第3章車體結(jié)構(gòu)分析

車身零件可分為三類：①外覆蓋件。如車身頂蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板、門外板、翼子板等。對(duì)這些零件的要求是：表面光滑、棱角線條清晰，與相鄰部件棱線吻合，完全符合造型要求，而且要有一定的剛度。②內(nèi)覆蓋件。如前圍內(nèi)板(發(fā)動(dòng)機(jī)擋板)、地板、門內(nèi)板等，即在車身外面看不見的內(nèi)部大零件。這些零件要有足夠的剛度，零件上的裝配尺寸要準(zhǔn)確。③骨架零件。它們?cè)谲嚿砩掀鹬巫饔?。如支柱、門窗框以及各種縱、橫梁等。第3章汽車車體結(jié)構(gòu)分析1第一節(jié)車體骨架車體骨架設(shè)計(jì)應(yīng)滿足車身剛度和強(qiáng)度的要求。剛度不足，將會(huì)引起車身的門框、窗框、發(fā)動(dòng)機(jī)艙口及行李箱口的變形，導(dǎo)致玻璃破裂，車門卡死；低剛度必然伴隨的固有振動(dòng)頻率，易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和聲響，并削弱結(jié)構(gòu)接頭的連接強(qiáng)度；此外，還會(huì)影響安裝在底架上的總成的相對(duì)位置。而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠，則將引起構(gòu)件早期出現(xiàn)裂紋和疲勞斷裂。2一、桿件的設(shè)置在設(shè)計(jì)車體時(shí)，無(wú)論是全骨架車身還是半骨架車身，都應(yīng)認(rèn)真考慮桿件的設(shè)置。骨架桿件可分為三類：①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。②加強(qiáng)用的，如大客車頂蓋上的縱梁和底架周邊的擱梁，在后懸架處底架上設(shè)置的加強(qiáng)橫梁等。③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。3圖3－1承載式轎車車體焊接總成4圖3－2骨架簡(jiǎn)圖5圖3－3承載式轎車車身骨架構(gòu)件的截面6二、骨架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中當(dāng)受力桿件的截面發(fā)生突變時(shí)，就會(huì)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)力集中可能引發(fā)進(jìn)展性裂縫，導(dǎo)致疲勞破壞，這是車身機(jī)構(gòu)損壞的原因之一。7圖3－4避免截面急劇變化8如圖3－4（a），為了加強(qiáng)底架縱梁的彎曲部分，在梁上裝一加強(qiáng)梁，但由于在加強(qiáng)梁兩端a－a和b－b處剛度突變，易出現(xiàn)應(yīng)力集中而斷裂。若將加強(qiáng)梁兩端的形狀改為類似雙曲線形（如虛線所示），則這種加固會(huì)使應(yīng)力均勻些。當(dāng)縱梁從封閉截面過(guò)渡到開口截面時(shí)，加強(qiáng)梁端部也應(yīng)作類似處理，或者由縱梁腹板逐漸過(guò)渡到加強(qiáng)梁腹板，如圖3－4(b)所示。如果不采用加強(qiáng)梁，而將縱梁截面逐漸加高，從加強(qiáng)的觀點(diǎn)看效果最好，并可減輕質(zhì)量，如圖3－4(c)所示，梁上沖孔也可減輕質(zhì)量。9圖3－5車架構(gòu)件的連接方法10第二節(jié)車體板殼零件及車身分塊車體板殼零件輪廓尺寸都較大，零件形狀多為空間復(fù)雜曲面，有各種各樣的截面和翻邊形式以及不規(guī)則的輪廓尺寸，使用的材料大多是有良好拉延性能的優(yōu)質(zhì)鋼板，鋼板厚度為0.7~1.2mm。由于形狀復(fù)雜，沖壓制造這些零件往往需要好幾道工序才能完成，大量生產(chǎn)的準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，投入成本高，投產(chǎn)后產(chǎn)品圖樣略有變動(dòng)便影響甚大。