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機(jī)電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
設(shè)計(jì)題目: ZY1160貨車底盤總體及車架設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
專業(yè)班級(jí)：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
目錄
一 底盤總體 2
1 概論 2
3 功用 3
4 方案分析 3
5 底盤總體設(shè)計(jì)總結(jié) 15
二 車架 15
1 車架的作用及要求 15
2 車架結(jié)構(gòu)形式的確定 16
3 縱梁與橫梁連接方式的確定 19
4 車架的設(shè)計(jì)與計(jì)算 20
5 車架設(shè)計(jì)總結(jié) 26
三 總結(jié) 27
致謝 27
參考資料 27
前言：
在現(xiàn)代社會(huì)汽車是最重要的交通工具。在貨運(yùn)方面汽車有著其他運(yùn)輸工具比如輪船、火車、飛機(jī)等無(wú)法無(wú)法企及的地位。對(duì)于貨車來(lái)言，沒(méi)有在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中太多的限制。容易實(shí)現(xiàn)“門對(duì)門”的便利。隨著社會(huì)的發(fā)展現(xiàn)在重型貨車市場(chǎng)的需求量不斷增高，這也就使重型貨車制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)者有所增加，這些貨車制造企業(yè)都非常注重自身技術(shù)的積累，注重提升產(chǎn)品的質(zhì)量提高自身效益以期能夠在現(xiàn)在以及未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地。面對(duì)這樣的情況各個(gè)企業(yè)都在車型創(chuàng)新改進(jìn)技術(shù)方面下了不少的功夫以期提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。
一 底盤總體
1 概論
主要有傳動(dòng)、行駛和轉(zhuǎn)向及制動(dòng)系統(tǒng)組成的底盤是貨車的一個(gè)重要組成部分。底盤是一個(gè)整體，與其組成部分是整體與部分的關(guān)系，整體的功能不僅僅是各個(gè)組成部分功能的綜合，要想有一個(gè)良好的整體性能要不僅僅需要各個(gè)組成部分有過(guò)硬的質(zhì)量，更需要各個(gè)部分之間的協(xié)調(diào)，底盤也正是這樣，要想有一個(gè)性能優(yōu)異的底盤各個(gè)總成、部件的質(zhì)量?jī)?yōu)異的同時(shí)還應(yīng)該它們的之間良好的配合。一個(gè)好的傳動(dòng)、行駛、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)固然很重要，但如果他們之間不能協(xié)調(diào)配合那么底盤的綜合性能將會(huì)變得很差。因此一個(gè)良好的底盤總體設(shè)計(jì)往往是后續(xù)工作的基礎(chǔ)。
圖一 貨車的底盤總成
2 組成
底盤主要有傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及制動(dòng)系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成。圖一展示了貨車底盤的主要組成。
3 功用
底盤是用來(lái)固定車身以及各種總成及部件的，同時(shí)底盤可以實(shí)現(xiàn)能量的傳遞，為汽車的正常行駛提供保障，其次由來(lái)自地面對(duì)于汽車的各種反作用力都是有底盤承受的。最后在復(fù)雜的路況上底盤通過(guò)各種運(yùn)動(dòng)及力的轉(zhuǎn)化能夠保證汽車能夠依照駕駛員的需求而有相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)狀態(tài)。
4 方案分析
4.1 貨車的形式
貨車的形式對(duì)于貨車的底盤有著很重要的影響，對(duì)于各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)以及底盤的總體布置有著決定性的作用。因此在底盤總體設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)總要予以充分的考慮。
4.1.1軸數(shù)
貨車的軸數(shù)就是貨車上車軸的數(shù)目，多數(shù)情況下為兩軸，但是隨著貨車總質(zhì)量的增加軸數(shù)也會(huì)有所變化，軸數(shù)需要有所增加這是可以采用三軸的形式，早或者可以用到四軸乃至更多的軸數(shù)。同時(shí)軸數(shù)的多少還受到了相關(guān)法律法規(guī)的限制。
隨著貨車裝載質(zhì)量的增加，貨車的整備質(zhì)量以及總質(zhì)量都會(huì)相應(yīng)的增加。如果其軸數(shù)一定，而貨車總質(zhì)量增大，這就會(huì)使公路的承載增加，當(dāng)公路的負(fù)荷大于一定界限的時(shí)候會(huì)對(duì)公路造成破壞，使公路的壽命縮短。為了提高公路這種基礎(chǔ)設(shè)施的使用年限，國(guó)家采取了一些強(qiáng)制措施，對(duì)于貨車的軸荷提出了一定的要求，并且寫(xiě)進(jìn)了相關(guān)法律法規(guī)中為設(shè)計(jì)者在選擇軸數(shù)的時(shí)候提出了一定的要求。貨車的總質(zhì)量過(guò)大以至于使軸載大于相關(guān)規(guī)定應(yīng)該采取增加軸數(shù)的方法來(lái)降低軸載，但是這會(huì)使整車結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜，并且是制造成本增加使整備質(zhì)量也有所加大。同時(shí)如果增加軸數(shù)但轉(zhuǎn)向軸數(shù)不變，則貨車的最小轉(zhuǎn)彎直徑會(huì)增大，這樣就會(huì)造成后輪胎的磨損加快，因此盡量不要增加貨車車的軸數(shù)。
根據(jù)從事車輛工程行業(yè)的前輩的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于那些總質(zhì)量在19噸以下的貨車可以采用兩軸的形式，這樣可以降低成本，另外還可以是貨車的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。故本次設(shè)計(jì)的ZY1160型貨車選用兩軸式。
4.1.2 驅(qū)動(dòng)形式
貨車的驅(qū)動(dòng)形式有兩個(gè)數(shù)字表示，貨車的總輪數(shù)可以從第一個(gè)數(shù)字得到，而貨車的驅(qū)動(dòng)輪數(shù)則是由第二個(gè)數(shù)字標(biāo)示的，如為雙輪結(jié)構(gòu)則將雙輪看做一個(gè)輪，驅(qū)動(dòng)形式常見(jiàn)的主要有等形式，還有以及等形式。
貨車的總質(zhì)量受到驅(qū)動(dòng)形式的影響，與此同時(shí)貨車的動(dòng)力性以及通過(guò)性也與驅(qū)動(dòng)形式有密切的關(guān)系，還有就是貨車的用途對(duì)于驅(qū)動(dòng)形式也提出了一定的要求，例如經(jīng)常形式在不利路面條件下的貨車的驅(qū)動(dòng)輪數(shù)應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑黾印榱颂岣哒嚨膭?dòng)力性以及通過(guò)性可以增加貨車的驅(qū)動(dòng)輪數(shù)，但是這樣會(huì)造成一些其他的問(wèn)題，比如這樣會(huì)使整車的制造成本有所上升于此同時(shí)還會(huì)使貨車底盤結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，使整體布置的工作變的比較復(fù)雜?？傎|(zhì)量較小的時(shí)候可采用的形式。
本次設(shè)計(jì)車型為ZY1160，總質(zhì)量為16t，相對(duì)來(lái)言總質(zhì)量不太大，并且對(duì)比市面在售同類車型本次設(shè)計(jì)可與選擇驅(qū)動(dòng)形式為：4x2。
4.1.3 布置形式
貨車的布置形式對(duì)于底盤的設(shè)計(jì)以及底盤的總體布置有著河大的影響。貨車的布置形式可以根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)分為不同的類型，有平頭式、長(zhǎng)頭式以及短頭式和偏置式這幾種形式，這是根據(jù)貨車車頭的不同形式來(lái)進(jìn)行劃分的。另外根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的位置分成了發(fā)動(dòng)機(jī)前置后置以及中置三種不同的形式。
