RU2176606C2

RU2176606C2 - Vehicle frame

Info

Publication number: RU2176606C2
Application number: RU2000102962A
Authority: RU
Inventors: В.В. Комаров; С.Ф. Султанов
Original assignee: Открытое акционерное общество "КАМАЗ"
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2001-12-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; road vehicle frames. SUBSTANCE: vehicle frame has sidemembers, spring support brackets and variable-section crossmember with low mounting relative to sidemembers, provided with two short linear sections at edges of crossmember and coupled with sidemembers through spring support brackets. Crossmember consists of two bow-shaped channels which are spaced and secured on side surfaces of spring support brackets by vertical walls. Outer surfaces of vertical walls are parallel to each other at sections of connection to spring support brackets. Curved surface of bow-shaped channels form in central part a contour consisting of two similar bow sections described by equal radii whose axes are spaced at equal distance relative to crossmember axis of symmetry, and one straight central section, coupling bow sections, with length equal to distance between axes of radii of curvature of bow sections. Height of channel is constant, and width of channel web is variable, with minimum size in middle. EFFECT: provision of durable multipurpose repairable frame. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано преимущественно в конструкциях рам транспортных и дорожных машин. The invention relates to the field of engineering and can be used mainly in the construction of frames of transport and road vehicles.

Известна лонжеронная рама лестничного типа, применяемая в грузовых автомобилях и служащая для размещения и крепления различных узлов, агрегатов и систем. В указанной раме лонжероны соединены между собой поперечинами открытого профиля с различным поперечным сечением (Высоцкий М.С., Демидович И. Ф. , Гилелес Л. Х. и др. Магистральные автопоезда МАЗ. - М.Машиностроение, 1988, с.76). Known spar frame of the ladder type, used in trucks and serving for the placement and fastening of various components, assemblies and systems. In this frame, the side members are interconnected by cross-sections with an open profile with different cross-sections (Vysotsky M.S., Demidovich I.F., Gileles L. Kh. And other MAZ main-road trains. - M.Mashinostroenie, 1988, p. 76) .

Недостатком известной конструкции являются недостаточные жесткость и долговечность поперечин, особенно в горизонтальной плоскости, недостаточная ремонтопригодность, что объясняется заклепочным соединением поперечин с лонжеронами, усложняющими их замену при поломках. A disadvantage of the known design is the lack of rigidity and durability of the cross members, especially in the horizontal plane, insufficient maintainability, which is explained by the riveted connection of the cross members with the side members, complicating their replacement in case of breakdowns.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является конструкция рамы, содержащая два лонжерона, кронштейны опор и дугообразную поперечину, выполненную в виде П-образного профиля с переменным поперечным сечением. Кривые поверхности образуют контур, состоящий из центрального дугового участка, описанного радиусом, исходящим от оси симметрии поперечины, и двух коротких линейных участков по краям поперечины, касательных к дуговому (см. МКИ 3 а.с. N 1392763, B 62 D 21/02, 1986). The closest set of essential features is the frame design, containing two spars, support brackets and an arcuate cross-section, made in the form of a U-shaped profile with a variable cross section. Curved surfaces form a contour consisting of a central arc portion described by a radius emanating from the axis of symmetry of the cross member and two short linear sections along the edges of the cross member tangent to the arc (see MKI 3 a.s. N 1392763, B 62 D 21/02 , 1986).

Недостатком известной конструкции являются, закрепление поперечины через стенки под углом к горизонтальной плоскости, которые являются наиболее нагруженными зонами поперечины, что приводит к увеличению в них напряженного состояния и, как следствие, к низкой долговечности. Кроме того, недостатком конструкции является низкая ремонтопригодность, т.к. поперечины закреплены к кронштейнам опор рессор при помощи заклепок, что усложняет их замену при поломках. A disadvantage of the known design are, the fastening of the cross member through the walls at an angle to the horizontal plane, which are the most loaded zones of the cross member, which leads to an increase in the stress state in them and, as a result, to low durability. In addition, the disadvantage of the design is the low maintainability, as the crossbars are fixed to the brackets of the spring supports with rivets, which complicates their replacement in case of breakdowns.

