JPH0790795B2 - 車両用車台フレーム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、トラック等車両用の車台フレームに関するも
のである。

（従来の技術） 通常のトラックは、車体前後方向に延在する左右一対の
夫々断面形状が溝型をなすサイドレールと、車巾方向に
配置され夫々の両端を上記サイドレールに固着された複
数個のクロスメンバとからなる車台フレームを具えてお
り、同車台フレームに夫々サスペンション装置を介して
前車軸及び後車軸が取付けられ、また、キャブ，エンジ
ン，荷台等が装架されている。

上記クロスメンバには、断面形状が溝型をなす部材及び
Ｉ型をなす部材、並びにサイドレールに結合される両端
部分にＶ字状の拡開部を具えた所謂アリゲータ型クロス
メンバ等が適宜に採用されている。

（発明が解決しようとする課題） トラック等の車両が、例えば過積載状態で激しい凹凸を
有する悪路を高速走行する場合、車体フレームは大きな
捩り荷重が作用し、そのクロスメンバには、特にサイド
レールとの結合部付近に大きな応力が発生する。従来の
車台フレームにおけるサイドレール及びクロスメンバ結
合部分の典型的な構成を第18図について説明すると、図
中符号10は総括的に車台フレームを示し、同車台フレー
ムは車体前後方向に延在する左右一対の断面形状が溝型
をなすサイドレール12を具えている。（図では左側のサ
イドレールのみが図示されている）サイドレール12内に
断面形状が溝型をなすガセット14が装入され、同ガセッ
ト14はそのウェブ14wをサイドレールのウェブ12wに多数
のリベット20により固着されている。16は断面形状が溝
型をなすクロスメンバであって、その上下のフランジ16
fの車体前後方向（図においてｙ方向）の巾Y₀は車巾方
向（図においてｘ方向）の全長に亘って実質的に同一で
あり、かつ夫夫両端部を上記ガセット14の上下フランジ
14wに多数のリベット18によって固着されている。

上記クロスメンバ16を具えた車台フレーム10について捩
り試験を行ないクロスメンバフランジ16fの自由端縁に
発生する応力を調べたところ、第17図に点線S₁で示すよ
うな結果が得られた。第17図において、縦軸は発生応力
σkgf/mm²を示し、横軸はクロスメンバ16の車体前後方
向の中心線を通る垂直面、換言すれば車両対称面からの
距離ｘを示しており、x₁は上記ガセット14との交点を、
またx₂はクロスメンバ16の車巾方向外側端を夫々示して
いる。上記曲線S₁で示されているように、フランジ16f
の端縁に発生する応力は、車両対称面から車巾方向外方
に遠ざかるにつれて次第に増加しガセット14との交点x₁
で最大値に達し、その後車巾方向の外側端x₂に向うにつ
れて急速に減少するが、ガセット14との交点x₁付近に大
きな応力が発生し、この部分で亀裂等の欠陥が発生し易
いことが確認された。

本発明は、車台フレームのクロスメンバにおいてサイド
レールとの結合部付近に発生する応力を低減してクロス
メンバの破損を効果的に回避し、車台フレームの耐久
性、信頼性を向上することを目的とするものである。

（定義） 本明細書において、クロスメンバの車巾方向両端部をサ
イドレールにガセットを介し又は介さずして固着する複
数個のリベットに関し「等価重心」なる用語は、次のよ
うに定義されるものである。

即ち、 第６図において、任意個数（２個以上）のリベットR₁,R
₂…R_i…R_nの横弾性係数を夫々G₁,G₂…G_i…G_n,また各リ
ベットの断面積を夫々a₁,a₂…a_i…a_n、各リベットのｘ
座標及びｙ座標を夫々x₁,x₂…x_i…x_n及びy₁,y₂…y_iとし
たとき、等価重心Ｇのｘ座標x_g及びｙ座標y_gは夫々次の
ように表わされる。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る車両用車台フレームは、上記目的を達成す
るために創案されたもので、車体前後方向に延在し断面
形状が溝型をなすサイドレールのウエブに、車巾方向に
延在するクロスメンバの両端部を夫々複数のリベットに
より締結してなるものにおいて、上記クロスメンバが、
車両対称面から車巾方向に距離X_Bを距てた上記複数のリ
ベットの等価重心近傍の位置P_Bにおける車体前後方向の
巾をY_Bとし、上記車両対称面から車巾方向に距離X_A＝X_B
/2を距てた位置P_Aにおける車体前後方向の巾をY_Aとした
とき、（Y_B/Y_A）^２＝1.5〜2.5であって、かつ上記P_AとP
_Bとの間の自由端縁の形状が車巾方向外方に向って直線
的に拡開した平面形状を具えていることを特徴とするも
のである。

