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车架

简介

结构360彩票:车架也称大梁,汽车的基体,一般由两根纵梁和几根横梁组成,经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。

作用:车架的作用是承受载荷,包括汽车自身零部件的重量和行驶时所受的冲击、扭曲、惯性力等。现有的车架种类有大梁式、承载式、钢管式及特殊材料一体成型式等。

车架受力情况

360彩票 要评价车架设计和结构的好坏,首先应该清楚了解的是车辆在行驶时车架所要承受的各种不同的力。一般车架在实际环境下要面对4种压力。

1.横向弯曲(lateralbending)

360彩票 所谓横向弯曲,就是汽车在入弯时重量的惯性(即离心力)会使车身产生向弯外甩的倾向,而轮胎的抓着力会和路面形成反作用力,两股相对的压力将车架横向扭曲。

2.水平菱形扭动(horizontallozenging)

因为车辆在行驶时,每个车轮因为路面和行驶情况的不同,(路面的铺设情况、凹凸起伏、障碍物及进出弯角等等)每个车轮会承受不同的阻力和牵引力,这可以使车架在水平方向上产生推拉以至变形,这种情况就好像将一个长方形拉扯成一个菱形一样。

3.非水平扭动(longitudinaltorsion)

360彩票 当前后对角车轮遇到道路上的不平而滚动,车架的梁柱便要承受这个纵向扭曲压力(longltudinaltorsion),情况就好像要你将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。

4.负载弯曲(Verticalbending)

360彩票 从字面上就可以理解这个压力,部分汽车的非悬挂重量(unsprungmass),是由车架承受的,通过轮轴传到地面。而这个压力,主要会集中在轴距的中心点。因此车架底部的纵梁和横梁(member),一般都要求较强的刚度。

实车架的好坏并非物理指标就可以涵盖,所以即使有超强的新车架出现,最传统的车架形式依然存在。

分类及其特点

一、梯形车架(LadderChassis)

梯形车架,俗称阵式车架,是最早出现的车架形式。顾名思义,梯形车架的样子就好像一条平躺着的梯子由两条纵向的主粱(longitudinalsidemember),结合许多大小(粗细)不同的副横梁(crossmember)所构成的,有时还会加上斜梁(crossbraces)作巩固。直到上世纪60年代,它仍然被大部分汽车所采用。

360彩票 优点:商用车由于梯形车架的负载抗曲能力高,而车架先天造就平台造型,无论对营造车厢空间还是栽货空间都有极其正面的作用。

360彩票 缺点:平面结构令梯形车架的非水平扭曲刚性相对于一体式车架低很多,而车架的设计不善于造就重心水平低的汽车(技术上完全可行,但是没有必要)对于以操控性作为出发点的汽车来说,这种特性当然与他们的宗旨背道而驰。

360彩票 随着不同形式的车架设计的诞生,除了专门的越野车,如Jimmy、Landcrusier或者Trooper等,梯形车架应用到一般小轿车上的情况越来越少见,现在只有商用车才使用梯形车架。

越野车使用梯形车架主要是看中它车身和底盘分离的设计,车架和车壳作非固定连接,在越野行走的时候,崎岖的大幅路面上下落差环境,会导致车架的大幅扭动,如果是一体式车架的话,很有可能随时扭到连车厂都不认得这是自己造的车!梯形车架的非水平扭曲刚性其实并不理想,一样会产生大幅的扭动,分离式车身正好阻止了车壳的扭动。另外这种车架的前向抗曲能力(即对抗前方正面撞击力的能力)非常的强!所以这款车架仍被越野车普遍的使用。

二、一体式金属车架(Monocoque)

360彩票 即:使用一体式车架的汽车,整个车身的外壳本身就属于车架的一部分。所以它不同于传统的梯形车架或者管式车架,需要在车架外包裹外壳。

360彩票 事实上,按严格的定义来说,一体式车架都是由不同的组件装嵌而成的,其中最大的一块就是地台,其余的如车顶、侧板大小各异,所有的板件都是由高压压模机压制出来的,利用机械臂做电焊处理,有的甚至使用激光焊接技术。整个制作过程短至数分钟便可宣告完成。

优点

360彩票 (1)适应高度机械化的流水生产作业,可大量生产,大大降低生产成本。

(2)一体式车架先天拥有良好的撞击保护能力,车头以及车尾加装副车架一方面有利于吸收撞击所造成的冲击力,另一方面对车架行驶的刚性也有所帮助。

(3)一体式车架能够预留用以吸收撞击能量的褶皱区外,车架本身的包裹式构造还可以将褶皱区域吸收不完的能力经过车柱分散到车体的其余部分,避免猛烈撞击力在瞬间过于集中而对乘客造成严重的创伤!