Недостаток конструкции также в том, что кривые поверхности центрального дугового участка выполнены радиусом, исходящим от оси симметрии поперечины. Это снижает функциональные возможности поперечины при установке на кронштейны опор рессор в условиях стесненной компоновки узлов, систем транспортного средства с размещением поперечины под силовым агрегатом (подмоторный вариант компоновки), т.к. невозможно плавно сформировать геометрию поперечины оптимальной конфигурации с меньшим радиусом кривизны на участках, близких к местам закрепления с кронштейнами опор рессор. The design drawback is also that the curved surfaces of the central arc section are made with a radius emanating from the axis of symmetry of the cross member. This reduces the functionality of the cross member when installing springs on the brackets in the conditions of tight assembly of units, vehicle systems with the cross member under the power unit (submotor layout option), because it is impossible to smoothly form the geometry of the cross-beam of the optimal configuration with a smaller radius of curvature in areas close to the places of fastening with the brackets of the spring supports.

Была поставлена задача создать раму транспортного средства с повышенной долговечностью узлов крепления поперечины с кронштейнами опор рессор, высокой ремонтопригодностью, сделать конструкцию поперечины более универсальной и приспосабливаемой к различным вариантам компоновки транспортного средства. The task was to create a vehicle frame with increased durability of the mountings of the cross member with brackets of the spring supports, high maintainability, to make the design of the cross member more versatile and adaptable to various vehicle layout options.

Поставленная задача решается тем, что в раме транспортного средства, содержащей лонжероны, кронштейны опор рессор и поперечину, связанную с лонжеронами через кронштейны опор рессор, поперечина выполнена из двух дугообразных швеллеров переменного сечения, которые разнесены и закреплены вертикальными стенками посредством болтового соединения к боковым поверхностям кронштейнов опор рессор, причем наружные поверхности вертикальных стенок параллельны и обращены друг к другу на участках закрепления к кронштейнам опор рессор, а наружные поверхности вертикальных стенок дугообразных швеллеров между участками закрепления их к кронштейнам опор рессор могут быть плавно изогнуты с минимальным расстоянием между ними посередине поперечины, кривые поверхности дугообразных швеллеров образуют в центральной части контур, состоящий из двух одинаковых дуговых участков, описанных равными радиусами, оси которых разнесены и равноудалены относительно оси симметрии поперечины и одного прямого центрального участка, связывающего дуговые участки, с длиной, равной расстоянию между осями радиусов кривизны дуговых участков, высота швеллера постоянна, а ширина полки швеллера переменна с минимальным значением посередине и соотносится с высотой не менее b = 0,35h с плавным переходом до значения b = (0,6...1)h в местах закрепления к кронштейнам опор рессор, где b - ширина полки, h - высота швеллера. The problem is solved in that in the frame of the vehicle containing the side members, brackets of the spring supports and the cross member connected to the side members through the brackets of the spring supports, the cross member is made of two arcuate channels of variable cross-section, which are spaced and secured by vertical walls by means of a bolt connection to the side surfaces of the brackets spring supports, and the outer surfaces of the vertical walls are parallel and facing each other in the areas of attachment to the brackets of the spring supports, and the outer the surfaces of the vertical walls of the arc-shaped channels between the sections of their fastening to the brackets of the spring supports can be smoothly bent with a minimum distance between them in the middle of the cross-member, the curved surfaces of the arc-shaped channels in the central part form a contour consisting of two identical arc sections described by equal radii, the axes of which are spaced and equidistant with respect to the axis of symmetry of the cross member and one straight central section connecting the arc sections with a length equal to the distance between the axes the radius of curvature of the arc sections, the height of the channel is constant, and the width of the channel shelf is variable with a minimum value in the middle and correlates with a height of at least b = 0.35h with a smooth transition to a value of b = (0.6 ... 1) h in the places of fastening to spring support brackets, where b is the width of the shelf, h is the height of the channel.

Использование двух дугообразных швеллеров вместо П - образного профиля, примененного в прототипе, при одинаковой длине линии развертки и толщине позволяет увеличить момент сопротивления поперечины в горизонтальной плоскости (относительно вертикальной оси у), что приводит к снижению напряжений от горизонтальных изгибающих моментов, которые являются основным повреждающим фактором элементов рамы транспортного средства. The use of two arcuate channels instead of the U-shaped profile used in the prototype, with the same scan line length and thickness, allows to increase the moment of resistance of the cross member in the horizontal plane (relative to the vertical axis y), which reduces stresses from horizontal bending moments, which are the main damaging factor of the vehicle frame elements.

Плавное изменение ширины полок швеллеров до меньшего значения в средней части снижает момент сопротивления в средней части по сравнению с краями, т. е. в местах закрепления поперечины, обеспечивая условие равнопрочности конструкции. Это позволяет снизить напряжения в местах закрепления поперечины к кронштейнам опор рессор, повышая долговечность конструкции. A smooth change in the width of the channel shelves to a smaller value in the middle part reduces the moment of resistance in the middle part compared to the edges, i.e., in the places where the cross member is fixed, providing the condition of equal strength construction. This allows you to reduce stress at the points of securing the cross member to the brackets of the spring supports, increasing the durability of the structure.