（作用） 本発明により、クロスメンバのサイドレールとの結合端
付近の平面形状を上記特殊な形状即ち複数のリベットの
等価重心位置近傍の位置X_Bにおける車体前後方向の巾Y_B
と、車両対称面と上記位置X_Bとの間の２等分位置X_Aにお
ける車体前後方向の巾Y_Aとの間に（Y_B/Y_A）^２＝1.5〜2.
5なる関係があり、かつ上記位置X_AからY_Bにいたる各中
間位置における車体前後方向の巾がY_AからY_Bへと直線的
に変化するような形状とすることによって、クロスメン
バのサイドレールの結合部付近に発生する最大応力が大
巾に低減され、さらに上記クロスメンバの車巾方向の両
端部分を、サイドレールのウエブにリベットにより締結
することにより、車台フレーム全体としての耐久性及び
信頼性を向上することができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付図面について具体的に説明す
る。（なお、第18図を参照して説明した従来の構成と実
質的に同一又は対応する部材又は部分には同一の符号を
付し、重複説明は省略する。）先づ、第１図，第３図及
び第４図に示されている本発明の第１実施例において、
クロスメンバ16はその上下フランジ16fを車巾方向外方
に延長し直角方向に折り曲げて形成された縦フランジ16
f′を具え、同縦フランジ16f′を複数個のリベット18に
よりサイドレール12のウェブ12wに固着されている。上
記複数個のリベット18がサイドレール12のウェブ12w上
に配置されているので、その等価重心Ｇと車両対称面yO
との間の距離l_G/2は、実質的にクロスメンバ16の車巾方
向即ちｘ方向の全長の二分の一に等しい。

上記クロスメンバ16の平面形状即ち上下フランジ16fの
形状は、図示のように車両対称面yOから車巾方向の中間
位置P_Aまでは車体前後の巾が実質的に等しくY_Aに形成さ
れ、同位置P_Aから車巾方向外側端に近い位置P_Bまで車体
前後方向の巾が直線的に拡大してY_Bとなるように形成さ
れている。更に詳細には、上記位置P_Bは車巾方向に関し
て上記等価重心Ｇの近傍（勿論重心位置Ｇを含む）に設
定され、中間位置P_Aはその車両対称面yOからの距離X_Aが
位置P_Bの車両対称面yOからの距離X_Bの1/2、換言すれば
第１図において直線OP_Bの二等分点に設定されている。
そして、上記位置P_A及びP_Bにおける巾Y_AとY_Bとの間に
は、（Y_B/Y_A）^２＝２なる関係が成立するように形成さ
れている。

上記形状を有するクロスメンバ16を具えた車台フレーム
10について、第18図に示した従前の車台フレームと同一
の条件で捩り試験を行ないクロスメンバの上下フランジ
16fの自由端縁における発生応力を測定したところ、第1
7図に実線S₂で示されているように、サイドレール12と
の結合部付近に発生する最大応力が十分に低減され、従
って過負荷状態での悪路走行に対して安全性が高く、耐
久性及び信頼性を著しく向上し得ることが確認された。
また、第４図は上記クロスメンバ16をサイドレール12の
ウェブ12wにリベット18により結合する際に、クロスメ
ンバ16のウェブ16wに縦フランジ16w′を形成し、同縦フ
ランジ16w′をサイドレールのウェブ12wに結合した第１
実施例の変形例であるが、この構成でも、クロスメンバ
フランジ16fの最大応力を第３図の場合と実質的に同様
に低減することができる。

また上記クロスメンバフランジ16fの車体前後方向の巾Y
_Aに対しY_Bを種々変化させて試験を行ったところ、上記
（Y_B/Y_A）^２＝２が最適で、この値が2.5以上になると応
力低減効果は頭打ちし徒らに重量増大を招く不具合があ
り、一方上記値が1.5以下になると応力低減効果が十分
でなく強度上の不安が増大することが確認された。さら
に、上記クロスメンバ16の車巾方向両端部の縦フランジ
16f′又は16w′を本質的に発生応力が大きいサイドレー
ル12の上下フランジではなく、相対的に発生応力が小さ
いウエブ12wにリベット18により締結することにより、
サイドレール12の耐久性を向上し、上記クロスメンバ16
の応力低減効果と相俟って、車台フレーム全体の耐久性
及び信頼性を大巾に向上し得る利点がある。

