车架系统设计规范标准版.doc
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1、Q/NB.G2003包头北奔重型汽车有限公司 发布2012-03-30实施2012-03-30发布车架系统设计规范Q/NB.J130282012 代替代替Q/NB包头北奔重型汽车有限公司企业标准1Q/NB.J130282011前 言本标准为本企业标准车架系统设计规范的首次制定。本标准由公司标准化委员会提出。本标准由研发中心归口。本标准由研发中心负责起草。本标准主要起草人:段智方I车架系统设计规范1 范围本标准规定了本公司中、重卡车型车架开发设计所涉及的设计流程、设计方案、检验项目等主要设计技术规范要求。本标准适用于所有中、重卡车架系统的设计开发。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引
2、用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。GB116 铆钉供货条件N 33009 用于螺栓联接的拧紧力矩BQB310 汽车结构用热连轧钢板及钢带GB/T4458.5-2003 机械制图尺寸公差与配合注法GB/T1184-1996 形状和位置公差 未注公差值GB/T1804-2000 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差Q/NB.J01001 汽车产品图样基本要求及格式GB/T 867 半圆头铆钉Q/NB.J04
3、007 铁红环氧酯底漆(H06-2)技术条件Q/NB.J04011 J-52-01氯化橡胶面漆技术条件Q/NB.J04017 POWERCRON Frame coat阴极电泳漆技术条件3 输入要求3.1设计任务书中提出的整车总体设计要求3.2 整车总体布置设计要求3.3 车架设计的标准化、通用化、系列化要求4 设计流程 17注释说明:(1) 需要设计输入的参数有如下内容:整车总体尺寸参数、货箱尺寸参数、轴距布置尺寸、整车前后悬尺寸、整车最大承载量等(2) 影响车架宽度尺寸确定的参数有:整车宽度、车桥轮距、转向桥最大转向角、悬架板簧中心挎距、发动机外廓尺寸等(3) 车架材料确定需考虑的参数有:纵
4、梁截面尺寸范围、加工制造工艺可能性、Benchmark、车辆承载范围等。(4) 确定车架纵梁截面尺寸需要考虑的指标有:纵梁截面抗弯强度、(5) 确定车架横梁结构需要考虑的指标有:加工制造工艺可能性、Benchmark、车架抗扭强度、动力传动总成的布置情况、是否带牵引钩等。(6) 车架布置需要考虑的因素有:动力传动总成布置情况、取力器或减震器的布置、悬挂布置、(7) 车架FEA分析按Q/NB.J13034-2012车架FEM分析规范(8) 车架零件工程设计输出的数据有:零件详细三维数模、零件详细工程图纸、零件材料、零件重量、零件加工工差要求、(9) 车架台架测试方法:车架台架疲劳试验。(a) 使
5、用FRIMI软件计算进行纵梁截面尺寸确定(1) 需要输入的参数:纵梁横截面剖视图(结构、壁厚和间距)(2) 质量分布(驾驶室、动力传动系统、有效载荷)(3) 车长、簧距、轴距、桥的位置、力输入点的悬挂支架位置(4) 副车架截面视图和与主车架的连接方式(硬性、柔性)(5) 材料一般特性(弹性模量)(6) 车辆类型(自卸、货箱、)Line up 的数据内容:输入: 长度(轴距、车架、货箱、前后悬) 位置(有效负载的质心、质量块、货箱) 载荷(桥额定载荷、过载系数) 质量参数(驾驶员、上装底板和副车架、底盘主要质量茹发动机、变速箱、支撑轴、冷却等等)输出: 桥储备(kg) 桥载荷(载荷工况/超载工况
