CN105667597B - 一种组合式车架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式车架，包括与牵引装置连接的前车架，与前车架后端连接的转接梁；与转接梁连接的三维空间桁架式车架；前车架包括两根边梁和位于两根边梁中的纵梁，在纵梁和边梁之间通过若干横梁和斜向连接杆连接，任意两根相邻的斜向连接杆以横梁的一端为顶点对称安装；三维空间桁架式车架由位于两边的侧边平面桁架，连接两个侧边平面桁架一端的尾部连接梁，位于两个侧边平面桁架中的若干中间平面桁架，以及将若干中间平面桁架相互连接，并与侧边平面桁架和尾部连接梁连接的横向连接梁、斜向连接梁组成的三维立体结构。本发明符合国家标准，设计合理，强度高，刚度大，自重轻，承载力强，油耗小，成本低、故障率低，使用寿命长。

Description

一种组合式车架

技术领域

本发明涉及一种组合式车架，属于汽车制造技术领域。

背景技术

在货运类车辆（含改装车、半挂车及全挂车）的车架设计中，通常采用“梯形车架”（如图1）；即由左右分开的两根纵梁和若干根横梁组成；梯形车架的特点是：在纵向上设计截面较高大的“工”字形或槽型截面的两根纵梁和两根边梁以承担垂直载荷（抗弯），在横向上（纵梁、边梁之间）设计截面较小的横梁，以连接纵梁和横梁，并承担横向载荷（抗扭）；纵梁、边梁、横梁组成横截面为梯形或矩形的车架。但由于“工”字形或槽型截面的抗扭能力及横向稳定型均较差，无法分担扭矩；而横梁由于其截面较小，且与纵梁、横梁，边梁与横梁的连接面积非常有限，也无法高效传递载荷，致使横梁也无法分担垂直载荷。其设计结果必然是，纵梁抗弯，横梁抗扭，各干各的活儿，彼此互不分担；未能充分发挥所有元件的自有能力，造成车架自重大、载荷能力低、质量利用系数低、横向稳定型差，抵抗振动性能差的结果。

对于减轻自重，提高质量利用系数问题，目前在经典的理论力学和材料力学指导下，无法从结构上实现突破，只能是从材料上入手----利用低密度、高强度、高成本的轻质材料铝合金和碳纤维等替代传统材料，此方法减重效果虽然明显，但也存在一定的缺陷：这些轻质材料在与传统材料连接而构成承载结构时，由于无法采用低成本的焊接形式，而不得不采用成本较高的绝缘铆接、绝缘螺接或粘接等工艺方式，且这些连接方式也很难快速有效的传递载荷。这不仅使得车架的原材料成本及制造成本大幅上升，同时还会在异种材料的连接处产生应力集中而造成早期损坏的隐患。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种符合国家相关标准和法规要求，设计合理，强度高，刚度大，自重轻，耗材少，承载能力大，油耗小，同时降低成本、故障率低，使用寿命长的组合式车架。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种组合式车架，包括与牵引装置连接的前车架，与前车架后端连接的转接梁；与转接梁连接的三维空间桁架式车架；所述前车架包括两根边梁和位于两根边梁中的纵梁，在纵梁和边梁之间通过若干横梁和斜向连接杆连接，任意两根相邻的斜向连接杆以横梁的一端为顶点对称安装；所述三维空间桁架式车架由位于两边的侧边平面桁架，连接两个侧边平面桁架一端的尾部连接梁，位于两个侧边平面桁架中的若干中间平面桁架，以及将若干中间平面桁架相互连接，并与侧边平面桁架和尾部连接梁连接的横向连接梁、斜向连接梁组成的三维立体结构。

进一步的，所述中间平面桁架由中间平面桁架上弦杆和中间平面桁架前下弦杆、中间平面桁架后下弦杆以及连接中间平面桁架上弦杆和中间平面桁架前下弦杆的中间平面桁架前腹杆、连接中间平面桁架上弦杆和中间平面桁架后下弦杆的中间平面桁架后腹杆组成；任意两根相邻的中间平面桁架前腹杆或中间平面桁架后腹杆呈V字形。

进一步的，所述侧边平面桁架由侧边平面桁架上弦杆、侧边平面桁架下弦杆和连接两者的侧边平面桁架腹杆组成，任意两根相邻的侧边平面桁架腹杆呈V字形。

进一步的，所述转接梁为直梁、折线梁或曲梁的一种或几种组合；转接梁的截面为圆形、矩形、方形、三角形、“Z”型、工字型或槽型中的一种。

进一步的，所述三维空间桁架式车架由杆件或板件组成；杆件截面为圆管形、矩形、方形、工字形或槽型中的一种；所述转接梁与三维空间桁架式车架之间通过焊接、铆接、螺接的一种或几种进行连接。