360彩票 (4)相对于其他的车架构造,一体式车架没有高而阔的门榄、防滑动支撑架和大型的传动轴管道等,空间的利用率极高。

缺点

(1)一体式车架生产前的配套投资极其庞大,不适合小批量生产。

360彩票 (2)由于使用大量的金属,一体式车架重量都偏高。外壳的作用主要是用来营造理想的空间效果,而车架的设计主要由金属钢片构成,虽然钢片已经作了开坑的加强韧度处理,但是在物理结构上的刚度,特别是非水平扭动(longitudinaltorsion),始终不及钢管式车架。如果以重量和刚性比来作比较的话,使用同等金属重量所制作出来的一体式车架是所有车架中刚性表现最不济的。

车架

三、超轻量一体式车架(ULSABMonocoque)

360彩票 在结构上,它与传统的一体式车架无异。以高水压,即Hydroform形式压制,是汽车的板块轻量化的主要原因。

360彩票 Hydroform利用极高的水压,将钢材压迫成所需的车架形状。因为水的压力是平均的,不同的地方所受的压力同样是相同。这样就解决了车架冲压受力不均的问题,车架便可以造得更薄了。

优点:碳纤维和传统钢材比较,其性能具有压倒性的优势,密度要比钢材低4倍左右,而强度和硬度都是钢材的两倍。

360彩票 缺点:存在受力向度的问题,即整体中的某些部位不太能受力。

从上世纪八、九十年代开始,国际汽车的安全规格开始迅猛的发展,各大车厂除了发展不同形式的主/被动安全设备以外,也开始着手于设计撞击刚性更高的车架。制造商为了兼顾汽车的性能和环保表现,避免使用更多的钢材而增加车架重量,则着手研究别类的车架金属的应用。最为人所知的HONDANSX和AUDIA8就是在那样的大环境下开始使用全铝合金一体式车架的。而更多的车厂在使用部分的铝合金零件(如汽缸体、副车架、车身结构板块、和悬挂摇臂等)来取代传统的钢制零件。钢铁制造商为了缓冲由此带来的沉重打击,一间美国钢铁制造商,委托了PORSCHEENGINEERINGSERVICES研发了新型的钢制轻量车架技术,成为了今天的超轻量一体式车架(UltraLightSteelAutoBody)。这也是为什么PORSCHE会选用一体式车架的原因之一。

ULSAB在98年公布了一份申明,PorscheEngineeringServices声称它比传统的一体式车架轻36%,而刚性则提高了50%。现在BMW3系和OPELASTRA的部分车架都使用这个技术。

四、一体式碳纤维车架(Carbon-fibermonocoque)

360彩票 最早出现的一体式碳纤维车架是出自于F1赛场,1981年McLarenMP4/1的设计师JohnBarnard设计了全世界第一个一体式碳纤维车架,而在超级跑车的行列中现在应该只有4辆使用的是一体式碳纤维车架。它们分别是McLarenF1FerrariF50FerrariEnzoBugattiEB110SS(EB110GT不是使用一体式碳纤维车架的)。而其他声称使用碳纤维的跑车最多不过在车架补强方面使用碳纤维,更多的是使用在装饰部分上。

360彩票 制造碳纤维的材质有两种,其中一种就是人造丝(Rayon)。Rayon是一种丝质的人造纤维,由纤维素(cellulose)所构成,而cellulose是构成植物主要组成部分的有机化合物。另外一种能制造碳纤维的物质是丙烯酸纤维(Acrylicfiber),学名应该Polyacronitrile(PAN)。

制作碳纤维的方式会因生产商的不同而稍有不同。以McLarenF1赛车为例,车上的碳纤维板件的制作过程大致是先将人造丝或者丙烯纤维放在热框架上加热到摄氏250度,然后再以摄氏2600度在铁炉内加热,使之炭化为碳(Carbon)以及石墨(graphite)。炭化后的纤维会以每三千条微丝卷成一条0.1mm粗的细丝,并以之编织成网状图案,成为碳纤维布(碳纤维板的高强度就得意于这种单纤维整齐排列、紧密成束的内部构造)但是如果碳纤维布不再进行进一步加工,在室温环境下只有约三天的寿命,故此这种碳纤维布一般存放在零下18度的冷柜里,这样寿命可以延长到18个月。

车架

碳纤维布之所以不马上加工成为碳纤维板,是因为车身的不同部件对碳纤维板的性质要求略有不同,有些碳纤维板用于车身结构上直接受力,而有些则用在阻流器上,有些则要经过特别的耐高温处理。(其实碳纤维板已经比普通的钢材耐高温,而且在一定的温度范围了,随着温度的上升,它的强度会逐渐的增大。一般钢在摄氏635度就会软化,当温度进一步上升到摄氏1400度,钢材就会开始融化,而碳纤维材料却在摄氏20~2000度之间都保持持续的强度上升。)一般加工碳纤维板,都要将板件在模具中成型时加入合成树脂(resin)。而不同的板件性质就是由与加入不同的合成树脂所造成的。

加工碳纤维板的工作方法虽然有多种,但是基本工序都一样,都是将碳纤维布放置在加工模型的铝制模具中,将适合的合成树脂涂满碳纤维布,然后放到熔炉中以不同的温度、时间和压力溶制,令碳纤维融合,成为坚韧的碳纤维板件。

360彩票 世界上有大小不同的碳纤维制造商,而专为汽车制造的碳纤维普遍只有几种,当中以高韧度和重量比例见长的一种叫作Kelvar。Kelvar由著名的杜邦化工开发的,用途主要是汽车、赛车乃至飞行员的头盔。

副车架

副车架并非完整的车架,只是支承前后车桥、悬架的支架,使车桥、悬架通过它再与"正车架"相连,习惯上称为"副架"。副架的作用是阻隔振动和噪声,减少其直接进入车厢,所以大多出现在豪华的轿车和越野车上,有些汽车还为引擎装上副架。这些都大大提高了汽车的舒适度和操作性能。

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