Закрепление швеллеров к кронштейнам опор рессор болтовым соединением через вертикальные стенки, менее нагруженные, чем полки, а в прототипе поперечина закреплена через горизонтальные полки, позволяет снизить концентрацию напряжений по отверстиям под болты и соответственно вероятность возникновения трещин в зоне отверстий, обеспечивает открытый доступ к болтам и гайкам соединения и легкую замену или ремонт в случае поломки. Fastening the channels to the brackets of the spring supports by bolting through vertical walls, less loaded than the shelves, and in the prototype the cross member is fixed through horizontal shelves, it allows to reduce the stress concentration in the bolt holes and, accordingly, the likelihood of cracks in the hole area, provides open access to the bolts and connection nuts and easy replacement or repair in case of breakage.

Описание дуговых участков кривых поверхностей швеллеров радиусами, оси которых разнесены и равноудалены от оси симметрии поперечины, позволяет задать оптимальный контур поперечины для различных вариантов компоновки, в т.ч. с размещением поперечины под силовым агрегатом, обеспечивая постоянство высоты швеллера по длине кривой поверхности. The description of the arc sections of the curved surfaces of channels with radii, the axes of which are spaced and equidistant from the axis of symmetry of the cross member, allows you to specify the optimal contour of the cross member for various layout options, including with the placement of the cross member under the power unit, ensuring the constancy of the channel height along the length of the curved surface.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного технического решения, не обнаружен. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков в заявленном техническом решении, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию "новизна". The analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, made it possible to establish that an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed technical solution was not found. The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the totality of the features of the analogue allowed us to establish a set of essential distinguishing features in relation to the technical result in the claimed technical solution set forth in the claims. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of "novelty."

Проверка соответствия заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень" показала, что из известного уровня техники не выявлено предписываемого предлагаемым техническим решением преобразования, характеризуемого отличительными от прототипа признаками на достижение технического результата: снижение нагруженности узлов крепления поперечин с кронштейнами опор рессор, повышение ремонтопригодности, создание универсальной конструкции поперечины, приспосабливаемой для различных вариантов компоновки транспортного средства, с упрощением технологии изготовления. Verification of the conformity of the claimed technical solution to the criterion of "inventive step" showed that the conversion prescribed by the proposed technical solution, characterized by distinctive features from the prototype, to achieve a technical result has not been identified from the prior art: reducing the load on the attachment points of the cross members with brackets for spring supports, increasing maintainability, creating a universal cross member design, adaptable to various vehicle layout options COROLLARY, a simplification of the manufacturing technology.

Таким образом, заявляемое техническое решение является неочевидным для квалифицированных специалистов в данной области и соответствует критерию "изобретательский уровень". Thus, the claimed technical solution is not obvious to qualified specialists in this field and meets the criterion of "inventive step".

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображена рама с предлагаемой поперечиной в поперечном разрезе;
на фиг. 2 - сечение А - А поперечины на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид сверху;
на фиг. 4 - вид на раму в обстановке с силовым агрегатом и трубами системы выхлопа отработавших газов в поперечном разрезе.The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 shows a frame with the proposed cross-section in cross section;
in FIG. 2 - section A - A of the cross member in FIG. 1;
in FIG. 3 is a top view;
in FIG. 4 is a cross-sectional view of a frame in an environment with a power unit and pipes of an exhaust system.

Рама транспортного средства содержит лонжероны 1 и 2, соединенные поперечинами, одна из которых выполнена переменного поперечного сечения. Поперечина переменного поперечного сечения выполнена из двух дугообразных швеллеров 3 и 4, закрепленных через вертикальные стенки болтами 5 к кронштейнам опор рессор 6 и 7, которые заклепками или болтами закреплены к лонжеронам 1 и 2. Швеллеры обращены друг к другу наружными поверхностями вертикальных стенок, которые параллельны на участках закрепления их к кронштейнам опор рессор, а далее размещены друг относительно друга на расстоянии равном расстоянию между боковыми поверхностями кронштейнов опор рессор. В связи со специфичной компоновкой автомобиля наружные поверхности вертикальных стенок дугообразных швеллеров между участками закрепления их к кронштейнам опор рессор могут быть плавно изогнуты с минимальным расстоянием между ними посредине поперечины. The frame of the vehicle contains side members 1 and 2 connected by cross members, one of which is made of variable cross section. The cross-section of variable cross-section is made of two arcuate channels 3 and 4, fixed through vertical walls with bolts 5 to the brackets of the spring supports 6 and 7, which are riveted or bolted to the side members 1 and 2. The channels are facing each other with the outer surfaces of the vertical walls that are parallel in the areas of their fastening to the brackets of the spring supports, and then placed relative to each other at a distance equal to the distance between the side surfaces of the brackets of the spring supports. Due to the specific layout of the car, the outer surfaces of the vertical walls of the arc-shaped channels between the sections of their fastening to the brackets of the spring supports can be smoothly curved with a minimum distance between them in the middle of the cross member.

