JP4648997B2 - シャシフレーム - Google Patents

Description

本発明は、主として大、中型トラック等に用いられるシャシフレームの改良に関するものである。

前記大、中型トラック等のシャシフレームは周知の如く、車両長手方向に伸びる２本のサイドメンバの間を、複数本のクロスメンバにより連結して梯子状に形成したものが多く使用されており、前記クロスメンバには、図４に示すように、断面がコ字形のもの１、２のほか幅の広いＩ字形のもの３や上下２つの部材４ａ、４ｂからなるアリゲータ型と称するもの４等がある。

そして、前記クロスメンバ１では、金具５、短いガセット６によりサイドメンバ８のウエブ８ａにリベット等（図示せず）で締結され、またクロスメンバ２では、金具９とともにサイドメンバ８のウエブ８ａに締結される。

また、前記Ｉ字形のもの３では、サイドメンバ８に固定される長いガセット７の中央連結部７ａに締結され、更に前記アリゲータ型のもの４では、上下の部材４ａ、４ｂの先端を金具１０等とともに、サイドメンバ８のウエブ８ａに締結される。

ところで、前記シャシフレームには主たる性能として、１）曲げ剛性が高いこと、２）装置の取付けや架装が簡単に行えること、３）必要且つ十分な捩り剛性を有していることが要求される。

前記１）は荷重に対してシャシフレームの、殊にサイドメンバ（図４の符号８）の断面形状が保持されることであるが、これに関しては数式１から、特にサイドメンバのウエブ長さ（高さ）Ｈを大とすることにより対応できることが知られている。なお、軽量化を図ろうとすれば、いわゆるハイテン材を使用することにより薄肉とすることが考えられるが、形状が同一ならば薄肉化によって応力は増大するという問題がある。

前記２）は、サイドメンバに懸架装置等を取付けること及び荷台、荷箱等の架装が簡単に行えることであるが、このためにはサイドメンバは開断面であることが望ましく、また荷台等の架装に際しては、サイドメンバに対しクロスメンバをウエブ締結した構造の方が、サイドメンバのフランジにリベット等の突出がないので、フランジ締結した構造より架装が容易である。

前記３）は、前記シャシフレームを車両に採用したとき、シャシフレームがステアリング状況や懸架装置におけるバランス等に応じて、必要時適正な捩り剛性を示すことであるが、シャシフレームの捩り剛性は、クロスメンバ（図４の符号１〜４）をサイドメンバのウエブに締結した構造より、フランジ締結した構造の方が高い値を示すことが知られている。

上述のとおり、サイドメンバの曲げ剛性と軽量化を両立させることは材質をハイテン材としても難しく、また、装置の装着性や架装性を良好にするためにはサイドメンバの開断面化とクロスメンバをウエブへ装着することが望ましいが、後者の場合は捩り剛性が低下するという問題がある。

重ねて述べれば、図４の例では、クロスメンバ１〜４はいずれもサイドメンバ８のウエブ８ａに連結するウエブ締結を採用しているが、これはサイドメンバ８のフランジ８ｂ表面にリベット等の突出がないことから、荷台等の架装性に優れている半面、捩り剛性が得難い問題があり、またクロスメンバ１〜４をサイドメンバのフランジ８ｂに結合するフランジ締結では、捩り剛性は得やすいが、サイメンバ８とクロスメンバ１〜４を結合するボルト、リベット等がフランジ８ｂの表面から突出するため、荷台等の架装性が劣る問題がある。

また、上記のようなシャシフレームの軽量化を意図する場合、各々役目をもつクロスメンバを廃止することはできないので、クロスメンバ、サイドメンバの板厚を薄くすることが考えられるが、上記各メンバに要求される耐久性、強度、曲げ剛性、捩り剛性においては、材料よりも板厚が支配的因子となることが多く、実際には材料の強度（引張強度）を上げても効果が期待できないことが多い。

さらに、例えばクロスメンバをサイドメンバにフランジ締結したシャシフレームにおいて、サイドメンバに曲げ応力が作用した場合、曲げ中立軸から離れたフランジに締結用の穴があるときは、板厚の薄肉化対策として材料をいわゆるハイテン化しても前記穴縁での応力は増大し、また、捩り応力が作用した場合も同様で、コ字断面の板厚がその断面形状の保持性能を左右し、材料特性の影響は小さい。

本発明者は上記に鑑み研究を進め、前述のサイドメンバへのクロスメンバのフランジ締結、ウエブ締結におけるそれぞれの問題を克服し、かつハイテン材使用の効果を発揮できる、板厚低減及びシャシフレームの軽量化を可能とした本発明に至ったものである。

