汽车总体设计：6个车架布置方案

（1）车架及车身骨架设计

车架是整个客车的基体，其功用是支承、连接汽车各个总成的零部件，承受来自车内外的各种载荷，并在很大程度上决定了客车总体的布置形式。现代很多客车都有作为整车支承的车架，车上绝大多数的部件和总成都是通过车架来固定其位置的。由车身骨架承担载荷的客车，称为承载式客车，一般采用桁架式车架结构，现代客车正逐步向这种承载车身形式发展。车架的结构形式首先应满足汽车总布置的需要。汽车在复杂多变的道路上行驶的时候，固定在车架上的各总成和部件之间不应发生干涉。当汽车在崎岖不平的道路上行驶时，车架在载荷的作用下可产生扭转变形以及在纵向平面内的弯曲变形，当一边车轮遇到障碍时，还可能使整个车架扭曲成菱形。

图13-11 大客车仪表板布置

这些变形将会改变安装在车架上的各部件之间的相对位置，从而影响其正常工作。因此，车架应具有足够的强度和适当的刚度。为了使整车轻量化，要求车架质量尽可能小些。此外，降低车架的高度有利于提高汽车的行驶稳定性，这一点对客车来说尤为重要。客车行业在发展初期，其底盘车架主要始于货车二类底盘的改装，形成了长头客车。随着时间的推移，有了后来在货车三类底盘上进行改装的过程，并进一步形成专用的客车底盘。后来对车架的结构进行了改进，形成了分段式车架结构的底盘，这样就可以降低城市客车地板的高度，对长途和旅游客车来说则是为了获得较大的行李舱。随着全承载车身技术的出现，又形成了适应承载车身的不同类型的各种客车底盘，其底盘车架一般采用桁架式结构。

（2）三类底盘的车架改装

20世纪80年代前后，我国的客车基本上是从中型载货汽车的三类底盘改装而形成的，不管作为城市客车还是作为长途客车，其地板高度较高，踏步级数一般是3～4级。不管作为城市客车还是作为长途客车，大部分车架都采用了梯形车架，也就是纵梁直通式结构，或在此基础上外加牛腿（即支承梁）；极少数也采用横梁，即横梁直通式车架，这种车架为纵梁分段与直通横梁以加强角撑板、铆接或焊接而成。纵梁直通式车架和横梁直通式车架都属于直通大梁式车架。传统的梯形车架由于其所起到的缓冲、隔振、降低、噪声和延长车身使用寿命等特点，以及生产上的继承性和工艺性等原因，目前仍广泛应用于客车上。梯形车架的纵梁均为左右对称的整体直通式大梁，纵梁和横梁的连接为铆接或螺栓连接。一般采用槽形或矩形截面，弯曲强度好，且便于安装底盘部件，有些还有加强的副纵梁。

为使应力分布均匀，纵梁可设计为变截面形式。根据不同的要求，纵梁设计可以前后贯通，也可前部、中部和后部搭接成不同高度或不同宽度的结构，有些车型受桥和地板高度要求的限制而将该处设计成稍复杂的弯曲结构。为了满足地板适当降低的需要，有的客车在整体直通大梁结构的基础上，采用弯大梁形式的车架，即在前轴和后桥相对应的部位，车架纵梁是弯的，从而使前轴和后桥有了较多的跳动空间，但整个车身地板的高度可以不与上弯车架的最高处相关，而只与较低的纵梁平直段相关。这样在保证悬架运动空间的同时，通道地板可以适当地降低，只在前轴和后桥部分做出拱起的轮罩即可；这样还降低了整车的重心高度，更有利于行驶的稳定性及安全性，但需投入弯大梁的模具制造费用。

对于城市公交客车，为适当降低前部地板的高度，需要把悬架系统布置在车架的外侧，从而降低车架离地的高度。于是，车架的纵梁在垂直方向弯曲的基础上，在水平方向也弯曲，从而使车架总成变成前窄后宽的形式。横梁用来保证车架的扭转刚度，同时支承某些部件，如发动机、动轴、散热器、备胎等，横梁用来保证车架的扭转刚度。在前、后悬架支架处则需设置抗弯能力较强的横梁，采用工字形截面或双槽背对形成的工字形，有时也采用圆形、帽形和箱形等截面的横梁。一般来说，槽形梁抗弯强度大，对于增加车架扭转刚度很有好处，通常在悬架前后支架处采用带大加强板的槽形横梁来承受大的受力。帽形横梁可制成弯度较大的横梁，适用于一些空间位置受限的情况，如在发动机、散热器、变速器、传动轴处布置或用来支承。由帽形横梁制成的元宝梁、鳄鱼梁等受纵梁断面高度的影响较小，通用性高。(www.xing528.com)

