車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分解課件

1、汽車車身設(shè)計(jì)Automotive Body DesignDept. of Automotive EngineeringJiangsu University主要內(nèi)容車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)車身骨架設(shè)計(jì)板殼零件結(jié)構(gòu)工藝性耐腐蝕性彈性振動與隔震噪聲控制第8章 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8.1 什么是車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前已完成工作汽車總體設(shè)計(jì)車身總布置設(shè)計(jì)車身外形和內(nèi)飾設(shè)計(jì)完成構(gòu)成車身的結(jié)構(gòu)件的形狀、尺寸以及結(jié)構(gòu)件之間聯(lián)接關(guān)系的設(shè)計(jì)8.2 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史自行車-汽車的技術(shù)先驅(qū)第一種大量生產(chǎn)、用于人員運(yùn)輸?shù)臋C(jī)器1816-1818首次將兩輪車的思想變?yōu)閷?shí)物1885年，現(xiàn)代自行車的基本型在商業(yè)上獲得成功由此出現(xiàn)的種

2、種變革的要求為汽車的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)8.2 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史向自行驅(qū)動的車輛過渡三輪電能驅(qū)動車蒸汽機(jī)驅(qū)動的四輪車內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的車荷蘭人Christiaan Huygens法國人Etienne Lenoir德國人Nicholas A. Otto英國人Lanchester根據(jù)基本原理進(jìn)行功能性設(shè)計(jì)鋼管銅焊構(gòu)成車架.8.2 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史大量生產(chǎn)時期（1900-1927年）大約五百多家汽車生產(chǎn)公司1929年：產(chǎn)生了“設(shè)計(jì)”車身結(jié)構(gòu)以使汽車有較輕重量的“需要”。1900年出現(xiàn)了第一個金屬車身專利主體仍然是木、鋼結(jié)構(gòu)的車身8.2 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史美觀和舒適的時期（1927-1956年）提

3、出了對汽車的基本需求經(jīng)濟(jì)耐久、可靠舒適、吸引人操縱、使用安全8.2 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史1926年開始出現(xiàn)車身造型 設(shè)計(jì)的實(shí)踐借助于試驗(yàn)和其它的一些基本工具，對車身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效的設(shè)計(jì)汽車的基本結(jié)構(gòu)已定型8.2 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史安全時期（1956-1970）著重考慮如何減輕汽車碰撞后的后果美國頒布了安全法規(guī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然以實(shí)驗(yàn)方法為主，開始研究計(jì)算分析的理論和工程方法8.2 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)分析時期（1970年以后）特定構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算有限元方法8.3 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容功能設(shè)計(jì)如支撐發(fā)動機(jī)、變速箱等性能設(shè)計(jì)如安全性、噪音控制等8.4 車身結(jié)構(gòu)設(shè)

4、計(jì)的基本約束和目標(biāo)車身結(jié)構(gòu)必須能夠承受在其整個使用壽命周期內(nèi)可能遇到的所有靜力和動力負(fù)荷必須提供一個舒適愜意的車內(nèi)空間、滿意的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性以及對大自然的影響的抵御能力必須提供對車內(nèi)外噪音源的隔音必須保證駕駛員和乘客有適當(dāng)?shù)目梢姸戎亓枯p，需要能量最小具有抵御空氣動力阻力的能力提供對乘員的安全保護(hù)所用材料來源豐富，價格低廉，便于高效率地制造和裝配汽車使用壽命后材料應(yīng)能再循環(huán)和使用滿足各種環(huán)境下的使用要求成本低，以使千百萬人能夠買得起8.5 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則工作負(fù)荷運(yùn)行譜平均運(yùn)行工況運(yùn)行速度分布超載形狀-動力負(fù)荷造成的疲勞損壞車輛行駛模型8.5 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則乘客滿意度準(zhǔn)則平順性噪聲環(huán)境

5、安全準(zhǔn)則汽車安全標(biāo)準(zhǔn)減少傷害的可能性將乘員被從車內(nèi)拋出的可能性降至最小保證與安全有關(guān)的零件有足夠的強(qiáng)度將火災(zāi)的危險(xiǎn)降至最低8.5 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則整車結(jié)構(gòu)48.3km/h正面固定障礙物沖擊（FMVSS204、FMVSS212、301）轉(zhuǎn)向機(jī)向后位移擋風(fēng)玻璃安裝條燃料系的完整性48.3km/h后面移動障礙物沖擊（FMVSS301）32.2km/h側(cè)向移動障礙物沖擊（FMVSS301）車頂撞壓抗力試驗(yàn)8.5 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則車門零部件側(cè)門強(qiáng)度（FMVSS214）門鎖組件（FMVSS206）保險(xiǎn)杠組件8km/h的縱向擺錘撞擊5km/h的30度角擺錘撞擊8km/h的縱向障礙物撞擊8.5 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)