6、 前后桥)FRIMI软件需要的 输出数据: 最大弯曲应力 弯曲线 剪应力和剪力分布 弯曲挠度 所选材料依据建议的材料类型(形状,高度)以及材料厚度可以满足材料应力极限,一般情况下,通过FRAMI计算后得到的应力值是材料屈服极限的三分之一,被认为是安全的。可以说纵梁截面尺寸确定的依据,以及横截面设计就纵梁在FRAMI计算的应力水平而定。(b) 使用FEMFAT软件对车架模型进行FEA(Finite Element Analysis有限元分析)分析(1) 需要输入的参数: 来自FEA的静动载工况下的应力分布情况 FEA模型 FFD材料数据 焊缝类型(2) 边界条件的确定: 边界条件定义包含在FEA
7、模型中 计算结果的评判标准: 静态安全系数高于限定值(许用应力/突变应力) 疲劳安全系数高于限定值5 设计方案:5.1车架总体结构设计5.1.1.满足设计任务书中提出的整车总体设计要求。5.1.2.满足整车总体布置设计及总体技术协调卡要求。5.1.3.结合平台现有车架,尽可能地采用现有车架资源,或在现有车架资源基础上进行局部改进设计。5.1.4.在不影响整车总体设计要求的条件下,为了实现车架的通用性,必要时以技术协调卡形式提出对设计任务书参数进行调整。5.2车架总体结构设计包括:车架总体尺寸设计、车架主要总成部件孔位的确定、车架横梁布置设计、车架纵梁孔位的布置设计等四部分。5.2.1车架总体尺
8、寸设计依据设计任务书中整车总体尺寸参数、货箱尺寸参数、轴距布置尺寸、整车前后悬尺寸、整车最大承载量、车辆使用条件使用环境等因素等进行综合分析,结合平台规划设计理念来确定车架总体尺寸。车架总体尺寸设计主要指车架总成外廓形状和尺寸的确定、车架纵梁最大断面尺寸的确定、车架纵梁断面厚度尺寸的确定等。5.2.1.1.车架最大外宽尺寸确定车架最大外宽尺寸是指车架上由横梁所固定的左右纵梁腹板间的最大宽度。整车宽度确定后,车架宽度就可以根据车桥轮距、转向桥最大转向角、悬架板簧中心挎距、发动机外廓尺寸等确定。目前,北奔中重型汽车车架有前后等宽(通直梁)式和前宽后窄式2种结构形式。外宽尺寸已按平台形成规范化,为了
9、车架技术资源统一规范,在开发新车型时,在现有外宽尺寸能够满足设计要求的情况下,一般不提倡增加车架外宽品种。各种系列车架外宽尺寸见下表1。为了减少车架品种,优化车架结构,设计时请优先采用表中车架宽度尺寸。表1 北奔产品资源车型车架外宽尺寸汇总表:车型系列车架结构形式车架外宽(前/后)(mm)重卡平台前宽后窄变截面梁901/761前宽后窄变截面梁944/784前后等宽变截面梁(-I)860中重卡平台前后等宽变截面梁860中卡平台前后等宽通直梁8605.2.1.2车架纵梁最大断面尺寸的确定:目前中重型卡车车架纵梁多采用开口朝内的槽形断面结构,其特点是容易成型,弯曲刚度大、强度高,零件的安装与紧固方便
10、。纵梁断面尺寸确定应依据车型的最大承载量、用途和使用工况来确定。一般地,承载量越大使用工况越差,则需要车架断面尺寸越大。车架断面尺寸分为腹面高度、翼面宽度和断面厚度等三方面。目前北奔重卡车架纵梁最大断面尺寸种类较少,各种系列车架及纵梁的断面尺寸见下表2。针对细分市场,可能会适当增加不同断面尺寸车架种类,但应综合考虑生产成本及其它零部件通用性。表2 北奔车架纵梁最大断面尺寸汇总表:车型系列截面形状尺寸车架宽度AA1BB1CC1RR1A/B重型平台重型31730070588.571274.53901/761H0930428880-8-12-3.8944/784H0928426880-8-12-3.
