汽车车身设计 教学课件 ppt 作者 羊拯民 第四章　汽车车身的结构分析与设计

第四章 汽车车身的结构分析与设计,第一节 汽车车身的组成与结构类型 第二节 汽车车身的防腐蚀设计 第三节 汽车车身的抗振与降噪设计 第四节 汽车碰撞安全性设计 第五节 汽车车身轻量化设计,第一节 汽车车身的组成与结构类型,一、车身承载类型的分析 二、车身结构件的结构分析与设计 三、汽车覆盖件的结构分析与设计,第一节 汽车车身的组成与结构类型,图4-1 轿车车身零部件名称 1发动机罩前支撑板 2散热器固定框架 3前裙板 4前框架 5前翼子板 6地板总成 7门槛 8前门 9后门 10车轮挡泥板 11后翼子板 12后围板 13行李箱盖 14后立柱(C柱) 15后围上盖板 16后窗台板 17上边梁 18顶盖 19中立柱(B柱) 20前立柱(A柱) 21前围 侧板 22前围板 23前围上盖板 24前挡泥板 25发动机罩 26门窗框,第一节 汽车车身的组成与结构类型,图4-2 货车平头驾驶室结构及名称 1顶盖 2风窗立柱 3风窗框下横梁 4后围角板 5后框 6前柱 7门槛 8车门 9踏板 10地板 11地板横梁 12纵梁 13前围侧板 14前围板 15仪表板,第一节 汽车车身的组成与结构类型,图4-3 大客车骨架结构和车身名称 1门窗框上横梁 2风窗立柱 3风窗框下横梁 4前围立柱 5前围搁梁 6前围下横梁 7门立柱 8侧围立柱 9裙立柱 10侧围裙边梁 11腰梁 12斜撑 13后围下横梁 14后围搁梁 15后围立柱 16后窗框下横切梁 17后窗立柱 18后窗框上横梁 19顶盖纵梁 20上边梁 21侧窗上梁 22顶盖横梁 23侧围搁梁,一、车身承载类型的分析,(一)非承载式车身 (二)半承载式车身 (三)承载式车身 1.基础承载式车身 2.整体承载式车身,(一)非承载式车身,1)由于车身与车架的连接使用了弹性橡胶垫，可以适当吸收车架的扭转变形和降低噪声，同时还可起到辅助缓冲作用，因此既延长了车身的使用寿命，又提高了乘座舒适性。 2)发生撞车事故时，车架对车身起到一定的保护作用。 3)简化了装配工艺，便于组织专业化协作。 4)由于有车架作为整车的基础，便于汽车上各总成和部件的安装，同时也易于更改车型和改装成其他用途的车辆。 1)由于车身基本不参与整车承载，故必须保证车架有足够大的刚度和强度，从而导致整车的自重增大。 2)由于底盘和车身之间装有车架，所以使整车的高度较大。 3)车架纵梁的生产必须具有大型的压床与焊接、检验设备，故设备投资和基础建设费用较高。,(一)非承载式车身,图4-4 轿车车架 a) 周边式车架 b) X形车架 c)梯形车架,(一)非承载式车身,图4-5 丰田皇冠轿车的车架和车身结构 1车身 2车架,图4-6 货车驾驶室与车架结构,图4-7 车架的结构类型 a) 中型货车车架 b) 大型货车车架 c、d) 轻型货车车架,(二)半承载式车身,图4-8 典型的半承载式客车车身骨架结构 1顶灯底板 2换气扇框 3顶盖横梁 4顶盖纵梁 5前风窗框上横梁 6前风窗 立柱 7前风窗中立柱 8前风窗框下横梁 9前围搁梁 10车架前横梁 11前围立柱 12后风窗框下横梁 13后围搁梁 14后围裙边梁 15侧围窗立柱 16车轮拱 17斜撑 18腰梁 19侧围搁梁 20侧围立柱 21侧围裙边梁 22上边梁 23车架横梁 24门立柱 25车架悬臂梁 26门槛 27车架纵梁,(三)承载式车身,图4-9 轿车承载式车身结构,(三)承载式车身,图4-10 奔驰0404大客车的承载式车身结构 1侧围立柱 2顶盖纵梁 3顶盖横梁 4顶盖斜撑 5上边梁 6前风窗框上横梁 7前风窗立柱 8仪表板横梁 9前风窗框下横梁 10前围搁梁 11后风窗框上横梁 12后风窗框下横梁 13后围加强横梁 14后围立柱 15腰梁 16角板 17侧围搁梁 18斜撑 19底架横格栅 20侧围裙边梁 21裙立柱 22门立柱 23门槛 24底架纵格栅,1.