平頭式貨車：采用這種形式的貨車其發(fā)動(dòng)機(jī)可以布置在駕駛室之內(nèi)。采用平頭式的駕駛室能夠采用較短的軸距，這樣將用利于縮短貨車的總長(zhǎng)，這樣在一定程度上來(lái)言這種形式的貨車的機(jī)動(dòng)性能將會(huì)的到改善。并且駕駛員事業(yè)有所改善，但是存在空載時(shí)前軸負(fù)荷較大，通過(guò)性變壞，同時(shí)駕駛室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，駕駛員受到發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲等不良因素的影響較大，并且還會(huì)使駕駛員受傷的幾率加大。
長(zhǎng)頭式：發(fā)動(dòng)機(jī)位于駕駛室前部。其主要優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件地接近性較好，如需檢修時(shí)較為方便；滿載時(shí)前軸負(fù)荷小，汽車地通過(guò)能力會(huì)有所提高；發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)散熱良好，操縱機(jī)構(gòu)也簡(jiǎn)單。這種形式的貨車總長(zhǎng)無(wú)法縮減，這樣就會(huì)使貨車的轉(zhuǎn)彎變得較為困難以至于在一定程度上貨車的機(jī)動(dòng)性變得較差，長(zhǎng)頭式貨車還有一個(gè)明顯的問(wèn)題就是視野的較差的。
短頭式：采用這種形式的駕駛室發(fā)動(dòng)機(jī)不能全部放置在駕駛室內(nèi)，只能有一少部分在駕駛室中，很明顯這種形式的貨車相對(duì)于前兩種形式來(lái)言是一種折中的方法，因此其綜合的性能也介于兩者之間。例如這樣的布置形式貨車的與長(zhǎng)頭式相比貨車的軸距輪距得到縮短機(jī)動(dòng)性有所改善但是不如短頭式。同樣對(duì)于駕駛員的視野來(lái)言也是介于兩者之間。
圖二：貨車的布置形式
a)平頭式 b)短頭式 c)長(zhǎng)頭式
偏置式貨車的視距短并且視野良好，同時(shí)這種形式的貨車在維修發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)優(yōu)勢(shì)比較明顯，還有就是偏置式駕駛室的通風(fēng)條件比較好。這種布置形式主要在重型礦用自卸車上。
貨車還可以分為發(fā)動(dòng)機(jī)前置、中置和后置三種形式。其中發(fā)動(dòng)機(jī)后置后驅(qū)對(duì)于貨車來(lái)言是不合適的已經(jīng)被淘汰很少采用，而中置后橋卻懂得形式發(fā)動(dòng)機(jī)需特殊的設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的通用型不好，一般來(lái)言這樣制造成本會(huì)大幅度增加也不予考慮。發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)的形式發(fā)動(dòng)機(jī)如果出現(xiàn)問(wèn)題比較容易被發(fā)現(xiàn)同時(shí)這種形式的發(fā)動(dòng)機(jī)的接近性良好還有就是離合器、變速器的操縱機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)的比較簡(jiǎn)單，因此即使存在一些缺點(diǎn)比如對(duì)于駕駛員的事業(yè)可能會(huì)有一定程度的影響，但是這種布置形式還是被廣泛采用。
綜合以上各種因素，并且對(duì)比市面上在售的同類車型此次設(shè)計(jì)的ZY1160型貨車可以采用平頭式的車頭并且采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)的形式。
4.2 貨車主要參數(shù)
貨車的主要參數(shù)有尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)及性能參數(shù)。這三個(gè)方面的參數(shù)對(duì)于貨車底盤的設(shè)計(jì)及總體布置有著決定行動(dòng)作用。在底盤的總體設(shè)計(jì)中要根據(jù)設(shè)計(jì)的需要選擇合適的尺寸參數(shù) 以便于底盤整體造型的確定。選擇合適的質(zhì)量參數(shù)以及性能參數(shù)為后續(xù)零部件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
4.2.1 貨車主要的尺寸參數(shù)
4.2.1.1 外廓尺寸
貨車的總長(zhǎng)、總寬，總高是相當(dāng)重要要的尺寸參數(shù)，不僅在設(shè)計(jì)階段較為主要同時(shí)也是在貨車銷售過(guò)程中消費(fèi)者比較關(guān)注的參數(shù)。這三參數(shù)被稱為貨車的外廓尺寸，在設(shè)計(jì)階段這幾個(gè)參數(shù)不是隨便確定的，要考慮到一些一些法律法規(guī)的要求。故在GB1589-1989中對(duì)于貨車的尺寸有讓如下規(guī)定：貨車的總長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)12m；除去后視鏡貨車的寬度不能超過(guò)2.5m；空載、頂窗關(guān)閉時(shí)，貨車的高度不能大于4m。本次設(shè)計(jì)為了裝載貨物以及駕駛員上下駕駛室的方便選擇整車的外廓尺寸為：總長(zhǎng)為9000mm；總款為2500mm；總高為2870mm。
4.2.1.2 貨車的軸距
貨車在的軸距對(duì)于貨車的一些性能有著一定的影響比如貨車的整備質(zhì)量、總長(zhǎng)以及通過(guò)性。并且軸距直接影響到了傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度。原則上來(lái)言、載質(zhì)量大一些的貨車軸距應(yīng)該取得長(zhǎng)一些，若對(duì)于機(jī)動(dòng)性要求較高的貨車軸距應(yīng)該短一些?？偨Y(jié)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，貨車可以根據(jù)總質(zhì)量的不同在下表中選取軸距。
表一 ：不同貨車的軸距
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
軸距L/mm
1700~2900
2300~3600
3600~5500
4500~5600
本次設(shè)計(jì)車型為ZY1160，總質(zhì)量在十六噸左右，可以選取軸距為5000mm。
4.2.1.3 貨車的輪距
貨車的總寬以及總質(zhì)量也受到軸距的影響，同時(shí)貨車的最小轉(zhuǎn)彎半徑以及側(cè)傾剛度也與貨車的軸距有一定的關(guān)系。由于對(duì)于貨車的總寬構(gòu)架標(biāo)準(zhǔn)有一定的要求，輪距的選擇有一定的限制，不能夠太大。兩外對(duì)于前輪來(lái)言一般擔(dān)負(fù)著轉(zhuǎn)向的功能，在選擇前輪的輪距時(shí)應(yīng)該保證有符合要求的轉(zhuǎn)向空間，同時(shí)還應(yīng)該保證發(fā)動(dòng)機(jī)等的布置要求。對(duì)于后輪距的選擇應(yīng)該對(duì)于車架的寬度予以考慮。輪距可以根據(jù)下表進(jìn)行選取。一般的情況下前輪距應(yīng)該選擇的大一些以便有足夠的轉(zhuǎn)向空間。
表二: 不同貨車的輪距
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
輪距L/mm
1150~1350
1300~1650
1700~2000
1840~2000
本次設(shè)計(jì)車型為ZY1160參考市面上在售同類車型可以選擇前軸距B1為1920mm，后輪距B2為1800mm。
4.2.1.4 貨車的前懸和后懸
貨車的前懸的前懸以及后懸是貨車一個(gè)重要的尺寸參數(shù)，對(duì)于貨車的性能有著很大的影響。貨車的碰撞安全性以及貨車的通過(guò)性都受到前懸的影響，于此同時(shí)在前懸的這段距離重要布置保險(xiǎn)桿以及發(fā)動(dòng)機(jī)和散熱器等部件因此不能太短。貨車的后懸尺寸對(duì)于貨車的通過(guò)性以及追尾安全性等都有影響，同時(shí)后懸的尺寸在確定是還要考錄到軸荷的分配以及貨車軸距的大小。對(duì)于貨車后懸的尺寸根據(jù)貨車總質(zhì)量的不同有不同的范圍，對(duì)于總質(zhì)量在在1.8至14.0噸的貨車后懸一般可以再1200~2200mm之間選擇，但是對(duì)于特長(zhǎng)貨箱的貨車來(lái)言可以達(dá)到2600mm，但是不能夠大于軸距的55%。根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況結(jié)合對(duì)于在售的同類車型的研究可以選擇本次設(shè)計(jì)前懸為1430mm，后懸2570mm。
4.2.1.5 貨車車頭的長(zhǎng)度