Швеллеры 3 и 4 выполнены из двух дуговых участков (показаны углами), описанных радиусами кривизны, оси которых разнесены и равноудалены от оси симметрии поперечины (расстояние а), двух коротких линейных участков по краям поперечины, касательных к дуговым, и одного центрального прямого участка, связывающего дуговые участки, причем длина прямого участка равна расстоянию между радиусами кривизны дуговых участков (расстояние 2а). The channels 3 and 4 are made of two arc sections (shown by angles), described by radii of curvature, the axes of which are spaced and equidistant from the axis of symmetry of the cross member (distance a), two short linear sections along the edges of the crosspiece tangent to the arc, and one central straight section, connecting the arc sections, and the length of the straight section is equal to the distance between the radii of curvature of the arc sections (distance 2A).

Высота швеллера (h) постоянна. Ширина полки швеллера (b) переменна с минимальным значением посередине и соотносится с высотой как b=0,35h с плавным переходом до значения b=0,6h в местах закрепления к кронштейнам опор рессор 6 и 7. Плавное изменение ширины полок швеллеров до меньшего значения в средней части снижает момент сопротивления в средней части по сравнению с краями, т. е. в местах закрепления поперечины, обеспечивая условие равнопрочности конструкции. Минимальное значение ширины полки швеллера обеспечивает достаточную прочность поперечины. Channel height (h) is constant. The width of the channel flange (b) is variable with a minimum value in the middle and correlates with the height as b = 0.35h with a smooth transition to a value of b = 0.6h in the places of fixing to the support brackets of springs 6 and 7. Smooth change of the width of the channel shelves to a smaller value in the middle part reduces the moment of resistance in the middle part compared to the edges, i.e., in the places of fastening of the cross member, providing the condition of equal strength construction. The minimum width of the channel flange provides sufficient cross-section strength.

Особенности компоновки в месте расположения поперечины показаны на фиг. 4, где силовой агрегат в сборе и трубы системы выхлопа отработавших газов на участке кронштейнов опор рессор образуют замкнутый контур с ограниченным внутренним пространством. Поперечина имеет нижнее расположение относительно лонжеронов рамы и размещена в заданном пространстве под силовым агрегатом, но выше труб системы выхлопа. Layout features at the location of the cross member are shown in FIG. 4, where the power unit is assembled and the pipes of the exhaust system in the area of the brackets of the spring supports form a closed loop with limited internal space. The cross member has a lower position relative to the frame side members and is placed in a predetermined space under the power unit, but above the exhaust pipes.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании с использованием современных технологий. The claimed technical solution meets the requirement of industrial applicability and is possible for implementation on standard technological equipment using modern technologies.

Claims

1. The frame of the vehicle, containing spars, brackets of spring supports and a cross-section of variable cross section with a lower position relative to the side members with two short linear sections along the edges of the cross member, connected with the side members through the brackets of the spring supports, characterized in that the cross member is made of two arcuate channels, which spaced and fixed to the lateral surfaces of the spring support brackets with vertical walls, the outer surfaces of which are parallel and facing each other in the areas of fastening to to the brackets of the spring supports, and the curved surfaces of the arc-shaped channels in the central part form a contour consisting of two identical arc sections described by equal radii, the axes of which are spaced and equidistant from the axis of symmetry of the cross member, and one straight central section connecting the arc sections with a length equal to the distance between the axes of the radii of curvature of the arc sections, and the channel height is constant, and the width of the channel shelf is variable with a minimum value in the middle and correlates with a height of at least b = 0.35h with a smooth transition to a value of b = (0.6 ... 1) h at the points of attachment to the spring support brackets, where b is the width of the shelf, h is the height of the channel.

2. The frame of the vehicle according to claim 1, characterized in that the outer surfaces of the vertical walls of the arcuate channels between the fastening sections to the brackets of the spring supports are smoothly curved with a minimum distance between them in the middle of the cross member.