进一步的，所述组合式车架形状为长方形、方形、梯形中的一种；其横断面的形状为长方形、方形、梯形中的一种。

进一步的，所述斜向连接杆的横断面为圆形、矩形、方形、三角形、“Z”型、工字型或槽型中的一种。

本发明的有益技术效果是：1、减轻了自重，提高了质量利用系数，由于在纵梁与横梁、纵梁与边梁的交汇节点处增设斜向连接杆，在结构上强制纵梁、横梁、边梁三者间彼此更多地分担外载荷，而三维空间桁架式车架刚度大、质量小，构成三维空间桁架式车架的所有元件均参与承载，充分挖掘各个元件的能力，发挥各个元件自身的能力，实现整体承载，在同等条件下，提高了材料利用率，降低了各个元件的自重，极大地提升了车架的质量利用系数，从而避免了梯形车架的刚度低、自重大、质量利用系数低的弊病；2、提高了车架的结构稳定性，由于在结构上增加了强制承载元件彼此互相分担外载荷，极大地提升了承载元件（纵梁、横梁、边梁）的承载能力及抵抗变形的能力；车架的稳定性大大提升，三维空间桁架式车架受力时结构稳定性高；通过转接梁将前部的梯形车架与后部三维空间桁架式车架有机的连接在一起，使得前后两种结构的车架连成完整而牢固的承载整体，实现了整体承载。3、提高了车架的行驶稳定性，由于实现了前车架与三维空间桁架式车架的整体承载，外载荷均由所有元件来分担，使整个车架在应对各种工况时变形幅度大为减小，从而提升了行驶稳定性。4、由于减轻了自重，减少了原材料消耗，车辆在使用中也降低了燃油消耗；同时，车辆行驶稳定性增加也降低了轮胎磨损，延长了轮胎使用寿命。5、整体承载提高了车架结构稳定性和整车的行驶稳定性，使得车辆所承运的货物得到更好的保护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

图1 为本发明的结构示意图：

图2 为本发明的前车架结构示意图；

图3 为本发明的三维空间桁架式车架结构示意图；

图4 为本发明的三维空间桁架式车架的中间平面桁架结构示意图；

图5 为本发明的三维空间桁架式车架的侧边平面桁架结构示意图。

图中：1、前车架，11、斜向连接杆，12、纵梁，13、横梁，14、边梁，2、转接梁，3、三维空间桁架式车架，31、中间平面桁架，32、侧边平面桁架，33、横向连接梁，34、斜向连接梁，35、尾部连接梁，311、中间平面桁架上弦杆，312、中间平面桁架前腹杆，313、中间平面桁架前下弦杆，314、中间平面桁架后下弦杆，315、中间平面桁架后腹杆，321、侧边平面桁架上弦杆，322、侧边平面桁架下弦杆，323、侧边平面桁架腹杆。

具体实施方式

如图1、2、3所示的一种组合式车架，包括与牵引装置连接的前车架1，与前车架后端连接的转接梁2；与转接梁连接的三维空间桁架式车架3；所述前车架1包括两根边梁14和位于两根边梁中的纵梁12，在纵梁12和边梁14之间通过若干横梁13和斜向连接杆11连接，任意两根相邻的斜向连接杆11以横梁13的一端为顶点对称安装；所述三维空间桁架式车架3由位于两边的侧边平面桁架32，连接两个侧边平面桁架32一端的尾部连接梁35，位于两个侧边平面桁架32中的若干中间平面桁架31，以及将若干中间平面桁架31相互连接，并与侧边平面桁架32和尾部连接梁35连接的横向连接梁33、斜向连接梁34组成的三维立体结构。

如图4所示，所述中间平面桁架31由中间平面桁架上弦杆311和中间平面桁架前下弦杆313、中间平面桁架后下弦杆314以及连接中间平面桁架上弦杆311和中间平面桁架前下弦杆313的中间平面桁架前腹杆312、连接中间平面桁架上弦杆311和中间平面桁架后下弦杆314的中间平面桁架后腹杆315组成；任意两根相邻的中间平面桁架前腹杆312或中间平面桁架后腹杆315呈V字形。

如图5所示，所述侧边平面桁架32由侧边平面桁架上弦杆321、侧边平面桁架下弦杆322和连接两者的侧边平面桁架腹杆323组成，任意两根相邻的侧边平面桁架腹杆323呈V字形。