平頭型貨車的長(zhǎng)度一般根據(jù)乘員的數(shù)量決定，本次設(shè)計(jì)可以選擇2200mm
以便于駕駛室可以留出一個(gè)能令駕駛員換班休息的空間。
4.2.1.6 貨車車箱的尺寸
貨車車廂的尺寸對(duì)于裝載的質(zhì)量以及裝卸貨物的方便性有 很大的影響，本次設(shè)計(jì)可以選擇貨箱的的尺寸為：長(zhǎng)為7350mm；寬為2450mm；高為600mm。
4.2.2 貨車的質(zhì)量參數(shù)
貨車的質(zhì)量參數(shù)是貨車質(zhì)量和載荷方面的表征參數(shù)以，貨車的整備質(zhì)量是整車的裝備質(zhì)量的表征，而載質(zhì)量是對(duì)于貨車運(yùn)載能力的一種表征，載質(zhì)量系數(shù)則是對(duì)于貨車兩個(gè)重要的質(zhì)量參數(shù)的之間關(guān)系的限制，軸荷分配是對(duì)于貨車的質(zhì)量分布的表征。
4.2.2.1 整車整備質(zhì)量和載質(zhì)量
貨車的整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備（包括隨車工具 、備胎等），并且加滿燃料和水，但是沒(méi)有成員和貨物時(shí)的整車質(zhì)量。整車整備質(zhì)量如果過(guò)大則會(huì)造成不必要的燃油消耗，使整車的經(jīng)濟(jì)性變差，現(xiàn)在正是能源短缺的時(shí)代，我們應(yīng)該在可能的情況下盡量減少整備質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)可以先初定整車5900kg。
表三 貨車的質(zhì)量系數(shù)
總質(zhì)量ma/t
ηmo
貨車
1.8＜ma≤6.0
0.8～1.1
6.0＜ma≤14.0
1.20～1.35
ma≥14.0
1.30～1.70
貨車的質(zhì)量系數(shù)是指貨車載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量質(zhì)量的比值。這個(gè)參數(shù)在一定程度上能夠反映出整車的制造工藝的質(zhì)量。該值越大則所設(shè)計(jì)的車型在結(jié)構(gòu)和制造工藝上越先進(jìn)，但是這個(gè)值也不是隨意選定的，可以參考同類車型并在上表內(nèi)選定質(zhì)量系數(shù)進(jìn)而得出貨車的載質(zhì)量。
參考市面上在售同類車型結(jié)合自身設(shè)計(jì)的實(shí)際情況本次可選擇質(zhì)量利用系數(shù)為1.68.那么所涉及車型ZY1160型貨車的載質(zhì)量初步估計(jì)在9912kg。
4.2.2.2 貨車的總質(zhì)量
貨車的總質(zhì)量主要有駕駛員及其他隨行人員、裝載貨物的質(zhì)量以及整備質(zhì)量組成。本次設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)包括駕駛員一共有三個(gè)隨行人員?？捎邢率竭M(jìn)行估算：
ma= mo+ me+3×65kg （4-1）
式中：ma—汽車總質(zhì)量，kg；
mo—整車整備質(zhì)量，kg；
me—汽車載質(zhì)量，kg；
所設(shè)計(jì)車型的總質(zhì)量大概為16007kg。
4.2.2.3 貨車的軸荷分配
表四：不同貨車的軸荷分配
滿 載
空 載
前 軸
后 軸
前 軸
后 軸
商
用
貨
車
4×2后輪單胎
32%～40%
60%～68%
50%～59%
41%～50%
4×2后輪雙胎，長(zhǎng)、短頭式
25%～27%
73%～75%
44%～49%
51%～56%
4×2后輪雙胎，平頭式
30%～35%
65%～70%
48%～54%
46%～52%
6×2后輪雙胎
19%～25%
75%～81%
31%～37%
63%～69%
貨車的軸荷分配是指貨車在空載或者滿載狀態(tài)下，不同車軸對(duì)與支承平面的垂直載荷，還可以用占空載或者滿載總質(zhì)量的百分比來(lái)表示。貨車的一些使用性能比如動(dòng)力性以及輪胎的壽命都與貨車的軸荷分配有著緊密的聯(lián)系，同時(shí)在輪胎選擇時(shí)軸荷分配也是一個(gè)重要的參數(shù)。為了滿足各個(gè)輪胎磨損的均勻以及保證各個(gè)輪胎壽命的大致相同，每個(gè)車輪上的負(fù)荷應(yīng)該能夠大致相同，同時(shí)還應(yīng)該能夠保證驅(qū)動(dòng)輪上的動(dòng)力應(yīng)該使上面有一定的負(fù)荷，不同形式的貨車的軸荷分配應(yīng)該符合表四中的范圍。
4.2.3 貨車有關(guān)性能參數(shù)
在貨車底盤的一些總成設(shè)計(jì)的過(guò)程中離不開(kāi)有關(guān)的性能參數(shù)，需要用這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算校核。如果這些參數(shù)選取的較為合理那么接下來(lái)的設(shè)計(jì)工作將會(huì)變得比較簡(jiǎn)單明了，并且將獲得良好的綜合性能。
4.2.3.1 貨車的動(dòng)力性參數(shù)
貨車的動(dòng)力性參數(shù)主要有最高車速、比功率和比轉(zhuǎn)矩以及上坡能力和加速時(shí)間。底盤的動(dòng)力以及傳動(dòng)部分部分零部件的設(shè)計(jì)和選配都是依據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行的。
最高車速是指貨車在水平良好路面上上所能達(dá)到的最高車速。一般來(lái)言，最高車速與貨車的總質(zhì)量的大小是成負(fù)相關(guān)的。最高車速的大小對(duì)于選用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率有著極其重要的影響。選擇最高車速的時(shí)候要合理合適。除此之外對(duì)于貨車的比功率和比轉(zhuǎn)矩也有一定的要求，不僅僅要考慮到最高車速同時(shí)比功率和比轉(zhuǎn)矩也要限制在一定范圍內(nèi)，過(guò)小的話貨車的動(dòng)力性將會(huì)不足過(guò)大的話將會(huì)造成一定的浪費(fèi)。最高車速和比功率比轉(zhuǎn)矩要符合一定的范圍，根據(jù)前人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可以在下表中適當(dāng)?shù)倪x擇。
表五：貨車動(dòng)力性參數(shù)范圍
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
最高車速vamax(km/h)
80~135
75~120
比功率Pb(kW/h)
16~28
15~25
10~20
6~20
比轉(zhuǎn)矩Pb（N*m/t)
30~44
38~44
33~47
29~50
根據(jù)市面上在售車型結(jié)合表五中的參數(shù)范圍可以選擇本次設(shè)計(jì)最高車速為80km/h，在選擇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)要注意兼顧比功率以及比轉(zhuǎn)矩的大小。
貨車的上坡能力是指貨車在滿載時(shí)在良好的路面條件下所能爬上的最大坡度通常要求貨車能夠爬上30%的坡度。傳動(dòng)系統(tǒng)中最大傳動(dòng)比在選擇的時(shí)候要考慮到這個(gè)參數(shù)。
貨車的加速時(shí)間是貨車動(dòng)力性的另一個(gè)表征參數(shù)，它知道時(shí)貨車在良好的平直路面上，從原地起步并以最大的加速度進(jìn)行加速達(dá)到一定車速所需要的時(shí)間。對(duì)于最高車速在100km/h以下的貨車常用加速到60km/h的加速時(shí)間來(lái)表示。
4.2.3.2 貨車的最小轉(zhuǎn)彎直徑
貨車的最小轉(zhuǎn)彎直徑指的是貨車的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至其極限位置，貨車的前外轉(zhuǎn)向輪輪轍中心在支承平面上的軌跡圓直徑。貨車的最小轉(zhuǎn)彎直徑與貨車的機(jī)動(dòng)性是息息相關(guān)的，并且還是貨車轉(zhuǎn)向安全性以及轉(zhuǎn)向能力的一個(gè)重要表征參數(shù)。這個(gè)參數(shù)對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了一定的要求。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)貨車的最小轉(zhuǎn)彎直徑可以在小表的范圍內(nèi)選取。
表六：各種貨車的轉(zhuǎn)彎半徑Dmin
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
Dmin/m
8.0~12.0
10.0~19.0
12.0~20.0
13.0~21.0
參考市面上在售的同類車型，結(jié)合表六中的數(shù)據(jù)，考慮到所設(shè)計(jì)車型的總質(zhì)量為十六噸左右可以選擇此次設(shè)計(jì)的最小轉(zhuǎn)彎直徑為18m.