6、則座位組件頭部保護(hù)裝置座位總成座椅安全帶固定裝置8.6 車身結(jié)構(gòu)分析-結(jié)構(gòu)的理想化車身結(jié)構(gòu)分析的難點(diǎn)-構(gòu)造的復(fù)雜性邊界條件復(fù)雜橫截面的變化板材厚度的變化.難以獲得精確的解析解8.6 結(jié)構(gòu)的理想化用離散的模型代替連續(xù)的模型用有限元的方法對車身進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析基本工作過程基本量：單元總體結(jié)構(gòu)：單元的裝配位移的轉(zhuǎn)換力和剛度的轉(zhuǎn)換車身結(jié)構(gòu)有限元模型實(shí)例車身二維模型考慮正面加載、彎曲、頂面加載和立柱加載8.7 車身總成模型8.8 車架模型縱梁：承受彎曲負(fù)荷橫梁：提供基本的扭轉(zhuǎn)約束難點(diǎn)：斷面形狀突然變化處會出現(xiàn)梁轉(zhuǎn)角的急劇變化，一般用允許變形后軸線斜角不連續(xù)的旋轉(zhuǎn)彈簧來模擬。局部柔量：影響總體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的局部變

7、形，通常發(fā)生在集中載荷和結(jié)構(gòu)的連接處。保險(xiǎn)杠立柱前板金件應(yīng)力分析確定結(jié)構(gòu)形狀及其應(yīng)力分布實(shí)例散熱器支架用約束模擬螺栓的固緊狀況有216個節(jié)點(diǎn)和144個平板單元8.9 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟確定車體的構(gòu)件組成，分出主要、次要件，其目標(biāo)是：使車體成為一個連續(xù)的完整的受力系統(tǒng)。確定主要桿件的截面型式-閉或開式；確定截面的構(gòu)成方式、與其它部件的配合關(guān)系、密封和外形的要求、內(nèi)、外裝飾板的固定方法以及相關(guān)的制造方法；繪制截面過渡草圖化分分總成，分塊；應(yīng)力計(jì)算；繪制零件圖。8.10 車身骨架設(shè)計(jì)(1) 骨架設(shè)計(jì)的基本要求強(qiáng)度剛度(2) 骨架設(shè)計(jì)的基本要求剛度不足有什么問題？變形噪音強(qiáng)度不夠有什么問題？裂紋疲勞斷裂

8、車身結(jié)構(gòu)安全性(3) 桿件的設(shè)置桿件主要承載件非主要承載件功能所要求設(shè)置的，如門柱、窗柱、門檻、門框上橫梁、風(fēng)窗框上下橫梁等。加強(qiáng)用，如大客車頂蓋上的縱梁和底架周邊的擱梁 為安裝附件而設(shè)置的非承載件，如頂蓋上為安裝頂窗而設(shè)置的框架等 轎車車體主要桿件窗柱門柱后橫梁座椅支撐架地板邊梁前縱梁斜地板截面形狀截面尺寸（cm）AJKIYWYWKh12.8B=4.8T =0.410.0044110.0043H=6.4B=4.8T=0.410.590.690.7330.768D=7.13T=0.4110.6910.6561桿件截面形狀與剛度關(guān)系在材料面積A和壁厚t保持不變的情況下，閉口截面的抗彎性能和次于開

9、口截面，但閉口截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩要比開口截面大多了。從提高整個車身和構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)剛度出發(fā)，宜多采用閉口截面，但是還需要考慮構(gòu)成截面的其他因素，如結(jié)構(gòu)功能、配合關(guān)系以及制造工藝等等。 骨架結(jié)構(gòu)中應(yīng)力集中問題 當(dāng)受力桿件的截面發(fā)生突變時，就會由于剛度突變引起截面變化處應(yīng)力集中，在經(jīng)常承受交變應(yīng)力的汽車車身上，應(yīng)力集中可能誘發(fā)進(jìn)展性裂縫，導(dǎo)致疲勞損壞。這是車身結(jié)構(gòu)損壞的原因之一。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要避免截面急劇變化，特別是要注意加強(qiáng)板和接頭的設(shè)計(jì)。 解決方案梁上沖孔的解決辦法 在縱、橫梁的“接頭”處，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中問 題，是車身的隱患，如何解決呢？示例：車身側(cè)板與頂連接接點(diǎn)8.11 板殼零件板殼零件外覆蓋

10、件內(nèi)覆蓋件骨架零件車身頂蓋，發(fā)動機(jī)罩外板、門外板、翼子板 前圍內(nèi)板（發(fā)動機(jī)擋板）地板、門內(nèi)板 支柱、門窗框以及各種縱、橫梁 設(shè)計(jì)車身板殼的三個重點(diǎn)問題問題1： 保證板殼構(gòu)造的合理連接與美觀問題2： 保證板殼構(gòu)造的合理分塊問題3： 如何提高零件剛度措施1：合理選用曲面造型措施2：設(shè)置加強(qiáng)筋8.12 車體結(jié)構(gòu)的工藝性結(jié)構(gòu)工藝性能的是所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品既要滿足使用要求，又要能夠在一定的生產(chǎn)條件和規(guī)模下次，使加工方法最簡單、最經(jīng)濟(jì)。 (1) 車身分塊對工藝的影響將車身整體形狀分成數(shù)塊能夠制造和裝配起來的零件稱為分塊。車身分塊必須考慮如下幾個方面：（1）分塊應(yīng)考慮鋼板材料的尺寸規(guī)格。（2）分塊應(yīng)考慮拉延工藝性

