entire vehicle design, firstly that the whole of the frame and suspension system is carried on designing, then the structure of the frame and suspension have been carried on designing, finally the stress generalized analysis of the structure of the fr
7、ame and suspension has been carried on, their main parameter has been determined in the inferior foundation.Key words：Low Speed Truck; Frame; Suspension;design山东科技大学大学本科生毕业设计（论文）目 录摘要 IAbstractII目录 第 1 章 前言1.1 车架的发展1.2 悬架的发展第 2 章 总体方案论证21 设计选型原则22 设计内容第 3 章 主要尺寸参数的选定31 外廓尺寸32 质量参数第 4 章 车架总成设计41 车架的结
8、构设计42 车架的技术要求第 5 章 车架的设计计算51 车架的计算52 车架载荷分析53 车架弯曲强度的假设54 车架弯曲强度的计算第 6 章 悬架的总成设计61 悬架的设计要求62 悬架的两种形式63 悬架的主要参数的确定第 7 章 钢板弹簧的设计计算71 钢板弹簧的布置方案72 钢板弹簧主要参数的确定73 钢板弹簧的刚度验算74 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算75 钢板弹簧的强度验算结论参 考 文 献致 谢附 录山东科技大学大学本科生毕业设计（论文）第 1 章 前言车架和悬架系统是汽车设计的重要部分，因为它们的好坏直接关系到汽车各个方面（操控、性能、安全、舒适）性能。 现代
9、汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架。汽车车架是整个汽车的基体，在它上面安装着汽车的各个主要总成（发动机、传动系、 汽车车身和车箱等)/并把这些总成联合成为一辆完整的汽车。另外，车架还承:受作用于汽车上的所有静载荷（悬挂以上的汽车各总成的重量和有效载荷）和汽车行驶时产生的动载荷 (各种力和力矩)。为了使车架具有上述功能，对汽车车架有如下的一些要求：要有足够的强度：必须保证在各种复杂受力的情况下不致破坏。要求具有足够的疲 劳强度，在汽车运行 3050 万公里以前，不致有严重的疲劳损伤。1. 要有合适的刚度：保证汽车在各种使用条件下，固定在车架上的各总成不致因为车架的变形而早期损坏或失去正常工作能
10、力，故车架应有足够的刚度。但是，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，以提髙汽车的平顺性和通过能力，又要求车架具有一定的挠性，即扭转刚度不宜过高。2. 在保证强度的前提下,应尽量地减轻车架的重量：车架的重量约占汽车自重的 10%, 用于车架的钢板消耗量也相当大，例如解放牌汽车的车架纵、横梁所消耗的钢板占全车钢板消耗量的 40%左右。因此，车架应按照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。当今，对车辆轻量化和降低成本的要求越来越高，于是对车架的结构形式设计有高的要求。首先要满足汽车总布置的要求。汽车在复杂多边的行驶过程中，固定在车架上的各总成和部件之间不应发生
11、干涉。汽车在崎岖不平的道路上行驶时，车架在载荷作用下可能产生扭转变形以及在纵向平面内的弯曲变形；车架布置的离地面近一些，以使汽车重心位置降低，有利于提高汽车的行驶稳定性。车架是一种受力情况很复杂的构件，目前在进行车架设计时，一般只进行抗弯强度计算，在抗扭强度计算方面还有不少问题尚未得到解决，所以车架设山东科技大学大学本科生毕业设计（论文）计尚未建立完整的计算方法。设计时除进行抗弯强度计算之外，还对国内现有的同类型汽车车架断面尺寸进行统计和核算，以作为选择断面的参考依据. 随着计算机技术的发展，在产品开发阶段，对车架静应力、刚度、振动模态以至动应力和碰撞安全等已可进行有限元分析，对其轻量化、使用
12、寿命，以及振动和噪声特性也可以做出初步判断，为缩短产品开发周期创造了有利条件。悬架设计是研究悬架系统的搌动特性，讨论悬架设计对平顺性、稳定性和通过性等性能 的影响，从而作出妥善设讣。汽车悬架是将车架（或车身）与车轴（或直接与车轮）弹性联接的部件，其主要功用如下：1. 缓和、抑制由于不平路面所引起的振动和冲击，以保证汽车有良好的平顺性。2. 迅速衰减车身和车桥（或车轮）的振动。3. 传递作用在车轮和车架（车身）之间的各种力（垂直力、纵向力和横向力）和力矩 (制动力矩和反作用力矩)。4. 保证汽车行驶所必要的稳定性。汽车悬架通常由弹性元件、导向机构和减震器等三部分组成。弹性元件主要用来传递垂 直力