次に、第２図及び第５図は本発明の第２実施例を示し、
この実施例では第１実施例と同様の平面形状を有する溝
型断面のクロスメンバ16の上下フランジ16fが、溝型の
断面形状を有するガセット14の対応するフランジ14fに
複数個のリベット18によって固着され、上記ガセット14
はそのウェブ14wを隣接するサイドレールのウェブ12wに
リベット20により固着されている。車両対称面yOから上
記複数のリベット18の等価重心Ｇと実質的に等距離X_Bの
位置P_Bにおけるフランジ16fの車体前後方向の巾Y_Bと、
車両対称面yOからの距離X_A＝X_B/2なる二等分位置P_Aにお
ける車体前後方向の巾Y_Aとの間に、（Y_B/Y_A）^２＝1.5〜
2.5、好ましくは２なる関係が成立ように各部の寸法が
定められている。

上記第２実施例について捩り試験を行ないクロスメンバ
フランジ16fの自由端縁の発生応力を調べたところ、何
れも第17図の曲線S₂に近似した結果が得られ、サイドレ
ール12との結合部付近においてフランジ16fに発生する
最大応力を従来より効果的に低減し得ることが確認され
た。

第７図は本発明の第３実施例を示し、この実施例では第
９図に示されているようなＩ型の断面形状を有するクロ
スメンバ16が用いられている。クロスメンバ16は、その
上下のフランジ16fを外方に延長し上下方向に折り曲げ
て形成した第３図と同様の縦フランジ16f′を複数個の
リベット18によりサイドレールのウェブ12wに固着され
ている。

上記クロスメンバ16は、複数のリベット18の等価重心Ｇ
より僅かに車両対称面yO側に位置し同対称面yOからの距
離がX_Bの位置P_Bにおけるフランジ16fの車体前後方向の
巾をY_Bとし、上記車両対称面yOから距離X_A＝X_B/2だけ距
たった位置P_Aにおけるフランジ16fの車体前後方向の巾
をY_Aとしたとき、Y_BとY_Aとの間に（Y_B/Y_A）^２＝1.5〜2.
5、好ましくは２なる関係が成立し、かつP_A及びP_B間に
おいて上記フランジ16fが直線的に拡開する平面形状を
呈するように形成されている。

上記のようにサイドレール12との結合部付近が外方に直
線的に拡開した平面形状を有するクロスメンバ16を具え
た車台フレームと、全長にわたって車体前後方向の巾が
実質的に等しい通常のＩ型断面のクロスメンバを具えた
車台フレームとについて、略同一条件で捩り試験を行な
いクロスメンバの上下フランジ16fの自由端縁における
発生応力を対比したところ、前記溝型断面のクロスメン
バの場合と同様に、従来の同種クロスメンバを具えたも
のより最大応力が著しく低減し従って耐久性，信頼性を
効果的に改善し得ることが確認された。

更に第８図は本発明の第４実施例を示し、この実施例で
は、第３実施例と同様の平面形状を有するＩ型断面のク
ロスメンバ16が、その上下のフランジ16fを溝型断面を
有するガセット14の対応するフランジ14fに夫々に複数
個のリベット18によって固着され、また同ガセット14は
そのウェブ14wを隣接するサイドレールのウェブ12wにリ
ベット20により固着されている。車両の対称面yOから上
記複数のリベット18の等価重心Ｇと実質的に等距離X_Bの
位置P_Bにおけるフランジ16fの車体前後方向の巾Y_Bと、
車両対称面yOからの距離X_A＝X_B/2なる二等分位置P_Aにお
ける車体前後方向の巾Y_Aとの間に、（Y_B/Y_A）^２＝1.5〜
2.5、好ましくは２なる関係が成立するように各部の寸
法が定められている。

上記第４実施例について捩り試験を行ないクロスメンバ
フランジ16fの自由端縁の発生応力を調べ、同フランジ1
6fの車体前後方向の巾が車巾方向の全長に亘って実質的
に等しい通常のＩ型断面のクロスメンバのフランジ自由
端縁の発生応力と比較したところ、第17図の曲線S₂及び
S₁に略相似した結果が得られ、第４実施例においては、
発生する最大応力が著しく低減し、従って耐久性及び信
頼性の向上が効果的に達成されることが認められた。ま
た、第９図に示されているような謂わば一体形のＩ型断
面形状を有するクロスメンバ16に代え、第10図に示され
ているような溝型断面の部材16a及び16bを背中合せにし
てリベット22により一体的に結合してＩ型断面を形成し
た組立式のクロスメンバ16においても、実質的に同様の
効果が得られることが確認された。

