汽车车身结构分析与设计
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1、第六章 车身结构分析与设计1.车身结构分析与设计2.车体的耐腐蚀性3.车身的抗振与降噪4.汽车的碰撞安全性设计5.汽车车身轻量化设计概述车身车身覆盖件（cover panel）： 覆盖在车身骨架表面的板制件。 外覆盖件、内覆盖件车身结构件（body structural; body skeleton; body frame）：）： 组成车身本体，支撑覆盖件，并保证车身强度和刚度 的零部件。 承载。 车体有书中称“车身的主体” 也就是我们这里的车身结构件2重庆大学车辆工程系车身结构设计的主要内容 设计一个连续、完整的受力系统； 确定杆件截面型式（开、闭口） 确定杆件截面的构成 确定杆件与杆件、杆
2、件与覆盖件的过渡、连接的结构 划分分总成、分块 应力分析计算 主图板设计、零件图3重庆大学车辆工程系1.车身结构分析设计一、车身结构件的机构分析与设计车身骨架（body skeleton）：主要为保证车身的强度和刚度而构成的空间框架结构。 要求：刚度：变形、振动、噪声刚度不足，将会引起车门的门框、窗框、发动机舱口及行李箱口等的变形，导致玻璃破裂，车门卡死；低刚度必然伴随有低的固有频率，易发生结构共振和声响，并削弱结构接头的连接强度；此外，还会影响安装在底架上的总成的相对位置。强度：裂纹、疲劳断裂4重庆大学车辆工程系1、杆件的设置 分为三类1）功能所要求设置的：如门柱、窗柱、门槛、门框上下横梁、
3、风窗框上下横梁等。2）加强用的：如大客车顶盖上的纵梁和底架周边的搁梁，在后悬架处底架上设置的加强横梁等。为了满足安全法规，防止正面碰撞和侧面碰撞而设置的加强件。3）为安装附件而设置的非承载件，如顶盖上为安装顶窗而设置的框架等。 1）、2）类是车身的主要承载件，应有足够的刚度和强度，并构成一个连续完整的受力系统。薄壳式车身结构虽无完整的骨架，但壳体与各构件组装后，也应是一个完整的受力框架。5重庆大学车辆工程系轿车骨架 车厢（封闭的主体） 发动机舱（敞开的前部） 行李箱纵向受力元件：前纵梁及斜撑、地板边梁（门槛）、 传动轴通道、顶盖及边梁横向受力元件：前围板、前斜地板、座椅支撑梁（地板横梁）、 后
4、壁、后横梁或后围板、顶盖车身前部承受发动机等的重力和悬架支承反力（集中力）车厢承受乘客、车门、自重、悬架支承反力。（分散力）6重庆大学车辆工程系 车身骨架设计除考虑刚度与强度，还应注意不能破坏造型设计骨架里板应考虑内护板紧固用最佳截面形状获得最大的截面系数满足相邻部件的性能要求7重庆大学车辆工程系2、杆件截面形状与刚度的关系 影响刚度的截面几何特性： 弯曲惯性矩、扭转惯性矩（极惯性矩） 2 2 （F是材料面积） I k = e dFI y = z dFFF表1 截面特性比较截面尺寸/cmA材料断面积相等时，表中尺寸的： 的弯曲刚度最好， 扭转刚度最差 的弯曲刚度最差， 扭转刚度最好为提高车身刚
5、度，宜多 采用闭口断面。重庆大学车辆工程系截面形状JkIyWyWkh=12.8 b=4.8 t=0.410.0044110.0043h=6.4b=4.8t=0.410.590.690.7330.768h=7.13 t=0.4110.6910.656189重庆大学车辆工程系车身骨架典型截面a）顶盖侧梁 b）中立柱c）前风窗立柱d）后风窗立柱e）门槛10重庆大学车辆工程系承载式车身骨架示例11重庆大学车辆工程系3、骨架结构中的应力集中 杆件的截面形状、尺寸突变时，会由于刚度突变而产生 应力集中。 避免应力集中的措施 避免截面急剧变化避免截面急剧变化12重庆大学车辆工程系3、骨架结构中的应力集中 避