4.2.3.3 貨車的通過(guò)性幾何參數(shù)
貨車的通過(guò)性幾何參數(shù)不僅僅與貨車的通過(guò)性相關(guān)，更是對(duì)于底盤的設(shè)計(jì)和布置提出了一定的要求。貨車的通過(guò)性幾何參數(shù)要符合下表中的范圍。
表七：貨車通過(guò)性的幾何參數(shù)
車型
/mm
/°
/°
/m
4×2貨車
250～300
25～60
25～45
4.0～7.0
4.2.3.4 貨車的懸架相關(guān)參數(shù)
貨車懸架的參數(shù)對(duì)于貨車底盤的綜合性能以及整車的綜合性能都有較大的影響，因此在底盤的總體設(shè)計(jì)要予以充分的重視，貨車懸架的相關(guān)參數(shù)應(yīng)該符合下表中的范圍。
表八：貨車懸架相關(guān)參數(shù)
靜撓度f(wàn)c/mm
動(dòng)撓度f(wàn)d/mm
偏頻n/Hz
50~110
60~90
1.5~2.2
4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇
4.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)
4.3.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pemax及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速np：
發(fā)動(dòng)機(jī)公率的大小可以根據(jù)貨車能夠達(dá)到的最高車速vamax及貨車的總質(zhì)量來(lái)初步確定：
=（+）（4-2）
式中：—發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率，kw；
—傳動(dòng)效率，取0.9；
—重力加速度，取9.8m/s2；
—滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.02；
—空氣阻力系數(shù)，取0.8；
—貨車正面投影面積（m2），A=Ba*Ha，Ba為貨車的總寬；Ha為總高，
A=Ba*Ha=2.50*2.87=7.715m2.。
ma—貨車總質(zhì)量,kg；
—貨車行駛最高車速,km/h。
根據(jù)公式3-1代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得：Pemax=119.581kw。
按照上式估算的發(fā)動(dòng)機(jī)功率是在發(fā)動(dòng)機(jī)附件全部都安裝之后的功率，可以在原有估算值的基礎(chǔ)上增加12%~20%。即可在131.410~145.297kw的功率范圍內(nèi)適當(dāng)進(jìn)行選取。總質(zhì)量大一些的貨車的采用的柴油機(jī)最大功率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速np值一般在1800~2600r/min.本次取為2500r/min.
本次設(shè)計(jì)可以參考相關(guān)車型并且根據(jù)計(jì)算的功率范圍進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的選取發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
4.3.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax及相應(yīng)轉(zhuǎn)速nT
可以用下式來(lái)確定Temax：
= （4-3）
其中：
----轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)，取為=1.02；
----發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率；
----最大功率轉(zhuǎn)速，所選發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率轉(zhuǎn)速為2500r/min；
根據(jù)上文計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)功率范圍帶入公式3-2計(jì)算可以得到最大轉(zhuǎn)矩的范圍應(yīng)該為511.972~580.076n*m。
對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速np與nT之間應(yīng)該有一定的差值，他們之間的比值應(yīng)該在1.4~2.0之間，故nT應(yīng)該在1250~1785.714r/min之間選取。可以定為1400r/min.
4.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)市面上在售車型，以及查找相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)廠商的產(chǎn)品資料可以選擇東風(fēng)康明斯生產(chǎn)的型號(hào)為ISDe180 30的發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)如下表所示：
表九：發(fā)動(dòng)機(jī)ISDe180 30相關(guān)參數(shù)
型號(hào):
ISDe180 30
生產(chǎn)廠家:
東風(fēng)康明斯
汽缸數(shù):
6
總排量:
6.7L
燃料類型:
柴油
排放標(biāo)準(zhǔn):
歐Ⅲ
發(fā)動(dòng)機(jī)形式:
直列六缸 電控系統(tǒng) 增強(qiáng)型高壓共軌
壓縮比:
17:1
額定功率kw/轉(zhuǎn)速r/min：
135/2500
最大扭矩N·m/轉(zhuǎn)速r/min：
560/1400
最高空載轉(zhuǎn)速r/min：
3000
怠速穩(wěn)定轉(zhuǎn)速r/min：
750
工作順序：
1-5-3-6-2-4
外形參考尺寸/mm:
935×630×820
利用貨車的比功率和比轉(zhuǎn)矩對(duì)于所選發(fā)動(dòng)機(jī)的檢驗(yàn)：
根據(jù)選定發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩以及功率和貨車的總質(zhì)量可以計(jì)算貨車的比功率以及比轉(zhuǎn)矩，利用這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于選定的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)。它們分別為8.434kw/t和34.984N*M/t。均在表五中的允許范圍之內(nèi)。故選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)可以滿足動(dòng)力性的要求。
4.4 輪胎的選擇
輪胎的尺寸對(duì)于底盤的性能有很大的影響，比如貨車的通過(guò)性以及傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比都在一定程度上都受到輪胎尺寸的影響。同時(shí)對(duì)與整車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性以及操縱穩(wěn)定性和承載能力也有一定程度的影響。考慮到本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，并且參照市面上在售同類車型，前輪可以采用規(guī)格為9.0-20的輪胎采用單胎的形式，由于此次設(shè)計(jì)車型的總質(zhì)量比較大后輪可以采用雙胎并裝的形式，輪胎的規(guī)格為9.0R20。輪胎相關(guān)尺寸為：
輪胎的滾動(dòng)半徑為：0.494m；
輪胎的高寬比為100%；
輪胎的斷面寬度為：0.227m；
輪胎的充氣壓力為：600kpa。
4.5 傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的選擇
4.5.1 傳動(dòng)系統(tǒng)最小傳動(dòng)比的選擇
貨車的最小傳動(dòng)比為變速器最高檔傳動(dòng)比與主減速器傳動(dòng)比的乘積。最小傳動(dòng)比對(duì)于貨車的燃油經(jīng)濟(jì)性以及動(dòng)力性都有很大的影響。最小傳動(dòng)比較大則動(dòng)力性有所改善但是經(jīng)濟(jì)性變差，過(guò)大則相反。動(dòng)力性是在最小傳動(dòng)比選擇時(shí)要考慮的首要因素，同時(shí)要兼顧經(jīng)濟(jì)性。為此可以利用最高車速根據(jù)下式進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)最小傳動(dòng)比的選擇。
（4-4）
其中：是最小傳動(dòng)比；
是發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速，為2500r/min;
是輪胎滾動(dòng)半徑，為0.494m；
是貨車最高車速，為80km/h.
