車身結構設計要點分解課件

1、汽車車身設計Automotive Body DesignDept. of Automotive EngineeringJiangsu University主要內容車身結構設計車身骨架設計板殼零件結構工藝性耐腐蝕性彈性振動與隔震噪聲控制第8章 車身結構設計8.1 什么是車身結構設計？車身結構設計之前已完成工作汽車總體設計車身總布置設計車身外形和內飾設計完成構成車身的結構件的形狀、尺寸以及結構件之間聯接關系的設計8.2 車身結構設計的發(fā)展歷史自行車-汽車的技術先驅第一種大量生產、用于人員運輸的機器1816-1818首次將兩輪車的思想變?yōu)閷嵨?885年，現代自行車的基本型在商業(yè)上獲得成功由此出現的種

2、種變革的要求為汽車的出現奠定了基礎8.2 車身結構設計的發(fā)展歷史向自行驅動的車輛過渡三輪電能驅動車蒸汽機驅動的四輪車內燃機驅動的車荷蘭人Christiaan Huygens法國人Etienne Lenoir德國人Nicholas A. Otto英國人Lanchester根據基本原理進行功能性設計鋼管銅焊構成車架.8.2 車身結構設計的發(fā)展歷史大量生產時期（1900-1927年）大約五百多家汽車生產公司1929年：產生了“設計”車身結構以使汽車有較輕重量的“需要”。1900年出現了第一個金屬車身專利主體仍然是木、鋼結構的車身8.2 車身結構設計的發(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濟耐久、可靠舒適、吸引人操縱、使用安全8.2 車身結構設計的發(fā)展歷史1926年開始出現車身造型 設計的實踐借助于試驗和其它的一些基本工具，對車身的結構進行了有效的設計汽車的基本結構已定型8.2 車身結構設計的發(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) 結構設計仍然以實驗方法為主，開始研究計算分析的理論和工程方法8.2 車身結構設計的發(fā)展歷史計算機結構分析時期（1970年以后）特定構件的應力計算有限元方法8.3 車身結構設計主要內容車身結構設計的主要內容功能設計如支撐發(fā)動機、變速箱等性能設計如安全性、噪音控制等8.4 車身結構設

4、計的基本約束和目標車身結構必須能夠承受在其整個使用壽命周期內可能遇到的所有靜力和動力負荷必須提供一個舒適愜意的車內空間、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外噪音源的隔音必須保證駕駛員和乘客有適當的可見度重量輕，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 車身結構設計準則工作負荷運行譜平均運行工況運行速度分布超載形狀-動力負荷造成的疲勞損壞車輛行駛模型8.5 車身結構設計準則乘客滿意度準則平順性噪聲環(huán)境

5、安全準則汽車安全標準減少傷害的可能性將乘員被從車內拋出的可能性降至最小保證與安全有關的零件有足夠的強度將火災的危險降至最低8.5 車身結構設計準則整車結構48.3km/h正面固定障礙物沖擊（FMVSS204、FMVSS212、301）轉向機向后位移擋風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側向移動障礙物沖擊（FMVSS301）車頂撞壓抗力試驗8.5 車身結構設計準則車門零部件側門強度（FMVSS214）門鎖組件（FMVSS206）保險杠組件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 車身結構設計準

6、則座位組件頭部保護裝置座位總成座椅安全帶固定裝置8.6 車身結構分析-結構的理想化車身結構分析的難點-構造的復雜性邊界條件復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 結構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行結構分析基本工作過程基本量：單元總體結構：單元的裝配位移的轉換力和剛度的轉換車身結構有限元模型實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：承受彎曲負荷橫梁：提供基本的扭轉約束難點：斷面形狀突然變化處會出現梁轉角的急劇變化，一般用允許變形后軸線斜角不連續(xù)的旋轉彈簧來模擬。局部柔量：影響總體結構響應的局部變

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

8、車身結構安全性(3) 桿件的設置桿件主要承載件非主要承載件功能所要求設置的，如門柱、窗柱、門檻、門框上橫梁、風窗框上下橫梁等。加強用，如大客車頂蓋上的縱梁和底架周邊的擱梁 為安裝附件而設置的非承載件，如頂蓋上為安裝頂窗而設置的框架等 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，但閉口截面的扭轉慣性矩要比開口截面大多了。從提高整個車身和構件的扭轉剛度出發(fā)，宜多采用閉口截面，但是還需要考慮構成截面的其他因素，如結構功能、配合關系以及制造工藝等等。 骨架結構中應力集中問題 當受力桿件的截面發(fā)生突變時，就會由于剛度突變引起截面變化處應力集中，在經常承受交變應力的汽車車身上，應力集中可能誘發(fā)進展性裂縫，導致疲勞損壞。這是車身結構損壞的原因之一。 在結構設計時要避免截面急劇變化，特別是要注意加強板和接頭的設計。 解決方案梁上沖孔的解決辦法 在縱、橫梁的“接頭”處，容易出現應力集中問 題，是車身的隱患，如何解決呢？示例：車身側板與頂連接接點8.11 板殼零件板殼零件外覆蓋

10、件內覆蓋件骨架零件車身頂蓋，發(fā)動機罩外板、門外板、翼子板 前圍內板（發(fā)動機擋板）地板、門內板 支柱、門窗框以及各種縱、橫梁 設計車身板殼的三個重點問題問題1： 保證板殼構造的合理連接與美觀問題2： 保證板殼構造的合理分塊問題3： 如何提高零件剛度措施1：合理選用曲面造型措施2：設置加強筋8.12 車體結構的工藝性結構工藝性能的是所設計的產品既要滿足使用要求，又要能夠在一定的生產條件和規(guī)模下次，使加工方法最簡單、最經濟。 (1) 車身分塊對工藝的影響將車身整體形狀分成數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）分塊應考慮鋼板材料的尺寸規(guī)格。（2）分塊應考慮拉延工藝性

11、。（3）分塊對制造精度的影響。（4）分塊應考慮易損件。(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上，利用模具和沖壓設備對板料施加壓力，使板料產生塑性變形或分離，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分類普通碳素鋼優(yōu)質碳素鋼：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-沖制拉深最復雜的零件，HF-沖制拉深很復雜的零件，F-沖制拉深復雜的零件按鋼板的表面質量分：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： 改進車身結構 用保護膜 車身結構設計所采用的防腐措施使車身結構不能積存水、泥等。設計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)生電化學腐蝕，應盡量避免。當必須

13、采用時，應在兩層板之間使用塑料隔層。車輪不積水結構設計密封膠部位示意圖保護膜的采用在采用保護膜方面，為了提高車身的耐蝕性和漆膜的密著性，通常先進行磷化處理，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，在外界力的激勵下將產生變形，引起系統的振動。車身振動頻率大致在2050Hz。汽車在輪胎上的振動頻率及發(fā)動機在其懸置上的振動頻率等，與車身低階頻率很接近，因此應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，沖壓肋可以切斷路徑。3）隔震選置的設計 來自路面或發(fā)動機等的激勵而起的振動，通過懸架或發(fā)動機懸置（帶阻尼的彈性元件）傳給車架，然后經過車身（或駕駛室）在車架上的懸置點傳到車身。 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)動機動力總裝置在單獨的附加橫梁（副車架）上的結構，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，應盡可能減少懸置點。車內噪聲控制汽車噪聲車外噪聲車內噪聲與車身結構關系密切1）聲壓級與聲強級聲壓級LP：20lg(p/p0)P0: 參考聲壓，取2*10-5pa聲強級LI：20lg(I/I0)I0: 參考