6、免应力集中的措施 加强板的厚度与被加强板的厚度不宜相差悬殊。（如门铰、固定 处） 孔洞应开在应力较小部位 纵、横杆件的连接13重庆大学车辆工程系14重庆大学车辆工程系二、汽车覆盖件结构与分析 车身的大型板壳零件可分为三类：1）、外覆盖件：如车身顶盖，发动机罩外板、门外板、翼子板等。对这些零件的要求是：表面光滑，棱角线条清晰，与相邻部件棱线吻合，完全符合造型要求，而且要有一定的刚度。2）、内覆盖件： 如前围内板（发动机挡板）、地板、门内板等，即在车身外面看不见的内部大零件。这些零件的刚度要足够，零件上的装配尺寸要准确。3）、骨架零件：它们在车身上起支撑作用，如支柱、门窗框以及各种纵、横梁等。15
7、重庆大学车辆工程系1、板壳的合理分块 分块应考虑：冲压、 装配、工艺设备、产 量、成本等因素驾驶室分块16重庆大学车辆工程系 考虑如下几个方面（1）板料的尺寸规格（2）考虑拉延工艺：拉延深度适当、形状简 单、圆角、胀形深度（3）装配精度（4）易损件、做成可拆卸（5）产量、成本、设备17重庆大学车辆工程系2、板壳的构造、过渡、连接 确定板壳的一个面与另一 个面的过渡变化。如图由 AA的风窗框翻边至CC 的风窗框翻边、由CC的 门框翻边至BB的门框翻 边。壳体草图18重庆大学车辆工程系3、提高零件的刚度 刚度差，则产生振动、噪声；易疲劳损坏；生产、搬运不便 措施： 采用曲面，加棱线， 使拉延变形大
8、 内覆盖件设加强筋 （图8-8） 3）大客车承载式车身上 的板壳零件蒙皮， 可分为两种:应力蒙皮、 预应力蒙皮加强肋的布置的肋的形状a)好 b) 不好 c)肋的形状19重庆大学车辆工程系 设计加强肋应注意如下几点：在平的或稍鼓起的零件上，加强肋应沿着零件的对 角线布置，最好不用交叉肋。如果采用交叉肋，则应 避免交叉处因应力集中而丧失刚性，为此，在交叉处 用半径大于2倍肋宽度的圆弧来过渡。为减轻弯曲零件的回弹，可以在弯曲部位局部压出 三角肋；对弯曲半径很大的零件，应垂直与零件的弯 曲轴线方向布置条形肋。加强肋的轴线宜直，否则在运动时会引起扭转。加强肋应沿支撑之间的最短距离布置。肋的刚性主要取决于
9、它的深度，但为防止破裂，深 度不宜过大，原则上应满足板料拉延成型所允许的条 件（见下节）。20重庆大学车辆工程系三、 车身的结构工艺性 结构工艺性指的是所设计的产品既要满足使用要 求，又要能够在一定的生产条件和规模下，使加 工方法最简单、最经济。 汽车的造型会影响车身结构的工艺性21重庆大学车辆工程系1、冲压工艺性 图8-14（P170）、 弯边高度不宜短 图8-15、翻边高度 过宽会引起起皱或 拉裂 图8-16 b)孔的翻边 高度不宜过高，a) 包边。转角处属压 缩类翻边，切除零件压弯工艺要求曲面翻边车门外板翻边和孔的翻边重庆大学车辆工程系221、冲压工艺性 图8-17、鼓包、筋 条、翻边的
10、冲压方向 尽量一致，以便一次 冲出 图8-21、顶盖3，a)内 翻b)外翻 外翻可在切 边时翻边，而内翻还 需较复杂的斜楔翻边 模。图8-17 驾驶室地板 图8-21 流水槽与顶盖的连接1-内边槽 2-外边槽 3-顶盖 4-流水槽23重庆大学车辆工程系2、装配工艺性 车身结构设计对焊接装配工艺性的影响主要是两 方面：1）车身结构的划分。2）焊接接头型式的设计。 图8-18 a）需侧窗柱与顶盖横梁对应一致，b）则 不要求重庆大学车辆工程系 图8-18 客车车身结构划分与组装方式的改变1-前围上部 2-顶盖 3-后围下部 4-前围下部 5-侧围 6-前围 7-后围242、装配工艺性图8-20、车身
11、焊接的主要型式图8-21、a）焊枪焊极难以接近，改为b）图8-22、考虑焊接定位的结构。P173 例4）5）尽可能少用三层叠焊（强度不易保证）大型件焊点布置应对称（防产生不规则变形和应力集中）图8-20 点焊连接型式 a)搭接 b)翻边连接图8-22 焊件定位 图8-21 流水槽与顶盖的连接1-内边槽 2-外边槽 3-顶盖 4-流水槽重庆大学车辆工程系253、车体的其它连接方法 拉铆、粘接 二氧化碳保护焊多用于骨架构件的连接。蒙皮与骨架的连接则多用点 焊和铆接，为了改善车身外观，用装饰条将板的接缝压住。而铆接的 方法则常用空心铆钉进行单枪拉铆，见图8-23，这种铆接方法可以将 蒙皮铆于闭口的骨