帶入數(shù)據(jù)計(jì)算可得貨車的最小傳動(dòng)比應(yīng)為：5.819。本次設(shè)計(jì)車型擬采用帶直接擋的六擋手動(dòng)式機(jī)械變速器，一次主減速器的傳動(dòng)比就是計(jì)算的最小傳動(dòng)比。也就是說(shuō)主減速器傳動(dòng)比為5.819.
4.5.2 最大傳動(dòng)比的選擇
最大爬坡度、附著率和最低穩(wěn)定車速這三個(gè)因素是在選擇最大傳動(dòng)比應(yīng)該予以足夠的重視。對(duì)于貨車來(lái)言，可以利用對(duì)于貨車所要求的最大爬坡度，并且由于爬坡時(shí)的空氣阻力較小可以予以忽略，故可以根據(jù)下式計(jì)算最大傳動(dòng)比。
（4-5）
式中： ——發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)效率，取為0.90
是貨車地總質(zhì)量，為=16007kg；
g是重力加速度，取為9.8m/s；
f是滾動(dòng)阻力系數(shù)，查得可取為0.02；
是輪胎滾動(dòng)半徑，為0.494m；
是貨車的最大爬坡度，一般為
是主減速器傳動(dòng)比，為5.819；
是發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為560N·m。
把數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算可得最大傳動(dòng)比應(yīng)該不小于8.099。
4.5.3 變速器各擋傳動(dòng)比的計(jì)算
本次設(shè)計(jì)采用最高擋為直接擋的六速變速器，各擋位傳動(dòng)比之間的比值根據(jù)前輩先人總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該不大于，另外每個(gè)擋位的傳動(dòng)比應(yīng)該滿足等比數(shù)列。故各擋位之間的比值可以以下式確定：
（4-6）
是變速器最大傳動(dòng)比，為8.099.
代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得各擋位之間比值為1.519.故各擋位傳動(dòng)比比分別為：
表十：變速器各擋位傳動(dòng)比
擋位
傳動(dòng)比
8.099
5.324
3.505
2.307
1.519
1
5 底盤總體設(shè)計(jì)總結(jié)
經(jīng)過(guò)以上的分析計(jì)算，可以得到底盤總體設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)總結(jié)，如下表所示：
表十一：底盤總體參數(shù)總結(jié)
總質(zhì)量（kg）
16007
整備質(zhì)量（kg）
5900
最高車速（km/h)
80
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
康明斯ISDe180 30
軸數(shù)
2
軸距（mm）
5000
接近角（°）
35
離去角（°）
23
前懸（mm）
1430
后懸（mm）
2570
輪胎參數(shù)
輪胎規(guī)格
輪胎數(shù)
前后輪距（mm）
9.00-20/9.00R20
6（后雙輪）
1920/1800
傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)
主減速器傳動(dòng)比
變速器
擋位
6
5.819
前進(jìn)擋傳動(dòng)比
8.099/5.324/3.505/2.307/1.519/1
二 車架
1 車架的作用及要求
車架行駛系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分，車輛的各個(gè)部分與總成都是安裝在車架上的，同時(shí)車架還承受著來(lái)自地面的各種反作用力。車架的功能決定了車架的重要作用，同時(shí)車架的受力非常復(fù)雜所以對(duì)于車架有一下要求：
1）車架的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能夠滿足車輛總體布置的要求。
2）車輛的運(yùn)行工況相當(dāng)復(fù)雜，在行駛的過(guò)程中安裝在車架上的零部件可能會(huì)發(fā)生竄動(dòng)，這樣就可能會(huì)發(fā)生干涉，因此應(yīng)該保證在車架上安裝的各種部件和總成不能發(fā)生干涉。
3）由于車輛在行駛過(guò)程中可能會(huì)遇到崎嶇不平的道路，這會(huì)造成車架由于承載而造成扭轉(zhuǎn)變形還可能造成在縱向平面內(nèi)車架有一定的彎曲變形，還有就是由于路況的原因車輪可能會(huì)發(fā)生一定的跳動(dòng)這就可能會(huì)使車架產(chǎn)生一定的扭曲，由于這些形變就可能固定在車架上的一些總成與部件發(fā)生干涉，造成車輛運(yùn)行的異常。因此對(duì)于車架的強(qiáng)度與剛度有一定的要求。
4）為了提高車輛行駛時(shí)的穩(wěn)定性，車架的高度應(yīng)該盡可能的降低，以使車輛的質(zhì)心位置降低。
5）車架的結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單，并且便于維修。
6）為了降低整車的質(zhì)量應(yīng)該使車架的質(zhì)量盡可能的小，在滿足上述要求的時(shí)候應(yīng)該盡可能降低車架的質(zhì)量。
2 車架結(jié)構(gòu)形式的確定
車架的結(jié)構(gòu)對(duì)于車架的設(shè)計(jì)有著相當(dāng)重要的影響，不同結(jié)構(gòu)車架在性能上有所差異，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)也會(huì)有所不同，因此車架的設(shè)計(jì)首先就是選定車架的結(jié)構(gòu)。按照結(jié)構(gòu)的不同一般可以分為邊梁式車架、中梁式車架、綜合式車架以及由邊梁式演變而來(lái)的X型車架。每種車架的構(gòu)成有所不同，它們的特點(diǎn)和用途也各有不同。在進(jìn)行車架設(shè)計(jì)的時(shí)候可以對(duì)每一種類型的車架進(jìn)行綜合的分析，依據(jù)設(shè)計(jì)的要求，參考前人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇合適的類型。
（1）邊梁式式車架：
邊梁式車架主要組成部分為縱梁和橫梁，其中縱梁有左右各一根，橫梁的數(shù)量可以根據(jù)車型的實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。其結(jié)構(gòu)如圖二所示。這樣的車架在安裝駕駛室以及貨箱時(shí)是比較方便的，并且在布置一些總成或者一些特種設(shè)備的時(shí)候也是有一定優(yōu)勢(shì)，這種結(jié)構(gòu)的車架在車型改進(jìn)以及車輛品種的發(fā)展也是有益處的。為此，在載貨汽車以及大多數(shù)的特種汽車應(yīng)用廣泛。
圖二：邊梁式車架
邊梁式車架根據(jù)車架前后的寬度的大小還可以分為以下幾種形式;
前寬后窄：用于重型并且后軸載荷較大的載貨汽車，采用這樣的形式是因?yàn)檩d荷比較大要采用較寬的輪胎和鋼板彈簧，同時(shí)車架的前部還應(yīng)該滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝，需要足夠的尺寸，只能通過(guò)減小前輪轉(zhuǎn)向角將車架做成前寬后窄的形式。
