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摘要
货车车架悬架研究是货物运输行业中的一个关键技术领域，直接影响着货车的安全性、稳定性和行驶舒适性。本文主要说明了载货汽车车架与悬架系统设计的设计计算过程，主要分为设计和校核两大部分。
设计部分主要叙述了载货汽车车架与悬架系统设计的要求和意义，分析了悬架车架主体方案，说明了载货汽车的车架悬架主要参数的确定方法，计算过程和校核过程。最后根据计算和分析过程给出设计图纸。
校核部分主要包括车架的弯矩计算、强度校核程序、车架扭转应力的计算和悬架的刚度验算。
关键词：汽车悬架;车架;悬架优化;避震器

 

 

 

目 录
1 引言    1
1.1 设计分析    1
1.1.1 设计内容及过程分析    1
1.2 载货汽车车架悬架研究的现状分析    2
1.3 课题研究的目的及意义    2
1.3.1 课题研究的目的    3
1.3.2 课题研究的意义    3
2 总体方案论证    4
2.1 设计选型原则    4
2.1.1车架的设计方案    4
2.1.2悬架的设计方案    4
2.1.3整体设计方案    4
2.2 设计内容    4
3 主要尺寸参数的选定    5
3.1 外廓尺寸    5
3.2 质量参数    5
3.2.1 装载质量    5
3.2.2 整备质量    5
3.2.3满载质量    5
3.2.4车架宽度    5
3.2.5轴距    5
4 车架总成设计    5
4.1 车架的结构设计    6
4.1.1 纵梁形式的确定    6
4.1.2 横梁形式的确定    6
4.1.3 纵梁与横梁的连接    7
4.2 车架的技术要求    7
5 车架的设计计算    9
5.1 车架的计算    9
5.1.1 纵梁弯曲应力    9
5.1.2 局部扭转应力    10
5.1.3 车架扭转时纵梁应力    10
5.2 车架载荷分析    11
5.2.1 对称的垂直动载荷    11
5.2.2 斜对称的动载荷    11
5.3 车架弯曲强度的计算    11
5.3.1 受力分析    11
5.3.2 弯矩的计算    12
5.3.3 强度验算    13
5.4 车架扭转应力的计算    14
5.4.1 受力分析    14
5.4.2 求最大扭矩    15
6 悬架的总成设计    17
6.1悬架的设计要求    17
6.2悬架的两种形式    17
6.3悬架主要参数的确定    21
6.3.1悬架静挠度    21
6.3.2 悬架的动扰度    22
6.3.3 悬架弹性特性    22
6.3.4 后悬架主、副簧刚度的分配    23
6.4钢板弹簧的设计    24
6.4.1 钢板弹簧的布置方案    24
6.4.2 钢板弹簧主要参数的确定    24
6.4.3 钢板弹簧各片长度的确定    26
6.4.4 钢板弹簧的刚度验算    26
结 论    27
参考文献    28
致 谢    29