第11図は本発明の第５実施例を示し、この実施例では第
13図に示されているように、両端部を除く全長の大部分
がハット型の断面形状を呈する上方部材16uと平らな板
からなる下方部材16lとを多数のリベット24によって一
体的に結合し、両端部を除く略全長を閉断面構造とし、
両端部分では上方部材16u及び下方部材16lをＶ字状に拡
開して夫々の先端に取付フランジ16u′及び16l′を形成
したアリゲータ型クロスメンバ16が用いられている。同
クロスメンバ16は上記取付フランジ16u′及び16l′を複
数のリベット18によりサイドレールウェブ12wに締着さ
れることによって同サイドレール12に固着されている。
（なお、クロスメンバ16の下方部材16lを、上方部材16u
と同様にハッド型断面の部材とし、両者を向い合わせて
リベット24により一体的に結合してクロスメンバ16を形
成することもある。） 上記クロスメンバ16は、複数のリベット18の等価重心Ｇ
と実質的に一致し車両対称面yOから距離X_Bを距てた位置
P_Bにおける車体前後方向の巾をY_Bとし、上記車両対称面
yOから距離X_A＝X_B/2だけ距たった位置P_Aにおける車体前
後方向の巾をY_Aとしたとき、Y_BとY_Aとの間に（Y_B/Y_A）
＝1.5〜2.5、好ましくは２なる関係が成立し、かつP_A及
びP_B間において上記クロスメンバの平面形状が直線的に
拡開しＶ字状を呈するように形成されている。

上記のような平面形状を有するクロスメンバ16を具えた
車台フレームと、全長に亘って車体前後方向の巾が実質
的に等しい通常のアリゲータ型クロスメンバを具えた車
台フレームとについて、略同一の条件で捩り試験を行な
いクロスメンバの前後端縁における発生応力を調べたと
ころ、前記溝型断面のクロスメンバ及びＩ型断面のクロ
スメンバの場合と略同様に、本実施例では従前のものよ
り最大応力が著しく低減し、従って耐久性及び信頼性の
向上が達成されることが確認された。

また、第12図及び第14図は本発明の第６図は本発明の第
９実施例を示し、この実施例では第５実施例と同様の平
面形状を有するアリゲータ型クロスメンバ16の上方部材
16u及び下方部材16lの車巾方向の端部が、夫々複数のリ
ベット18によって溝型の断面形状を有するガセット14の
対応するフランジ14fに固着され、同ガセット14はその
ウェブ14wを隣接するサイドレールのウェブ12wにリベッ
ト20によって固着されている。上記クロスメンバ16は、
車両対称面yOから上記複数のリベット18の等価重心Ｇと
実質的に等距離X_Bの位置P_Bにおける車体前後方向の巾を
Y_Bとし、上記車両対称面yOから距離X_A＝X_B/2だけ距たっ
た位置P_Aにおける車体前後方向の巾をY_Aとしたとき、Y_B
とY_Aとの間に（Y_B/Y_A）^２＝1.5〜2.5、好ましくは２な
る関係が成立するように形成されている。

上記第６実施例について捩り試験を行ないクロスメンバ
の前後端縁における発生応力を調査したところ、前記第
５実施例と同様にサイドレール12との結合部付近におい
て発生する最大応力が従来より大巾に低減することが認
められる。更に、第13図及び第14図に示されているアリ
ゲータ型クロスメンバ16は、何れも上方部材16uと下方
部材16lとがクロスメンバの全長に亘って延びており車
巾方向両端のＶ字型部分を除く中間部分に閉断面部が形
成され相対的に高い捩り剛性を有するものであるが、第
15図に示されているように、下方部材16lが上方部材16u
の端部のみに固着されてＶ字型の接手部を形成し、従っ
てクロスメンバの中間部分は開断面の上方部材16uだけ
から構成されていて捩り剛性が相対的に低いアリゲータ
型クロスメンバ16においても、実質的に同様の効果が奏
せられる。

次に、第16図に示す本発明の第７実施例は、第１及び第
２実施例と同様な溝型断面のクロスメンバ16を車体前後
方向に間隙Ｃを存して二個並設したものであって、上記
間隙Ｃは例えば30mm〜80mmである。各クロスメンバ16は
夫々の上下フランジ16fを、断面形状が溝型をなす共通
のガセット14の上下フランジ14fに複数個のリベット18
によって固着され、同ガセット14はそのウェブ14wをサ
イドレールのウェブ12wに多数のリベット20によって固
着されている。