これらの問題点を解決する手段または方法は、これまでのところ案出されていない。
なし

本発明が解決しようとする課題は、シャシフレームの軽量化に対応しつつ強度性能を保持するとともに、架装性を向上でき、部品点数を減少し得るシャシフレームを提供することにある。

本発明は、基部断面がウエブ及びフランジを有するＣ字形又はコ字形をなし、該ウエブ面の幅が、締結されるクロスメンバの締結部のフランジ間隔より大きく、且つフランジ先端間が狭められた締結部をもつサイドメンバのウエブに、平面視でＬ字形で且つ縦方向中間にくびれをもつガセットのサイドメンバと平行なウエブを締結するとともに、サイドメンバのフランジ先端部とガセットのフランジを締結し、更に前記クロスメンバのフランジをガセットのフランジに締結したことを特徴とするシャシフレームに係る。

本発明に係るサイドメンバは、ウエブの長さをクロスメンバの締結部のウエブ長さより大きくしたので、サイドメンバの板厚を低減しても、それによる曲げ剛性の低下を防ぐことができる。

また、本発明に係るサイドメンバでは、フランジの先端部をボルト、リベットの突出量よりも低い位置でガセットに連結したことにより、フランジ上にリベットなどの突起がなく架装性が向上するとともに、そのガセットとの連結点をウエブからフランジへの屈曲点より離れた位置に設けたことにより、サイドメンバに作用する力が分散され、強度上有利となる。

本発明のシャシフレームは前記構成により、前記サイドメンバにおける作用、効果のほか、ガセットを前記形態としてサイドメンバとクロスメンバ間に締結したことにより、シャシフレームの強度性能を従来とほぼ同様に保持することができるばかりでなく、ガセットが汎用性を持ち、且つこれのみで締結できることにより部品点数を減少し得る。

ＦＥＭ解析では、本発明を実施したシャシフレームにおいて、曲げ剛性やねじり剛性を保持しつつ、重量を約５０％低減することができた。この際、従来の構造、即ち従来のクロスメンバ、大小ガセットの配置のまま本発明の構造とし、サイドメンバ、クロスメンバともその板厚を薄くした場合、捩り剛性が若干低下するが、これはクロスメンバ本数を軽量化の趣旨を損なわぬ範囲で増加することで補うことができる。

これを詳細に説明すると、シャシフレームの捩り剛性に関して、「三菱重工技報」Ｖｏｌ．６ Ｎｏ．５（１９６９）において水口氏、岸本氏により発表されている論文「トラック用はしご形フレームのねじり強度の実験的解析」によれば、シャシフレームの捩り剛性はサイドメンバとクロスメンバの単品剛性と各部材の長さによって決定されるが、単品剛性を表す一つとしてサンプナンの捩り剛性式があり、これによると両端拘束の薄肉開断面部材を捩り中心で捩ったときの捩り剛性値ＧＪは、数式２で表すことができる。

前記数式２の右辺の第１項は単純捩り、即ち部材両端がフリー状態での捩り剛性を表し、部材の断面形状のみによって決定され、同式の右辺の第２項は反りの拘束状態で変化する捩り剛性である。

前記数式２のｌ＝部材長さは、図５に示すシャシフレームにおけるクロスメンバの間隔（ｌ1，ｌ2，…ｌn-1）を示すからｌ を小さくする、即ち一定長さのサイドメンバについてクロスメンバの本数を増やすことによって、２乗で前記反りの拘束状態で変化する捩り剛性に作用し、全体として捩り剛性を増大させることができるのである。

本発明の好ましい実施の形態を図１乃至図３により説明すると、本発明に係るサイドメンバ１２は、基部断面が略Ｃ字形又はコ字形をなし、そのウエブ１２ａの長さ（高さ）が締結されるクロスメンバの締結部１１ａのフランジ間隔より大きく、且つ該ウエブ１２ａと一体のフランジ１２ｂ先端１２ｃ間が狭められた締結部をもっている。

また、本発明シャシフレームは、前記サイドメンバ１２に、平面視で直角に曲げられたガセット１３のウエブを締結するとともに、サイドメンバ１２のフランジ先端部１２ｃとガセット１３を締結し、更に前記クロスメンバ１１の締結部１１ａをガセット１３のフランジ又はガセットのフランジ並びにサイドメンバに締結したものである。