13、和缓和冲击。当横向角刚度较小时，有时还装有横向稳定器以减小车身的横向摆动。导 向机构用来决定车轮相对于车架（或车身）的运动特性，以保证有必要的稳定性，同时传$ 除垂直力以外的力和力矩。减震器用来迅速衰减车身和车桥（或车轮）的振动。目前，最广泛采用的钢板弹簧，不仅用作弹性元件而且兼起导向作用（通过卷耳和支 座）和阻尼作用、（通过片间摩擦）。在进行设计时，要满足以下几点要求：a规范合理的型式和尺寸选择，结构和布置合理。b保证整车良好的平顺性能。c工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。d尽量使用通用件，以便降低制造成本。e在保证功能和强度的要求下，尽量减小整备质量。f其它有关产品技术规范和标
14、准。山东科技大学大学本科生毕业设计（论文）目前，农用运输车不能满足“三农”市场需求，突出表现为一般产品生产能力过剩，技术水平低，而市场急需的高质量经济型产品不能满足需求。结合生产实际，在农用运输车基础上对低速载货汽车车架及悬架系统进行了设计。1.1 车架的发展早期汽车所使用的车架，大多都是由笼状的钢骨梁柱所构成的，也就是在两支平行的主梁上，以类似阶梯的方式加上许多左右相连的副梁制造而成。车体建构在车架之上，至于车门、沙板、引擎盖、行李厢盖等钣件，则是另外再包覆于车体之外，因此车体与车架其实是属于两个独立的构造。这种设计的最大好处，在于轻量化与刚性得以同时兼顾，因此受到了不少跑车制造商的青睐，早
15、期的法拉利与兰博基尼都是采用的这种设计。由于钢骨设计的车架必须通过许多接点来连结主梁和副梁，加之笼状构造也无法腾出较大的空间，因此除了制造上比较复杂、不利于大量生产之外，也不适合用在强调空间的四门房车上。随后单体结构的车架在车坛上成为主流，笼状的钢骨车架也逐渐改由这种将车体与车架合二为一的单体车架所取代，这种单体车架一般以“底盘”称之。 关于单体车架，简单的说就是将引擎室、车厢以及行李厢三个空间合而为一，这样的好处除了便于大量生产，模组化的运用也是其中主要的考虑。通过采取模组化生产的共用策略，车厂可以将同一具车架分别使用在数种不同的车款上，这样也可节省不少研发经费。除了有利于共用，车体车架也可
16、以通过材料的不同来发挥轻量化的特性，例如本田 NSX 所使用的铝合金以及法拉利 F50、Enzo 所使用的碳纤维材料等。铝合金是 80 年代末期相当热门的一种工业材料，虽然重量比铁轻，但是强度却较差，因此如果要用铝合金制成单体车架，虽然在重量上比起铁制车架更占优势，但是强度却无法达到和铁制车架同样的水准。除非增加更多的铝合金材料，利用更多的用量来弥补强度上的不足。不过这样一来，重量必然会相对增加，而原本出于轻量化考量而采用铝合金材料的动机，当然也就失去了意义。也正因为这个原因，铝合金车架在车坛上并未成为主流，少数高性能跑车或是使用了强度更高的碳纤维，或是用碳纤维结合蜂巢状夹层铝合金的复合材料取
17、代了山东科技大学大学本科生毕业设计（论文）铝合金。但是要用碳纤维制成单体车架，在制作上相当复杂且费时，成本也相对更高，所以至今仍无法普及到一般市售车上，而仅有少数售价高昂的跑车使用。尽管铝合金车架鲜有车厂使用，不过用钢铁车架搭配铝合金钣件的方式，近年来却受到不少车厂的重视，这样的结构不仅可以保留车架本身的强度，同时也可以通过钣件的铝合金化来取得轻量化效果，在研发成本上自然也不像碳纤维制的单体车架那样昂贵。欧美从 90 年代开始逐渐提高了撞击事故的安全防护标准，这也是凸现出车架刚性重要的另一原因。许多车厂为了在撞击事故发生时能够确保车内乘员的安全，惟有针对车架以及车体进行全面强化，这也使得除了车
18、架以外的强度有所改善，包括钣件厚度的改变以及各种辅助梁的增设也成为各厂惯用的手法。不过在这样的情况下，伴随而来的是车重相对增加，这也正是欧美日许多市售车的重量比起 10 年前、20 年前增加不少的主要原因。关于刚性的确保，大多数车厂在新车的设计阶段，都是利用电脑计算出车架的刚性需求，并以此作为设计依据。有些车厂在用电脑完成设计雏形后，还会再由专业的试车人员进行实际测试。中国第一汽车集团凌源汽车制造有限公司汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线竞标成功。 汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线是我公司继两年前成功设计制造了合肥江淮汽车厂汽车纵梁数控平板冲孔生产线的基础上，在汽车纵梁数控冲孔方面的又一标志
19、性成果，填补了国内设计制造汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线的空白。汽车车架 U 型槽合数控冲孔生产线的设计制造成功，在汽车制造行业具有划时代的意义，标志着中国在汽车车架数控冲孔加工的生产设备方面达到了国际先进水平，降低了汽车制造行业购置汽车车架数控冲孔生产线的巨大费用，积极推动了中国汽车制造业的飞速发展，为中国汽车制造业早日与国际接轨奠定了基础。我国的车架企业基本拥有剪切、冲压、焊接、铆接、油漆、机加工六大工艺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，具备了开发、设计、生产各种类型车架。1.2 悬架的发展山东科技大学大学本科生毕业设计（论文）科技进步是人