1 引 言
1.1 设计分析
车架是支撑整个车身和货物的骨架，它对货车的稳定性、安全性和承载能力有直接影响。在对车架设计进行分析时，应考虑以下几个重要因素:
1、材料的选择：货车的车架通常采用高强度钢材或铝合金制成，以保证足够的承载能力和耐久性，力求按等强度原则设计。车架重量一般约为整车整备重量的10%[1]。
2、结构设计：以确保足够的刚性和稳定性，载货汽车车架的结构设计应尽可能的简化。常见的设计包括横梁结构、车架结构和单壳结构，每种设计都有其适用的场景和优缺点。
3、负荷分析：在设计货车车架时，应对货物预期负荷进行详细分析。这包括考虑货物的重量、尺寸和分布，使车架能够安全装载并保持平衡。
4、疲劳分析：由于货车长时间运行和频繁，可能面临车架疲劳破坏的风险。因此，有必要在设计阶段进行疲劳分析，评估车架在长期使用中的耐久性和可靠性。
5、碰撞安全：货车碰撞事故通过合理的材料的选用,提高了抗冲击性，减轻了对乘员和货物的伤害。
随着国内道路条件不断提升、载货汽车客户消费升级、节能环保政策趋严，悬架技术朝“轻量化、电动化、智能化”方向发展的趋势愈发明显[2]。
1、轻量化分析：悬架的轻量化要从优化结构、材料轻量化、集成化等来着手。非金属复合材料低密度轻质材料代替传统钢板弹簧，其他部件减重可以采用：空心的稳定杆、非金属限位块垫板、空气弹簧复合材料活塞等。集成化设计对于零部件众多的悬架来说既简化了悬架结构，又降低了悬架系统的质量。
2、电动化分析：被动悬架向半主动悬架、主动悬架方向发展的过程，也就是悬架电动化过程。汽车电子技术不断的发展，传感器和控制器的成本降低而精度不断提高，电控单元模块也不断进步，因此悬架系统电动化是智能化的基础。
3、智能化分析：空气悬架等半主动、主动悬架通过增加传感器、控制单元以及执行机构来调节高度、刚度、阻尼等参数，以实现悬架智能化从而保证良好的性能。
1.1.1 设计内容及过程分析
货车车架设计是一项复杂而重要的工程任务，它直接关系到货车的稳定性、安全性和承载能力。在车架总成中，车架上的板簧支架与板簧吊耳支架与板簧紧密相连，进行支架的布置时，首先要考虑如何获得较好的不足转向特性，比较好的转向特性可以通过悬架的布置来获得[3]。车架系统的结构设计包括车架的外形尺寸设计、横梁设计、横梁布置设计和车架附件设计，横梁材料一般选取与纵梁一致[4]。车架的设计首先，要了解市场的需求和期望货、物的种类、运输距离、道路状况等。根据这些信息来决定车架的基本要求，例如承载能力、尺寸、重量限制等。根据车架的需要和预计的使用条件，选对材料极其重要。常用材料包括高强度钢材和铝合金，它们的强度和耐久性都很好，能够满足货车车架的要求。结构设计能确定车架的形状、尺寸、连接方式。常见的结构设计有波束结构、车架结构、单壳结构等，每种结构都有优缺点，需要根据实际情况进行选择。在设计车架的时候，要考虑预想的负荷。这里面包括货物的重量、尺寸和分布。通过荷载分析，可以确认车架的承载能力，保证货物的安全运输。货车通常需要长时间的运行和频繁的装载，就会有疲劳和损坏车架的风险。有必要在设计阶段进行疲劳分析，评估车架在长期使用中的耐久性和可靠性。最后，需要考虑车架碰撞时的安全性。悬架的设计首先要考虑承载性能，一个合格的车架需要承受车身和货物的重量，所以在设计时要注重悬架的强度，刚度及优化设计。其次，要保证行驶过程中的稳定性，因此悬架的刚度和阻尼要适当。为了提高驾驶舒适性，悬架的设计要避免路面不平带来的冲击和波动，设计过程中要对减震元件进行改良布置。悬架的设计同样会影响到汽车操纵性，悬架设计时要提供操控稳定性，同时也保证转向系统的良好运行。
1.2 载货汽车车架悬架研究的现状分析
货车车架悬架的研究是现代工学领域备受关注的方向。悬架系统直接影响着货车行驶的舒适性和稳定性，以及对道路的适应性，悬架系统会影响车轮的附着性能，附着性能的变化会影响车辆排操纵稳定性[5]。传统的悬架系统:大多数货车使用传统的机械悬架系统，如螺旋弹簧悬架和安全气囊悬架。这些系统相对简单，费用也较低，但在提供舒适性和稳定性方面存在局限性。空气悬架系统:随着技术的进步，空气悬架系统在货车上得到越来越普遍的应用。空气悬架可以通过调整安全气囊的气压来调整车辆的高度和硬度，特别是在不同负载条件下提供舒适性和稳定性。主动悬架控制技术:近年来，主动悬架控制技术受到了研究人员的关注。半主动悬架是提高车辆行驶平顺性的重要部件[6]。该技术通过传感器和电气控制系统实时监测车辆状态，根据道路条件和驾驶行为调整悬架系统，从而实现车辆的稳定性和安全性的提升。基于仿生学的悬架设计:一些研究人员还将仿生学原理应用于货车悬架的设计。通过模仿自然界动物的运动方式和结构，设计出适应性和效率更高的悬架系统，提高货车的行驶性能和能源效率。智能化和自动化:随着人工智能和自动驾驶技术的发展，智能化