前窄后寬：這種形式的車架前部較窄但是能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)以及其附件的安裝要求，而后部較寬。這種類型的車架能夠使轉(zhuǎn)向輪即前輪的空間較大，有利于保證轉(zhuǎn)向空間，并且還便于前板簧的安裝。
前后等寬：如果車架的前后寬度不同那么勢(shì)必在車架的縱梁上會(huì)有轉(zhuǎn)折，這樣的話就會(huì)造成應(yīng)力的集中，對(duì)于轉(zhuǎn)折處的上下翼面是很不利的。所以只要在總布置允許的情況下均采用前后等寬的形式。另外這種形式的車架生產(chǎn)制造較為簡(jiǎn)單，能夠降低制造成本。
（2） X型車架：
如圖三所示，這樣結(jié)構(gòu)的車架被稱為X型車架，這種結(jié)構(gòu)的車架是以邊梁式車架為設(shè)計(jì)原型，這樣的改進(jìn)可以在一定程度上提高車架的抗扭剛度。這種車架中的X型橫梁能將扭矩轉(zhuǎn)換成彎矩，對(duì)于短而寬的的車架來(lái)言這種效果尤為明顯。對(duì)于狹長(zhǎng)的車架來(lái)言由于X型橫梁長(zhǎng)度較大，其中受壓的一根可能會(huì)喪失穩(wěn)定性。故這種形式的車架一般用于轎車。X型車架的結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖三：X型車架
（3）中梁式車架：
如圖四所示，這種只有一根中央橫梁貫穿于車架前后的車架被稱為中梁式車架，另外由于這種類型的車架的自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)它還有一個(gè)別名：脊梁式車架。這種車架的可以采用箱形或者管形的中梁。中梁可以將動(dòng)力—傳動(dòng)系連成一體，傳動(dòng)軸能夠從中梁中穿過(guò)，因此這樣的結(jié)構(gòu)必須與斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋及獨(dú)立懸架相互配合使用。這樣的結(jié)構(gòu)與其他形式車架相比來(lái)言，其扭轉(zhuǎn)剛度很大，并且車輪能有較大的運(yùn)動(dòng)空間，這將會(huì)改善車輛的平順性及其通過(guò)性。但是有一個(gè)缺點(diǎn)就是中梁式車架的制造工藝較為復(fù)雜且對(duì)于精度要求較高以及維修時(shí)也不如其他類型的車架方便。故多用于轎車以及對(duì)于越野性要求較高的越野車上。
圖四：中梁式車架的汽車底盤
圖五：綜合式車架
（4）綜合式車架：
綜合式車架的結(jié)構(gòu)如圖五所示，其前部采用中梁式的結(jié)構(gòu)而后部則采用邊梁式的結(jié)構(gòu)。這種車架綜合了邊梁式車架以及中梁式的車架的特點(diǎn)。這種車架中部的扭轉(zhuǎn)剛度合適，但是其中部地板的凸包一般來(lái)說(shuō)會(huì)比較大，另外其制造工藝也比較復(fù)雜。故這種形式的車架多用于轎車。
本次設(shè)計(jì)車型為ZY1160型載貨汽車，結(jié)合市面上在售車型車架的分析，考慮到設(shè)計(jì)車型的尺寸及發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸參數(shù)以及制造成本，可以選擇邊梁式前后等寬式車架。
3 縱梁與橫梁連接方式的確定
橫梁和縱梁是單獨(dú)制造的，而后再連接成一體的，所以縱梁和橫梁的連接式對(duì)于車架的綜合性能有很大的影響。對(duì)于它們之間的連接方式要確定橫梁與縱梁的連接形式，另外還要選擇合適的固定方法。
3.1 橫梁和縱梁的連接方式
橫梁與縱梁的連接形式主要有三種，每一種都有各自不同的特點(diǎn)，可以對(duì)這三種連接形式進(jìn)行綜合考量來(lái)進(jìn)行選取。
（1） 第一是吧縱梁的上下翼面與橫梁相連接，這樣的連接方式可以在一定程度上提高車架的整體剛度，但是這種連接方式也有一個(gè)不可避免的缺點(diǎn)就是在縱梁的上下翼面的應(yīng)力可能會(huì)有所增加，容易遭到破壞。
（2） 這種連接形式是第一種連接形式的改進(jìn)，是把橫梁固定在縱梁的腹板和上下翼面其中的一個(gè)翼面智商之上。這樣的連接方式可能使橫梁早期破壞，這樣就造成了車架的質(zhì)量問(wèn)題過(guò)早的出現(xiàn)，造成這種問(wèn)題的因?yàn)闄M梁會(huì)直接受到縱梁上受到載荷的影響以至于自身負(fù)荷的增加。
（3） 還有一種連接方式就是僅僅將橫梁與縱梁的腹板進(jìn)行連接，這種形式的連接對(duì)于橫梁以及縱梁的上下翼面是有利的，但是這是以犧牲車架的整體剛度為代價(jià)的。
可以根據(jù)橫梁位置和形式的不同適當(dāng)?shù)倪x擇橫梁與橫梁的連接方式。
3.2 橫梁與縱梁的固定方法
橫梁和縱梁固定方法也有三種：鉚接、焊接以及螺栓連接。
（1） 鉚接：這種固定方法采用搭接板進(jìn)行鉚接，這種方式制造成本相對(duì)來(lái)說(shuō)較低，適合于大量的生產(chǎn)。另外還可以通過(guò)改變鉚釘?shù)臄?shù)目以及位置來(lái)改變縱梁的扭轉(zhuǎn)剛度。
（2） 焊接：這種固定的方法，可以保證縱梁的抗扭剛度，并且連接較為牢固，不宜造成松動(dòng)，但是對(duì)于焊接質(zhì)量以及焊接夾具有一定的要求，這種連接方法適用于小批量及閉口截面車架。
（3）螺栓連接:這種連接方式主要是為了解決橫梁位置受到總布置限制某些部件拆裝不便時(shí)而采用，但是有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)就是長(zhǎng)期使用時(shí)，容易產(chǎn)生松動(dòng)，對(duì)于行駛的安全性不利。
對(duì)比以上三種固定方法，并且參考同類車型車架的固定方法在ZY1160型貨車車架的設(shè)計(jì)中可以采用第三種固定方式即采用鉚接的方式。
4 車架的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1 車架寬度的確定
采用邊梁式前后等寬的車架，對(duì)于這種形式的車架可以用定型后車架兩縱梁腹板之間的距離來(lái)表示車架的寬度。車架的寬度應(yīng)該能夠滿足各個(gè)零部件的布置，并能為轉(zhuǎn)向輪提供足夠的轉(zhuǎn)向空間。并且車架的寬度也應(yīng)該合理的選取以帶到能夠保證產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化，并且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化。為此我國(guó)為了汽車行業(yè)的發(fā)展在汽車的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于載貨汽車的車架寬度做出了一定的限制，在設(shè)計(jì)中寬度應(yīng)該在之間進(jìn)行選擇?？紤]到已選定的發(fā)動(dòng)機(jī)的外形尺寸和及輪胎的寬度以及板簧的寬度本次車架的寬度定位900mm。
4.2 縱梁形式的確定
車架縱梁結(jié)構(gòu)在確定的時(shí)候要考慮到車架的功能能否實(shí)現(xiàn)，以及能否滿足整車整體布置的要求，于此同時(shí)還應(yīng)該考慮到縱梁的制造工藝，縱梁的形狀應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單。