図１〜図３に示すシャシフレームにおいては軽量化のため、サイドメンバ１２は通常のサイドメンバより板厚を薄く（例えば５０％厚）するとともに、これによる強度低下を補うためおよび後記するガセット１３上のボルト１４、リベット１５を越えるため、ウエブ１２ａの幅（高さ）を少なくともクロスメンバ１１より大きくとり、ウエブ１２ａに連続してその上下に一体的に形成したフランジ１２ｂの先端部１２ｃは１段絞った状態としている。これによって、曲げの中立軸より遠いフランジでのガセットとの締結が行われる。

前記ガセット１３は、図１、図２に示す例では、上下方向中央部に連続して形成したくびれ部１３ａを挟んで、上下に断面がほぼ半円形の連続した取付け部１３ｂ、１３ｃを外方に突出するよう形成し、かつ平面視で直角に曲げたもので、この形状はガセット１３に高い剛性を持たせるためのものである。

そして、特に図１、図２に示すガセット１３では、クロスメンバ１１の締結部１１ａとの嵌合部１３ｄが形成されており、この嵌合部１３ｄにコ字形クロスメンバ１１の締結部１１ａが嵌装してリベット１５−１で固定される。

前記サイドメンバ１２とガセット１３は次のように締結される。即ち、ガセット１３の取付け部１３ｂ、１３ｃを、リベット１５−２によりサイドメンバ１２のウエブ１２ａに締結するとともに、サイドメンバ１２の上下のフランジ先端部１２ｃとガセット１３をボルト１４により締結するのである。

これによって、締結部にかかる力はボルト１４とリベット１５−２に分散され、またサイドメンバ１２のウエブ１２ａからフランジ１２ｂ、その先端部１２ｃまでと、ガセット１３の取付け部１３ｂとによって閉断面を形成して、シャシフレーム変形の最大要因であるサイドメンバ１２の反りやフランジの開き、閉じが抑制される。

実施例１ではクロスメンバ１１は、ガセット１３に形成した嵌合部１３ｄに嵌装しただけであるが、嵌合部１３ｄを設けずガセット１３自体とクロスメンバ１１が嵌合できるようにして、クロスメンバ１１の締結部１１ａをサイドメンバ１２のフランジ先端部１２ｃと重ねるようにすれば、クロスメンバ１１はガセット１３、サイドメンバ１２の両者と締結できてその結合強度をさらに向上させることができる。

実施例１及び２は、図３に示すように１本のクロスメンバ１１−１、１１−２または１１−４を、１個のガセット１３でサイドフレーム１２に連結したものであるが、シャシフレームの強度上の必要からクロスメンバを１１−３の如く、背中合わせに２本使用する場合には、ガセットも１３−１、１３−２の如く２個背中合わせに使用すれば、クロスメンバ１１−３とサイドメンバ１２とを簡単に締結できる。

前記ガセット１３は、図１及び２に示すような、連続して形成したくびれ部１３ａを挟んで、上下に断面がほぼ半円形の連続した取付け部１３ｂ、１３ｃを外方に突出するよう形成するものでなくとも、平面視で直角に曲がった形状で、必要且つ十分な剛性を有し且つサイドメンバ１２とクロスメンバ１１との締結部を有する構造であればよい。

本発明は自動車用シャシフレームに限らず、例えば航空機の骨組等に応用することができ、一層の軽量化、部品点数の低減を図ることができる。

は本発明サイドメンバ及びこれを用いたシャシフレームの要部拡大斜視図である。 はサイドメンバ及びこれを用いた本発明シャシフレームの要部断面図である。 は本発明シャシフレームの分解斜視図である。 は従来のシャシフレームの分解斜視図である。 はシャシフレームの強度説明のための骨格図である。

符号の説明

１、２、３、４、１１ クロスメンバ
５、９ 金具
６ 短いガセット
７ 長いガセット
８、１２ サイドメンバ
１３ ガセット
１４ ボルト
１５ リベット。

Claims (1)

1. 基部断面がウエブ及びフランジを有するＣ字形又はコ字形をなし、該ウエブ面の幅が、締結されるクロスメンバの締結部のフランジ間隔より大きく、且つフランジ先端間が狭められた締結部をもつサイドメンバのウエブに、平面視でＬ字形で且つ縦方向中間に滑らかなくびれをもつガセットのサイドメンバと平行なウエブを締結するとともに、サイドメンバのフランジ先端部とガセットのフランジを締結し、更に前記クロスメンバのフランジをガセットのフランジに締結したことを特徴とするシャシフレーム。

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