基础承载式车身,1)允许变动杆件数量和位置，有利于调整杆件中的应力，从而达到等强度设计的目的。 2)格栅底架具有较大的抗扭刚性，可保证安装在其上各总成的相对位置关系。 3)由于该结构由截面尺寸相近的冷弯型钢杆件所组成，故易于建立精度较高的有限元计算模型。 4)由于格栅结构是以冷弯型钢代替钢板冲压件制成的，所以可简化构件的成形过程，又能节省部分冲压设备，同时也便于大客车的改型和系列化。,1.基础承载式车身,图4-11 承载式大客车车身类型 a) 基础承载式 b) 整体承载式,1.基础承载式车身,图4-12 瑞典Scania K112型大客车车身和车架 a) Scania K112型大客车车身 b) Scania K112型大客车车身底架 c) Scania K112型大客车车架 1前段副车架 2中段格框结构 3后段副车架,2.整体承载式车身,图4-13 EA3677型整体承载式大客车车身及其底座结构,2.整体承载式车身,图4-14 轿车承载式车身上部 1前围板 2前轮挡泥板 3前围内侧板 4外围内侧板 5前立柱 6门下边梁 7中立柱 8后翼子板 9中立柱内板 10后围下板 11车门上框加强板 12顶盖 13后风窗加强框 14车门上框 15后座隔板 16前风窗加强框,2.整体承载式车身,图4-15 轿车承载式车身下部 1前横梁 2轮罩裙板 3前纵梁 4地板前横梁 5门槛 6前地板总成 7后座横梁 8后纵梁 9后轮内罩 10后轮外罩 11行李箱地板 12后座支板 13前围板下横梁,2.整体承载式车身,图4-16 Volkswagen K70型轿车承载式车身,二、车身结构件的结构分析与设计,1)不能破坏造型设计，外露骨架要与外形曲线相吻合。 2)骨架的里板应考虑内护板的紧固。 3)用最佳的截面形状获得最大的截面系数。 4)要满足相邻部件的性能要求，如要适应门锁、铰链、限位器等的安装和性能要求等。,二、车身结构件的结构分析与设计,图4-17 轿车车身承载力结构件,图4-18 车身骨架典型截面 a) 顶盖侧梁 b) 中支柱 c) 前风窗支柱 d) 后风窗支柱 e) 门槛,图4-19 典型轿车车身壳体的结构件截面及其连接,图4-20 横梁与纵梁的连接,图4-21 纵、横梁的铆钉连接方式 1横梁 2纵梁,三、汽车覆盖件的结构分析与设计,(一)汽车覆盖件的分块 (二)冲裁、压弯车身零件的设计要求 (三)车身的焊接装配对汽车车身结构设计的要求 1.焊接接头 2.焊点设计 3.车身覆盖件的设计精度和装配精度,(一)汽车覆盖件的分块,1)最大覆盖件零件的展开尺寸不得超过板材的尺寸规格。 2)覆盖件分块应根据企业的设备情况与技术水平来确定，分块的零件尽可能少。 3)分块时应考虑零件的成形工艺性、装配工艺性以及车身整体组装后的外形美观性。 分块时要考虑零件的拉深方向，保证凸模能够进入凹模。图4-22a所示拉深方向表明凸模不能进入凹模；若将覆盖件旋转一角度，如图4-22b所示的拉深方向，凸模才能进入凹模。 分块时，覆盖件的拉深深度要恰当。若一次拉深成形，则表面质量难以保证。 分块时应使零件尽量简单、匀称，以使在拉深过程中得到大致相同的变形量，保证应力均匀。,(一)汽车覆盖件的分块, 对于具有反拉深的覆盖件，由于反拉深部分的成形在很大程度上是依靠金属本身的局部延伸， 4)零件分块结构要合理，尽可能用双极点焊代替单极点焊或二氧化碳保护焊，以增强焊接牢固性及减少零件的焊接变形。 5)零件分块应考虑安装方便性并保证良好的装配精度。 6)分块线应尽可能与外部造型线相适应，并避免在圆弧面上分块。 7)为拆卸方便，对于车身易损件进行分块时，应单独划分出来。