所述转接梁2为直梁、折线梁或曲梁的一种或几种组合；转接梁2的截面为圆形、矩形、方形、三角形、“Z”型、工字型或槽型中的一种。

所述三维空间桁架式车架3由杆件或板件组成；杆件截面为圆管形、矩形、方形、工字形或槽型中的一种；所述转接梁2与三维空间桁架式车架3之间通过焊接、铆接、螺接的一种或几种进行连接。

所述组合式车架形状为长方形、方形、梯形中的一种；其横断面的形状为长方形、方形、梯形中的一种。

所述斜向连接杆11的横断面为圆形、矩形、方形、三角形、“Z”型、工字型或槽型中的一种。

制作步骤是：首先，在工装上将纵梁12、横梁13、边梁14通过牵引销连接好，并在纵梁12与横梁13、横梁13与边梁14的交汇节点处加装斜向连接杆11；而后，将在工装上加工完成的两榀三维空间桁架的中间平面桁架31和同样在工装上加工完成的左右各一榀三维空间桁架的侧边平面桁架32用杆件彼此连接构成三维空间桁架式车架3；最后，将前车架1通过两个转接梁2按设定间距将三维空间桁架式车架3连接起来，就构成了本发明的组合式车架。

在车架承载过程中，车架在垂直载荷作用下，由理论力学和材料力学可知：

对于前车架1而言：沿纵向布置的车架就相当于简支于牵引销和转接梁2之间的梯形框架简支梁；前车架1承担着其上的货物外载荷及牵引销的支反力和转接梁2处的支反力；按照经典的理论力学和材料力学力学理论可知：梯形车架1会按照纵梁12抗弯（产生弯曲正应力）、横梁13抗扭（产生扭转正应力）的方式来承担所有外载荷及支反力。由于在各个纵梁12与横梁13、边梁14与横梁13的连接交汇节点处加装了斜向连接杆11，使得在前车架1承载过程中，由斜向连接杆11强制地将纵梁12所承受的部分弯矩和横梁13所承受的部分扭矩分别传递到横梁13和纵梁12上；使得外载荷在梯形车架间的所有元件间有效的传递和分担，实现了元件的全承载。

另外，前车架1在自身承载的同时，它们会将外载荷（弯曲和扭转）等比地传递到牵引销和转接梁2这两个支点上；牵引销将分到的载荷传递到牵引车，由牵引车承担；而转接梁2将分到的载荷等效传递到后部的三维空间桁架式车架3上，由三维空间桁架式车架承担；实现了载荷的有效承载和流畅分散。

对于后部的三维空间桁架式车架3而言：整个三维空间桁架作为一个刚性的整体简支于转接梁2与悬挂之间；首先，三维空间桁架承担着其上所承载的外载荷；其次，三维空间桁架同时还承担着来自转接梁2传递的外载荷（弯曲和扭转）和来自悬挂的垂直向上的支反力和左右不平衡所产生的扭转力矩；由结构力学可知:三维空间桁架在承受上述外载荷时，三维空间桁架将所有外载荷（弯曲、扭转）均转化为构成三维空间桁架的杆件内部的轴向力的形式来分担到每一根杆件上；最终三维空间桁架以全部构成杆件来共同承担全部的外载荷；实现了整体构件的全承载。

对于整个半挂车的车架（前车架1+转接梁2+三维空间桁架3）而言，由于对前车架实现了全部元件整体承载的有效改良，并且由于转接梁2的有机连接作用，将前车架1和三维空间桁架3组合成一个承载共同体，在承载方面实现了整体承载的模式。

故此，在车架的抗弯、抗扭两个主要问题上，本发明均实现了使整个车架的所有部件共同承担弯矩和扭矩---也就是整体承载。避免了现有技术中纵梁12和边梁14单独承受弯矩而无法分担扭矩，同时横梁13也只能承担扭矩而无法分担弯矩的弊端；这样就充分发挥了所有原件的承载能力；结果必然是载荷能力不变的前提下，降低了车架自重，同时提高了车价的稳定性和使用寿命。

本发明与现有技术相比，其特点在于：

1、减轻了自重，提高了质量利用系数，由于在纵梁与横梁、纵梁与边梁的交汇节点处增设斜向连接杆，在结构上强制纵梁、横梁、边梁三者间彼此更多地分担外载荷，而三维空间桁架式车架刚度大、质量小，构成三维空间桁架式车架的所有元件均参与承载，充分挖掘各个元件的能力，发挥各个元件自身的能力，实现整体承载，在同等条件下，提高了材料利用率，降低了各个元件的自重，极大地提升了车架的质量利用系数，从而避免了梯形车架的刚度低、自重大、质量利用系数低的弊病；

