CN111591346A - 一种商用卡车钢铝混合结构车架 - Google Patents

一种商用卡车钢铝混合结构车架 Download PDF

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李舜酩
张凯成
孙明杰
姚通
王一博
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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Abstract

本发明公开了一种商用卡车钢铝混合结构车架，包括左、右纵梁，左、右纵梁的截面为U型且开口朝内设置，纵梁为变截面形式，其前半段截面厚度小于后半段截面厚度。左、右纵梁上方设有副纵梁，左、右纵梁之间通过多个横梁连为一体，第一横梁为管型横梁，横梁两端与左、右纵梁的腹面内侧相连接。第二、三、四、五横梁通过两端的连接板与左、右纵梁的腹面内侧相连接。两根纵梁上依次设有发动机支架、横梁支架、L型油箱支架和L型蓄电池支架。上述车架零部件中，第二、三、四横梁及其连接板，横梁支架、第五横梁连接板的材料为铝合金，而其余部件为钢材。本发明结构的车架，具有质量轻和强度高的特点。

Description

一种商用卡车钢铝混合结构车架
技术领域
本发明涉及一种商用卡车钢铝混合结构车架，属于车架结构改进技术领域。
背景技术
由于商用卡车车架作为整辆汽车的基础件，支承连接汽车的绝大多数的零部件和总成，又是受力件，受到车身、驾驶室、发动机以及安装在车架上的各总成对车架产生的各种内部激励和路面的崎岖不平度、行驶速度及加速度变化和汽车转向产生的外部激励。必须有足够强度和刚度以及NVH性能。
目前的商用卡车车架多为钢材构成，导致车架质量过重。同时，车架纵梁截面厚度通常无变化，而大多数情况下后轴所受载荷更大，纵梁后端的强度和刚度的要求更高，若车架纵梁前端和后端的截面厚度相同，会造成纵梁前端强度和刚度的冗余，导致车架质量过重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种商用卡车钢铝混合结构车架，采用变截面形式的纵梁，且材料上选择钢铝混合，不仅质量轻且强度、刚度和NVH性能满足设计要求。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种商用卡车钢铝混合结构车架，包括左、右两根对称设置的纵梁，左、右两根纵梁的横截面形状均为U型，且U型的开口相对，所述车架还包括第一横梁、第二至第五横梁、第二至第五横梁连接板、第一至第二发动机支架、横梁支架、油箱支架、蓄电池支架、吊耳、副纵梁、连接板；
所述车架从前端到末端依次设置有第一横梁、第一发动机支架、第二发动机支架、横梁支架、第二横梁、第三横梁、第四横梁、第五横梁，第一横梁位于车架前端，且第一横梁为管型横梁，第一横梁的两端与左、右两根纵梁的腹面内侧相连接，第二横梁的两端通过第二横梁连接板与左、右两根纵梁的腹面内侧相连接，第三横梁的两端通过第三横梁连接板与左、右两根纵梁的腹面内侧相连接，第四横梁的两端通过第四横梁连接板与左、右两根纵梁的腹面内侧相连接，第五横梁位于车架末端，第五横梁的两端通过第五横梁连接板与左、右两根纵梁的腹面内侧相连接，第一发动机支架设置于车架下方，且第一发动机支架的两端分别与左、右两根纵梁的腹面外侧相连接，第二发动机支架设置于车架下方，且第二发动机支架的两端分别与左、右两根纵梁的腹面外侧相连接，横梁支架设置于车架上方，且横梁支架的两端分别与左、右两根纵梁相连接；
记第一横梁与横梁支架末端之间为车架前半段，横梁支架末端与第五横梁之间为车架后半段，车架前半段宽度不变，记为L1，车架后半段宽度从L1逐渐减小到L2后保持L2不变至车架末端，油箱支架设置于车架后半段，油箱支架的形状为L型，L型一端与左纵梁的腹面外侧相连接，蓄电池支架设置于车架后半段，蓄电池支架的形状为L型，L型一端与右纵梁的腹面外侧相连接，吊耳设置于左、右两根纵梁的腹面外侧，左、右两根纵梁的上方均设有一根副纵梁，两根副纵梁的横截面形状均为U型，且U型的开口相对，副纵梁的前端位于车架后半段，副纵梁的末端与纵梁的末端平齐，副纵梁的腹面外侧与纵梁的腹面外侧通过连接板连接；