20、类永恒的追求。在马车出现的时候，为了乘坐更舒适，人类就开始对马车的悬架 叶片弹簧进行孜孜不倦的探索。在 1776 年，马车用的叶片弹簧取得了专利，直到 20 世纪 30 年代， 叶片弹簧才逐渐被螺旋弹簧代替。汽车诞生后，相继出现了扭杆弹簧、气体弹簧、橡胶弹簧、钢板弹簧等弹性件，1934 年世界上出现了第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架。被动悬架的参数根据经验或优化设计的方法确定，在行驶过程中保持不变，但它很难适应各种复杂路况，减振的效果较差。被动悬架主要应用于中低档轿车上，现代轿车的前悬架一般采用带有横向稳定杆的麦弗逊式悬架，比如桑塔纳、夏利、赛欧等车，后悬架主要有复合式纵摆臂悬架和多连杆悬架等。
21、半主动悬架的研究工作开始于 1973 年，由 D.A.Crosby 和 D.C.Karnopp 首先提出，现仍具有很好的发展前景。随着道路交通的不断发展，汽车车速的提高，被动悬架的缺陷逐渐成为提高汽车性能的瓶颈。1954 年,美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出了主动悬架的概念。它在被动悬架的基础上,增加可调节刚度和阻尼的控制装置，控制装置通常由测量系统、反馈控制系统、能源系统等组成，可以使汽车的悬架在任何路面上保持最佳的运行状态。20 世纪 80 年代，世界各大著名的汽车公司和生产厂家竞相研制开发这种悬架，丰田、洛特斯、沃尔沃、奔驰等在汽车上进行了较为成功的试验。装备主动悬架的汽车，行驶中车
22、身非常平稳，轮胎的噪音小，但结构复杂、能耗高、成本昂贵、可靠性存在问题。由于种种原因，我国的汽车在半主动和主动悬架的研究方面起步晚，与国外的差距大，绝大部分采用被动悬架。在西方发达国家，半主动悬架在 80 年代后期趋于成熟，福特公司和日产公司首先在轿车上应用，取得了较好的效果。主动悬架由于控制复杂，到上世纪 90 年代，仍仅应用于排气量大的豪华汽车。由于汽车行驶的平顺性和操纵稳定性的要求，具有安全、智能和清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势。(1)被动悬架是传统的机械结构，刚度和阻尼都是不可调的，但由于其性能可靠、成本相对低廉且不需额外能量，在我国现阶段仍然有较高的研究价值。研究主要集
23、中在三个方面：寻找悬架的最优参数；研究可变刚度弹簧和可变阻尼的减振器；研究导向机构，使汽车悬架在满足平顺性的前提下，稳定性有较大的提高。半主动悬架的研究集中在两个方面：执行策略的研究；执行器的研究。阻尼可调减振器主要有两种，一种是通过改变节流孔的大小调节阻尼；一种是山东科技大学大学本科生毕业设计（论文）通过改变减振液的粘性调节阻尼。通过改变减振液的粘性来改变阻尼系数，具有结构简单、成本低、无噪音和冲击等特点。主动悬架研究也集中在两个方面:可靠性;执行器。由于主动悬架采用了大量的传感器、单片机、输出输入电路和各种接口，元器件较多，降低了悬架的可靠性，因此加大元件的集成程度是一个不可逾越的阶段。执
24、行器的研究主要是用电气动力系统中的直线伺服电机和永磁直流直线伺服电机逐渐取代液压执行机构。运用电磁蓄能原理，结合参数估计自校正控制器，可望设计出高性能、低功耗的电磁蓄能式自适应主动悬架，使主动悬架由理论研究转化为实际应用。悬架技术的每次跨越，都和相关学科的发展密切相关。计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为悬架的进一步发展提供了有力的。同时，悬架的发展也给这些相关学科提出更高的理论要求，使人类的认识迈向新的、更高的境界。山东科技大学大学本科生毕业设计（论文）第 2 章 总体方案论证2.1 设计选型原则2.1.1 车架的设计方案根据纵梁的结构特点，车架可分为以下
25、几种方案X 形车架，,它是由二根纵梁及 X 型横梁组成的 X 型车架实质上是边梁式车 1 的改进，其目的在于提高车架的抗扭刚度。X 型车架之所以能达到这一目的，是因为当车架受扭时，X 型横梁能将扭矩转换成弯矩的缘故。 但是狭而长的车架采用 X 型横梁并无明显优点，这是因 X 型横梁太长时,受压的一根可能丧失稳定,失去抵抗能力因此，X 型横梁的优点仅对短 而宽的车架较有效，最适宜于小客车。2、梯形车架，梯形车架是由两根相互平行的纵梁和若干根横梁组成。其弯曲刚度较大，而当承受扭矩时，各部分同时产生弯曲和扭转。其优点是便于安装车身、车箱和布置其他总成，易于汽车的改装和变型，因此被广泛地用在载货汽车、越野汽车、特种车辆和用货车底盘改装的大客车上；梯形车架
