重卡車橫梁布置對車架強度的影響

王婉瑩

（1.太原理工大學，山西 太原 030024；2.北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京 100000）

當汽車行駛在凹凸不平的路面上時，會帶來超過車架的許用應力的車架垂直沖擊載荷。另外，車架設計或附屬裝置造成的局部轉矩力， 可能導致車架斷裂。 例如車架縱梁前部橫截面較小，發動機和變速器的位置影響橫梁分布，這種布置使得車架的剛度降低，從而可能導致縱梁前部斷裂。 另一種情況是，汽車在上下坡、 轉彎或者裝載不均的時候， 會出現車架局部過載的現象，也會導致車架斷裂的情況出現。 此外，車架還會因為垂直于縱梁的懸臂載荷而產生局部扭曲， 這也是導致車架變形和造成車架斷裂的因素。 而車架橫梁的布置，對車架強度的影響是非常明顯的，如何改進并合理布局橫梁具有關鍵作用，因此，對重卡橫梁的最優布置的研究顯得十分有必要。

1 橫梁的分類及優缺點

車架是汽車的核心骨架，功能是支撐、連接汽車各總成，承受來自車內外的各種載荷。 由于梯形車架具有良好的緩沖作用、隔振作用，且能有效地降低噪聲以及延長車身使用壽命等，加之生產上的繼承性和工藝性等原因， 在大型掛車上的使用依然很廣泛。

車架應具有足夠的剛度和足夠的強度，而且車身的質量要盡可能小。 為了降低整車重心，提高汽車行駛的穩定性，車架應布置得離地面近一些。 橫梁的類型以及各自的優缺點如下：（1）槽型橫梁，具有較好的抗彎能力和抗扭能力，得到了較為普遍的應用，一般用于連接板與縱梁上下翼面的連接。（2）帽型橫梁，有一定的抗彎能力和抗扭能力，可以獲得較大的腹部空間，常用于縱梁上翼面連接。（3）鱷魚式橫梁，抗彎能力較差，可以獲得較大的腹部空間，與上下翼板連接。 （4）圓管橫梁，具有較高的強度，但抗彎能力較差，可以有效降低車架扭力集中，直接焊接在縱梁腹板或用于與上下翼板連接。 （5）“Z”型橫梁，抗彎能力強，抗扭能力差，可以有效降低車架的扭力集中，與縱梁上下翼面連接。

2 車架結構及橫梁布置

2.1 車架結構

車架主要由縱梁、橫梁、發動機支架、離合器支架及其他附件組合而成。 車架按照工藝的不同又分為焊接車架、鉚接車架、鉚/焊接的車架。 中重型卡車主要采用鉚接車架。 車架的主要承載部件是縱梁，在汽車行駛中，縱梁受較大的彎曲應力。 縱梁根據截面形狀可分為工字梁和槽形梁。其中槽形梁具有強度高、工藝簡單等優點，所以在載貨汽車設計中常選用槽形梁。 同時為了使低速載貨汽車達到比較理想的使用性能， 縱梁都采用直線形結構。 這樣不僅可以降低縱梁的高度，降低汽車重心，減輕整車自身重量，也可在保證強度的前提下降低成本。

加大橫梁的扭轉剛度可以較大幅度地提高整個車架的扭轉剛度，但是帶來的弊端是，與該橫梁連接處的縱梁的扭轉應力會加大。 所以在不加大橫梁的前提下， 在兩根橫梁間再增加橫梁，則可以增加車架的扭轉剛度，而且還可以降低與橫梁連接處的縱梁扭轉應力。

橫梁的抗彎性能、抗扭性能的好壞以及橫梁的布置，直接影響著縱梁的內應力大小。 同時，合理地分布設計橫梁，能增強車架的扭轉剛度，更有效地抗彎抗扭。 應用最廣泛的邊梁式車架由縱梁和橫梁及車架附件組成，縱梁承擔了車架受力的大部分，而車架橫梁將左、右縱梁連接起來，構成一個框架，不僅用來保證車架的扭轉剛度和承受縱向載荷， 而且還用以支撐汽車上的主要部件。

2.2 橫梁布置

車架的橫梁上要安裝汽車的一些主要部件和總成，橫梁的形狀以及橫梁的布置應滿足汽車安裝上的需要。 橫梁的數量，橫、縱梁的斷面形狀以及兩者之間的連接方式的不同，會對車架的扭轉剛度有很大影響。 常用的車架結構形式有以下三種：（1）箱型縱梁、管型橫梁，橫、縱梁間采用焊接的連接方式，優點是扭轉剛度最大。 （2）槽型縱梁、槽型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接的連接方式，扭轉剛度適中。 （3）槽型縱梁、工字型橫梁，橫、縱梁間采用鉚接的連接方式，缺點是扭轉剛度最小。

以上三種車架中，轎車車架的縱梁與橫梁的連接方式多采用焊接的連接方式，而貨車則多采用鉚釘連接。 低速載貨汽車常選用槽型縱梁、槽型橫梁，采用鉚接的連接方式。 因為鉚釘連接具有一定彈性，非常有利于消除峰值應力，從而改善應力狀況，非常適用于要求有一定扭轉彈性的貨車車架。

1214 型重型卡車的第三梁和第五梁存在較大應力，扭轉狀態下應力值也較大。 焊接連接可以大幅度降低水平工況下連接部位應力，大幅度降低左扭工況最大應力和連接部位應力，增加側向鉚接，可以改善車架的應力分布，降低最大應力。 增加車架橫梁的截面高度，對降低車架應力較有利。

某重型卡車，最大應力區為車架前部變截面上、下彎邊內緣與外緣，主縱梁位于第三橫梁前部上彎邊外緣，第六橫梁和第七橫梁附近上、下彎邊處。 最佳改進方案為增加翼緣寬度，這種方法不僅能有效地增大槽型界面的抗彎截面系數， 而且增強處的材料分布位置恰好是應力值較大部位，且車架質量增加較少。

3 總結

本文初步探討了重卡車車架結構以及橫梁布置對車架強度的影響，研究了不同車型的車架結構的應力影響因子。 對車架結構做了綜合分析， 并通過對比和分析進行了相關的探討和研究。 然后研究了橫梁的布置對車架強度尤其是車架的應力的影響，可知不同的車型有不同需求，其橫梁的布置與選材都有所不同。

[1]龍凱.用某重型貨車車架結構強度分析與改進.北京理工大學，2008.