11、。（3）分塊對制造精度的影響。（4）分塊應(yīng)考慮易損件。(2) 車體焊接裝配工藝性分總成總成零件合件桑塔納B2的正面焊點(diǎn)布置(3) 汽車車身制造工藝介紹沖壓裝焊涂飾沖壓工藝建立在金屬塑性變形基礎(chǔ)上，利用模具和沖壓設(shè)備對板料施加壓力，使板料產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得具有一定形狀、尺寸和性能的零件。一般可分為四個基本工序沖裁彎曲拉深局部成形沖壓用鋼板的類型按品質(zhì)分類普通碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼：沸騰鋼：05F、08F、10F、15F、20F半鎮(zhèn)靜鋼：08b鎮(zhèn)靜鋼：08、10、15、20、30低合金高強(qiáng)度鋼板：09Mn, 16Mn, 06Ti, 10Ti沖壓用鋼板的類型按拉深級別分類厚度為414mm的熱軋鋼

12、板：S-深拉深級，P-普通拉深級，W冷彎成形級厚度小于4mm的熱軋和冷軋薄鋼板：Z-最深拉深級，S-深拉深級，P-普通拉深級厚度小于2mm的深沖壓用冷軋鋼板和鋼帶：ZF-沖制拉深最復(fù)雜的零件，HF-沖制拉深很復(fù)雜的零件，F(xiàn)-沖制拉深復(fù)雜的零件按鋼板的表面質(zhì)量分：A-高級精度，B-較高級精度，C-一般精度(2) 汽車車身裝焊工藝(3) 汽車車身涂飾工藝耐腐蝕性改善車身的抗蝕性能一般通過二種途徑： 改進(jìn)車身結(jié)構(gòu) 用保護(hù)膜 車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所采用的防腐措施使車身結(jié)構(gòu)不能積存水、泥等。設(shè)計(jì)時要全面檢查并確定容易銹蝕的部 位，并采取特別的防腐措施。兩種金屬之間的接合，特別易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，應(yīng)盡量避免。當(dāng)必須

13、采用時，應(yīng)在兩層板之間使用塑料隔層。車輪不積水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密封膠部位示意圖保護(hù)膜的采用在采用保護(hù)膜方面，為了提高車身的耐蝕性和漆膜的密著性，通常先進(jìn)行磷化處理，再涂以防銹底漆。 有些國家正在對易受腐蝕的車身部件采用鍍鋅鋼板，例如，1985年起陸續(xù)投放市場的奧迪（Audi）80、100和200轎車，其車身由鍍鋅鋼板制成。車體的彈性振動與隔震1）車身的振動車身是一個多自由度的彈性系統(tǒng)，在外界力的激勵下將產(chǎn)生變形，引起系統(tǒng)的振動。車身振動頻率大致在2050Hz。汽車在輪胎上的振動頻率及發(fā)動機(jī)在其懸置上的振動頻率等，與車身低階頻率很接近，因此應(yīng)注意提高車身的剛度。2）車身板殼的局部振動剛度差的大型覆蓋件在

14、震源激勵下會引起板殼強(qiáng)迫振動板件振動造成的輻射聲和車廂體積的變化是主要噪音源。解決方法：板上沖壓肋原因： 振動波總朝剛性最差方向前 進(jìn)，沖壓肋可以切斷路徑。3）隔震選置的設(shè)計(jì) 來自路面或發(fā)動機(jī)等的激勵而起的振動，通過懸架或發(fā)動機(jī)懸置（帶阻尼的彈性元件）傳給車架，然后經(jīng)過車身（或駕駛室）在車架上的懸置點(diǎn)傳到車身。 對于承載式轎車車身，為防止振動直接入車身，在中、高級轎車上常采用將懸架和發(fā)動機(jī)動力總裝置在單獨(dú)的附加橫梁（副車架）上的結(jié)構(gòu)，附加橫梁通過橡膠墊與底架的縱梁相連。 壓縮型懸置橡膠元件剪切型懸置橡膠元件為減少車架變形和振動對車身影響，應(yīng)盡可能減少懸置點(diǎn)。車內(nèi)噪聲控制汽車噪聲車外噪聲車內(nèi)噪聲與車身結(jié)構(gòu)關(guān)系密切1）聲壓級與聲強(qiáng)級聲壓級LP：20lg(p/p0)P0: 參考聲壓，取2*10-5pa聲強(qiáng)級LI：20lg(I/I0)I0: 參考