,图4-22 覆盖件的凹形决定拉深方向 a) 凸模不能进入凹模 b) 凸模能进入凹模,图4-23 对红旗轿车门槛与地板焊接的改进 a) 红旗CA770轿车门槛和地板结构(改进前) b) 红旗CA770轿车门槛和地板结构(改进后),图4-24 轿车车身的结构划分 1底架 2门槛 3中柱 4前柱 5前轮罩 6前围 7顶盖 8侧壁 9前围窗框 10后风窗,图4-25 车门与门槛,图4-26 车门与整体支柱,(二)冲裁、压弯车身零件的设计要求,1)对于车身上的孔，应尽可能采用圆孔、方孔等规则孔，避免用细长孔，以便降低成本，同时对模具强度有利。 2)孔与孔之间、孔与边之间的距离应恰当，以免由于距离太小在冲裁时引起周边材料的变形和破裂。 3)若弯曲零件的弯曲角小于90°，其弯曲半径r应相应增大，一般取rt (t为板料厚度)。 4)车身覆盖件大都需要翻边成形，以便加强零件刚度和用于与其他零件连接。 5)在设计既有翻边又有局部鼓包和凸起肋的零件时，应尽可能设计成使凸起方向与翻边压弯方向一致，以便在一道工序中冲压出来。,图4-27 零件压弯工艺要求,图4-28 翻边,表4-1 车身制造中常用的焊接方法及典型的应用实例,(三)车身的焊接装配对汽车车身结构设计的要求,图4-29 轿车白车身装焊程序图,1.焊接接头,图4-30 不同形式的双面点焊,1.焊接接头,图4-31 单面多点焊,1.焊接接头,图4-32 缝焊,1.焊接接头,图4-33 点焊连接,1.焊接接头,图4-34 流水槽与顶盖的焊接,1.焊接接头,图4-35 焊接定位 a) 孔定位 b) 凸起肋定位 c) 冲压件形状定位,2.焊点设计,图4-36 焊点尺寸,2.焊点设计,表4-2 焊接结构钢时的点距,表4-3 焊接结构钢时焊点中心到边板的距离,2.焊点设计,图4-37 弯边宽度,2.焊点设计,表4-4 三层板焊接的点距,2.焊点设计,图4-38 EQ153驾驶室点弧焊的位置图,2.焊点设计,图4-39 三层不同厚度焊接件的点焊,2.焊点设计,表4-5 低碳钢薄板的点焊设计参数与规范,2.焊点设计,表4-5 低碳钢薄板的点焊设计参数与规范,2.焊点设计,表4-6 解放牌汽车驾驶室点焊设计参数与规范,3.车身覆盖件的设计精度和装配精度,1)为了保证其尺寸和形状，除尽量采取整体结构、用尽可能少的零件装焊而成外，若孔洞部位为双层结构，则至少要有一层为整体结构。 2)要合理地选择车身零件的装焊接头形式，同时在车身设计时尽量不采用封闭式接头，如图4-41b所示。 3)设计车身点焊的焊接结构时，应尽量使焊接缝在剪切力下而不是在拉力下工作，如图4-44所示。 4)为了提高车身的外观平整度，防止焊接热应力使表面产生局部变形而影响外观质量，车身零件的形状设计应合理。,3.车身覆盖件的设计精度和装配精度,图4-40 对门和门框的间隙要求,图4-41 装焊接头形式,图4-42 搭接与弯,图4-43 法兰接头的结构,图4-44 作用在焊点上的力,图4-45 车身零件合理的形状设计,第二节 汽车车身的防腐蚀设计,1.结构设计时的防腐蚀措施 2.车身材料选择应考虑防腐蚀 3.确保表面涂装性能,1.结构设计时的防腐蚀措施,1)使车身结构避免水、污泥的积存，在闭口截面和凹洼处设置排水孔。 2)去掉顶盖周围的流水槽，防止顶盖端部腐蚀，如图4-50所示；采用不使雨水浸入车体内部的结构，如图4-51所示。 3)为了避免底板和板件搭接处的腐蚀，应减少积存泥水之处，尽量减少凹凸表面，特别要消除凹部(图4-52)，并在最低部位设置流水孔，如图4-53所示。 4)对车身骨架进行防腐处理，如在组装前对内部表面应涂以聚氯乙烯或石蜡等防腐材料，同时对与车身骨架焊在一起的覆盖件的内表面也要进行防腐处理。,1.结构设计时的防腐蚀措施,5)对于闭口截面的车身构件采用完全密封，以防止水蒸气和灰尘进入腔内；或送入干燥空气，使一些闭口截面的结构内腔经常保持干燥，以防止锈蚀。 6)对于两层板料之间既不