三类底盘车架改装形成的客车车架，一般在车门立柱、前后桥吊耳前后、侧围与前后围的分形面等部位加牛腿。轴距中间根据总布置方案加牛腿。牛腿截面可为槽形、方形等，长度方向上可采用等截面、变截面或等强度梁，中间可有减重孔，连接方式有焊接铆接或螺钉连接。根据布置和总成的安装要求，同一车架可同时采用多种形式的组合和不同的横梁翼面，车架总成可设计成前后等宽或不等宽结构。这类客车车架的结构形式一般变化不大，优点是结构简单，工艺性好，但是本身存在质量大、总成布置困难、受力不均匀和损坏后难以修复等缺点，主要用于城市公交和普通短途客运车辆。

（3）分段式

分段式车架主要以三段式为主，分为前段车架、中段车架和后段车架三部分。前段和后段车架采用传统意义上的车架，可以是平直的纵梁，也可以是弯曲的纵梁。中间部分主要有两种形式：一种是传统的大梁式车架；另一种是采用空间桁架结构。各段之间的连接方式有Z形板连接、纵梁直接连接、开口连接板连接等。三段式复合桁架式车架结构的前、后段车架采用槽型大梁，中段为桁架结构，作为行李舱。根据不同的车型和承载情况，采用不同规格的异形钢管焊接成箱形框架结构，再通过焊接或铆接与前、后段车架大梁连接在一起。对于钢板弹簧悬架，中间桁架一般不超过悬架安装区域；对于空气弹簧悬架，为增加行李舱容积，有些底盘的中间桁架超过悬架安装区，只有操纵区和发动机区域用较短的槽形大梁。为提高车架的抗弯曲刚度，承受更大的载荷，在车架的前、中、后三段搭接处必须焊接连接板。连接板的厚度不能大于纵梁厚度，且材质应相同。面积较大时应采用塞焊、铆接或者螺栓连接，加周边断续焊等连接方式。

三段式复合桁架式车架通过改变中段部分的长度来实现改变轴距和车长的目的，通过改变中段的结构，可以形成不同的地板高度，从而满足不同的需求。这种车架的前后车架可以按标准化、模块化的设计思路设计，而中段车架的结构、尺寸因不同的车型会有较大变化。前段和后段车架的纵梁长度较短且结构相对简单，加工方便，不需要大型冲压设备。国内开发和引进的豪华大客车上广泛应用这种结构，其优点是易于设计制造，有较大的行李舱，但是前后纵梁与桁架的连接复杂，工艺性要求高。

（4）全桁架式底骨架

这种形式的结构不能被称为车架，因为它完全没有传统意义上的车架和纵梁，一般称为客车的底骨架，也称格栅式底架。它是由结构尺寸相近的小截面冷弯型钢杆件焊接而成的空间桁架结构。这种结构易于构建符合实际结构的有限元模型，从而提高计算精度；可以通过变动杆件的数量和位置，引导整车力流的传递，调整杆件的应力，以达到等强度、等寿命设计的目的，为设计贯通式大行李舱提供了可能。通常采用格栅式底架制造的12m大客车，其行李舱容积可达11.5～14m³，增加了客车的有效利用空间。桁架的各部分应充分考虑到各总成的安装。格栅式底架与直通大梁式和分段式车架不同，其在结构上综合了传统意义上的车架和底架为一体的结构形式，即具有车架和车身底架的功用。由于考虑到车身也承担整车的载荷，因此，格栅式底架的设计强度相对较弱些，通过底架上外伸的横梁与车身连成一体来参与承受整车的弯曲载荷和扭转载荷，从而实现整车的轻量化。由于格栅式底架采用了小截面杆件焊接而成的结构，致使焊接接头增加，焊接变形难以控制。为了控制精度，通常需设计专用的焊接夹具和胎具来保证，从而增加了加工成本，降低了加工速度。设计格栅式底架对所需承受的载荷有更明确的分析和掌握，这对设计工程师的理论知识要求很高，因此格栅式底架结构限制了其应用的范围，目前一般只在高等级客车或有特殊要求的客车产品上使用。

要点

客车主要总成部件的布置，要根据客户需求和自有生产资源情况进行精细化布置设计，特别是对驾驶人操纵、车架及车身骨架等提出功能和性能一系列设计布置方案。