11一、板殼的合理分塊如圖3－6給出了駕駛室的兩種結(jié)構(gòu)劃分方案。方案(a)主要組合件和板的接縫布置在前后柱的腰線上、風(fēng)窗柱上和門檻上（頂蓋和前圍上外板所示“B”為沖壓深度），這樣窗框被分成兩部分，裝配時(shí)要用夾具定位以免發(fā)生窗框翹曲和錯(cuò)移；接縫是在顯見的表面區(qū)域。12方案(b)的頂蓋是與風(fēng)窗外板和前圍上板構(gòu)成一整體（由于風(fēng)窗是斜的，“B”比較淺），整個(gè)前風(fēng)窗框是在一塊板上沖壓出來(lái)的，所需板材和壓床臺(tái)面較大；接縫是布置在不顯眼的地方。13圖3－6駕駛室分塊14二、提高零件的剛度剛度差的大型覆蓋件容易在振源的激勵(lì)下引起板的強(qiáng)迫振動(dòng)。板的振動(dòng)將使車身內(nèi)部產(chǎn)生很大的噪聲，尤其是發(fā)生共振現(xiàn)象時(shí)令人感覺很不舒適，還會(huì)造成部件的疲勞損壞。此外，零件剛度差，給生產(chǎn)、搬運(yùn)等都帶來(lái)困難。15要注意提高板殼零件的剛度，提高板殼零件剛度的措施有：1)曲面和棱線等的造型及拉延成型過(guò)程零件材料的冷作硬化，對(duì)提高剛度極為有利，平直的零件造型是不可取的。2)在內(nèi)覆蓋件和不顯露的外覆蓋件上設(shè)置各種形狀的加強(qiáng)肋（如圖3－7所示）。16圖3－7加強(qiáng)肋的布置和肋的形狀(a)好(b)不好(c)肋的形173)大客車承載式車身上的板殼零件——蒙皮，可分為兩種，一種是應(yīng)力蒙皮，它將薄板先點(diǎn)焊定位于骨架上，再進(jìn)行鉚接，使蒙皮與骨架一起承載，故稱應(yīng)力蒙皮，是沿襲飛機(jī)殼體的結(jié)構(gòu)；另一種為預(yù)應(yīng)力蒙皮，即在車身側(cè)壁的窗下梁至地板邊梁之間，由一張長(zhǎng)度自車身前端第二立柱至最后第二立柱相應(yīng)大小的薄板，放在平臺(tái)上由專用胎夾具壓平并拉伸1‰左右，然后將胎夾具及貼實(shí)緊固薄板，整個(gè)吊裝至骨架側(cè)圍相應(yīng)部位的外邊，進(jìn)行貼合并將四周點(diǎn)焊，而蒙皮與中間各立柱不焊接，其間只加裝襯墊物。18三、車身分塊將車身整體形狀分成數(shù)塊能夠制造和裝配起來(lái)的零件稱為分塊。分塊決定了零件的結(jié)構(gòu)形狀和輪廓尺寸，對(duì)零件的沖壓工藝和裝配工藝有很大的影響。車身分塊必須考慮以下幾個(gè)方面。（1）鋼板材料的尺寸規(guī)格（2）拉延工藝性（3）對(duì)制造精度的影響（4）易損件191)應(yīng)考慮零件的拉延方向，保證凸模進(jìn)入凹模的可能性。如果零件在某一部分有內(nèi)凹，如圖3－8所示，有凸模達(dá)不到的死角，則無(wú)法拉延出所需零件的形狀。2)分塊應(yīng)使零件的形狀盡量簡(jiǎn)單勻稱，以便在拉延過(guò)程中得到大致相同的變形量，使應(yīng)力均勻。如果拉延伸度相差很多，則在拉延過(guò)程中，深的部分拉伸壓力很大，易破裂；而淺的部分金屬可能得不到拉伸而起皺，成為廢品。203)覆蓋件的拉延深度要恰當(dāng)，爭(zhēng)取一次拉延成型。這不僅是由于二次拉延易損壞覆蓋件表面質(zhì)量，而且對(duì)組織生產(chǎn)也很不方便。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的圓柱形或矩形拉延件，其拉延深度可通過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)獲得。由于車身覆蓋件形狀復(fù)雜，只能通過(guò)試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)一次拉延所允許的拉延深度。214)對(duì)于具有反拉延的覆蓋件，由于反拉延部分的成型在相當(dāng)程度上是依靠金屬本身的局部延伸，因此，為了增加變形分布區(qū)域，防止破裂，零件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能加大這部分的圓角半徑。