举例

下面为汽车货车车架的简略计算。汽车车架的计算是很复杂的。目前的方法是将整个车架，即将横梁与纵梁联合在一起考虑。同时还要考虑悬挂装置、轮胎和路面的影响，工作载荷的影响等等。现在的计算多用有限元方法来分析，并且最终还要以实际检测作为依据。所以下面的计算只能作为初步设计比较的参考。因这是很专业的问题，应由专业人士来设计。一般说来，机架采用封闭断面纵梁或局部扭转小的纵梁，是可根据弯曲计算来初步确定梁断面尺寸的。对于某些机架结构的扭转问题，可以用薄壁杆件理论加以补充分析。本手册介绍这种计算方法是用来说明一般梁的弯曲和扭转设计计算的内容

(1)纵梁弯曲应力

式中　W——截面系数

弯矩M可用弯矩差法或力多边形法求得。对于载重汽车，可假定空车簧上重量G_s均布在纵梁全长上，载重G_e均布在车厢中，因有两根梁，每根梁的均布载荷各为(见图1)

其产生在x处的弯矩各为：

总弯矩为M＝M_s+M_e

计算应力同使用中实际应力很难完全符合。典型轻型货车架纵梁在碎石路上实测应力如图2

图1  纵梁载荷图

图2  货车纵梁应力图

(2)局部扭转应力相邻两横梁如果都同纵梁翼缘连接，扭矩T作用于该段纵梁的中点，则在开口断面梁中扇形应力可按下式计算：

式中　I_w——扇形惯性矩；

Z——Z是薄壁曲杆受弯的截面特性，mm²；

B——双力矩，沿杆件长度的分布情况如图3a所示。B的最大值在杆件的中点和两端为

n——kL的函数，有专门表格可查，而，当kL＝0~2.5时，n＝0.25~0.22

图3  双力矩及扇形应力σ_w图

扭矩T不在杆件中点时，B的分布情况如图3b，σ_w沿杆件断面的分布特点同W相似，对于槽形断面如图3c所示

(3)车架扭转时纵梁应力

如横梁同纵梁翼缘相连，则在节点附近，纵梁的扇形应力为：

当车架的弯曲度可略去不计时

式中　E——弹性模量；

α——车架轴间扭角；

L——汽车轴距；

l——节点间距；

a——系数，当kL＝0时，a＝6；kL＝1~2时，a＝5.25

车架扭转时，纵梁还将出现弯曲应力，须和σ_w相加。典型中型货车车架扭转时纵梁应力如图4所示

图4  典型中型货车车架扭转应力

上述计算方法将汽车车架简化成为两根互不相干的纵梁，用简支梁理论计算其弯曲强度。实际车架是空间结构，其弯曲必然要引起扭转，而车架的危险工况是扭转而不是弯曲，因此，20世纪50年代开始对车架进行抗扭转的计算分析。这种计算方法假定车架在扭转时不发生弯曲变形，并假定在扭转时各构件的单位扭角相等。这些假定都不符合实际情况，而且只能计算扭转工况，不能计算扭转与弯曲联合作用工况，计算时也不能考虑车架上的油箱、蓄电池、备胎的载荷影响及悬架支承的局部载荷影响，所以计算的结果仍然误差很大，只能供初选数据时分析比较用

近年来基本上都用电子计算机以有限元来计算车架。计算结果虽可以得到较接近实际应力分布情况的数值解，但仍然要以实际检测为准