この実施例においても、各クロスメンバ16を第２図に示
した第２実施例と同様に構成することによって、夫々の
クロスメンバフランジ16fの自由端縁に発生する最大応
力を夫々低減することができ、クロスメンバの破損を効
果的に防止しその耐久性及び信頼性を改善することがで
きる。なお、上記二個並設されたクロスメンバ16を、第
１図に示した第１実施例と同様に、サイドレール12のウ
ェブ12wに複数のリベット18により締結する場合でも、
各クロスメンバ16の平面形状を夫々第１図と略同様に形
成することによって、上記第１実施例と同様の効果を得
ることができる。

なお、上記すべての実施例において、ディファレンシャ
ルやプロペラシャフト等との干渉を回避するためクロス
メンバ16を上下方向にわん曲させても上記本発明の効果
及び利点は実質的に不変である。

（発明の効果） 叙上のように、本発明に係る車両用車台フレームは、車
体前後方向に延在し断面形状が溝型をなすサイドレール
のウエブに、車巾方向に延在するクロスメンバの両端部
を夫々複数のリベットにより締結してなるものにおい
て、上記クロスメンバが、車両対称面から車巾方向に距
離X_Bを距てた上記複数のリベットの等価重心近傍の位置
P_Bにおける車体前後方向の巾をY_Bとし、上記車両対称面
から車巾方向に距離X_A＝X_B/2を距てた位置P_Aにおける車
体前後方向の巾をY_Aとしたとき、（Y_B/Y_A）^２＝1.5〜2.
5であって、かつ上記P_AとP_Bとの間の自由端縁の形状が
車巾方向外向に向って直線的に拡開した平面形状を具え
ていることを特徴とし、車両の走行中、特に過負荷状態
での悪路高速走行時にクロスメンバに発生する応力を効
果的に低減してその破損を防止することができると共
に、クロスメンバの車巾方向両端部を、サイドレールの
ウエブに締結することによって、同サイドレールの破損
を防止することができるので、両者相俟って車台フレー
ムの耐久性及び信頼性を向上し得る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す平面図、第２図は本
発明の第２実施例を示す平面図、第３図は第１図のIII
−III線に沿い矢印方向に視た断面図、第４図は第３図
の変形例を示した同様の断面図、第５図は第２図のＶ−
Ｖ線に沿い矢印方向に視た断面図、第６図は複数のリベ
ットの等価重心を説明する線図、第７図は本発明の第３
実施例を示す平面図、第８図は本発明の第４実施例を示
す平面図、第９図は第３及び第４実施例におけるクロス
メンバの断面図、第10図は第９図に示したクロスメンバ
の変形例を示した同様の断面図、第11図は本発明の第５
実施例を示す平面図、第12図は本発明の第６実施例を示
す平面図、第13図は第11図のXIII−XIII線に沿い矢印方
向に視た断面図、第14図は第12図のXIV−XIV線に沿い矢
印方向に視た断面図、第15図は第13図及び第14図におけ
るアリゲータ型クロスメンバ16の変形例を示す部分的側
面図、第16図は本発明の第７実施例を示す平面図、第17
図は第１実施例におけるクロスメンバ16の応力発生態様
を第18図に示した従前の装置と対比して示した線図、第
18図は従前の車台フレームの典型的構成を示した部分的
平面図である。 10……車台フレーム、12……サイドレール、16……クロ
スメンバ、18……リベット、Ｇ……リベット18群の等価
重心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花木内 敬雄 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 原 邦夫 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (56)参考文献 実開 昭60−124381（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−153182（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体前記方向に延在し断面形状が溝型をな
   すサイドレールのウエブに、車巾方向に延在するクロス
   メンバの両端部を夫々複数のリベットにより締結してな
   るものにおいて、上記クロスメンバが、車両対称面から
   車巾方向に距離X_Bを距てた上記複数のリベットの等価重
   心近傍の位置P_Bにおける車体前後方向の巾をY_Bとし、上
   記車両対称面から車巾方向に距離X_A＝X_B/2を距てた位置
   P_Aにおける車体前後方向の巾をY_Aとしたとき（Y_B/Y_A）
   ^２＝1.5〜2.5であって、かつ上記P_AとP_Bとの間の自由端
   縁の形状が車巾方向外方に向って直線的に拡開した平面
   形状を具えていることを特徴とする車両用車台フレーム