22圖3－8零件有凸模達(dá)不到的死角235)在汽車車身的覆蓋件上都裝有許多附件，如在車門內(nèi)板上裝玻璃升降器，門鎖。前圍板上裝有雨刮器，在地板上固定一些支架等，這些附件往往要求在相應(yīng)的制件上成型出各種形狀的鼓包，以便安放螺釘?shù)裙潭?。此外，車身上還有些裝飾行標(biāo)記或線條，以及局部加強(qiáng)肋等，都是在拉延快終了時(shí)成型到圖紙所要求的尺寸。這也是在得不到外部金屬補(bǔ)充的情況下，全靠材料本身拉延和變薄而達(dá)到的，應(yīng)注意防止破裂。24圖3－9成型前后材料長(zhǎng)度的變化25（3）對(duì)制造精度的影響不正確地劃分結(jié)構(gòu)將影響產(chǎn)品的裝配精度，例如門與門框之間的間隙要求，前后風(fēng)窗框與玻璃的配合尺寸等，可能難以保證。26圖3－10和圖3－11所示為兩種劃分結(jié)構(gòu)的方法。前者成零件尺寸小，零件制造可以簡(jiǎn)單些，但劃分件數(shù)較多，總裝配的工作量增加；后者將前、后窗框，側(cè)門框都分別劃分為一個(gè)總成，對(duì)保證強(qiáng)度和門窗框的制造裝配精度都是有利的，總裝配工藝也簡(jiǎn)單，而且便于組織大量生產(chǎn)，便于機(jī)械化和自動(dòng)化。因此，零件大型化，結(jié)構(gòu)整體化是發(fā)展的趨勢(shì)。27圖3－10結(jié)構(gòu)劃分（一）1—底架總成2—門檻3—中柱4—前柱5—前輪罩6—前圍7—頂蓋總成28圖3－11結(jié)構(gòu)劃分（二）1—底架2—側(cè)壁3—前風(fēng)窗框4—頂蓋5—后風(fēng)窗框29第三節(jié)車體的耐腐蝕性汽車經(jīng)常處于容易使鋼板銹蝕的環(huán)境中，如雨水的浸蝕、工業(yè)區(qū)的大氣污染以及沿海地區(qū)氯化鈉的浸蝕等，影響著汽車的使用壽命。近代為了減輕車身質(zhì)量，用于車身結(jié)構(gòu)的鋼板有日益減薄的傾向，加之車身形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊接接頭多，易受腐蝕的部位也隨之增加，所以必須重視防止車身銹蝕的問(wèn)題。改善和提高車身抗蝕性能的途徑有兩個(gè)方面：一是改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)；二是采用各種保護(hù)膜以改善車身材料的抗蝕性。30一、改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)（1）優(yōu)化結(jié)構(gòu)使車身結(jié)構(gòu)不能積存水、泥、灰塵等，在閉口截面和凹洼處設(shè)置排水孔，設(shè)計(jì)成易排水和易干燥的結(jié)構(gòu)。例如，大客車上靠近輪胎的橫梁做成如圖3－12（a）所示形狀較好，如果由于結(jié)構(gòu)上有困難，則最好設(shè)法堵住橫梁的下轉(zhuǎn)角，如圖3－12(b)所示；又如圖3－12(c)所示結(jié)構(gòu)易積水，而圖3－12(d)所示的結(jié)構(gòu)則較好。31圖3－12不積水的結(jié)構(gòu)32（2）確定易銹蝕部位并采取特別的防腐蝕措施車身抗銹蝕的薄弱處，如焊點(diǎn)貼合部位和鉚接處，這些地方不能全部涂到漆料，兩層板料之間既不能密封，也不能通風(fēng)；又如鋼板切割邊，由于毛刺和振動(dòng)，邊緣漆層將被破壞；此外，在汽車行駛時(shí)易被碎石撞擊的部位，或相鄰板件的摩擦，均會(huì)損壞漆層。33圖3－13車門下部的排水口34圖3－14操縱板式通風(fēng)裝置35圖3－15使用密封膠的部位示意圖36二、采用保護(hù)膜在采用保護(hù)膜方面，為了提高車身的耐腐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。一般用水溶性油漆進(jìn)行車身浸漬涂漆，