縱梁的上翼面一般來(lái)說(shuō)有兩種形式，即平直和彎曲兩種形式。對(duì)于平直式的來(lái)言這樣的上翼面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性也較好；上翼面為平直面時(shí)可以使貨廂的底盤平整，這種形式在大多數(shù)的載貨汽車上的到了廣泛的應(yīng)用，縱梁采用彎曲的上翼面能夠在一定程度上降低車輛地板的高度，這樣對(duì)于車輛的穩(wěn)定性有一定的改善。另外對(duì)于上下車有力，因此這種結(jié)構(gòu)在微型汽車、轎車以及公共汽車與部分輕型貨車上用較多的應(yīng)用，但是有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)就是它的制造工藝較為復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)為重型載貨汽車可以選擇平直的上翼板。
圖六：橫梁的斷面形狀
縱梁的斷面形狀如圖六所示有槽型、工字型以及箱形、管形和Z型等幾種。其中槽型斷面應(yīng)用較為廣泛，這是因?yàn)檫@種斷面形狀的縱梁縱梁工藝性較好，并且安裝橫梁以及布置其他零部件是比較方便。但是它的抗扭能力較差，本次設(shè)車型為ZY1160型貨車，雖為重型貨車但是總質(zhì)量相對(duì)較小可以采用槽型斷面。
4.3 車架的橫梁以及其結(jié)構(gòu)形式
橫梁將兩根縱梁連接起來(lái)使縱梁橫梁成為一體共同形成車架整體，同時(shí)車架的橫梁還起著著提高車架整體扭轉(zhuǎn)剛度的作用。另外它也是汽車主要總成的重要支撐。橫梁的確定有以下原則：
（1） 要能夠使車架前部的扭轉(zhuǎn)剛度達(dá)到要求。
（2） 車架在板簧吊耳支架處受力較為復(fù)雜，相對(duì)來(lái)言應(yīng)力也會(huì)加大，這樣為了提高車架的整體質(zhì)量一般應(yīng)該在此處增設(shè)橫梁。
（3） 在發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的部位，要有簡(jiǎn)易的橫梁用來(lái)減少縱梁變形。
（4） 合理的設(shè)計(jì)橫梁的結(jié)構(gòu)。
4.4 車架的設(shè)計(jì)計(jì)算
車架在初步的設(shè)計(jì)計(jì)算的階段可以通過(guò)對(duì)于縱梁的彎曲強(qiáng)度進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)對(duì)于車架的截面尺寸進(jìn)行選擇確定?？梢岳孟旅娴暮?jiǎn)化計(jì)算的步驟和方法。
（1）彎曲強(qiáng)度計(jì)算的基本假設(shè)：
第一是兩根車架在結(jié)構(gòu)是左右對(duì)稱的可以將車架抽象成一根沿汽車縱向平面放置的一根梁，并且這根梁支撐在兩個(gè)車軸上。
第二是將貨車的載質(zhì)量造成的載荷都均勻的分布在貨箱這段長(zhǎng)度上，并且假設(shè)空載時(shí)的包括車架在內(nèi)的簧載質(zhì)量形成的載荷也能在整車的長(zhǎng)度上均布，這個(gè)由于簧載質(zhì)量造成的載荷可以通過(guò)對(duì)于貨車上零部件的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)初步獲得。
第三假定作用在縱梁上的作用力全部通過(guò)縱梁的的彎曲中心。即使在實(shí)際中縱梁的某一些部為因?yàn)榘惭b一些必要附件（油箱、蓄電池等）而必需外伸進(jìn)生時(shí)，可以通過(guò)在外伸的部位加裝一定的橫梁來(lái)將縱梁可能產(chǎn)生的局部扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變會(huì)橫梁的彎曲，使這種假設(shè)基本上能夠符合實(shí)際情況。
根據(jù)上述簡(jiǎn)化，可以將一個(gè)復(fù)雜的車架變?yōu)楹?jiǎn)單的簡(jiǎn)支梁，這樣就能利用理論力學(xué)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算。
（2） 縱梁彎矩的計(jì)算：
先要知道車架支座對(duì)于車架的作用力才能對(duì)于車架縱梁上所受的彎矩進(jìn)行計(jì)算確定?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)于簡(jiǎn)化得到的車架等效模型的受力分析和計(jì)算進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。可以按照上文的三個(gè)假設(shè)得到如圖七所示的受力圖：貨車的載質(zhì)量均勻的分布在貨箱這段長(zhǎng)度內(nèi)，而包括車架在內(nèi)的簧載質(zhì)量則在車架縱梁的整段長(zhǎng)度內(nèi)均布。根據(jù)力矩平衡的原理可以得到：
(4-1)
式中：為前輪支座處對(duì)于任一車架的反作用力，單位為N;
為貨車的軸距，為5000mm；
為貨車的空車是簧上負(fù)荷，可取為3998kg；
為貨車的載質(zhì)量，為8000kg；
L為貨車的總長(zhǎng)，為9000mm；
b為貨車的后懸，為2570mm；
c為貨廂的長(zhǎng)度，為7350mm；
為貨廂到后軸中心的距離，為4750mm；
為貨廂后端到后軸中心的距離，為2600mm；
g為重力加速度，為9.8m2/s.
代入數(shù)據(jù)計(jì)算可以得到，前支座對(duì)于任意一個(gè)車架的反作用力為63959.268N。
在駕駛室這段長(zhǎng)度范圍內(nèi)縱梁所承受的彎矩可由下式得到：
（4-2)
式中：為縱梁上的彎矩，單位為N*m;
為貨車的前懸，為1430mm；
為任一縱梁上到前支座的距離，單位為mm。
駕駛室到后軸這段距離縱梁上的彎矩可以有下式計(jì)算得到：
（4-3）
式中：為縱梁上的彎矩，單位為N。
對(duì)比以上兩式，可以很容易的發(fā)現(xiàn)，縱梁上的最大彎矩出現(xiàn)在駕駛室到后軸這段距離的縱梁上，可以利用數(shù)學(xué)上的方法，令，求其導(dǎo)數(shù)，并且找出使其倒數(shù)為零的那一點(diǎn)，來(lái)求危險(xiǎn)截面。
由此可以得到：
（4-4)
將數(shù)據(jù)代入上式可以得到為3490.069mm，即在駕駛室到后軸之間距離前軸為3490.069mm處縱梁的彎矩最大，將這個(gè)值代入式二.4-3可以求得縱梁上最大的彎矩為：=1462881.291N*m.
(2)車架的載荷分析：
上述分析都是從車架所受的靜載出發(fā)的，所謂車架的靜載是指貨車在靜止時(shí)車架所承受的載荷。但是車架不僅僅只是受到靜載荷的作用而是受到其他多種載荷，如下所述：
對(duì)稱動(dòng)載荷：貨車在平坦的道路上以較高的車速行駛時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生對(duì)稱動(dòng)載荷。這種載荷會(huì)造成車架的彎曲變形。
斜對(duì)稱的動(dòng)載荷：當(dāng)貨車行駛在崎嶇不平的道路上時(shí)產(chǎn)生的。這種載荷會(huì)造成車架的扭曲變形。
其他的載荷;當(dāng)貨的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)會(huì)使車架的受力情況發(fā)生變化，承受一定的載荷。于此同時(shí)安裝在車架上的一些總成和部件也會(huì)在一定情況下對(duì)于車架施加一定的載荷。
綜合考慮車架上的各種載荷和受力應(yīng)該對(duì)于利用靜載荷計(jì)算出來(lái)的彎矩進(jìn)行一定的修正?？梢詫⒂?jì)算得到的最大轉(zhuǎn)矩乘以動(dòng)載系數(shù)以及疲勞安全系數(shù)進(jìn)行一定的修正。這里可以選取以及。那么修正后的最大轉(zhuǎn)矩為.
（3） 車架材料的選?。?