11、55944/784重型-I3002849082861293.33860轻量化牵引车3002848070(局部)8512133.75901/761中重平台3002849082861293.33860中型平台2802648072841283.5860车架断面结构图5.1.2.3.车架长度尺寸的确定 整车长度确定后,车架长度可依据驾驶室长度、货箱长度、前后悬、轴距布置、空滤器进气道尺寸、车辆实际使用情况等来确定,一般情况下,车型总布置确定后,车架长度也就确定了。目前北奔车架纵梁长度种类较多,为了减少车架品种,优化车架结构,设计时应遵循表3中所列原则。 表3 北奔车架长度设计应遵循的原则序号影响车架长
12、度变化因素设计时应遵循原则1前悬同一平台之间当驾驶室不变时车架前悬不变同一平台之间当驾驶室改变影响到车架前悬变化,车架长度随之改变。2轴距当轴距变化而整车长度不变时,车架总长不变当轴距变化而整车长度变化不大且现有车架满足整车布置要求时,车架总长不变3货箱长度当货箱长度变化而引起的整车长度变化,在现有车架满足整车布置要求时,车架总长不变表3 北奔车架长度设计应遵循的原则当货箱长度变化而不引起整车长度变化,车架长度不变4整车长度整车长度变化不大,在现有车架满足整车布置要求时,车架总长不变5.2.2.车架上主要总成部件孔位的确定 车架是汽车上各大总成部件的载体,各大总成是通过车架上的连接孔进行铆接或
13、螺栓联接来实现整车装配的。车架设计过程中,一般地,车型总布置确定后,车架上主要总成的孔位也就确定了。 北奔系列载货汽车,由于所配总成品种较多,为了实现车架设计的标准化、通用化、系列化要求,尽可能多地减少车架品种,实现平台间的优化组合,车架上主要总成孔位的确定显的至关重要。车架主要总成孔位布置主要有发动机孔位布置,变速箱孔位布置,前后悬架孔位布置,车架货箱连接支座的布置,消音器支架、油箱托架布置等。5.2.2.3车架发动机孔位布置 在总布置设计时发动机的布置,一般以发动机飞轮壳后端面曲轴中心为定位基准。发动机是通过发动机悬置支架与车架相连的,不同厂家不同系列的发动机,其发动机缸体悬置孔位不同,因
14、而发动机悬置支架结构尺寸不同。由于发动机外形尺寸大小的不同,发动机在车架上的布置倾角不同,导致车架上发动机悬置孔位不同。设计时为了减小车架品种,实现同一平台间配装不同品种的发动机的车型其车架的通用性,在布置发动机时应遵循以下表4的要求: 表4 车架发动机孔位布置原则1对同一类型的发动机,在同一平台之间,一般要求发动机飞轮壳后端面曲轴中心座标位置是一致的。2对不同系列发动机,如果车架其它孔位完全相同,只有发动机支架孔位不同且两组发动机支架孔在车架纵梁上可以实现布置的情况下,可以考虑采用同一个车架,以减少车架品种。3在两组发动机孔位接近时,应采取改变发动机支架结构的方法,以实现发动机支架孔的共用。
15、4总布置设计在布置不同系列发动机时,在布置允许的条件下,应考虑与车架连接的发动机支架的通用性,采用改变与发动机连接支架的方法,以便实现车架上发动机孔位的一致性。5因发动机布置需要,在发动机倾角不一致时,应优先考虑改变发动机支架与发动机悬置胶垫结合面倾角来实现。以便实现车架上发动机孔位的一致性。6发动机在车架上一般采用四点固定,通常采用螺栓或铆钉连接方式,从减少车架品种考虑,在不影响装配效率的前提下,应采用螺接的连接方式,将与车架连接的发动机悬置归入发动机悬置子组。5.2.2.4车架变速箱悬置孔位布置 变速箱悬置是指变速箱通过弹性减振元件支承在车架上设置的支承支架上,对变速箱起辅助支承作用。 在