位于所述车架前半段的纵梁和位于所述车架后半段的纵梁为变截面形式，且位于车架前半段的纵梁的横截面厚度小于位于车架后半段的纵梁的横截面厚度，第二至第四横梁、第二至第五横梁连接板、横梁支架所使用的材料均为铝合金，纵梁、第一横梁、第五横梁、第一至第二发动机支架、油箱支架、蓄电池支架、吊耳、副纵梁、连接板所使用的材料均为钢材。
作为本发明的一种优选方案，所述位于车架前半段的纵梁的横截面厚度为11mm，位于车架后半段的纵梁的横截面厚度为13mm。
作为本发明的一种优选方案，所述铝合金的型号为T6-7075。
作为本发明的一种优选方案，所述钢材的型号为B550L。
作为本发明的一种优选方案，所述第二至第四横梁的横截面形状均为箱型，第五横梁的横截面形状为U型，且U型开口向车架内设置。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明车架两根纵梁为变截面形式，前半段截面厚度小于后半段截面厚度。车架零部件中第二、三、四横梁及其连接板，横梁支架、第五横梁连接板的材料为铝合金，而其余部件为钢材。
2、本发明的商用卡车钢铝混合结构车架，不仅质量轻且强度、刚度和NVH性能满足设计要求。
附图说明
图1是本发明一种商用卡车钢铝混合结构车架的结构示意图。
图2是图1的俯视结构示意图。
图3是图1的正视结构示意图。
图4是本发明所述车架前半段的俯视图。
图5是本发明所述车架后半段的俯视图。
其中：1-第一横梁，2-第一发动机支架，3-第二发动机支架，4-横梁支架，5-油箱支架，6-第二横梁，7-第三横梁，8-第四横梁，9-第五横梁，10-纵梁，11-吊耳，12-副纵梁，13-蓄电池支架，14-第二横梁连接板，15-第三横梁连接板，16-第四横梁连接板，17-第五横梁连接板，18-连接板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1、图2、图3所示，本发明实施例的一种商用卡车钢铝混合结构车架，包括左、右纵梁10，左、右纵梁10的截面为U型且开口朝内设置，由于车架前端需要较大的宽度以安装发动机和驾驶室，因此车架纵梁10的结构为前宽后窄，纵梁10为变截面形式，前半段截面厚度为11mm小于后半段截面厚度13mm。左、右纵梁10上方设有副纵梁12，通过四个连接板18与纵梁10相连，副纵梁12末端与纵梁10末端平齐，左、右纵梁10之间通过多个横梁连为一体，第一横梁1为管型横梁，第一横梁1两端与左、右纵梁10的腹面内侧相连接。第二横梁6、第三横梁7、第四横梁8、第五横梁9分别通过各自两端的连接板14-17与左、右纵梁10的腹面内侧相连接。其中，第二横梁6、第三横梁7、第四横梁8的截面形状为箱型，而第五横梁9的截面形状为U型且开口向内设置。两根纵梁上依次设有第一至第二发动机支架2-3、横梁支架4、L型油箱支架5和L型蓄电池支架13。吊耳11设置于纵梁10腹面外侧。上述车架零部件中第二横梁6、第三横梁7、第四横梁8及其连接板14-16，横梁支架4、第五横梁连接板17的材料为铝合金T6-7075，而其余部件为钢材B550L。如图4和图5所示，分别为车架前半段和后半段的俯视图。
本发明提出的钢铝混合结构车架，该车架纵梁10前半段截面厚度薄，后半段截面厚度厚，形成了变截面的结构，该结构有效避免了纵梁10前端的强度和刚度的冗余而导致车架质量过重的问题；同时，将一部分零部件的材料由钢材B550L替换为铝合金T6-7075并借助结构优化的手段保证车架强度和刚度及NVH性能。通过对优化后的车架进行仿真计算，结果如表1和表2所示。从计算结果可以看出，优化后车架的强度、刚度和NVH性能均满足了设计要求，且优化后车架相比原车架成功取得了质量下降12.2％的轻量化效果。
表1优化前后强度和刚度分析结果对比