2、提高了车架的结构稳定性，由于在结构上增加了强制承载元件彼此互相分担外载荷，极大地提升了承载元件（纵梁、横梁、边梁）的承载能力及抵抗变形的能力；车架的稳定性大大提升，三维空间桁架式车架受力时结构稳定性高；通过转接梁将前部的梯形车架与后部三维空间桁架式车架有机的连接在一起，使得前后两种结构的车架连成完整而牢固的承载整体，实现了整体承载；

3、提高了车架的行驶稳定性，由于实现了前车架与三维空间桁架式车架的整体承载，外载荷均由所有元件来分担，使整个车架在应对各种工况时变形幅度大为减小，从而提升了行驶稳定性；

4、由于减轻了自重，减少了原材料消耗，车辆在使用中也降低了燃油消耗；同时，车辆行驶稳定性增加也降低了轮胎磨损，延长了轮胎使用寿命；

5、整体承载提高了车架结构稳定性和整车的行驶稳定性，使得车辆所承运的货物得到更好的保护。

以上实施例是对本发明内容的解释，不作为对本发明内容的限定，凡是本领域技术人员在本申请所公开基础上无创造性的变动，均在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种组合式车架，其特征在于：包括与牵引装置连接的前车架（1），与前车架后端连接的转接梁（2），与转接梁连接的三维空间桁架式车架（3）；所述前车架（1）包括两根边梁（14）和位于两根边梁中的纵梁（12），在纵梁（12）和边梁（14）之间通过若干横梁（13）和斜向连接杆（11）连接，任意两根相邻的斜向连接杆（11）以横梁（13）的一端为顶点对称安装；所述三维空间桁架式车架（3）由位于两边的侧边平面桁架（32），连接两个侧边平面桁架（32）一端的尾部连接梁（35），位于两个侧边平面桁架（32）中的若干中间平面桁架（31），以及将若干中间平面桁架（31）相互连接，并与侧边平面桁架（32）和尾部连接梁（35）连接的横向连接梁（33）、斜向连接梁（34）组成。

2.根据权利要求1所述的组合式车架，其特征在于：所述中间平面桁架（31）由中间平面桁架上弦杆（311）和中间平面桁架前下弦杆（313）、中间平面桁架后下弦杆（314）以及连接中间平面桁架上弦杆（311）和中间平面桁架前下弦杆（313）的中间平面桁架前腹杆（312）、连接中间平面桁架上弦杆（311）和中间平面桁架后下弦杆（314）的中间平面桁架后腹杆（315）组成；任意两根相邻的中间平面桁架前腹杆（312）或中间平面桁架后腹杆（315）呈V字形。

3.根据权利要求1所述的组合式车架，其特征在于：所述侧边平面桁架（32）由侧边平面桁架上弦杆（321）、侧边平面桁架下弦杆（322）和连接两者的侧边平面桁架腹杆（323）组成，任意两根相邻的侧边平面桁架腹杆（323）呈V字形。

4.根据权利要求1所述的组合式车架，其特征在于：所述转接梁（2）为直梁、折线梁或曲梁的一种或几种组合；转接梁（2）的截面为圆形、矩形、三角形、“Z”型、工字型或槽型中的一种。

5.根据权利要求1所述的组合式车架，其特征在于：所述三维空间桁架式车架（3）由杆件或板件组成；杆件截面为圆管形、矩形、工字形或槽型中的一种；所述转接梁（2）与三维空间桁架式车架（3）之间通过焊接、铆接、螺接的一种或几种进行连接。

6.根据权利要求1所述的组合式车架，其特征在于：所述组合式车架形状为长方形、梯形中的一种；其横断面的形状为长方形、梯形中的一种。

7.根据权利要求1所述的组合式车架，其特征在于：所述斜向连接杆（11）的横断面为圆形、矩形、三角形、“Z”型、工字型或槽型中的一种。

8.如权利要求1所述的组合式车架的制作步骤，其特征在于：首先，在工装上将纵梁、横梁、边梁通过牵引销连接好，并在纵梁与横梁、横梁与边梁的交汇节点处加装斜向连接杆；而后，将在工装上加工完成的两榀三维空间桁架的中间平面桁架和同样在工装上加工完成的左右各一榀三维空间桁架的侧边平面桁架用杆件彼此连接构成三维空间桁架式车架；最后，将前车架通过两个转接梁按设定间距将三维空间桁架式车架连接起来即可。