16、车型设计中有时在一个车型上同时选配两种或多种变速箱,由于不同变速箱上的悬置支架位置不一致,导致车架纵梁上有多组变速箱悬置支架孔。在设计时为了实现变速箱悬置孔位的通用性,应尽量满足不同的变速箱采用同一组变速悬置支架孔,为此在设计时应遵循下表5的要求: 表5 车架变速箱悬置支架孔位的布置原则1不同变速箱悬置支架相对于车架位置不一致时,采用改变变速箱的支架结构方法,实现不同的变速箱悬置孔位的通用性2不同变速箱悬置支架相对于车架位置不一致时,采用改变与车架相连接支架结构,实现不同的变速箱悬置孔位的通用性3变速箱高度变化,影响到悬置支架高度变化时,采用改变支架结构或悬置高度来实现不同的变速箱悬置孔位的通
17、用性5.2.2.5车架前后悬架孔位布置 北奔重卡车辆前悬架一般采用钢板弹簧加筒式减振器结构形式,后悬架一般采用钢板弹簧和平衡悬架结构。车架上悬架孔位用来固定钢板弹簧支座、筒式减振器支架、平衡悬架支座等,其孔位需由总布置设计确定,在总布置设计完成后,车架悬架孔位也就确定了。在悬架结构不变时,前悬架在车架上的固定孔位是固定不变的,后悬架孔位需根据整车轴距的变化进行位置调整。5.2.2.6消音器、油箱孔位布置 消音器支架、油箱托架等的布置位置,与车辆的动力传动系统密切相关,为尽量减少车架品种,支架(托架)上的孔距应尽量一致,布置位置应尽量统一。5.2.3车架横梁的布置设计 车架横梁和车架纵梁一样是车
18、架的重要组成部分,横梁将左右纵梁联在一起,构成完整的车架,并保证车架有足够的抗扭刚度,限制其变形和降低某些部位的应力。横梁还起着支承某些部件总成的作用。车架设计中,应保证车架中后部承受抗扭的能力最大,由中部至两端逐渐减小,构成等强度梁,这样横梁布置和设计显得十分重要。横梁可按其前后顺序命名如第一横梁、第二横梁、第三横梁等;也可按其所处的位置和作用命名如首横梁、尾横梁、平衡悬架横梁等。 为规范车架设计,减少车架品种,在车架设计中横梁的布置位置和横梁结构的选用在同系列车架中尽可能一致。下面就北奔车型车架横梁布置及设计进行规范性说明。5.2.3.1车架首横梁布置及设计 首横梁即第一横梁,一般为通用槽
19、型横梁,与纵梁上、下翼面铆接或螺栓连接。其上或侧面一般要安装驾驶室支承前支座、前牵引钩、前保险杠、前位灯具等。前横梁布置设计时要注意以下几点(表6): 表6 首横梁布置设计应注意的几点1满足所装载部件如驾驶室支承前支座、前牵引钩、前保险杠、前部灯具等的位置尺寸要求。2要有足够的强度,以保证前牵引钩在承受牵引力作用时不变型,必要时在牵引钩部位增加垫板进行加强。3要保证其后部安装的中冷器、水箱有足够的布置空间。4首横梁在同一平台中应为通用结构,对横梁结构一般不得轻易更改。5.2.3.2车架元宝梁的布置及设计 该梁由于断面形状像元宝,故称其元宝梁。通常用在发动机飞轮壳后变速箱下。由于发动机、变速箱体
20、积大纵向长度较长,故将该横梁整体形状设计为U型,一方面可以避开发动机和变速箱的干涉,另一方面可以增加发动机、变速箱部位车架的强度和抗扭刚度,减小安装在车架上的动力传动系统悬置的振动幅度。设计时要注意以下几点(表7): 表7 元宝梁布置设计时应注意的几点1元宝梁下部最低点不得低于前桥下底面;下部上表面距发动机或变速箱应留有足够的间隙以保证发动机变速箱上下跳动时不至于干涉,一般间隙不小于30mm。2根据元宝梁结构,一般为冲压制作,设计时要考虑冲压成型工艺性,拉伸深度在保证装配间隙的情况下,应尽量小。如深度太大时应改变其结构。3元宝梁在同一平台为通用结构,一般情况其在车架上的位置和其自身结构不得轻易
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