Figure BDA0002480119040000041
表2优化前后自由模态对比/Hz
Figure BDA0002480119040000042
Figure BDA0002480119040000051
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种商用卡车钢铝混合结构车架，包括左、右两根对称设置的纵梁(10)，左、右两根纵梁(10)的横截面形状均为U型，且U型的开口相对，所述车架还包括第一横梁(1)、第二至第五横梁(6-9)、第二至第五横梁连接板(14-17)、第一至第二发动机支架(2-3)、横梁支架(4)、油箱支架(5)、蓄电池支架(13)、吊耳(11)、副纵梁(12)、连接板(18)；
所述车架从前端到末端依次设置有第一横梁(1)、第一发动机支架(2)、第二发动机支架(3)、横梁支架(4)、第二横梁(6)、第三横梁(7)、第四横梁(8)、第五横梁(9)，第一横梁(1)位于车架前端，且第一横梁(1)为管型横梁，第一横梁(1)的两端与左、右两根纵梁(10)的腹面内侧相连接，第二横梁(6)的两端通过第二横梁连接板(14)与左、右两根纵梁(10)的腹面内侧相连接，第三横梁(7)的两端通过第三横梁连接板(15)与左、右两根纵梁(10)的腹面内侧相连接，第四横梁(8)的两端通过第四横梁连接板(16)与左、右两根纵梁(10)的腹面内侧相连接，第五横梁(9)位于车架末端，第五横梁(9)的两端通过第五横梁连接板(17)与左、右两根纵梁(10)的腹面内侧相连接，第一发动机支架(2)设置于车架下方，且第一发动机支架(2)的两端分别与左、右两根纵梁(10)的腹面外侧相连接，第二发动机支架(3)设置于车架下方，且第二发动机支架(3)的两端分别与左、右两根纵梁(10)的腹面外侧相连接，横梁支架(4)设置于车架上方，且横梁支架(4)的两端分别与左、右两根纵梁(10)相连接；
记第一横梁(1)与横梁支架(4)末端之间为车架前半段，横梁支架(4)末端与第五横梁(9)之间为车架后半段，车架前半段宽度不变，记为L1，车架后半段宽度从L1逐渐减小到L2后保持L2不变至车架末端，油箱支架(5)设置于车架后半段，油箱支架(5)的形状为L型，L型一端与左纵梁(10)的腹面外侧相连接，蓄电池支架(13)设置于车架后半段，蓄电池支架(13)的形状为L型，L型一端与右纵梁(10)的腹面外侧相连接，吊耳(11)设置于左、右两根纵梁(10)的腹面外侧，左、右两根纵梁(10)的上方均设有一根副纵梁(12)，两根副纵梁(12)的横截面形状均为U型，且U型的开口相对，副纵梁(12)的前端位于车架后半段，副纵梁(12)的末端与纵梁(10)的末端平齐，副纵梁(12)的腹面外侧与纵梁(10)的腹面外侧通过连接板(18)连接；
其特征在于，位于所述车架前半段的纵梁和位于所述车架后半段的纵梁为变截面形式，且位于车架前半段的纵梁的横截面厚度小于位于车架后半段的纵梁的横截面厚度，第二至第四横梁(6-8)、第二至第五横梁连接板(14-17)、横梁支架(4)所使用的材料均为铝合金，纵梁(10)、第一横梁(1)、第五横梁(9)、第一至第二发动机支架(2-3)、油箱支架(5)、蓄电池支架(13)、吊耳(11)、副纵梁(12)、连接板(18)所使用的材料均为钢材。
2.根据权利要求1所述商用卡车钢铝混合结构车架，其特征在于，所述位于车架前半段的纵梁的横截面厚度为11mm，位于车架后半段的纵梁的横截面厚度为13mm。
3.根据权利要求1所述商用卡车钢铝混合结构车架，其特征在于，所述铝合金的型号为T6-7075。
4.根据权利要求1所述商用卡车钢铝混合结构车架，其特征在于，所述钢材的型号为B550L。
5.根据权利要求1所述商用卡车钢铝混合结构车架，其特征在于，所述第二至第四横梁(6-8)的横截面形状均为箱型，第五横梁(9)的横截面形状为U型，且U型开口向车架内设置。
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