由以上的分析可以知道車架的受力較為復(fù)雜，因此對(duì)于車架材料的選取要考慮到多方面的因素。根據(jù)對(duì)于車架的性能對(duì)于制造車架的材料的屈服強(qiáng)度以及其疲勞極限提出了一定的要求，要求用于制造車架的材料這兩方面的參數(shù)應(yīng)該足夠高，于此同時(shí)還要求車架的材料受到應(yīng)力集中的影響應(yīng)該盡可能小。另外對(duì)于用于制造車架的材料應(yīng)該能夠易于冷沖壓。低碳鋼以及低碳合金鋼都能夠達(dá)到上述的要求。
本次設(shè)計(jì)的是貨車的車架，可以根據(jù)貨車裝載質(zhì)量的不同來(lái)進(jìn)行選取，對(duì)于輕型或中型貨車來(lái)言縱梁的鋼板一般為5.0`7.0mm,鋼板厚度在7.0`9.0mm常常用來(lái)沖壓制成重型貨車的縱梁。
參考市面上在售車型車架的材料綜合考慮各種因素本次設(shè)計(jì)選擇采用7.0mm厚度16Mn的鋼板進(jìn)行沖壓來(lái)制造車架，其疲勞極限為σ-1＝220～260MPa。
（4） 縱梁截面特性的計(jì)算：
可以用相關(guān)公式對(duì)縱梁截面的斷面系數(shù)w進(jìn)行計(jì)算，下表列出不同斷面形狀的截面的相關(guān)尺寸以及截面系數(shù)計(jì)算方法。
表十二：不同形狀斷面的斷面系數(shù)計(jì)算公式
本次設(shè)計(jì)采用槽型斷面，槽型斷面的尺寸參數(shù)如上表所示，根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，并且參照同類車型的車架可以選擇槽型斷面的為：
t=7mm; h=200mm; b=70mm.
根據(jù)表十二中的計(jì)算公式可以得50633.333mm3。
（5） 對(duì)于縱梁的彎曲應(yīng)力的計(jì)算與校核：
縱梁危險(xiǎn)截面處的彎曲應(yīng)力：
(4-5)
式中: W是斷面系數(shù)，為50633.333mm3；
是彎曲應(yīng)力，MPa；
是修正后最大轉(zhuǎn)矩，為5705237.031N*m.
代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得最大彎曲應(yīng)力為：112.677MPa，小于材料的疲勞極限，縱梁的截面尺寸能夠滿足要求。
（5) 臨界彎曲應(yīng)力的計(jì)算與校核：
縱梁在承受載荷的時(shí)候會(huì)發(fā)生彎曲變形這就會(huì)造成縱梁的上下翼面的翼緣發(fā)生受力破裂的不利情況造成車架的質(zhì)量問(wèn)題。為了防止車架出現(xiàn)這樣的質(zhì)量問(wèn)題可以根據(jù)薄板理論對(duì)于車架的縱梁進(jìn)行校核。本次選擇斷面形狀為槽型，可以用下式進(jìn)行計(jì)算校核。
(4-6)
式中：是臨界彎曲應(yīng)力，MPa；
E是材料的彈性模量，對(duì)于16Mn鋼可?。?
是泊松比，對(duì)于16Mn鋼可以取0.29；
t是縱梁斷面厚度；
b是縱梁槽型斷面的翼板的寬度。
將E、代入上式可以得到：
（4-7)
本次設(shè)計(jì)選定的槽型斷面的尺寸參數(shù)中b=70mm,t=7mm.能夠滿足上述要求。
（6） 車架的剛度校核：
車架在承載后要發(fā)生形變，可能會(huì)影響到整車以及相關(guān)部件的正常工作，這對(duì)于縱梁的最大撓度有一定的要求，這樣需要對(duì)于縱梁的剛度進(jìn)行校核檢驗(yàn)。
若把車架的縱梁簡(jiǎn)化為支撐跨度為軸距的簡(jiǎn)支梁模型，，根據(jù)材料力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，在其跨度中間作用有集中載荷P時(shí)，縱梁的撓度與剛度的關(guān)系為：（式中為縱梁截面的慣性矩），可知。根據(jù)德國(guó)對(duì)于各種類型車架的實(shí)驗(yàn)與研究的成果表明，當(dāng)軸距采用m為單位而的單位為cm4時(shí)，為了使車架能夠滿足剛度的要求應(yīng)該使，也可以說(shuō)使。
縱梁梁截面的慣性矩的計(jì)算：
（4-8)
式中：B是截面翼板的總寬度，如右圖，為7.35cm；
H是截面的總高度，如右圖為20.7cm；
b是截面翼板的內(nèi)寬度，如右圖為6.65cm； 圖八：截面尺寸參數(shù)
h是截面的內(nèi)高度，如右圖為19.3cm。
將數(shù)據(jù)代入進(jìn)行計(jì)算可得這個(gè)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12，因此車架的縱梁剛度能達(dá)到要求。
5 車架設(shè)計(jì)總結(jié)
根據(jù)上文的分析與計(jì)算可以對(duì)與車架設(shè)計(jì)進(jìn)行如下總結(jié)：采用邊梁式前后等寬的車架；橫梁通過(guò)鉚釘連接在縱梁上；車架的寬度定位900mm；車架的縱梁采用槽型斷面。
三 總結(jié)
作為車輛工程專業(yè)的一名學(xué)生，在即將告別大學(xué)校園之際能有機(jī)會(huì)利用畢業(yè)設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于自己四年來(lái)的學(xué)習(xí)進(jìn)行總結(jié)、應(yīng)用發(fā)現(xiàn)自己的不足，為接下來(lái)的學(xué)習(xí)及工作奠定基礎(chǔ)。
我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是ZY1160型貨車底盤總體以及車架設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)和教導(dǎo)下，與我們這個(gè)小組的其他成員相互交流學(xué)習(xí)，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此次設(shè)計(jì)的過(guò)程中有成功的經(jīng)驗(yàn)也有失敗的教訓(xùn)，對(duì)于那些成功的經(jīng)驗(yàn)在今后的工作學(xué)習(xí)中要繼續(xù)發(fā)揚(yáng)，對(duì)于那些教訓(xùn)也要認(rèn)真總結(jié)。
在設(shè)計(jì)的過(guò)程中使我對(duì)于車輛工程相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了一定的回顧復(fù)習(xí)。同時(shí)也提高了對(duì)于專業(yè)知識(shí)的認(rèn)知與掌握。在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)于一些知識(shí)的細(xì)節(jié)把握不是很到位，并且發(fā)現(xiàn)自己的專業(yè)知識(shí)的積累是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我想有了這一次的經(jīng)歷在今后的學(xué)習(xí)生涯中我會(huì)更加注重專業(yè)知識(shí)的積累，以及對(duì)于專業(yè)知識(shí)的全面掌握。于此同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我也發(fā)現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，一個(gè)人的見(jiàn)識(shí)能力往往是有限的只有很好的合作才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)的互補(bǔ) ，更好的完成任務(wù)。
致謝
在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我遇到不少問(wèn)題，在老師和同學(xué)們的幫助下都一點(diǎn)一點(diǎn)的解決了。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中有老師精心的指導(dǎo)以及同學(xué)們的熱心幫助，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利進(jìn)行，在此特向你們表示由衷的感謝。在今后的學(xué)習(xí)工作中我會(huì)謹(jǐn)記老師的教導(dǎo)，經(jīng)常與同學(xué)們相互學(xué)習(xí)交流，使自己能夠做到的更遠(yuǎn)，不辜負(fù)老師和同學(xué)們的期待。
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